淺談計算機輔助設計在團體操編排中的作用

張祖平

摘要：團體操是一項融體育與藝術于一體的綜合類的集體文化表演項目，它是音樂、舞蹈、隊形、服裝、道具及思想內容的完美結合。隨著高等教育體制改革的不斷發展、素質教育的全面推進及大學生生活方式的變化，團體操以其獨特的教育功能與文化魅力逐漸被引入高校教學中。隨著計算機技術的發展，虛擬編排與演示技術逐漸成熟，其三維的表現能力和操作的直觀性已經完全可以滿足團體操的編排演示的需求，其輔助設計的應用推廣將為團體操發展帶來新的生機。

關鍵詞：團體操 演練輔助設計

前言

團體操是一項年輕的體育項目，但事實證明它正以飛快的速度不斷發展壯大。學校團體操集中反映了學校精神文明建設與體育水平。隨著“陽光體育”的廣泛深入開展和《全民健身計劃綱要》的實施，團體操的發展受到了相應的關注。就學校而言，團體操的表演不僅可以活躍氣氛使觀眾享受健與美的結合，同時對推進學校的體育、文化等發展都起著積極的作用。

一、國內外輔助設計及團體操的研究現狀

目前，國內團體操的編排設計依然采用舊式的手工繪圖，其工作方法繁瑣復雜且繪制時工作量極大。在進行大規模的訓練之前，因無法動態演示預先方案的編排效果。編排者無法對自己的設計效果進行有效的修改及優化。利用計算機輔助設計預先虛擬編排演示團體操的排練過程，可以提高其編排的效率，同時讓組織者更清楚排練中的問題。在國內，王兆其等人開發了數字化三維蹦床輔助訓練系統等。

二、高校團體操存在的問題及分析

（一）高校團體操排練問題

團體操從選人到排練都是一項嚴密而復雜的技術管理工作，一般學生兼顧上課與團體操排練，所以如何提高排練效率顯得尤為重要。首先創編者難以掌握表演者的實際參與情況（如紀律性、節奏感、協調性等）面臨難以統籌管理問題，其次由于編排者在設計時無法根據表演者的身體素質擬定動作的難易程度而對學生過分追求藝術上的“完美”，設計方案使一般學生在短時間內難以掌握。雖然有些動作和移動路線對于專業人士來講非常簡單，但是對于初次或很少接觸團體操的人來講由于缺乏對團體操相關知識系統的了解，排練時只是模仿大眾，即使花費大力氣也無法達到理想效果，以至于學生產生畏難與抵觸心里。既影響了學生的參與熱情更影響了團體操表演時整體的美觀性。

（二）排練的整體化要求

團體操是一項龐大的“工程”，少則幾百人，多則幾千人。傳統的排練方式是1-3個老師站在某個高點，指揮全場的表演者進行排練。在預先擬定的編排方案中，由于無法看到具體的動態演示效果，或者只能從單角度的認識排練效果，學生對于整個排練過程無法正確把握。

排練時單純的依靠老師指揮來了解行動的路線，根本不明白自己的方位，只有重復練習；由于隊形跑動中隊伍過于龐大或各自動作的不同，排練中只能一部分一部分的訓練，這就影響了團體操整體效果的完美表現。再者有些同學原地等待的時間久，浪費大量時間也排練不出心中期待的陣形變化，容易使學生產生急躁、厭倦情緒。

（三） 編排者綜合能力問題

團體操的編排能力和對表現效果的了解均需要編排者在實際的工作中獲得實踐經驗。而團體操是人數眾多的大型集體表演活動，這就意味著編排者實踐的機會少之又少，甚至有些老師根本沒有機會去親身實踐。所以多數老師只能掌握豐富的理論知識，而無法將理論知識應用到實踐中去。

三、計算機輔助設計在高校團體操演練中的實現與應用

（一） 三維建模實現表演場景

1、虛擬場景建模

團體操的表演一般為大型的場地，空曠而平整，在計算機建模容易，且操作和渲染時占用資源少，保證了軟件的流暢運行。團體操的活動層次、性質、級別決定了它的演出場所的單一，所以團體操表演的場景是有限的。場景留有可供使用者修改的接口，使用者可以根據實際的情況在場景中進行簡單的建模和貼圖，使得應用的場景盡可能的接近真實的排練環境。計算機場景一旦建模完成可以長期使用，老師不需要考慮場地限制，在統一的三維模型格式下，軟件可以導入外部模型，通過互聯網的資源分享，得到需要的排練場地。場地一旦擁有，可以無限次數的操作，對于排練的整體把握簡單方便，可以根據需要輕松控制場地的每一個角落。

2、場景的仿真

就目前的VR技術而言，虛擬場景具有真實地面的屬性，在虛擬環境中存在虛擬重力，場景中的模型受到重力作用而下落，而演示地面的屬性是防止模型穿透的堅實物體。其他模型與人體模型之間存在物理關系，防止人體模型運動接觸到物體模型時穿透，產生虛假的效果。在場地的屬性設置完成，老師只需要考慮如何編排和搭配服裝，而不需要擔心場地。

（二）計算機模擬實現燈光和特效

1、模擬燈光輔助夜晚效果排練

高校的團體操表演目前為止幾乎處于原始的團體操表演狀態，表演的時間大多數定在白天，因為夜間團體操排練難度大，效果表現難以掌握。因此，很多學校放棄了夜間團體操排練，晚間團體操在高校幾乎空白。但是隨著商業團體操的日漸繁榮 ，而這些演出又多為晚間，其唯美的燈光，悠遠的意境，表現效果無不令人嘆服，夜間團體操成為發展的主流。

2、粒子系統和攝像機輔助現場特效

粒子系統主要是利用其噴射效果模擬表演時的禮花燃放等效果，主要是輔助現場效果，通過粒子貼圖實現不同表現效果，應用在相對較為隆重的表演中。攝像機是計算機虛擬演示系統最重要的組成之一，從不同的角度觀看和實時切換演示效果，利用自由相機可以實現場景的漫游，更加細微的觀察表演的每一個細節問題。并且攝像機的鏡頭效果支持包括景深、運動模糊等等，使其最終渲染達到最接近現實的效果。在虛擬排練時，可以實時觀察排練的效果，通過鏡頭切換，實現多角度觀察表演效果。

（三）RSG技術實現仿真演員

人體的模型主要是利用規則格網模型（Regular Square Grid，RSG）技術構建而成的，人體的骨架模型和人體模型利用蒙皮技術相互附著。人體的動作通過對骨架模型的調節實現動作變換，可以根據編排的需要，老師在空場景中對骨骼模型進行動作的調節和存儲，在虛擬演示時直接加載動作文件。在應用中模型的大小可以利用等比例縮放工具調節模型大小以適應不同的場景。人物的常用服飾、道具等也存儲在相應的資源庫中，服飾的屬性可以調節，如顏色的更換大小等等，并且衣服在關聯在身體上后具有動力學效果，可以模擬出真實布料的受力情況。

（四）隊形變換

團體操表演是由若干個隊形路線變換組成的，而且變換復雜，有錯位、轉動、放射、漸變等。在計算機虛擬編排時，系統自動將場景的排練區域生成正方形的子區域。模型之間的檢測是通過“九宮格碰撞檢測法”，即以模型所在位置為中心，檢測個體間最小距離，當達到某個值時即采取避碰措施。團體操的運動是由個體和小組兩種運動構成的，路徑運動主要是通過點與線的方式確定的。個體的路徑采用的直線插值法與貝塞爾插值法，小組路徑算法主要通過最短路徑分散法和平行合并等多種算法實現。編排時，編排者為模型指定位置和路徑，模型按照預先設定的算法運動，結合不同的路徑賦予相應的動作，模型自動完成隊形的變換。隊列隊形的算法化使變換更具有標準性，這是現實排練難以達到的，同時表演的人員可以根據模擬的效果，準確的定位自己的運動路線。

（五） 動態演示效果與音樂同步實現

在確定好表演的場景后，編排者首先確定好場景的最佳演示角度，其次是音樂的添加。音樂自始自終配合團體操的整體，且只有音樂與表演相互配合才能使表演更加精彩。編排者根據音樂的節奏位置確定隊形變化的時間和時機，建立與音頻對應的動作序列實現音頻與表演的同步。在編排的同時，通過視角的轉換觀察現場中各模型的動態效果。

（六）計算機輔助設計在高校團體操演練中的應用

團體操虛擬編排與演示應用系統是一個相對龐大的軟件，涉及的領域較為廣泛，因此操作存在一定困難。高校的文化教育水平較高，對于軟件應用研究的推廣較為容易。此軟件的應用主要是在正式排練之前，老師根據學?，F有的資源和團體操表演所要表達的主題，規劃團體操表演的全部過程。由于軟件的運行平臺位于普通PC機，資源共享非常容易。所以一旦團體操的表演思路確定，老師可以根據團體操的不同形式的表現階段而分工進行，負責其中某部分，提高了排練效率。在每一部分完成之后，各部分可以分別展示，相關專業老師通過分析研究確定最后的表演方案。最終的效果由軟件通過渲染得到影視資源，利用軟件的相機動畫，得到每個角度的效果。在排練時，學生根據自己的角色定位在表演時的方位，對于特殊動作的表演，老師可以渲染相應的個人動作序列，幫助學生學習，從而使團體操的編排和排練可視化簡單化。

四、結論與建議

根據實際情況的編排設計思路，制作虛擬場景，包括燈光背景效果及隊形圖案變化，應用于高校團體操編排能切實提高團體操的編排效率與質量，優化相關的工作，降低團體操完成的成本，促進高校團體操事業的發展。

作為一位專業老師，需要更好得掌握團體操編排相關知識，包括對學生實際情況進行細致了解，重視操作實施可行性充分利用骨干等。除此之外計算機虛擬演示與應用系統相對比較難以掌握，編排者水平尤其是計算機操作水平必須不斷提高，才能更好得應用到實際的團體操編排中去。當然，高校團體操的進步主要還是依靠老師和學生的不斷努力，利用現有的科學技術，過硬的專業知識，將“制作”與“教學”相結合，通過計算機輔助設計應用提高排練效率，提高創編效果從而推進高校團體操的不斷發展。