侯星宇

（江蘇省新海高級(jí)中學(xué)，江蘇連云港，222000）

0 引言

由于傳承方式不穩(wěn)定、區(qū)域發(fā)展不平衡及世界舞蹈文化日益交融，眾多民族舞蹈藝術(shù)面臨失傳。目前，結(jié)合運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)和拉班舞譜進(jìn)行舞蹈的記錄、傳承從而保護(hù)動(dòng)作類非物質(zhì)文化遺產(chǎn)是一種多維度的、全面的方法。

本文將三維人體運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，然后運(yùn)用專業(yè)的運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)BVH播放軟件，從多角度觀察人體關(guān)鍵部位的活動(dòng)方式及空間方位，分析并繪制拉班舞譜。此外，本文還詳述了拉班舞譜的繪制方法。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)與拉班舞譜相結(jié)合的研究現(xiàn)狀

將計(jì)算機(jī)技術(shù)與拉班舞譜相結(jié)合，極大推動(dòng)了拉班舞譜的發(fā)展及應(yīng)用，主要有以下幾個(gè)方面。

第一個(gè)研究方向是由軟件輔助繪制拉班舞譜，繪譜者只需通過拖動(dòng)舞譜符號(hào)即可實(shí)現(xiàn)拉班舞譜的繪制，該方法大大提高了舞譜的繪制效率。目前使用最廣泛的軟件是由“ICKL”開發(fā)的Laban Writer 。其他還有 Labanatory 、Calaban和LED[1]；第二個(gè)研究方向是借助計(jì)算機(jī)再現(xiàn)拉班舞譜描述的人體動(dòng)作。將拉班舞譜記錄的動(dòng)作借助計(jì)算機(jī)通過軟件中人體骨架模型展現(xiàn)出相對(duì)應(yīng)的人體動(dòng)作。該軟件主要包括Laban Editor[2]、Life Forms[3]和Laban Dancer[4]；第三個(gè)研究方向是拉班舞譜的自動(dòng)生成，該研究尚處于起步階段，準(zhǔn)確率還有很大的提升空間。最早從事相關(guān)研究的是日本立命館大學(xué)的Kozaburo Hachimura、Minako Nakamura[5]，他們只研究了手臂的靜態(tài)姿勢(shì)，開發(fā)了Laban Editor。Worawat Choensawat 等[6]彌補(bǔ)了日本研究的一些不足，開發(fā)了 GenLaban 軟件，但存在對(duì)下肢動(dòng)作和人體重心運(yùn)動(dòng)分析不足的缺點(diǎn)。Chen Huayue 等[7]實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)分析，走、跳、升和降的分析，上肢、腿、頭及軀干的分析，但由于未考慮動(dòng)作的停頓和分割，生成的拉班舞譜質(zhì)量仍然不高。

2 拉班舞譜與運(yùn)動(dòng)捕捉

2.1 拉班舞譜的介紹

拉班舞譜由“現(xiàn)代舞理論之父”魯?shù)婪颉だ嗨鶆?chuàng)，是一套用于分析和記錄人體動(dòng)作姿態(tài)的系統(tǒng)，其分為譜表和舞譜符號(hào)兩部分。

譜表以人體解剖學(xué)為基礎(chǔ)，采用三條豎線分別表示左、右側(cè)肢體及脊柱，構(gòu)成了最基本的四欄譜面結(jié)構(gòu)。由于人體動(dòng)作多種多樣，四欄的基本結(jié)構(gòu)無法滿足需要，根據(jù)實(shí)際情況，拉班舞譜可劃分為4欄至11欄。在11欄的譜面結(jié)構(gòu)中，中心軸向右依次為支撐動(dòng)作欄、腿部動(dòng)作欄、軀干動(dòng)作欄、手臂動(dòng)作欄、手部動(dòng)作欄，左側(cè)同理。頭部動(dòng)作欄可放在最靠左/右側(cè)的任意欄中[8]。

拉班舞譜的動(dòng)作由不同的舞譜符號(hào)表示。拉班舞譜將動(dòng)作分為高、中、低三個(gè)層次：符號(hào)全黑表示低度空間，中間空白表示中度空間，用斜線表示動(dòng)作處于高度空間?；鞠蚨确?hào)共有27個(gè)[8]，其中水平方向符號(hào)包括前、后、左、右、左前、右前、左后、右后及原位9種。如圖1所示。

圖1 拉班舞譜方向符號(hào)和水平表示[9]

此外，拉班舞譜以音樂一拍作為單位長度，在中心軸線上設(shè)節(jié)拍線，作為動(dòng)作時(shí)間的計(jì)量依據(jù)，由此可以得到每個(gè)舞蹈動(dòng)作準(zhǔn)確的持續(xù)時(shí)間。

2.2 運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的介紹

運(yùn)動(dòng)捕捉是通過在人體上安裝傳感器或標(biāo)記點(diǎn)，采集關(guān)鍵部位的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過分析形成動(dòng)作數(shù)據(jù)，用來記錄物體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡的技術(shù)。主要有機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉、光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉、電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉及聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉四種。

機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉可以做到實(shí)時(shí)測(cè)量，成本低，精度高，并可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)角色。缺點(diǎn)是對(duì)表演者動(dòng)作限制較大，難于連續(xù)動(dòng)作捕捉，使用不便。光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉速率高，使用方便，可以自由表演。缺點(diǎn)是成本高,處理量大，復(fù)雜動(dòng)作有遮擋和混淆弊端。電磁式運(yùn)動(dòng)捕捉速度快，實(shí)時(shí)性好。缺點(diǎn)是對(duì)金屬敏感，環(huán)境要求嚴(yán)格，表演者動(dòng)作受限。聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉成本低廉，但精度低，捕捉滯后，易受噪聲干擾。

3 基于運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的拉班舞譜繪制

基于運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的拉班舞譜繪制，即通過對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體進(jìn)行不間斷、全方位、多角度的跟蹤拍攝，并以運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)采集、處理而得數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行繪制拉班舞譜。

目前，通用的運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)文件格式包括 BVH、ASF/AMC、HTR等。其中，BVH文件按照人體骨骼關(guān)節(jié)層次，以樹狀結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)人體運(yùn)動(dòng)，是一種常用、易于獲得并易于使用的運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)格式，也是本文在拉班舞譜繪制中用到的數(shù)據(jù)格式。BVH文件通過歐拉角來表示子節(jié)點(diǎn)相對(duì)父節(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系，用來確定某一定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的角參量，可以記錄由運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)得到的各定位點(diǎn)間的相對(duì)位置關(guān)系。

3.1 運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)分割

3.1.1 重心方向切分

在以人體自身定義的坐標(biāo)中，重心移動(dòng)可以近似地用根節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)表示。一般來說，當(dāng)向量 m 與 y 軸正方向夾角介于(-16°,16°)°之間時(shí)，表示該動(dòng)作人體重心向上；介于（164°,180°]∪[-180°，-164°）時(shí)，表示人體重心向下；當(dāng)變化較小時(shí)則人體重心在水平方向上保持基本不變，該段動(dòng)作處于水平方向上的原位[10]。

3.1.2 速率閾值分割人體四肢部位的運(yùn)動(dòng)必將有速率及曲率的變化，為了避免重復(fù)繪制近似不移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)對(duì)繪制過程造成的困難，使用設(shè)置速率閾值的方法劃分相鄰的動(dòng)作。動(dòng)作間小于閾值表示動(dòng)作的調(diào)整和停頓，大于閾值即表示動(dòng)作開始。此外，當(dāng)元素動(dòng)作持續(xù)時(shí)間過短，該動(dòng)作作為噪音處理，其中閾值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)約為18厘米/秒。

3.2 元素動(dòng)作分析

3.2.1 動(dòng)作分析的一般步驟

動(dòng)作分析的一般步驟如圖2所示。需要注明的是，本文在分析支撐動(dòng)作時(shí)，選擇直接根據(jù)BVH數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的人體動(dòng)作繪圖。若將本文提出的方法應(yīng)用于自動(dòng)生成拉班舞譜的有關(guān)研究，則判斷重心在豎直方向上的變化情況時(shí)，通過讓計(jì)算機(jī)讀取角度數(shù)據(jù)判斷該動(dòng)作在豎直方向上所處的區(qū)域，從而繪制出更精確的拉班舞譜。

3.2.2 本文對(duì)腿部姿態(tài)的進(jìn)一步劃分

在人體實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，除了舞蹈、雜技、武術(shù)等高難度動(dòng)作，腿部姿態(tài)均以低為主，當(dāng)一系列動(dòng)作都在低的范圍內(nèi)變化，由于傳統(tǒng)方法對(duì)其缺少精確劃分，使得多個(gè)不同低度動(dòng)作被識(shí)別成同一符號(hào)，并且在流傳過程中難以被還原，無法達(dá)到保存、記錄并傳播舞譜的效果。為此，本文對(duì)腿部姿態(tài)進(jìn)行了進(jìn)一步地劃分，以原拉班舞譜符號(hào)“左低”為例，本文將這部分由高到低，以10度為單位，將其劃分為a、b、c三個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)符號(hào)如圖3所示。

圖2 動(dòng)作分析的一般步驟

圖3 符號(hào)細(xì)化圖例

因此，本文中水平與垂直空間內(nèi)各個(gè)符號(hào)如圖4所示。

圖4 水平和垂直空間的劃分

4 實(shí)驗(yàn)

4.1 運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)獲取

本文通過瀏覽網(wǎng)頁篩選BVH數(shù)據(jù)，并根據(jù)上文提出的動(dòng)作分析的方法繪制拉班舞譜。實(shí)驗(yàn)分析部分主要以腿部姿態(tài)的分析為主，著重分析人體重心的變化情況。其中，辨別該動(dòng)作是支撐動(dòng)作還是非支撐動(dòng)作是本次實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)中所用數(shù)據(jù)的時(shí)間大概在十秒以內(nèi)，幀數(shù)小于300幀，幀頻為三十幀每秒。這些運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)著重描寫腿部變化。在將動(dòng)作切分為與拉班舞譜符號(hào)對(duì)應(yīng)的元素動(dòng)作后，分別分析并識(shí)別出其對(duì)應(yīng)的舞譜符號(hào)。

在每段實(shí)驗(yàn)分析后，本文對(duì)比兩種方法所繪制的舞譜，比較傳統(tǒng)繪制方法與本文提出的新方法帶來的誤差，以便于驗(yàn)證上文提出的分析方法的可行性。

4.2 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)基于三維人體運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)，選取恰當(dāng)幀數(shù)下BVH文件中模型的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，并使用傳統(tǒng)的與本文提出的兩種方法繪制拉班舞譜，將繪制結(jié)果與BVH提供的角度數(shù)據(jù)比較。由于本文著重研究繪制人體腿部姿態(tài)的方法，在繪制新圖譜的過程中也只選取支撐動(dòng)作欄和非支撐動(dòng)作欄的相關(guān)部分。

第一段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的信息如下。數(shù)據(jù)來源：網(wǎng)絡(luò)；格式：BVH格式；幀頻：30幀/秒；數(shù)據(jù)幀數(shù)：288。

圖5為第一段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的舞譜，左側(cè)為符號(hào)修改前繪制的拉班舞譜，右側(cè)為按照本文所提出的符號(hào)繪制的拉班舞譜。

圖5左側(cè)舞譜共有9行，是根據(jù)拉班記譜法的基本動(dòng)作原理進(jìn)行繪制。圖5右側(cè)舞譜是根據(jù)本文所提出的方法繪制的，分析過程如下。

首先，從BVH數(shù)據(jù)中有關(guān)歐拉角的記錄中，篩選出所需繪制的相關(guān)部位對(duì)應(yīng)的角度數(shù)據(jù)，列出用于繪制拉班舞譜的幀數(shù)及對(duì)應(yīng)角度，繪制表格，如表1所示。

圖5 第一段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的舞譜。左側(cè)為符號(hào)修改前繪制的舞譜，右側(cè)為按照本文提出的符號(hào)繪制的舞譜

然后，判斷該動(dòng)作為支撐動(dòng)作還是非支撐動(dòng)作。若為支撐動(dòng)作，判斷重心是處于低、中、高哪個(gè)區(qū)域中，并觀察重心的變化方向，繪制出正確的舞譜符號(hào)；若為非支撐動(dòng)作，則判斷水平與豎直方向上動(dòng)作變化情況。

表1 用于繪制舞譜的關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)

9行舞譜的分析如下（對(duì)應(yīng)圖5右側(cè)的舞譜）。①0幀時(shí)雙腳支撐，俯視圖判斷，重心處于原位；正視圖判斷，重心處于中位。即該舞譜符號(hào)為原位中。②右腳著地為支撐動(dòng)作，其對(duì)應(yīng)的符號(hào)為原位中。左腿懸空，為非支持動(dòng)作，角度為160.2度，由此判斷該動(dòng)作在水平方向上為前低2。繪制符號(hào)至相關(guān)位置。③左腿向前為支撐動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的符號(hào)為前低。右腿為非支撐動(dòng)作，水平方向上為后，豎直方向上角度為138.9度，故該動(dòng)作對(duì)應(yīng)的符號(hào)為為后中。④左腿支撐地面，為原位低。右腿為非支撐動(dòng)作，對(duì)應(yīng)角度為106.3度，故為前中。⑤左右腿均為支撐動(dòng)作。左腿為前低，右腿為后低。⑥右腳離開地面，左腳支撐為原位低。右腿向前方上踢，夾角為107.9度，豎直方向上處于中度，對(duì)應(yīng)拉班舞譜為前中。⑦左腿下彎支撐，右腿向后。由此時(shí)中心軸線上與右大腿的夾角為164.7度，處于后低2，則非支撐欄對(duì)應(yīng)符號(hào)為后低2，支撐欄上動(dòng)作為原位低。⑧同⑦。⑨雙腿騰空，右腿在豎直方向上處于中度，且向右前方前踢，高度接近重心，且與中心軸線的夾角為95.4度，因此右腿為右前中，左腿為原位中。

第二段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的信息如下。數(shù)據(jù)來源：網(wǎng)絡(luò)；格式：BVH 格式；幀頻：30幀/秒；數(shù)據(jù)幀數(shù)：21。

圖6 為第二段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的舞譜，左側(cè)為符號(hào)修改前繪制的拉班舞譜，右側(cè)為按照本文所提出的符號(hào)繪制的拉班舞譜。

圖6 第二段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的舞譜。左側(cè)為符號(hào)修改前繪制的舞譜，右側(cè)為按照本文提出的符號(hào)繪制的舞譜

設(shè)置第二段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)主要在于驗(yàn)證本文提出的繪制方法的可行性。

首先，篩選出相關(guān)部位的角度數(shù)據(jù)，將所需繪制幀數(shù)的夾角繪表，見表2；然后，分析動(dòng)作，繪制拉班舞譜。第二段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)共有4行，按照本文提出的方法分析如下（對(duì)應(yīng)圖6右側(cè)的舞譜）。①左腿為非支撐動(dòng)作，懸空低位抬起，在水平方向上為原位。由于此時(shí)軀干與大腿間夾角為170.8度，處于原位低3；右腿向下彎曲支撐，重心下移，為原位低。②從水平方向觀察動(dòng)作數(shù)據(jù)，左腿正常直立支撐，處于原位，右腿向后。從豎直方向觀察運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，左腿處于中度，右腿對(duì)應(yīng)的角度為171.4度，為后低2。故左腿為原位中，右腿為后低2。③右腿支撐人體，重心位置不變，為原位中；左腿向后懸空抬起，水平方向上為后，豎直方向上對(duì)應(yīng)的角度為145.7度，故對(duì)應(yīng)的符號(hào)為后中。④右腿原位支撐，左腿懸空向后。根據(jù)左腿所對(duì)應(yīng)的夾角為176.4度，判斷舞譜符號(hào)為后低3。

表2 用于繪制舞譜的關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)

通過對(duì)兩段運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的分析，可以看出，由于手工繪制舞譜有一定的主觀性，對(duì)比真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，大多數(shù)動(dòng)作繪制不夠精確。并且動(dòng)作在相鄰兩個(gè)高度非常接近的范圍中，又時(shí)常難以判斷。而通過本文提供的有關(guān)拉班舞譜的繪制方法可以較精確地繪制出舞譜數(shù)據(jù)，雖然在判斷支撐動(dòng)作時(shí)有一定的主觀性，但相較傳統(tǒng)繪制方法而言，已有很大提升。因此，此方法可以用于繪制拉班舞譜，并提升人工繪制舞譜的準(zhǔn)確度。

4.3 誤差分析

在分析支撐動(dòng)作時(shí)，本文直接根據(jù)人體模型判斷其所對(duì)應(yīng)的舞譜符號(hào)，有一定的主觀性，有可能導(dǎo)致繪制不精確。若想要繪制更精確的拉班舞譜，在繪制時(shí)可劃分低中高三個(gè)高度所對(duì)應(yīng)的范圍。分析方法與非支撐動(dòng)作的分析方法類似。

由于BVH數(shù)據(jù)中角度數(shù)據(jù)較多并且分布規(guī)律性不強(qiáng)，若在制表中出現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)失誤，將極有可能導(dǎo)致全部數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，需要重新繪表。尤其在處理幀數(shù)較多的BVH數(shù)據(jù)時(shí)，出錯(cuò)的幾率將會(huì)更大。

5 結(jié)論與展望

總體概括，在本論文的研究中，完成了以下工作：

（1）對(duì)拉班舞譜的譜表和舞譜符號(hào)符號(hào)進(jìn)行了介紹。

（2）介紹了運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，對(duì)運(yùn)動(dòng)捕捉最常用的BVH文件進(jìn)行了說明，并根據(jù)需要獲取任意節(jié)點(diǎn)的相關(guān)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。其也作為判斷傳統(tǒng)的繪制方法與新方法優(yōu)劣的重要依據(jù)。

（3）設(shè)計(jì)了新的拉班舞譜符號(hào)，詮釋了新符號(hào)的內(nèi)涵，豐富了拉班舞譜的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作的精細(xì)劃分，對(duì)舞蹈的學(xué)習(xí)與交流具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（4）詳細(xì)介紹了新方法的繪制原理及方法，通過比較分析，證明新方法簡便易行，具有很好的可操作性，便于推廣與普及，對(duì)傳統(tǒng)方法是一個(gè)極好的發(fā)展與補(bǔ)充。

拉班舞譜在國內(nèi)尚屬于初步研究階段，采用拉班舞譜進(jìn)行舞蹈的記錄，也還存在諸多缺陷，仍然需要我們不斷的探索研究。如何在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善記錄方法，以便更準(zhǔn)確、更生動(dòng)的展現(xiàn)舞蹈將是今后研究與發(fā)展的重要方向。希望我的不成熟的改進(jìn)，能對(duì)拉班舞譜的發(fā)展，及非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)做出貢獻(xiàn)。

此外，由于拉班舞譜本身記錄方式簡潔易懂，若在繪制拉班舞譜的過程中做到舞譜的精確化，也有利于在世界范圍內(nèi)進(jìn)行動(dòng)作信息的傳播與交流。