基于動作捕捉技術的民族舞蹈三維數字化方法研究

蒙曦

摘 要：我國擁有豐富的少數民族文化，而民族舞蹈作為少數民族文化的組成部分，是非物質文化遺產的重要篇章。由于舞蹈藝術不以一定的物質形態存在于一定的環境之中，這就給舞蹈的記錄和保存增加了難度。在傳統的記錄保存工作中，演員的舞蹈動作多通過文字、照片、錄像進行記錄。然而，這些手段只能從幾個有限的角度以二維的方式對舞蹈動作進行記錄保存，無法實現對舞蹈舞姿準確且全面的記錄保護，而且傳統方法保存下來的數據只能進行簡單的復制傳播，不能加以利用、開發和創新。因此，將運動捕捉技術應用到少數民族舞蹈藝術保護工作中，運用運動捕捉技術獲取該少數民族舞蹈的空間三維姿態，經數字化動作還原等優化處理，從而建立起該民族舞蹈藝術動作技術數據庫，并結合原生態文化氛圍及其他保護方式，準確全面地保存少數民族舞蹈的藝術的精華，為全國眾多具有民族特色的少數民族舞蹈及體育實現數字化保護提供有效的參考，以及為今后的創作和舞蹈還原提供精準的數字平臺，對促進我國民族舞蹈藝術傳承和發揚有著重要的意義。

關鍵詞：民族舞蹈 動作捕捉 三維數字化

基金編號：GDQN2014009

項目名稱：《貴州民間舞蹈的動律編排系統研究》

現代社會的發展，少數民族舞蹈文化遺產的生存空間越來越受到來自于工業文明以及經濟全球化的沖擊。國家對少數民族舞蹈文化遺產的保護已經越來越重視，如何更好的保護、搶救和挖掘少數民族舞蹈文化遺產以及如何將信息技術應用于少數民族文化遺產的保護、搶救和挖掘中已經成為文化界和信息技術界共同研究的一個熱門課題。本文從少數民族的舞蹈特點出發，應用計算機運動捕捉技術對少數民族舞蹈舞姿進行三維數字化保護，結合民族舞蹈原生態文化氛圍以及其他保護方式的優點，面向民間樂舞的虛擬角色的動作庫制作過程著重分析了舞蹈文法下的動作歸類及其對應關系探討了基于情感模型下的動作風格鑒定理論，提出了通過對特征動作單元屬性和關聯約束的定義來實現動作銜接的方法并給出該方法在動作編排系統中的應用框架。

一、動作捕捉技術

動作捕捉技術最早被應用在早期迪斯尼動畫制作中，隨著科學技術的不斷發展，動作捕捉技術不斷完善，并且廣泛的應用于虛擬現實、游戲設計以及運動仿真等多個領域中。動作捕捉技術指的是通過傳感設備對三維空間內某個物體的運動狀況進行測量，并且將其運動的軌跡通過圖像的形式記錄下來，再利用計算機技術對該圖像數據進行分析處理，以此來獲得物體的空間坐標。

本文研究采用的是光學式運動捕捉系統。該系統中一共有七臺數碼攝像機，分別安置在表演場地外沿，每臺攝像機有著不同的拍攝視角，而且集中重疊在舞蹈表演者的表演區域。舞蹈表演者被要求穿緊身服裝，并且在身體的關鍵部位貼上29個“Marker”點，標記點對應著動作捕捉系統的系統框架結構，可以通過計算機技術對其進行識別。表演現場的每臺攝像機都安裝了反射標記點所對應的舞蹈演員的肢體動作，并且在拍攝的過程中形成圖像。

二、民族舞蹈的三維數字化

動作捕捉是實現民族舞蹈三維數字化的基本技術支撐，通過動作捕捉系統，可以對表演者的肢體動作進行詳細的記錄，通過不斷的回放和捕捉，實現對舞蹈表演者軀體在空間位置上的不斷變化，甚至可以對舞蹈表演者的面部表情進行記錄，這對于民族舞蹈的分析和編排有著十分重要的意義。

（一）獲取數據

基于動作捕捉的民族舞蹈三維數字化的實現，首先需要對舞蹈演員的肢體動作過程進行捕獲，再將捕獲的動作映射到計算機上，生成一個虛擬的動作過程。目前我國應用在舞蹈動作捕獲的捕捉系統，主要有機械式、聲學式、電磁式和光學式幾種，而光學式動態捕捉系統是當前應用的最為廣泛的一種動作捕捉系統。光學式動作捕捉系統主要是利用光學原理實現舞蹈動作的三維數字化，其實現的過程如下：第一，對設備進行測試，根據動作捕捉的具體要求，確定舞蹈表演者的動作范圍和攝像機的位置；第二，為了達到良好的動作捕捉效果，通常要求舞蹈表演者穿著單色服裝，并且需要在舞蹈表演者身體的關鍵部位粘貼“Marker”點；第三，同時開啟多臺攝像機對舞蹈表演者“Marker”點的動作進行擺設，并且按照擺設的順序將獲得的圖像進行保存，然后再進行分析和處理，通過計算獲得演員肢體在不同空間位置上的動作，再利用數學方法按照每個“Marker”點的獲取的圖像信息繪制反射標記，形成三維坐標；第四，利用計算機技術將三維坐標進行識別，再將數據與動畫角色相結合，生成計算機鏡頭中的運動物體。由于計算機獲取的三維坐標來自于舞蹈表演者的肢體動作，所以根據這些三維坐標生成的動畫十分逼真。

（二）后期處理

當舞蹈表演者在運動的過程中，位于身體不同部位的“Marker”點可能會被遮擋，或者是不同部位之間發生混亂，這對于原始數據的準確性會產生較大的影響，所以完成數據采集之后，需要對原始數據進行后期處理。后期處理一般需要人工對數據進行校正，一種方法是利用軟件自帶的后期處理功能對“Marker”點的運動軌跡進行校正；另一種方法是利用動畫軟件對每個關鍵幀部位的動作進行檢查和校正，以此來達到數據的準確性和完整性，進而實現動作的連貫性。

三、基于動作捕捉技術的民族舞蹈三維數據的動畫生成

通過捕捉技術獲得的民族舞蹈三維數據，可以形成一個少數民族舞蹈數據庫，為少數民族舞蹈的編排和互動游戲提供更多影像資料，在促進我國動畫制作水平提高的同時，可以有效的增強民族舞蹈動作的直觀性，運用動畫影像展現民族舞蹈表演藝術，使舞蹈效果更加生動。基于動作捕捉技術的民族舞蹈三維數字化的實現流程。該流程圖直觀的體現了利用動作捕捉技術實現民族舞蹈三維數字化的過程，將民族舞蹈的動作捕捉數據與角色模型數據進行綁定，便可以按照需求實現動畫角色的生成，進而實現民族舞蹈的三維數字化。

（一）舞蹈演員人物模型的建立

以土家族擺手舞為例，在舞蹈三維數字化過程中，需要對舞蹈演員的擺手動作進行周著重捕捉。通過建模軟件，根據舞蹈演員的實際身體比例，在3D Studio Max中建立人物角色模型，同時根據土家族舞蹈服裝的對任務模型進行數據還原，然后將三維數據與人物模型的數據進行綁定，這樣便可以實現舞蹈的還原。

（二）人體模型的骨骼綁定

運動捕捉系統對舞蹈演員的運動軌跡進行捕捉時，是通過空間數據點的確定來實現的，所以為了獲取更多、更詳細的數據，需要按照舞蹈表演者的身材比例和骨骼系統，將三維數據進行綁定。通過舞蹈表演者骨骼綁定實現對動作數據的捕捉。需要注意的是，在進行骨骼綁定時，需要注意到權重的影響，也就是說，骨骼對于人物模型不同肢體部位可能會產生不同的力度影響，只有保證這些關鍵點的力度合適，才能使人物模型的動作流暢和自然。

（三）運動捕捉三維數據的動畫實現

為了達到良好的記錄效果，一般要求舞蹈表演者首先在規定的區域內進行表演，同時開啟區域內多臺攝像機，從不同的角度對舞蹈表演者的肢體動作進行記錄并且對數據進行處理，再將捕捉的數據映射到舞蹈表演者的三維人物模型上，這時便可以運用獲取的運動序列生成一系列動畫，同時再配以相應的音樂，便可以利用計算機從各個不同的角度全方位的展現舞蹈表演。

四、結 語

本文主要針對如何利用動作捕捉技術實現民族舞蹈三維數字化的問題進行了研究。通過動作捕捉技術的應用，可以有效的避免傳統影響記錄方式中資料不完整的問題，同時也可以為現代舞蹈編排提供更多分析數據，來獲得傳統方法所無法精確再現的舞蹈姿態原有的實體，再現藝術當年風采，且復制制造周期短，成本低，是一種很有前景的藝術保護技術。同時，民族舞蹈三維數字化的實現，可以有效的促進我國民族舞蹈文化資源的整合與優化，在推動現代民族舞蹈文化持續發展的進程中發揮著重要的作用。

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作者單位：貴州大學