浅谈计算机辅助设计在团体操编排中的作用

张祖平

摘要：团体操是一项融体育与艺术于一体的综合类的集体文化表演项目，它是音乐、舞蹈、队形、服装、道具及思想内容的完美结合。随着高等教育体制改革的不断发展、素质教育的全面推进及大学生生活方式的变化，团体操以其独特的教育功能与文化魅力逐渐被引入高校教学中。随着计算机技术的发展，虚拟编排与演示技术逐渐成熟，其三维的表现能力和操作的直观性已经完全可以满足团体操的编排演示的需求，其辅助设计的应用推广将为团体操发展带来新的生机。

关键词：团体操 演练辅助设计

前言

团体操是一项年轻的体育项目，但事实证明它正以飞快的速度不断发展壮大。学校团体操集中反映了学校精神文明建设与体育水平。随着“阳光体育”的广泛深入开展和《全民健身计划纲要》的实施，团体操的发展受到了相应的关注。就学校而言，团体操的表演不仅可以活跃气氛使观众享受健与美的结合，同时对推进学校的体育、文化等发展都起着积极的作用。

一、国内外辅助设计及团体操的研究现状

目前，国内团体操的编排设计依然采用旧式的手工绘图，其工作方法繁琐复杂且绘制时工作量极大。在进行大规模的训练之前，因无法动态演示预先方案的编排效果。编排者无法对自己的设计效果进行有效的修改及优化。利用计算机辅助设计预先虚拟编排演示团体操的排练过程，可以提高其编排的效率，同时让组织者更清楚排练中的问题。在国内，王兆其等人开发了数字化三维蹦床辅助训练系统等。

二、高校团体操存在的问题及分析

（一）高校团体操排练问题

团体操从选人到排练都是一项严密而复杂的技术管理工作，一般学生兼顾上课与团体操排练，所以如何提高排练效率显得尤为重要。首先创编者难以掌握表演者的实际参与情况（如纪律性、节奏感、协调性等）面临难以统筹管理问题，其次由于编排者在设计时无法根据表演者的身体素质拟定动作的难易程度而对学生过分追求艺术上的“完美”，设计方案使一般学生在短时间内难以掌握。虽然有些动作和移动路线对于专业人士来讲非常简单，但是对于初次或很少接触团体操的人来讲由于缺乏对团体操相关知识系统的了解，排练时只是模仿大众，即使花费大力气也无法达到理想效果，以至于学生产生畏难与抵触心里。既影响了学生的参与热情更影响了团体操表演时整体的美观性。

（二）排练的整体化要求

团体操是一项庞大的“工程”，少则几百人，多则几千人。传统的排练方式是1-3个老师站在某个高点，指挥全场的表演者进行排练。在预先拟定的编排方案中，由于无法看到具体的动态演示效果，或者只能从单角度的认识排练效果，学生对于整个排练过程无法正确把握。

排练时单纯的依靠老师指挥来了解行动的路线，根本不明白自己的方位，只有重复练习；由于队形跑动中队伍过于庞大或各自动作的不同，排练中只能一部分一部分的训练，这就影响了团体操整体效果的完美表现。再者有些同学原地等待的时间久，浪费大量时间也排练不出心中期待的阵形变化，容易使学生产生急躁、厌倦情绪。

（三） 编排者综合能力问题

团体操的编排能力和对表现效果的了解均需要编排者在实际的工作中获得实践经验。而团体操是人数众多的大型集体表演活动，这就意味着编排者实践的机会少之又少，甚至有些老师根本没有机会去亲身实践。所以多数老师只能掌握丰富的理论知识，而无法将理论知识应用到实践中去。

三、计算機辅助设计在高校团体操演练中的实现与应用

（一） 三维建模实现表演场景

1、虚拟场景建模

团体操的表演一般为大型的场地，空旷而平整，在计算机建模容易，且操作和渲染时占用资源少，保证了软件的流畅运行。团体操的活动层次、性质、级别决定了它的演出场所的单一，所以团体操表演的场景是有限的。场景留有可供使用者修改的接口，使用者可以根据实际的情况在场景中进行简单的建模和贴图，使得应用的场景尽可能的接近真实的排练环境。计算机场景一旦建模完成可以长期使用，老师不需要考虑场地限制，在统一的三维模型格式下，软件可以导入外部模型，通过互联网的资源分享，得到需要的排练场地。场地一旦拥有，可以无限次数的操作，对于排练的整体把握简单方便，可以根据需要轻松控制场地的每一个角落。

2、场景的仿真

就目前的VR技术而言，虚拟场景具有真实地面的属性，在虚拟环境中存在虚拟重力，场景中的模型受到重力作用而下落，而演示地面的属性是防止模型穿透的坚实物体。其他模型与人体模型之间存在物理关系，防止人体模型运动接触到物体模型时穿透，产生虚假的效果。在场地的属性设置完成，老师只需要考虑如何编排和搭配服装，而不需要担心场地。

（二）计算机模拟实现灯光和特效

1、模拟灯光辅助夜晚效果排练

高校的团体操表演目前为止几乎处于原始的团体操表演状态，表演的时间大多数定在白天，因为夜间团体操排练难度大，效果表现难以掌握。因此，很多学校放弃了夜间团体操排练，晚间团体操在高校几乎空白。但是随着商业团体操的日渐繁荣 ，而这些演出又多为晚间，其唯美的灯光，悠远的意境，表现效果无不令人叹服，夜间团体操成为发展的主流。

2、粒子系统和摄像机辅助现场特效

粒子系统主要是利用其喷射效果模拟表演时的礼花燃放等效果，主要是辅助现场效果，通过粒子贴图实现不同表现效果，应用在相对较为隆重的表演中。摄像机是计算机虚拟演示系统最重要的组成之一，从不同的角度观看和实时切换演示效果，利用自由相机可以实现场景的漫游，更加细微的观察表演的每一个细节问题。并且摄像机的镜头效果支持包括景深、运动模糊等等，使其最终渲染达到最接近现实的效果。在虚拟排练时，可以实时观察排练的效果，通过镜头切换，实现多角度观察表演效果。

（三）RSG技术实现仿真演员

人体的模型主要是利用规则格网模型（Regular Square Grid，RSG）技术构建而成的，人体的骨架模型和人体模型利用蒙皮技术相互附着。人体的动作通过对骨架模型的调节实现动作变换，可以根据编排的需要，老师在空场景中对骨骼模型进行动作的调节和存储，在虚拟演示时直接加载动作文件。在应用中模型的大小可以利用等比例缩放工具调节模型大小以适应不同的场景。人物的常用服饰、道具等也存储在相应的资源库中，服饰的属性可以调节，如颜色的更换大小等等，并且衣服在关联在身体上后具有动力学效果，可以模拟出真实布料的受力情况。

（四）队形变换

团体操表演是由若干个队形路线变换组成的，而且变换复杂，有错位、转动、放射、渐变等。在计算机虚拟编排时，系统自动将场景的排练区域生成正方形的子区域。模型之间的检测是通过“九宫格碰撞检测法”，即以模型所在位置为中心，检测个体间最小距离，当达到某个值时即采取避碰措施。团体操的运动是由个体和小组两种运动构成的，路径运动主要是通过点与线的方式确定的。个体的路径采用的直线插值法与贝塞尔插值法，小组路径算法主要通过最短路径分散法和平行合并等多种算法实现。编排时，编排者为模型指定位置和路径，模型按照预先设定的算法运动，结合不同的路径赋予相应的动作，模型自动完成队形的变换。队列队形的算法化使变换更具有标准性，这是现实排练难以达到的，同时表演的人员可以根据模拟的效果，准确的定位自己的运动路线。

（五） 动态演示效果与音乐同步实现

在确定好表演的场景后，编排者首先确定好场景的最佳演示角度，其次是音乐的添加。音乐自始自终配合团体操的整体，且只有音乐与表演相互配合才能使表演更加精彩。编排者根据音乐的节奏位置确定队形变化的时间和时机，建立与音频对应的动作序列实现音频与表演的同步。在编排的同时，通过视角的转换观察现场中各模型的动态效果。

（六）计算机辅助设计在高校团体操演练中的应用

团体操虚拟编排与演示应用系统是一个相对庞大的软件，涉及的领域较为广泛，因此操作存在一定困难。高校的文化教育水平较高，对于软件应用研究的推广较为容易。此软件的应用主要是在正式排练之前，老师根据学校现有的资源和团体操表演所要表达的主题，规划团体操表演的全部过程。由于软件的运行平台位于普通PC机，资源共享非常容易。所以一旦团体操的表演思路确定，老师可以根据团体操的不同形式的表现阶段而分工进行，负责其中某部分，提高了排练效率。在每一部分完成之后，各部分可以分别展示，相关专业老师通过分析研究确定最后的表演方案。最终的效果由软件通过渲染得到影视资源，利用软件的相机动画，得到每个角度的效果。在排练时，学生根据自己的角色定位在表演时的方位，对于特殊动作的表演，老师可以渲染相应的个人动作序列，帮助学生学习，从而使团体操的编排和排练可视化简单化。

四、结论与建议

根据实际情况的编排设计思路，制作虚拟场景，包括灯光背景效果及队形图案变化，应用于高校团体操编排能切实提高团体操的编排效率与质量，优化相关的工作，降低团体操完成的成本，促进高校团体操事业的发展。

作为一位专业老师，需要更好得掌握团体操编排相关知识，包括对学生实际情况进行细致了解，重视操作实施可行性充分利用骨干等。除此之外计算机虚拟演示与应用系统相对比较难以掌握，編排者水平尤其是计算机操作水平必须不断提高，才能更好得应用到实际的团体操编排中去。当然，高校团体操的进步主要还是依靠老师和学生的不断努力，利用现有的科学技术，过硬的专业知识，将“制作”与“教学”相结合，通过计算机辅助设计应用提高排练效率，提高创编效果从而推进高校团体操的不断发展。