動作捕捉與數字動畫技術在京劇表演中的應用研究
——以京劇《真假美猴王》實驗片段為例

張曉華（中國藝術科技研究所，北京 100007）

作為當代影視劇拍攝的技術手段，動作捕捉與數字動畫技術被廣泛應用。但是，由于藝術語言和表演模式的差異，在傳統戲曲舞臺的應用仍較為少見。然而，京劇中有很多神話題材的劇目，其中涉及大量的武打動作和魔法幻術等表演內容，如果對這些內容環節加以適當的動作捕捉與數字動畫技術，將會極大地增強劇目的觀賞性和視覺表現力，更能引起年輕人的共鳴，促使他們更多地接觸和熱愛京劇藝術。

本文以京劇《真假美猴王》研究實驗為例，將動作捕捉與數字動畫技術與京劇動作類表演相結合，試圖打破舞臺空間的限制，增強傳統戲曲的舞臺表現力，以生動形象的方式對傳統藝術進行創新演繹與傳播。這不僅有益于京劇藝術的傳承，還可以使古老的藝術符合時代審美，煥發新時代的光彩。

1 京劇《真假美猴王》實驗片段的內容設計

1.1 設計主旨

京劇《真假美猴王》研究實驗的核心部分是真假美猴王的對手戲，如果僅僅表現兩個演員在一個虛擬場景作為背景的舞臺上簡單的套招表演，不能體現本次實驗的核心價值。本研究目標不僅僅要在舞臺呈現沉浸式的虛擬場景，還要體現實時的互動性，擬通過動作捕捉技術制作虛擬3D猴王，由場外一位穿戴動作捕捉設備的演員來操縱虛擬猴王的表演，其動作數據經由渲染引擎，再經過服務器，最終輸出到LED屏幕。這樣，“真”猴王與虛擬“假”猴王通過設計好的動作進行表演，從視覺上就能明顯分辨真假兩個猴王，巧妙而形象地體現《真假美猴王》的故事劇情，增強舞臺演出效果。

1.2 設計內容

在實驗劇目的選擇上，首先通過分析和整理，選擇適合應用動作捕捉與數字動畫技術的京劇劇目折出，研究兩者適當的結合模式，并完成一段全景式拍攝視頻案例。

在數字動畫技術的體現部分，對京劇表演者的動作進行藝術剖析，由Notch（實時渲染引擎）進行重編碼、結點連接，根據不同的角度調整燈光、LED屏幕、京劇表演者具體的動作，通過粒子特效和實時渲染的方式，增強視覺呈現藝術效果。

在動作捕捉的交互呈現環節上，京劇表演者穿戴Noitom動作捕捉設備，從其肢體、手勢、步法、身位、運動等多方面進行動作細節的采集與分析，制作虛擬3D猴王，最終呈現完整的基于動作捕捉與數字動畫技術的現場表演片段（圖1）。

圖1 京劇《真假美猴王》實驗片段測試錄制

2 京劇《真假美猴王》實驗片段的實現規劃

2.1 實現步驟

京劇《真假美猴王》實驗片段的實現步驟，主要分為京劇表演、場地布置、內容設計三個方面（圖2）。首先研討制定實施計劃與方案，并按照時間節點完成相應的工作。為了凸顯沉浸式設計，選用半環繞的LED弧面屏和地屏，通過Disguise服務器將設計內容輸出到LED屏幕，實現場景的沉浸感。為此，特別設計3分鐘時長的《真假美猴王》京劇表演片段。由于主題劇情需體現交互性，選用Noitom設備實施動作捕捉技術，以加強“真”和“假”兩個猴王的對比效果和視覺沖擊力。在舞臺中央是真猴王，假猴王則是一個3D虛擬人物，當兩人出現打斗場面，視覺效果的對比便能清晰呈現。

圖2 京劇《真假美猴王》實驗片段實現步驟

主要環節包括場景設定、表演創作、虛擬場景設計、動畫特效設計和動作捕捉技術應用等內容，設計與編輯符合表演內容的音效也是非常重要的一環。經過不斷排演，須達到美猴王出鏡、亮相、打斗、高潮、勝利與結尾等部分與音效節奏的完美統一。

場地的設置要求較高，不僅要良好地呈現預設的環境場景，而且要符合演員騰挪閃轉、甚至可以做空翻等高難度動作的需求。同時，沉浸式的舞臺環境營造的虛擬奇幻的視覺效果是一個重點，所以，半環繞沉浸式弧面屏被選用作為整個場景的背景鋪設。表演場景包括LED弧面屏和地屏，兩者的結合可以體現空間視覺上的沉浸感。這樣的設置可以清晰還原設計場景和內容，也有利于后期的輸出與播控。

虛擬的京劇表演環境用Cinema 4D建模及優化，虛擬的石雕佛像和石窟作為背景，與前景中的山體、石塊遙相呼應，渲染故事發生的場景信息，增強京劇表演的沉浸感。石雕佛像為主的場景是專門針對“真假美猴王”故事主題而設計，并創造性地將假猴王設計為真猴王的“心魔”，最終也以真猴王戰勝與解除心魔作為全篇結束。

2.2 實現重點

實現的重點是動作捕捉和數字動畫特效的配合部分。傳統京劇表演的動作程式比較嚴謹規范，舞臺效果相對固化單一，當融入特效后，會使得一些動作更加炫目，更加具有觀賞性，從而增強現場的特效和美感。本次實驗的突出特點就是具體表演與特效實時互動的舞臺效果，而不是通過錄制加后期特效的傳統方式。

方案設計與具體實施包括前期研討、京劇排練、實物場景設計搭建、虛擬場景設計、虛擬美猴王建模與貼圖、動畫特效設計、表演測試等部分。

執行的過程經歷了全面深入的方案設計、特效設計、表演設計與音樂設計等過程，尤其在音樂節奏與動作的排練上，重點研究如何協調音樂設計、動畫特效設計、動作設計、虛擬場景設計、虛擬動作設計等配合，以及Disguise服務器播控技術的布置，并且按照前期制定的研發進度安排京劇片段的排演。

3 京劇《真假美猴王》實驗片段的具體呈現

3.1 具體內容

京劇片段排演流程為劇本設計、腳本描述、場景設置、動作設計、音樂節奏與動作捕捉技術和數字動畫特效的結合。2020年上半年新冠肺炎疫情期間，京劇演員展開排練。疫情形勢好轉后，主創人員在國家京劇院商量和修改表演細節，按照既定計劃和技術要求完成京劇表演部分的排演。

場景設計如圖3、圖4所示。演員1為主要演員，扮演真美猴王，演員2在場外穿著Noitom動作捕捉設備，表演場景中的虛擬美猴王；演員2配合演員1表演劇中的打斗情節。兩位演員依據京劇武打戲套路表演，與傳統京劇形式不同，兩人的空間位置關系發生了變化，演員1在舞臺上被觀眾所看到，演員2則在舞臺外面不被觀眾所視，取而代之的是一個美猴王的虛擬模型跟隨演員2的動作在舞臺表演。這樣一來，真猴王（演員1扮演）現場真實表演的直觀感受不變的情況下，假猴王的虛擬感和心魔的角色設定感得到加強，形成更加直接的對比關系，觀眾立刻就能明白這場戲“真與假”的表演傳達，給觀眾帶來意想不到的視覺感受。

圖3 演員現場排練

圖4 真實演員與虛擬演員關系示意

3.2 預演測試

沉浸式數字虛擬場景采用C4D建模和貼圖（圖5），經過反復調整，充分表現故事主題和思想，最終應用于虛擬背景場景當中。

演員穿著美猴王的京劇服裝（圖6），特效團隊將衣服材質和貼圖運用到虛擬美猴王的模型上，這樣可以使虛擬猴王貼近真猴王造型和表演。猴王戲服設計得較為精簡，可以讓演員在表演過程中不受演出服飾的限制，同時保證虛擬人物的動作捕捉精準到位（圖7）。

圖6 演員穿著戲裝

圖7 著裝虛擬猴王

數字動畫特效設計采用實時交互與渲染引擎Notch制作。Notch能夠實時渲染粒子、煙霧、場域等特效，保證京劇演員表演時能夠在音樂和表演的CUE點發射相應的特效設計，從而加強對現場實時京劇表演的最終呈現效果，其工程文件打包成block文件傳輸給Disguise GX2播控服務器，兩者有信息傳輸協議，可以互相支持。

當真猴王在舞動金箍棒時，會伴隨數字動畫粒子特效（圖8）。這類特效一共分為10個部分，真猴王翻跟斗出場、真猴王亮相、佛像光環-1、佛像光環-2、打斗中假猴王的隔檔光盾、美猴王的金箍棒表演、打斗時的火光四濺、假猴王被金箍棒擊倒時的灰飛煙滅、真猴王勝利后舞動金箍棒、全篇結束拜佛點亮背景。

圖8 數字動畫特效示意

預演測試主要解決最終表演前暴露出和潛在的問題。圖9為主創人員正在測試Noitom動作捕捉設備的精確性。在預設動作安排下，結合音樂節奏，扮演真假美猴王的兩位京劇演員互相配合表演打斗場景。

圖9 現場測試動作捕捉設備

3.3 設備配置

3.3.1 Noitom動作捕捉設備全套

Noitom動作捕捉設備是技術重點（圖10），主要綁定在演員的骨骼結點上，一共有20多個信號傳輸器，能夠很好地捕捉演員的大體動作，并且穿戴方便，符合項目要求。

圖10 Noitom動作捕捉設備

3.3.2 攝像機

現場設置一臺4K輸出的定點攝像機（圖11），用來拍攝整個半沉浸式的LED場景與演員表演。

圖11 4K攝像機

3.3.3 LED弧面屏+地屏

舞臺LED弧面屏長約10 m（圖12），高清輸出數字虛擬背景畫面。地屏保證演員能夠在舞臺上做翻滾動作，并且能夠呈現數字動畫特效前景與數字虛擬背景場景融合的舞臺。圖13為Disguise GX2服務器正在測量場地位置數據和優化場景信息。

圖12 LED弧面屏+LED地屏

3.3.4 Disguise GX2服務器

Disguise GX2服務器是保證項目最終輸出的設備（圖13）。

圖13 Disguise GX2服務器

3.3.5 Notch Pro、Disguise GX2制作軟件

軟件使用許可證Notch配置為商業Pro版，是2020年最新版本，可以保證4K的正常輸出。同時，還要與Disguise GX2匹配，可以順利輸出Notch的制作內容（圖14）。

圖14 Notch Pro、Disguise GX2制作軟件

4 京劇《真假美猴王》實驗片段的技術難點與技術路線

4.1 技術難點及解決方案

4.1.1 數字虛擬場景與數字動畫特效的層級關系

數字虛擬場景部分作為LED屏幕的輸出背景，即C4D做的場景建模。數字動畫特效則是攝像機前景，即Notch特效。當演員表演時，前后場景的優化和校準為技術難點。

對于虛擬場景與數字動畫特效的層級關系問題，通過Disguise自帶的D3manager軟件，將虛擬場景精確測量后投放到LED屏幕上。動畫特效部分被分成十個Notch輸出的block文件，放在D3manager的時間線上（即演員表演的音樂結點上）。當時間線播放至該結點處，觸發相應的前景數字動畫特效，保證音樂節奏時間線上的動畫特效正好匹配演員表演，從而解決前后場景層級關系與演員現場表演結合的優化問題。

4.1.2 京劇表演與音樂節奏的契合

長度3分鐘的京劇表演全程配合相應的音樂節奏。音樂節奏采用傳統的京劇鑼鼓經為基礎，演員表演的起承轉合有多種音效配合烘托，要求表演者按照設計好的動作演示，同時卡住時間與節奏結點，在這些結點上，會有相應的數字動畫特效出現。通過音樂串聯京劇演員的表演和動畫特效，在視覺上符合邏輯關系和美學要求。

4.1.3 Noitom捕捉的精確性

演出片段采用Noitom動作捕捉設備，規避光線追蹤動作捕捉設備繁瑣、沉重的缺點，它的好處是比較輕便、便于攜帶，以無線數據傳輸的方式捕捉。鑒于Noitom的常規版動作捕捉設備在預演中暴露出的捕捉精度低、面部表情和細微手勢捕捉較弱等問題（如虛擬美猴王在場景中手型一直是直立狀態，無法彎曲，不太符合人體動態規律），最終選用Noitom Perception Neuron Pro版本（圖15）。這是Noitom的一套基于慣性傳感器的高級無線動作捕捉系統，具有全身無線數據傳輸、低延遲高精度、高電磁耐受性等多種特性。憑借其專有的嵌入式數據融合系統、人體動力學系統和物理引擎算法，可以捕捉大型動態動作，為使用者提供平滑而準確的動作捕捉數據。所以，演員的動作和姿態的精確性捕捉等問題都會通過設備升級來改善，并應用在演員的最終表演中。

圖15 Noitom Perception Neuron Pro動作捕捉系統

4.2 技術路線

表演者穿戴Noitom Pro版動作捕捉設備，進行節點式動作采集。同時，將所采集的動作通過路由器同步在Notch中，并根據捕捉到的節點，從Notch中調取最優方案進行實時的藝術化渲染。再由Disguise GX2獲取Notch中節點結合特效，最后通過兩路4K通道傳輸到投影設備，實時投放在半沉浸式LED屏幕包裹的舞臺。表演者在此三維場景現場表演，結合Notch的特效，最終呈現京劇表演結合數字動畫技術的實時表演（圖16）。

圖16 技術路線

5 結語

本文基于筆者承擔的藝術科研課題的研發內容與成果，以京劇《真假美猴王》研究實驗為例，借助動作捕捉與數字動畫技術，使得京劇舞臺不僅呈現出傳統戲曲的舞臺效果，還有虛擬人物、實時交互等綜合技術元素的體現。當戲曲藝術與當代演藝科技相結合，為戲曲藝術的普及與推廣提供了更加多元和便捷的平臺，為受眾了解戲曲、熱愛戲曲、欣賞戲曲、體驗戲曲提供了更多的可能。

京劇《真假美猴王》實驗片段呈現出傳統戲曲程式與當代演藝科技的互動表現，這種表現模式對于其他傳統戲曲形式的表演具有可復用性，是傳統文化與現代科技結合的一個新亮點，可以影響更廣泛的受眾，為今后傳統文化創新、創意、保護、傳承等領域提供參照示范作用。未來，筆者還將繼續探索傳統藝術與現代科技結合的價值。