基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的苗拳數(shù)字化保護(hù)

康麗華

(吉首大學(xué)師范學(xué)院 湖南吉首 416000)

苗拳是源自“角觝”的一種體育游戲，因其攻防格斗內(nèi)容的特點(diǎn)逐步發(fā)展成現(xiàn)在的苗拳，主要流行于湖南湘西地區(qū)。苗拳在苗族發(fā)展史中有著舉足輕重的地位，苗拳文化傳承對(duì)增強(qiáng)民族文化自信，弘揚(yáng)民族體育精神，增強(qiáng)民族凝聚力有非常重要的意義。苗拳拳型古老、拳架緊湊、動(dòng)作幅度小的特點(diǎn)與苗族人的生存環(huán)境密切相關(guān)，是苗族人歷史發(fā)展的文化標(biāo)識(shí)，也是具有獨(dú)特風(fēng)格的地域性拳種，但隨著時(shí)代的變遷和科技的發(fā)展，人們的生活方式發(fā)生了巨大的變化，對(duì)原生態(tài)的生活環(huán)境不再高度依賴，且青少年一代對(duì)苗拳更是所知甚少，致使苗拳在家族傳承中日漸式微，部分苗拳已經(jīng)逐漸消失。

數(shù)字化主要應(yīng)用于前沿科學(xué)領(lǐng)域，在傳統(tǒng)文化保護(hù)與傳承上的應(yīng)用還處于發(fā)展階段［1］，由于人們對(duì)苗拳這類(lèi)民族文化關(guān)注較少，現(xiàn)有關(guān)于苗拳的文字資料和視頻資料都是片段式，沒(méi)有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)教程和苗拳文化數(shù)據(jù)，加之湘西地區(qū)數(shù)字技術(shù)人才的缺乏，導(dǎo)致苗拳數(shù)字化僅停留在文字、圖片和短視頻的記錄層面，對(duì)苗拳的數(shù)字化傳承、推廣和發(fā)展形成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［2］。因此，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)加強(qiáng)苗拳文化保護(hù)是實(shí)現(xiàn)民族體育文化普及、推廣的重要技術(shù)手段，也能讓廣大群眾對(duì)民族文化進(jìn)行深入了解，讓苗族文化的精髓得以更好地保護(hù)、傳承與發(fā)展。

1 動(dòng)作捕捉技術(shù)與苗拳文化保護(hù)

動(dòng)作捕捉是進(jìn)行動(dòng)態(tài)捕捉的一項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)人體關(guān)鍵部位運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄，形成三維動(dòng)畫(huà)，能全方位、多角度、廣范圍地采集動(dòng)作數(shù)據(jù)，近年在體育訓(xùn)練方面應(yīng)用較多，為民族文化數(shù)字化發(fā)展提供了新路徑。苗拳作為民族武術(shù)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和直觀性，只有對(duì)這類(lèi)操作技能進(jìn)行準(zhǔn)確的示范與講解，才能更好地保護(hù)和傳承。將動(dòng)作捕捉技術(shù)應(yīng)用于苗拳動(dòng)作的分析和研究，可以不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，有針對(duì)性地呈現(xiàn)動(dòng)作要點(diǎn)，更好地對(duì)苗拳原生態(tài)面貌進(jìn)行記錄和保護(hù)。

1.1 動(dòng)作捕捉技術(shù)在苗拳數(shù)字化保護(hù)中的優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前，苗拳數(shù)字化保護(hù)多停留在音視頻制作階段，隨著數(shù)字化技術(shù)多元化的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與動(dòng)作捕捉等新興技術(shù)都逐漸得到了探索與應(yīng)用。在苗拳的數(shù)字化保護(hù)中，科學(xué)合理的技術(shù)手段是保障苗拳傳承創(chuàng)新的重要技術(shù)支撐，通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有的數(shù)字化技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)主要通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)、人工智能、顯示技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)形成一種交互式的三維動(dòng)態(tài)視景，以視覺(jué)感受的環(huán)境為主。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，將計(jì)算機(jī)生成的文字、音頻、視頻、三維模型等虛擬信息模擬仿真后應(yīng)用于真實(shí)世界，將虛擬信息和真實(shí)信息相互融合，以體驗(yàn)感為主［3］。動(dòng)作捕捉技術(shù)通過(guò)采集真人演員的動(dòng)作數(shù)據(jù)來(lái)生成三維動(dòng)畫(huà)，精確度高，簡(jiǎn)明直觀，在數(shù)據(jù)收集和后期制作方面也非常簡(jiǎn)便，在人體工程學(xué)、模擬訓(xùn)練、游戲娛樂(lè)、生物力學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有極大的用武之地。

苗拳具有人體動(dòng)作幅度大、動(dòng)作組合繁多、可編排創(chuàng)造性大的特征，從三種數(shù)字化技術(shù)的主要功能和優(yōu)勢(shì)傾向分析，動(dòng)作捕捉技術(shù)更適用于苗拳這類(lèi)與動(dòng)作高度相關(guān)的項(xiàng)目，能對(duì)苗拳動(dòng)作和肢體運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行定位及深度解析，精準(zhǔn)記錄和還原苗拳動(dòng)作，形成苗拳虛擬展示模型，使苗拳數(shù)字化保護(hù)更規(guī)范、更科學(xué)。

1.2 動(dòng)作捕捉技術(shù)促進(jìn)苗拳保護(hù)與傳承

動(dòng)作捕捉技術(shù)通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，對(duì)苗拳的原貌進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)，既能滿足時(shí)代發(fā)展的需要，也能讓更多青年一代了解傳統(tǒng)項(xiàng)目，將原本抽象、需要多感官去感知的苗拳轉(zhuǎn)變成了可具體分析計(jì)算的數(shù)字化數(shù)值，從更高層次和更廣范圍展示苗拳的歷史價(jià)值和文化價(jià)值，不僅豐富了傳統(tǒng)項(xiàng)目的呈現(xiàn)形式，保障了苗拳在數(shù)字時(shí)代的歷久彌新，也有利于對(duì)苗拳進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究，讓苗拳文化脈絡(luò)更好地得以延續(xù)和發(fā)展［4］。

2 基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的苗拳數(shù)字化保護(hù)流程與途徑

苗拳數(shù)字化保護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，大體分為苗拳傳承現(xiàn)狀考察、確定建模原型和形成數(shù)字化3個(gè)階段。

2.1 第一階段

此階段主要包括苗拳的起源、流派、動(dòng)作特點(diǎn)的調(diào)查分析，現(xiàn)有苗拳練習(xí)者的年齡、文化程度、傳承方式，以及苗拳文化資源整理。經(jīng)走訪調(diào)研，苗拳起源于戰(zhàn)爭(zhēng)，因其格斗實(shí)戰(zhàn)技能強(qiáng)，被苗族人一直沿用至今。在《湖南武術(shù)拳械錄》中有這樣的記載［2］：湘西7個(gè)縣市的苗拳分成了老架、大架、大夾小、峨眉支四大流派，其中老架由苗族人自己創(chuàng)立，廣泛流傳于湘西六個(gè)縣市。苗拳修習(xí)者講究“三十六攻，七十二防”，拳法實(shí)戰(zhàn)性強(qiáng)，沒(méi)有多余的花架子，對(duì)肌肉絕對(duì)力量要求高，顯示了苗拳攻防結(jié)合和技法剛烈的特點(diǎn)。目前，湘西苗拳傳承人年齡都在60歲以上，中青年一代中修習(xí)苗拳的寥寥無(wú)幾。在吉首、鳳凰、瀘溪等縣市的小學(xué)把苗拳引進(jìn)學(xué)校大課間，但改編后的苗拳操?zèng)]有成體系，也去掉了苗拳攻防技擊的特點(diǎn)，變成表演性質(zhì)的武術(shù)操，而在民間現(xiàn)存的苗拳修習(xí)者中，以家傳和師承為主的口傳身授方式傳承。因此，對(duì)現(xiàn)存的苗族資源按地域和流派進(jìn)行整理，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化保護(hù)的基礎(chǔ)。

2.2 第二階段

根據(jù)湘西苗拳流傳區(qū)域和現(xiàn)習(xí)者的身體狀況及功底精湛程度，確定鳳凰縣峨嵋支流派的吳永忠拳師，吉首老架流派的秧先翠拳師為動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)采集的演示人員。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括禮示、基本功和八合拳。

2.2.1 禮示

禮示屬于苗拳中的策手動(dòng)作，與武術(shù)的抱拳禮一樣，左掌為文，右拳為武，表示文武兼學(xué)，虛心、渴望求知，恭候師友、前輩指教之意。在行開(kāi)堂禮和閉堂禮的時(shí)候都會(huì)配以口訣，也能體現(xiàn)武者的個(gè)人修養(yǎng)和功底深淺。

2.2.2 苗拳基本功

苗拳主要流傳地域大都以山區(qū)為主，動(dòng)作不能大開(kāi)大合，故苗拳腿上功夫較少，下盤(pán)功夫要求穩(wěn)樁步活，出腿多用暗勁，有近距離頂膝，遠(yuǎn)距離用腳的講究。手法上包括了掌、肘、拳的運(yùn)用，以劈、挑、撥、推、插、勾、攔等技擊性強(qiáng)的攻防手法為主，手法多變，實(shí)戰(zhàn)中也有“長(zhǎng)用拳頭近用拐，拳不離五寸，拐不離兩肋”的要求。苗拳的基本功核心內(nèi)容是樁法和手法，輔以腿法、身法和眼法進(jìn)行練習(xí)。由于苗拳以拳架緊湊、動(dòng)作弧度小為主，要求出手成拳，動(dòng)步成樁，所以樁法練習(xí)要求高，有“練拳先練樁，打拳不晃蕩”的講究。在基本功之外，進(jìn)行公開(kāi)表演的武術(shù)套路被稱為“花架子”，其中“單鳳朝陽(yáng)式”“雙鳳朝陽(yáng)式”“喜鵲歇涼”“乜妹敬酒”“雙刀赴會(huì)”“鳊魚(yú)沖灘”這類(lèi)實(shí)戰(zhàn)性較強(qiáng)的武術(shù)套路多用于雙人表演。現(xiàn)行流傳下來(lái)的苗拳多以花架子中的“八合拳”“開(kāi)四門(mén)”為主，但在苗族拳師心中由策手連成的“拆四門(mén)”，這套搏擊實(shí)戰(zhàn)性極強(qiáng)的拳法才是苗拳的精華。

2.3 第三階段

通過(guò)動(dòng)作捕捉技術(shù)可以快速地將動(dòng)作信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)數(shù)字信息，動(dòng)作演示者在進(jìn)行動(dòng)作幅度分析和各關(guān)節(jié)活動(dòng)大小的確定后，穿著帶有標(biāo)記的服裝，標(biāo)記點(diǎn)在該動(dòng)作的重要運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)周?chē)N合，進(jìn)行動(dòng)作信息捕捉［5］。在動(dòng)作數(shù)據(jù)捕捉過(guò)程中，實(shí)際上捕捉的便是這些標(biāo)記的位置信息，依照捕捉設(shè)備的不同，可以分為光學(xué)捕捉系統(tǒng)和非光學(xué)捕捉系統(tǒng)，本方案采用光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，根據(jù)苗拳動(dòng)作的豐富性，選擇23 節(jié)點(diǎn)BVH 全身模型。

2.3.1 傳感器位點(diǎn)設(shè)置

為了給苗拳設(shè)計(jì)相宜的動(dòng)作捕捉方案，除了了解苗拳中各個(gè)關(guān)節(jié)的活動(dòng)情況之外，還要根據(jù)關(guān)節(jié)所在位置、尺寸和最大活動(dòng)范圍設(shè)置傳感器位點(diǎn)，這也是至關(guān)重要的。苗拳動(dòng)作的身體主干部分表現(xiàn)力的情況，分成頭部、肩部、肘部、腕部、手部、腰部、髖部、膝部和足部9個(gè)部位，再按23節(jié)BVH 全身模型進(jìn)行傳感器的設(shè)置（見(jiàn)圖1）。

圖1 23節(jié)點(diǎn)BVH全身模型

2.3.2 苗拳動(dòng)作的數(shù)據(jù)采集流程

（1）前期準(zhǔn)備

選擇能遮蔽自然光線的室內(nèi)環(huán)境，要求地面、墻面、窗戶為不反光的深色材質(zhì)覆蓋，將攝像頭散布在捕捉空間的四周，對(duì)攝像頭所在的位置進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得攝像頭的空間位置，確定傳感器貼放點(diǎn)，進(jìn)行T-pose匹配。

（2）捕捉動(dòng)作數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方案

苗拳師穿著用于動(dòng)作捕捉的緊身服裝，貼合好傳感器，調(diào)整各關(guān)節(jié)上穿戴的傳感器位置和貼合度。按照禮示、基本功和八合拳組合進(jìn)行動(dòng)作數(shù)據(jù)采集，將通過(guò)Arena軟件捕獲的全身動(dòng)作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合通用BVH全身模型的BVH文件，再將全身動(dòng)作數(shù)據(jù)導(dǎo)入MotionBuilder 2013動(dòng)作編輯軟件中進(jìn)行編輯處理，其中在每一組動(dòng)作數(shù)據(jù)采集時(shí)均需要進(jìn)行3次以上的錄制，便于后期獲得標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)作數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖2）。

圖2 苗拳動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)采集流程圖

3 苗拳數(shù)字化保護(hù)的對(duì)策與建議

3.1 完善民族文化數(shù)字化保護(hù)機(jī)制

動(dòng)作捕捉技術(shù)雖然有速度快、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但需要專(zhuān)門(mén)的軟硬件設(shè)備才能采集和處理數(shù)據(jù)，苗拳系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和研究工程龐大，對(duì)個(gè)人研究而言，投入成本過(guò)高，需要政府給予政策上的支持。可聯(lián)合高校、地方資源、民族文化保護(hù)等部門(mén)通過(guò)科研的形式進(jìn)行苗拳及其他民族文化的系統(tǒng)研究，讓民族文化通過(guò)數(shù)字技術(shù)得以有效保護(hù)與傳承。

3.2 加強(qiáng)技術(shù)研究人員與傳承人的深度合作

目前，動(dòng)作捕捉技術(shù)在體育領(lǐng)域的應(yīng)用大多以輔助運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練為主，在民族體育文化中的實(shí)際應(yīng)用較少，有關(guān)動(dòng)作捕捉技術(shù)的研究人員也大多在影視領(lǐng)域和科技部門(mén)，而當(dāng)下苗族的青年一代受各類(lèi)信息的影響更傾向于跆拳道、自由搏擊的學(xué)習(xí)，現(xiàn)有的苗族拳師都是年齡較大的老者，思想也相對(duì)保守。很多拳師一直堅(jiān)持秉承只傳族內(nèi)子弟的武訓(xùn)，而族內(nèi)弟子愿意學(xué)習(xí)的人又寥寥無(wú)幾，所以在苗拳數(shù)字化保護(hù)中，數(shù)據(jù)采集的對(duì)象和技術(shù)研究人員也是苗拳數(shù)字化保護(hù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)在當(dāng)?shù)卣⑽幕Ｗo(hù)部門(mén)的溝通協(xié)調(diào)下，加強(qiáng)技術(shù)研究人員與苗拳傳承人的深度合作，解決苗拳數(shù)字化保護(hù)過(guò)程中的重難點(diǎn)，讓苗拳數(shù)字化保護(hù)更精準(zhǔn)、更科學(xué)、更規(guī)范［6］。

3.3 優(yōu)化數(shù)字化保護(hù)深度

現(xiàn)代技術(shù)手段能讓民族體育保護(hù)進(jìn)入快車(chē)道，但也有一定的技術(shù)弊端，在動(dòng)作捕捉技術(shù)的數(shù)據(jù)采集中，雖然通過(guò)多次重復(fù)可以提高標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，但這些需要提供高標(biāo)準(zhǔn)的操作空間，對(duì)情緒這類(lèi)信息不能進(jìn)行捕捉，所以在采用動(dòng)作捕捉技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)的同時(shí)，還應(yīng)聯(lián)合其他信息手段，推動(dòng)苗拳文化的保護(hù)和傳承的發(fā)展［7-8］。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法在民族體育數(shù)字化中進(jìn)行多視角動(dòng)作學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)也難以重復(fù)利用和編輯，動(dòng)作捕捉技術(shù)在動(dòng)作相關(guān)度高的項(xiàng)目中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能為民族體育在數(shù)字化發(fā)展方面提供新的途徑。在實(shí)施苗拳數(shù)字化保護(hù)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。第一，苗拳流派的分類(lèi)采集和傳承人的動(dòng)作特點(diǎn)的分析，其中動(dòng)作中人體關(guān)節(jié)的活動(dòng)情況的分析，要在前期準(zhǔn)備階段完成。第二，對(duì)于掌形變化較多的動(dòng)作要進(jìn)行軀干和手部的分部捕捉，然后再同步合成。同時(shí)，對(duì)動(dòng)作捕捉的空間環(huán)境要高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第三，要實(shí)現(xiàn)苗拳數(shù)字化保護(hù)，需要進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，建立苗拳文化數(shù)據(jù)庫(kù)，為苗拳文化的保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有利于苗拳文化的可持續(xù)發(fā)展。