沈縈華，吳曉雨，呂朝輝

(中國傳媒大學(xué)，北京100024)

1 引言

中國是一個統(tǒng)一的多民族國家，豐富多彩的民族文化中，傳統(tǒng)的少數(shù)民族舞蹈是其中重要的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)資源。一些優(yōu)秀的中國民間表演藝術(shù)及傳統(tǒng)手工藝正瀕臨失傳和消亡的威脅，亟須通過不同手段給予科學(xué)而有效地保護(hù)與傳承。傳統(tǒng)的文字、照片、錄像技術(shù)等二維記錄方式雖然方便采集、易于制作，但并不能詳細(xì)記錄舞蹈演員的肢體動作，更無從談起對其進(jìn)行科學(xué)的分析研究，并應(yīng)用于編舞創(chuàng)作。針對文字、照片、錄像技術(shù)對二維記錄保存的不足，本文應(yīng)用運(yùn)動捕捉技術(shù)對我國少數(shù)民族舞蹈的舞姿進(jìn)行全方位的三維數(shù)字化保護(hù)，為非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)開辟了一個新的領(lǐng)域，對民族文化的保護(hù)和振興有著深遠(yuǎn)的意義。

2 運(yùn)動捕捉技術(shù)

20世紀(jì)70年代運(yùn)動捕捉技術(shù)被應(yīng)用于迪斯尼的動畫制作中。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)動捕捉技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)，游戲設(shè)計(jì)，運(yùn)動仿真和虛擬演播室中得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)動捕捉技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用越來越普遍。文獻(xiàn)［1］中使用智能機(jī)器人模擬舞蹈演員的動作。文獻(xiàn)［2］使用運(yùn)動捕捉技術(shù)模擬拉丁舞的舞姿。文獻(xiàn)［3］針對編鐘樂舞建立了運(yùn)動數(shù)據(jù)庫，討論了基于情感模型的運(yùn)動片段分類。在各種不同的應(yīng)用中，涉及多運(yùn)動的編輯和重用技術(shù)。

運(yùn)動捕捉是指通過傳感設(shè)備測量運(yùn)動物體在三維空間的運(yùn)動狀況，以圖像的形式記錄下來，然后使用計(jì)算機(jī)對該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同時間計(jì)量單位上不同物體的空間坐標(biāo)。運(yùn)動捕捉系統(tǒng)通過記錄人體運(yùn)動信息以供分析和回放。

目前運(yùn)動捕捉系統(tǒng)從原理上可分為機(jī)械式、電磁式、光學(xué)式和聲學(xué)式。其中光學(xué)式運(yùn)動捕捉技術(shù)應(yīng)用較廣泛，大多利用計(jì)算機(jī)視覺原理:從理論上說，對于空間中的一個點(diǎn)，只要它能同時為兩部相機(jī)所見，則根據(jù)同一時刻兩部相機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，可以確定這一時刻該點(diǎn)在空間中的位置。當(dāng)相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。光學(xué)式運(yùn)動捕捉便是利用這一點(diǎn)通過對目標(biāo)上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動捕捉的任務(wù)。

本文所采用的運(yùn)動捕捉系統(tǒng)是光學(xué)式運(yùn)動捕捉系統(tǒng)，該系統(tǒng)由7個數(shù)碼攝相機(jī)環(huán)繞表演場地排列，這些攝像機(jī)的視野重疊區(qū)域就是表演者的表演范圍區(qū)域。舞蹈演員被要求穿緊身的衣服，并且在身體的關(guān)鍵部位貼上29個反光標(biāo)記點(diǎn)(Marker點(diǎn))，標(biāo)記點(diǎn)應(yīng)放到捕捉運(yùn)動的基本骨架上，它可以通過計(jì)算機(jī)識別。如圖1所示。多個攝像機(jī)拍攝安裝了反射標(biāo)記點(diǎn)的舞蹈演員動作，將圖像序列保存下來進(jìn)行分析和處理并識別其中的標(biāo)記點(diǎn)并計(jì)算其在每一瞬間的空間位置。標(biāo)記點(diǎn)可能發(fā)生混淆、遮擋，會影響到計(jì)算的準(zhǔn)確性，所以直接采集到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行人工修補(bǔ)和處理。數(shù)據(jù)修補(bǔ)可利用采集設(shè)備自帶軟件的處理功能去掉噪聲點(diǎn)、平滑運(yùn)動軌跡。對于缺失點(diǎn)可以根據(jù)當(dāng)前幀和相鄰前幾幀數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。

圖1 運(yùn)動捕捉系統(tǒng)和采集的空間數(shù)據(jù)點(diǎn)

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

本文采用運(yùn)動捕捉技術(shù)采集舞蹈演員動作的關(guān)鍵骨骼點(diǎn)，然后將這些描述舞蹈演員運(yùn)動軌跡的關(guān)鍵點(diǎn)綁定在建立的虛擬的人物模型上，使用這些關(guān)鍵點(diǎn)驅(qū)動虛擬的三維的舞蹈演員表演，這樣可以有效的記錄下舞蹈演員的肢體動作并可以完整的保留和全方位的展示。整個系統(tǒng)的主要流程如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)流程圖

3.2 舞蹈演員人物模型的建立

本文對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中的土家族擺手舞進(jìn)行三維舞蹈數(shù)據(jù)采集、記錄、修正，通過建模軟件對舞蹈演員的角色進(jìn)行人物模型的建立，服飾的模擬，最終將三維的舞蹈數(shù)據(jù)和人物模型進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定，實(shí)現(xiàn)了民間舞蹈的三維數(shù)據(jù)化保護(hù)和三維數(shù)字化還原。

為了真實(shí)的還原舞蹈演員的舞蹈動作，首先在3D Studio Max中進(jìn)行人體建模，同時對少數(shù)民族的服飾進(jìn)行設(shè)計(jì)和模擬。如圖3所示。

圖3 人物三維模型的建立

3.3 人體模型的骨骼綁定

通過運(yùn)動捕捉采集的舞蹈演員的運(yùn)動軌跡是一些空間的數(shù)據(jù)點(diǎn)，要使這些數(shù)據(jù)可以驅(qū)動人物模型按照舞蹈演員的運(yùn)動軌跡運(yùn)動，需要進(jìn)行骨骼綁定。通過骨骼綁定來驅(qū)動運(yùn)動捕捉的數(shù)據(jù)，綁定骨骼時必須注意權(quán)重的影響，就是骨骼的運(yùn)動對于模型各個點(diǎn)的影響，這樣才能使模型的運(yùn)動盡可能地自然協(xié)調(diào)。如圖4所示。

圖4 人體模型的骨骼綁定

3.4 運(yùn)動捕捉三維數(shù)據(jù)的動畫實(shí)現(xiàn)

為了很好的記錄舞蹈演員的舞蹈動作，首先舞蹈演員在規(guī)定的表演區(qū)域進(jìn)行表演，通過多個攝像機(jī)捕捉該舞蹈演員的動作數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將捕捉得到的舞蹈數(shù)據(jù)映射到事先建立好的舞蹈演員三維模型上，利用采集到的運(yùn)動序列生成動畫序列，同時配上土家族的舞蹈音樂，將非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中的民族舞蹈可以有效的全方位的保護(hù)。

圖5 運(yùn)動捕捉三維數(shù)據(jù)的動畫實(shí)現(xiàn)

4 結(jié)束語

中國少數(shù)民族非物質(zhì)文化遺產(chǎn)資源豐富，多彩的少數(shù)民族舞蹈是其中的精華。為了傳承和保護(hù)民族舞蹈，本文應(yīng)用運(yùn)動捕捉技術(shù)對我國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中的少數(shù)民族舞蹈中的擺手舞進(jìn)行全方位的三維數(shù)字化保護(hù)，通過本文的方法，可以建立起非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中的少數(shù)民族舞蹈保護(hù)的數(shù)據(jù)庫，真實(shí)全面地保存每個舞蹈的藝術(shù)精華，為今后少數(shù)民族舞蹈的保護(hù)研究、創(chuàng)編和影視還原提供精準(zhǔn)的數(shù)字平臺。在今后的研究中，還可以通過運(yùn)動捕捉技術(shù)采集舞蹈演員面部的表情，將面部表情和身體動作相結(jié)合，可以更好的反應(yīng)舞蹈本身的內(nèi)涵。

［1］Nakaoka S，Nakazawa A，Yokoi K，Ikeuchi K.Leg Motion Primitives for a Dancing Humanoid Robot［C］.In Proc of IEEE International Conference on Robotics and Automation，2003，610-615.

［2］Nagata N，Okumoto K，Iwai D，Toro F ＆ Inokuchi S.Analysis and synthesis of Latin dance using motion capture data［C］.Lect Notes Comput Sci，3333，2004，39-44.

［3］盛劍暉，邵未，孫守遷.面向編鐘樂舞的舞蹈動作編排系統(tǒng)的研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17(3):631-634.