基于动作捕捉技术的民族舞蹈三维数字化方法研究

蒙曦

摘 要：我国拥有丰富的少数民族文化，而民族舞蹈作为少数民族文化的组成部分，是非物质文化遗产的重要篇章。由于舞蹈艺术不以一定的物质形态存在于一定的环境之中，这就给舞蹈的记录和保存增加了难度。在传统的记录保存工作中，演员的舞蹈动作多通过文字、照片、录像进行记录。然而，这些手段只能从几个有限的角度以二维的方式对舞蹈动作进行记录保存，无法实现对舞蹈舞姿准确且全面的记录保护，而且传统方法保存下来的数据只能进行简单的复制传播，不能加以利用、开发和创新。因此，将运动捕捉技术应用到少数民族舞蹈艺术保护工作中，运用运动捕捉技术获取该少数民族舞蹈的空间三维姿态，经数字化动作还原等优化处理，从而建立起该民族舞蹈艺术动作技术数据库，并结合原生态文化氛围及其他保护方式，准确全面地保存少数民族舞蹈的艺术的精华，为全国众多具有民族特色的少数民族舞蹈及体育实现数字化保护提供有效的参考，以及为今后的创作和舞蹈还原提供精准的数字平台，对促进我国民族舞蹈艺术传承和发扬有着重要的意义。

关键词：民族舞蹈 动作捕捉 三维数字化

基金编号：GDQN2014009

项目名称：《贵州民间舞蹈的动律编排系统研究》

现代社会的发展，少数民族舞蹈文化遗产的生存空间越来越受到来自于工业文明以及经济全球化的冲击。国家对少数民族舞蹈文化遗产的保护已经越来越重视，如何更好的保护、抢救和挖掘少数民族舞蹈文化遗产以及如何将信息技术应用于少数民族文化遗产的保护、抢救和挖掘中已经成为文化界和信息技术界共同研究的一个热门课题。本文从少数民族的舞蹈特点出发，应用计算机运动捕捉技术对少数民族舞蹈舞姿进行三维数字化保护，结合民族舞蹈原生态文化氛围以及其他保护方式的优点，面向民间乐舞的虚拟角色的动作库制作过程着重分析了舞蹈文法下的动作归类及其对应关系探讨了基于情感模型下的动作风格鉴定理论，提出了通过对特征动作单元属性和关联约束的定义来实现动作衔接的方法并给出该方法在动作编排系统中的应用框架。

一、动作捕捉技术

动作捕捉技术最早被应用在早期迪斯尼动画制作中，随着科学技术的不断发展，动作捕捉技术不断完善，并且广泛的应用于虚拟现实、游戏设计以及运动仿真等多个领域中。动作捕捉技术指的是通过传感设备对三维空间内某个物体的运动状况进行测量，并且将其运动的轨迹通过图像的形式记录下来，再利用计算机技术对该图像数据进行分析处理，以此来获得物体的空间坐标。

本文研究采用的是光学式运动捕捉系统。该系统中一共有七台数码摄像机，分别安置在表演场地外沿，每台摄像机有着不同的拍摄视角，而且集中重叠在舞蹈表演者的表演区域。舞蹈表演者被要求穿紧身服装，并且在身体的关键部位贴上29个“Marker”点，标记点对应着动作捕捉系统的系统框架结构，可以通过计算机技术对其进行识别。表演现场的每台摄像机都安装了反射标记点所对应的舞蹈演员的肢体动作，并且在拍摄的过程中形成图像。

二、民族舞蹈的三维数字化

动作捕捉是实现民族舞蹈三维数字化的基本技术支撑，通过动作捕捉系统，可以对表演者的肢体动作进行详细的记录，通过不断的回放和捕捉，实现对舞蹈表演者躯体在空间位置上的不断变化，甚至可以对舞蹈表演者的面部表情进行记录，这对于民族舞蹈的分析和编排有着十分重要的意义。

（一）获取数据

基于动作捕捉的民族舞蹈三维数字化的实现，首先需要对舞蹈演员的肢体动作过程进行捕获，再将捕获的动作映射到计算机上，生成一个虚拟的动作过程。目前我国应用在舞蹈动作捕获的捕捉系统，主要有机械式、声学式、电磁式和光学式几种，而光学式动态捕捉系统是当前应用的最为广泛的一种动作捕捉系统。光学式动作捕捉系统主要是利用光学原理实现舞蹈动作的三维数字化，其实现的过程如下：第一，对设备进行测试，根据动作捕捉的具体要求，确定舞蹈表演者的动作范围和摄像机的位置；第二，为了达到良好的动作捕捉效果，通常要求舞蹈表演者穿着单色服装，并且需要在舞蹈表演者身体的关键部位粘贴“Marker”点；第三，同时开启多台摄像机对舞蹈表演者“Marker”点的动作进行摆设，并且按照摆设的顺序将获得的图像进行保存，然后再进行分析和处理，通过计算获得演员肢体在不同空间位置上的动作，再利用数学方法按照每个“Marker”点的获取的图像信息绘制反射标记，形成三维坐标；第四，利用计算机技术将三维坐标进行识别，再将数据与动画角色相结合，生成计算机镜头中的运动物体。由于计算机获取的三维坐标来自于舞蹈表演者的肢体动作，所以根据这些三维坐标生成的动画十分逼真。

（二）后期处理

当舞蹈表演者在运动的过程中，位于身体不同部位的“Marker”点可能会被遮挡，或者是不同部位之间发生混乱，这对于原始数据的准确性会产生较大的影响，所以完成数据采集之后，需要对原始数据进行后期处理。后期处理一般需要人工对数据进行校正，一种方法是利用软件自带的后期处理功能对“Marker”点的运动轨迹进行校正；另一种方法是利用动画软件对每个关键帧部位的动作进行检查和校正，以此来达到数据的准确性和完整性，进而实现动作的连贯性。

三、基于动作捕捉技术的民族舞蹈三维数据的动画生成

通过捕捉技术获得的民族舞蹈三维数据，可以形成一个少数民族舞蹈数据库，为少数民族舞蹈的编排和互动游戏提供更多影像资料，在促进我国动画制作水平提高的同时，可以有效的增强民族舞蹈动作的直观性，运用动画影像展现民族舞蹈表演艺术，使舞蹈效果更加生动。基于动作捕捉技术的民族舞蹈三维数字化的实现流程。该流程图直观的体现了利用动作捕捉技术实现民族舞蹈三维数字化的过程，将民族舞蹈的动作捕捉数据与角色模型数据进行绑定，便可以按照需求实现动画角色的生成，进而实现民族舞蹈的三维数字化。

（一）舞蹈演员人物模型的建立

以土家族摆手舞为例，在舞蹈三维数字化过程中，需要对舞蹈演员的摆手动作进行周着重捕捉。通过建模软件，根据舞蹈演员的实际身体比例，在3D Studio Max中建立人物角色模型，同时根据土家族舞蹈服装的对任务模型进行数据还原，然后将三维数据与人物模型的数据进行绑定，这样便可以实现舞蹈的还原。

（二）人体模型的骨骼绑定

运动捕捉系统对舞蹈演员的运动轨迹进行捕捉时，是通过空间数据点的确定来实现的，所以为了获取更多、更详细的数据，需要按照舞蹈表演者的身材比例和骨骼系统，将三维数据进行绑定。通过舞蹈表演者骨骼绑定实现对动作数据的捕捉。需要注意的是，在进行骨骼绑定时，需要注意到权重的影响，也就是说，骨骼对于人物模型不同肢体部位可能会产生不同的力度影响，只有保证这些关键点的力度合适，才能使人物模型的动作流畅和自然。

（三）运动捕捉三维数据的动画实现

为了达到良好的记录效果，一般要求舞蹈表演者首先在规定的区域内进行表演，同时开启区域内多台摄像机，从不同的角度对舞蹈表演者的肢体动作进行记录并且对数据进行处理，再将捕捉的数据映射到舞蹈表演者的三维人物模型上，这时便可以运用获取的运动序列生成一系列动画，同时再配以相应的音乐，便可以利用计算机从各个不同的角度全方位的展现舞蹈表演。

四、结 语

本文主要针对如何利用动作捕捉技术实现民族舞蹈三维数字化的问题进行了研究。通过动作捕捉技术的应用，可以有效的避免传统影响记录方式中资料不完整的问题，同时也可以为现代舞蹈编排提供更多分析数据，来获得传统方法所无法精确再现的舞蹈姿态原有的实体，再现艺术当年风采，且复制制造周期短，成本低，是一种很有前景的艺术保护技术。同时，民族舞蹈三维数字化的实现，可以有效的促进我国民族舞蹈文化资源的整合与优化，在推动现代民族舞蹈文化持续发展的进程中发挥着重要的作用。

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作者单位：贵州大学