基于動作捕捉技術的數字化舞蹈教學方法研究

王露晨等

摘要：本文針對舞蹈學習的復雜性，提出基于動作捕捉技術的舞蹈教學方法，利用動作捕捉技術將一整段復雜的舞蹈動作分解成很多小段，建立舞蹈教學姿態數據庫，制成教學動畫，指導學生根據小段舞蹈動作進行學習模仿，從而重構出整套舞蹈動作，實現教學。

關鍵詞：舞蹈教學；動作捕捉技術；姿態數據庫；教學動畫；三維立體教學

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）06-0071-04

引言

計算機輔助教學的深入應用，不僅豐富了教學內容，而且彌補了傳統教學方法存在的多種弊端。動作捕捉技術與舞蹈教學的有效結合，就是計算機輔助教學的一種表現形式，實現了三維虛擬世界與現實技術的完美結合。[1]近年來研究人員在動作捕捉的應用方面進行了廣泛研究。有的將動作捕捉技術與中國木偶戲相結合[2]，提出了一套木偶戲數字化的技術方案；有的使用動作捕捉系統對高爾夫球員揮桿時的臀部和軀干運動進行研究[3]，計算出軀干、髖部的運動與揮桿之間的關系，為高爾夫運動的科學訓練提供了理論上的支持；有的利用動作捕捉技術開發了一個虛擬的籃球訓練系統[4]，用戶可以通過該系統自己訓練罰球課程；有的提出了基于動作捕捉技術的動畫制作方法和流程[5]，對動畫制作過程中的動畫合成和消除滑步等技術進行了闡述。由此可見動作捕捉技術應用之廣泛。

作為一種藝術表演形式，舞蹈是一種伴隨著韻律的肢體運動，越來越多的人開始投身于舞蹈學習中。但舞蹈的學習并非易事，如學習者的個體差異性、對韻律的掌握度、教練與學員的心理等因素都會對學習進度產生影響。為改善這種情況，筆者提出利用動作捕捉技術來輔助舞蹈的教學研究，將捕捉到的舞蹈表演者的三維運動數據轉化為數字化的抽象運動，建立三維人體運動的數據庫，生成教學動畫，對改變傳統舞蹈教學的弊端，提高教育教學質量有著重要的意義。

三維動作捕捉技術

1.動作捕捉系統

動作捕捉（Motion Capture）是實時地準確測量、記錄物體在真實三維空間中的運動軌跡或姿態，并在虛擬三維空間中重建運動物體每一時刻運動狀態的高新技術。技術涉及尺寸測量、物理空間里的物體的定位及方位測定等可以由計算機直接處理數據[6]，在運動物體關鍵部位設置追蹤器，用動作捕捉系統記錄物體移動的過程，再經過計算機處理后得到三維空間坐標數據。動作捕捉系統按原理可分為機械式、聲學式、電磁式、光學式。[7]其中，光學式動作捕捉系統給予表演者充分的空間盡情表演，不受空間及機械設備的限制，并且能通過高精度攝像機捕捉到高速運動的動作或物體。筆者利用光學式動作捕捉系統來獲取運動三維數據，光學式動作捕捉系統通過高精度的攝像機拍攝指定范圍內的人體的運動，為了便于捕捉以及對三維數據進行有效處理，要求表演者身穿單色服裝，并在人體的關鍵運動部位貼上高反射Marker標記點（如圖1），將捕捉到的三維數據轉換到計算機上，當計算機識別三維數據后，可用于建立模型、骨架數據庫，全面實現高精度實時三維運動數據捕捉[8]，動作捕捉數據生成的主要流程如圖2所示。

2.動作捕捉技術的應用

動作捕捉系統被應用到各個領域，利用動作捕捉技術實現了對我國非物質文化遺產的保護，有利于非物質文化遺產的永久保存[9]；利用動作捕捉技術制作影視動畫，使我們的視覺體驗也變得更加直觀，如影片《阿凡達》《猩球崛起》以及近期上映的《尋龍訣》中充分利用動作捕捉技術，高精度攝像機快速實時地捕捉人體的運動，并通過計算機將運動與模型綁定；醫療康復診斷領域利用動作捕捉系統對人體運動進行分析，有助于醫學工作者對病癥進行正確的診斷及采取有效的治療；在體育訓練領域，利用動作捕捉技術對運動員動作進行追蹤、檢測與分析，可以提高運動水平，減少和避免運動中的意外損傷等。[10]

基于動作捕捉技術的數字化舞蹈教學方法研究

1.動作捕捉技術應用的必要性

傳統的舞蹈教學形式普遍為教師口述動作要領以及親身示范舞蹈動作演示給學生看，要學生當堂領會動作的要領。但傳統的運動教學，因受各類因素的影響，常常使教師不得不反復演示講解，而教師的口傳身教教學形式又很單一；學生也只注重動作練習，缺乏主動思考的能力，這都影響了教學效率。

動作捕捉技術輔助教學將彌補傳統教學形式的不足，學生可根據自身情況，針對性地學習動作技術，通過三維數據的反饋，在與標準動作的不斷對照中學習，大大提高了學習效率。

2.基于動作捕捉技術的數字化舞蹈教學方法

首先，應設定表演者的舞蹈動作及其運動范圍。其次，對表演者的舞蹈動作進行三維數據的捕捉并建立三維舞蹈教學模型數據庫。最后，將舞蹈動作數據庫制成三維動畫應用到教學實踐中，教學設計的流程如圖3所示。

（1）建立教學模型數據庫

運用動作捕捉技術能夠對演員的舞蹈動作進行分段的實時追蹤、檢測、記錄，將獲取的舞蹈三維數據用于構建舞蹈教學數據庫，對舞蹈的教學演示提供了有利的幫助，同時避免了因學生的個體差異性導致的教學延誤等問題。

運用動作捕捉技術獲取的三維數據最終需要以具體的模型呈現在計算機上，生成動畫用于教學時播放演示，學生通過動作捕捉系統將學習的舞蹈動作與教師的標準動作進行分段比較，能夠快速查找出不足之處，便于局部矯正。筆者以基本舞蹈動作為基礎，建立了具有教學意義的逼真的人物運動模型，所采用的是MotionBuilder建模軟件。首先，在數據編輯器中將運動數據與Marker標識點匹配，運動數據驅動骨架模型的運動。其次，導入MotionBuilder，使骨架模型與已有的人體模型Actor進行匹配，使Actor與舞蹈演員的動作保持一致，以此完成角色模型的建立（如下頁圖4），通過對教師與學生的舞蹈動作進行捕捉，可以實現實時檢測舞蹈動作的準確性與規范性。

（2）動作捕捉技術輔助舞蹈教學啟示

首先，通過動作捕捉技術將教師的標準舞蹈動作制成三維教學動畫，課前學生自行學習教學動畫中的舞蹈動作，觀看動畫的同時在頭腦中勾畫出姿態動作，不懂或不明確的動作，可以從多角度的分段進行反復演示。其次，學生進行實際演示，用高精度三維攝像機捕捉自身的動作，并將其與教師的標準動作進行對比。最后，教師可通過三維數據的對比給予學生針對性的指導，幫助學生掌握標準的舞蹈動作要領。這樣的教學給了我們以下的啟示：

①從技術應用上看，動作捕捉技術建立教學模型數據庫，并生成教學動畫視頻，使多媒體輔助舞蹈教學更加具有直觀性、形象性、生動性等特點，充分發揮了虛擬現實技術的作用，分析學生的學習情況，為學生的舞蹈動作學習提供學習導航與建議。學生實現了自主學習、探究性學習，教師可從旁輔助學生的學習，使學生的“學”與教師的“教”更符合數字化教學理念，在技術層面也更具可行性。

②從教學形式上看，教學方法的創新使教師充分意識到動作捕捉技術的教學優勢，進而擺脫了傳統教學方法的束縛，創造了室內訓練教學，可針對不同的舞蹈形式，利用動作捕捉技術通過細節的演示和實時的效果反饋，快速有效地幫助學生觀察自身動作的完成情況，彌補動作的不規范之處。

③基于動作捕捉技術的數字化舞蹈教學形式是計算機科學、教育技術學和教育心理學等學科的交叉，通過吸取、借鑒其他領域的新理論、新技術和新方法，化解傳統教學模式的弊端，從而大幅度提高教學質量，改善教學效率，使動作捕捉技術在計算機輔助教學領域有創造性的進步與發展。

結束語

本文提出了利用動作捕捉技術輔助舞蹈的數字化教學方法，充分實現了現實與虛擬場景的實時交互，便于教師對學生舞蹈學習的量化分析，針對局部舞蹈動作的不規范性進行實時的糾正與改進，使舞蹈教學模式從純理論的“口傳身教”變成生動、直觀的三維動畫教學模式，進入數字化教學模式，從而真正使動作捕捉技術越來越廣泛地應用到教學當中。

參考文獻：

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[10]馬新娟.基于視頻處理的下肢運動分析及實驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2007.