三維動畫在武術套路教學與訓練中的應用

金若塵

摘 要 通過人體三維動畫對武術的基本套路的展示，在立體、直觀地展現(xiàn)武術基本套路的同時，有助于對套路技術動作進行再創(chuàng)新，輔助學習者練習有難度的動作。本文將依據(jù)部分高校武術多媒體教學的開展情況對三維動化在武術教學和訓練中的作用進行分析，深入探討如何應用三維動畫來輔助武術套路的教學和訓練。

關鍵詞 三維動畫 武術 教學 學校體育

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.07.040

Analysis of the Application of Three-dimensional Animation in

Wushu Routine Teaching and Training

JIN Ruochen

（Henan Police College， Zhengzhou， Henan 450046）

Abstract Through the human body 3D animation basic routines on martial arts show， in the three-dimensional and visual display of Wushu basic routines and is helpful for routine technology innovation， assisted learning difficult action. This paper will be based on the part of College Wushu multimedia teaching were carried out in the analysis of three-dimensional dynamic of Wushu teaching and training role， in-depth study of how to apply 3D animation to assist in Wushu teaching and training.

Keywords three-dimensional animation； Wushu； teaching； school sports

0 引言

傳統(tǒng)的武術套路教學以及訓練中多使用二維的視覺媒體來對學員進行技術指導，這種模式既有優(yōu)勢，也存在一定的局限性：缺乏從量化以及精確的微觀層面分析運動技術。那么三維動畫的特點則彌補了這些不足。三維動畫首先最顯著的特點就是其清晰直接的三維特性，直觀多方位地展示了連貫的技術動作，可以模擬現(xiàn)實或是理想狀態(tài)下的新動作或是較難的動作，以量化的方式展現(xiàn)了運動員在三維坐標系中的運動軌跡。將三維動畫引入到武術教學中為開發(fā)教育動畫資源開辟了新的路徑，在武術教學和訓練中具有一定的意義。

1 武術套路和三維動畫教學的結合

在武術教學和訓練中引入三維動畫的首要問題就是三維動畫能否準確真實地展現(xiàn)武術套路。這就要求三維動畫技術在直觀的視覺上和微觀的量化上契合套路技術動作。

1.1 武術套路和三維動畫在微觀上的契合

三維動畫使用的直接驅(qū)動模型由人體三維動畫系統(tǒng)對表演者的動作乃至表情的捕捉構成。通過對人體形態(tài)參數(shù)的采集，并進行處理后得到在不同時間點上人體姿勢的多個空間坐標集R{（X1，Y1，Z1），（X2，Y2，Z2）...（Xn，Yn，Zn）}。[1]

將采集到的空間坐標集進行一定的處理就可以還原表演者的肢體運動軌跡，并且計算機會計算出手臂或是腿部的運動方向和速度，相應關節(jié)的角速度以及角度。那么武術套路動作的完成質(zhì)量也可以得到量化的評價。最終實現(xiàn)三維動畫與武術套路在微觀上的契合。

1.2 武術套路和三維動畫在直觀上的切合

常見的動畫軟件，如3D MAX等，可以將實時捕捉到的表演者的肢體動作和表情轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的“抽象運動”，生成與表演者一樣的3D模型，得到最終的動畫序列。這樣得到的運動員的模型可以完全展現(xiàn)表演者的風格節(jié)奏和力度，實現(xiàn)武術套路個三維動畫在直觀上的切合。

2 三維動畫和傳統(tǒng)技術在武術教學中的對比

2.1 傳統(tǒng)技術

傳統(tǒng)的武術教學使用的視覺媒體（如2D動畫教學）幾乎都不能多角度量化的方式展示武術套路，并且在保存方式上也存在著硬傷：

無法交互是3D動畫教學出現(xiàn)以前絕大多數(shù)的教學方法都存在的問題。首先是文字資料并不利于學習者對武術套路的理解，文字資料更適合經(jīng)驗豐富的人。另外，在2D教學動畫中只有一個視角（部分武術教學視頻會通過兩個表演者以相反的方向表演來同時展現(xiàn)兩個視角），使得初學者的學習增加了難度。

2.2 三維動畫技術

三維動畫技術的核心技術是運動捕捉技術。[2]所謂運動捕捉技術是指在單位時間內(nèi)通過跟蹤關鍵點的運動軌跡來記錄目標對象的運動過程，最后轉(zhuǎn)換成可以用數(shù)學表達式記錄的單獨的3D運動過程。具體的操作過程是：

首先讓表演者在關鍵部位（如手肘、關節(jié)、腿、頭部等）穿戴上跟蹤裝置，運動捕捉系統(tǒng)依據(jù)跟蹤裝置回傳的數(shù)據(jù)記錄表演者的位置信息。表演者進行動作展示，運動捕捉系統(tǒng)依據(jù)大量的實時回傳數(shù)據(jù)做出處理，并進行計算（路徑，角速度，夾角等），最后對部分數(shù)據(jù)進行修正導入3D模型形成最終的3D教學動畫。[3]

3D動畫不僅僅包含了運動捕技術，還有采集表演者面部表情變化的其他技術，主要的還有聲學式、光學式、電磁式和設置機械式等技術。

圖1 光學式運動捕捉場地示意圖

圖1中黑點表示高分辨率紅外攝像機的位置。攝像機會捕捉到表演者在三維空間中的肢體動作和面部表情，形成圖像素材，技術人員將這些圖像素材和運動軌跡制作成模型，使模型在直觀上表情以及動作神態(tài)上與表演者保持一致。

光學式運動捕捉是當前最適宜制作武術套路3D模型的技術。首先其具有實時性強、采樣速率高、精確度高的特點，此外，沒有電纜和機械裝置的限制，表演者的活動空間大，捕捉衣材質(zhì)地輕薄，與運動員平時的緊身衣質(zhì)地相似，有利于表演者的自由發(fā)揮。

2.3 三維動畫技術的應用

2.3.1 三維度的立體示范

武術套路的特點是變化多端，且動作較繁復，這常常給初學者的學習帶來了困難，在學習武術套路時，要想全方位地了解動作的特性，就需要全方位多角度地觀察動作，僅僅按照視頻拍攝的角度（往往是正面），學習者難以全面地了解武術套路規(guī)范動作，而3D動畫學習者則可以自由旋轉(zhuǎn)武術套路動作展示的角度和位置，從而更好地學習和了解武術套路。

2.3.2 建立運動表象

建立技術概念顯然是武術套路學習的關鍵步驟，那么僅僅靠技術人員的講解和示范仍然是不夠的，還需要學習者的本體感受來獲得武術套路的內(nèi)在精髓。3D動畫比其他傳統(tǒng)武術套路教學方式傳遞的信息更加豐富也更加全面，學習者也可以及時依據(jù)動畫對自身的動作進行反饋，從而更好地建立動作表象。

2.3.3 建立武術套路的數(shù)據(jù)庫

前面提到的運動捕捉數(shù)據(jù)不僅可以用在建立模型，大量的數(shù)據(jù)還可以通過整理和保存后建立一個武術套路數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)一定的武術特色和種類進行分類，并設計出檢索方式，有利于初學者及時的針對弱項調(diào)出相關的3D教學動畫進行學習。

3 三維動畫在武術教學中的優(yōu)勢地位

3.1 建立動作表象過程縮短

建立動作表象是武術套路動作教學和訓練中十分關鍵的一環(huán)，學習者正是通過表演者的視覺表象和聽覺表象的結合來明確動作的技術結構和動作中的要領，從而建立出完整的武術套路的技術概念。常見建立動作表象的方法前文已經(jīng)提到，主要有兩種：一種是運動員自身感受來獲得武術套路中的技術信息，另一種是教師對武術套路進行分解示范和講解。

在3D動畫教學示范中，可以比二維的視頻和文字描述更快速和更加準確地向?qū)W習者傳達武術套路中的技術信息，學習者也可以通過觀看自身的套路動作的三維動畫來及時反饋更正不足，從而達到縮短建立動作表象過程時間的目的。

3.2 直觀與量化的結合

分析出學習者的不足之處，有針對性地進行訓練可以快速有效提高教學效率。提高動作技術水平主要有兩種方法：簡單觀察法和生物力學分析法。現(xiàn)在生物力學分析法應用到三維動畫中就是通過運動捕捉技術獲取表演者在三維空間中關鍵點的空間位置（X，Y，Z）進行記錄和計算，將所得到的數(shù)據(jù)（運動軌跡，重點位置的角速度、力矩等）進行生物學分析，最后找到動作技術的不足之處，加以改善。

此外三維動畫還可以對表演者的運動軌跡進行精準的量化。有利于教練員的指導工作，也有利于初學者對動作的理解。無論是踢腿的高度還是身體旋轉(zhuǎn)的角速度都會有精確的數(shù)值，對不達標的數(shù)值進行分析，可以快速有效地找到動作不到位或者錯誤動作的原因。

此外三維動畫還可以對表演者不規(guī)范的動作進行修改，最后得到標準的技術動作模型。這是三維動畫的優(yōu)勢。

3.3 模擬武術套路教學和訓練的環(huán)境

三維動畫模擬出的虛擬教學和訓練環(huán)境體現(xiàn)了學習者和虛擬環(huán)境之間的交互性。傳統(tǒng)的武術注重“氣”，這涉及到人體的穴位、氣血以及經(jīng)絡等中醫(yī)知識。傳統(tǒng)錄像難以還原這些信息，對于這些抽象的概念無法再現(xiàn)，使學習者難以理解這些問題，而虛擬現(xiàn)實技術可以非常清晰地再現(xiàn)或是模擬這些過程，把抽象的概念轉(zhuǎn)化成直觀的影像便于學習者的理解。

虛擬現(xiàn)實技術具有交互性、沉浸性和想象性，有助于參與者沉浸其中，自由交互。學習者可以感受比賽現(xiàn)場的氣氛，身臨其境，適應能力和應變能力得以加強。

3.4 三維立體示范

3D動畫教學真正實現(xiàn)了多角度地展現(xiàn)表演者的技術動作全貌，并且有翔實的數(shù)據(jù)支持，學習者在觀看的過程中可以隨意調(diào)整觀看套路動作的角度，并了解相關的技術動作標準，學習者可以精準地學習技術動作，達到了立體教學的效果。

3.5 輔助進行動作創(chuàng)新

在常規(guī)的武術套路自選項目中，評分標準大致如下：完成創(chuàng)新B級動作難度加0.2分；完成創(chuàng)新C級動作難度加0.3分；完成創(chuàng)新超C級動作難度加0.4分。可見創(chuàng)編新動作是比較重要的，但在實際操練過程中試做創(chuàng)新動作有較大的風險。影響了創(chuàng)新動作的效率和效果。

4 結束語

3D動畫教學引入到武術套路為武術套路教學和訓練帶來了變革性的手段，為編排動作和全方位展示武術套路提供了新的方法，對于現(xiàn)實立體展示和探究武術套路的技巧和精髓，輔助武術套路的教學和訓練是可行的，切實有效的。此外3D動畫教學的直觀性和交互性有效彌補了傳統(tǒng)武術套路動作教學的不足，更深層次地引導學習者進行高效學習，另外3D動畫教學具有環(huán)保性、經(jīng)濟性以及便利性的特點，符合當今社會發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1] 張勝利，閆民，張玉彬.三維動畫在武術套路教學與訓練中的應用[J].體育學刊，2012.1：90-92.

[2] 張超，石愛橋.探析運動捕捉技術在武術套路中的應用[J].中華武術（研究），2014.6：57-62.

[3] 張勝利.武術數(shù)字教材的比較優(yōu)勢分析[J].中華武術（研究），2011.3：29-31.