董小萌 劉丁寧 王湛文 孫楚晰 劉東來

摘要：席卷全球的新冠疫情為我們帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，“非必要不出門”不僅僅是國家對公民的防疫號召，更是每一位公民自覺參與到這場沒有硝煙的抗疫之戰(zhàn)的行動與決心。人們減少外出鍛煉健身的活動，對線下健身行業(yè)造成不容小覷的影響。抱著服務(wù)大眾，緩解線下健身行業(yè)壓力的想法，開發(fā)出適合隨時隨地，想跳就跳，以達(dá)成鍛煉與發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)國風(fēng)目的的舞蹈健身服務(wù)平臺。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動健康;疫情;平臺開發(fā);傳統(tǒng)文化

1引言

1.1 項(xiàng)目背景

新冠疫情刷新了國民對健康的認(rèn)知，致使傳統(tǒng)線下聚集型健身模式受到了前所未有的沖擊與限制，人們自覺減少了外出鍛煉健身的活動，更不便參與到線下聚集型的健身中[1-2]。家庭體育再次受到全國廣泛關(guān)注，在此種與病毒的抗衡之中，我們抱著服務(wù)大眾，緩解線下健身行業(yè)壓力、提高線上健身質(zhì)量的想法，開發(fā)出適合隨時隨地，想跳就跳，以達(dá)成鍛煉目的的舞蹈健身平臺—New Younger。

1.2 研究意義

當(dāng)今線上教學(xué)興起，在線教育用戶規(guī)模增長迅速，市場規(guī)模不斷上升。將多媒體技術(shù)應(yīng)用于舞蹈教學(xué)中這一想法擁有更多可能性和拓展空間。我們思考出一種能夠更適合在當(dāng)下及未來舞蹈網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式。

黨的十九大報告中強(qiáng)調(diào)“文化興國運(yùn)興，文化強(qiáng)民族強(qiáng)"，我們正處于全球文化一體化迅速發(fā)展的新時代，中國傳統(tǒng)舞蹈也在現(xiàn)代舞蹈影響下與時俱進(jìn)，轉(zhuǎn)向更具有現(xiàn)代特色的新形勢舞蹈[3]。我們加入民族服飾、音樂、動作等，更有力的傳揚(yáng)傳統(tǒng)文化。

隨著國務(wù)院頒布的《全民健身計(jì)劃》，我國健身行業(yè)市場規(guī)模持續(xù)增長， “互聯(lián)網(wǎng)+健身”發(fā)展尤為迅速。而線上健身一方面為健身行業(yè)提供了一個新的增長點(diǎn)，另一方面也使得健身市場有更多的經(jīng)濟(jì)效益有待開發(fā)。

音樂游戲是電子游戲的一個細(xì)分種類，以歌曲為核心內(nèi)容，核心玩法是讓玩家跟隨音樂節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)輸入指令。音樂游戲注重音效與視覺反饋和操作動作的關(guān)聯(lián)性[4]。作為一款節(jié)奏舞蹈類教學(xué)服務(wù)平臺，本文與目前熱門的Just Dance相比，內(nèi)容采用了古典中國風(fēng)融合現(xiàn)代潮流形式，且減少了對玩家外部設(shè)備的需求，實(shí)現(xiàn)玩家解放雙手“隨時隨地、想跳就跳”的想法和需求。

通過對人體關(guān)鍵點(diǎn)的識別、捕獲、對比，以游戲互動性為基礎(chǔ)，需要玩家切實(shí)做出相應(yīng)的動作，而不只是對玩家的反應(yīng)能力及反應(yīng)速度做出判斷，增強(qiáng)了跳舞的沉浸感。

1.3 創(chuàng)新點(diǎn)

1.3.1傳統(tǒng)文化 + 現(xiàn)代技術(shù) = 多維度—— 更新穎的方式體驗(yàn)傳統(tǒng)文化

要堅(jiān)定文化自信，推動社會主義文化繁榮興盛。傳統(tǒng)文化的傳揚(yáng)得到各級政府重視。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸普及的今天，新媒體作為一種網(wǎng)絡(luò)傳播時代常見的媒體傳播形式已經(jīng)受到了大眾的廣泛喜愛[5]。我們利用現(xiàn)代技術(shù)，通過身臨其境的體驗(yàn)，以游戲互動為手段，直觀感受民族文化的魅力。

1.3.2 舞蹈 - 成本 = 新理念—— 降低舞蹈學(xué)習(xí)門檻

市面上現(xiàn)有的絕大多數(shù)舞蹈運(yùn)動類軟件需要相應(yīng)設(shè)備支持才可以體驗(yàn)，本文具有一次開發(fā)多平臺部署的優(yōu)勢，不受硬件設(shè)備限制，通過智能設(shè)備使用，降低使用成本和支出。另一方面，鑒于疫情提出的新挑戰(zhàn)，我們思考多媒體技術(shù)應(yīng)用于舞蹈教學(xué)中的拓展空間，從而使本文創(chuàng)造更符合新時代的教學(xué)新理念。

2項(xiàng)目框架

2.1系統(tǒng)功能

系統(tǒng)分為用戶端與管理員端，用戶端為手機(jī)應(yīng)用，可以在本平臺中進(jìn)行舞蹈的訂閱與學(xué)習(xí)，同時可以瀏覽社區(qū)與其他用戶進(jìn)行交流;管理員端為系統(tǒng)網(wǎng)站，用戶端的練習(xí)數(shù)據(jù)，會及時傳入后臺數(shù)據(jù)庫，同時管理員可以上傳視頻，實(shí)現(xiàn)線上練習(xí)課程定制化，如圖2.1所示。

2.1計(jì)算機(jī)視覺

本文采用了tensorflow-lite框架，先利用級聯(lián)的深度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行人體二維關(guān)節(jié)點(diǎn)的提取，由二維關(guān)節(jié)點(diǎn)提取的準(zhǔn)確性直接影響了三維姿態(tài)重建，利用雙目視差原理來恢復(fù)關(guān)節(jié)點(diǎn)的三維信息，利用卡爾曼濾波來修正關(guān)節(jié)點(diǎn)信息，進(jìn)而反饋人體三位姿態(tài)。

得到各個關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息，對單幀動作的評價基于每個關(guān)節(jié)特征向量的相似程度，即每個關(guān)節(jié)對計(jì)算相似性并求和作為兩個姿態(tài)間的相似程度，各關(guān)鍵點(diǎn)公式如表2.1.2所示。

實(shí)現(xiàn)相似度匹配算法，獲取關(guān)鍵點(diǎn)的特征向量，進(jìn)行模板舞蹈與玩家動作數(shù)據(jù)比對計(jì)算測試，公式為：

其中，vi和vj分別表示模板動作和待測動作中的第i個關(guān)節(jié)姿態(tài)與實(shí)際捕捉關(guān)鍵姿態(tài)vj的相似性比較，式子的取值為[-1，1]。在比較整體相似性時，對各個部位比較結(jié)果進(jìn)行求和。cos（0）=1，相似性得分越高，說明該動作越接近標(biāo)準(zhǔn)動作[6]。通過后臺算法實(shí)現(xiàn)對分?jǐn)?shù)閾值的記錄整理，并為用戶在游戲結(jié)束后呈現(xiàn)出整場游戲的得分情況。

2.2界面設(shè)計(jì)

2.2.1選歌界面

考慮到手機(jī)屏幕小、人性化防誤觸等問題，本文將歌單列表羅列在整個界面的右側(cè)，便于用戶進(jìn)行想學(xué)習(xí)或練習(xí)歌曲舞蹈的選擇。

2.2.2 游戲界面

2.2.3 結(jié)算界面

將后臺數(shù)據(jù)通過與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和比對，顯示在結(jié)算界面中。設(shè)置有“返回主頁”、“重新游戲”的功能，滿足用戶的游戲需求。

2.3后臺系統(tǒng)

3算法計(jì)算

3.1 人體關(guān)鍵點(diǎn)識別

本文利用tensorflow-lite框架實(shí)現(xiàn)人體關(guān)鍵點(diǎn)識別技術(shù)，對于攝像機(jī)捕捉到的畫面，模型會預(yù)測關(guān)節(jié)點(diǎn)置信圖PCM，同時預(yù)測兩兩關(guān)節(jié)點(diǎn)親和度PAF，匹配后將PAF相關(guān)值作為邊權(quán)值，利用匈牙利算法得到最優(yōu)關(guān)鍵點(diǎn)鏈接結(jié)果?；谝延蓄A(yù)訓(xùn)練tensorflow-lite模型，對錄制好的舞蹈進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)匹配，后將數(shù)據(jù)存入csv文件中。當(dāng)用戶開始進(jìn)行舞蹈學(xué)習(xí)時，手機(jī)攝像頭會實(shí)時捕捉用戶關(guān)鍵點(diǎn)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，進(jìn)行相似度計(jì)算，以相似度分值當(dāng)作得分，在用戶學(xué)習(xí)完畢后即可查看。

3.2 開發(fā)引擎

游戲開發(fā)引擎是為電子游戲的創(chuàng)建和開發(fā)而設(shè)計(jì)的軟件框架。為用戶提供更豐富的體驗(yàn)，提升玩家的沉浸感。本文實(shí)際開發(fā)所使用的是Unity3D物理游戲引擎，在開發(fā)過程中，主要使用了Canvas、音頻、動畫相關(guān)組件，使用C#語言實(shí)現(xiàn)程序功能。

3.3后臺系統(tǒng)

系統(tǒng)后端的開發(fā)使用輕量級開源框架SSM（Spring+Spring MVC+Mybatis），解決了系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性問題。應(yīng)用Maven倉庫，對三大框架進(jìn)行了很好地整合，大大提高了系統(tǒng)的效率以及穩(wěn)定性。

4展望

目前應(yīng)用市場平臺較多，表現(xiàn)用戶對本類型應(yīng)用較認(rèn)可，但真正實(shí)現(xiàn)寓教于樂和線上有效學(xué)習(xí)管理的應(yīng)用并不占多。展望國內(nèi)市場，未出現(xiàn)將openpose應(yīng)用于運(yùn)動健身以及舞蹈進(jìn)行可視化教學(xué)的相關(guān)產(chǎn)品，國內(nèi)市場近乎空白;且中國傳統(tǒng)的舞蹈也是中國文化的代表之一，將中國傳統(tǒng)舞蹈融入現(xiàn)代編舞之中，讓傳統(tǒng)舞蹈以新穎的方式表達(dá)出來，也正是項(xiàng)目意義所在。

參考文獻(xiàn)

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[5]張戚安生. 新媒體背景下舞蹈創(chuàng)編教學(xué)的發(fā)展研究[D].哈爾濱師范大學(xué)，2020.

[6]陳學(xué)梅. 基于人體三維姿態(tài)的動作評價系統(tǒng)[D].浙江大學(xué)，2018.

項(xiàng)目編號：202110172B009

指導(dǎo)教師：王冬