淺談計算機(jī)輔助設(shè)計在團(tuán)體操編排中的作用

張祖平

摘要：團(tuán)體操是一項融體育與藝術(shù)于一體的綜合類的集體文化表演項目，它是音樂、舞蹈、隊形、服裝、道具及思想內(nèi)容的完美結(jié)合。隨著高等教育體制改革的不斷發(fā)展、素質(zhì)教育的全面推進(jìn)及大學(xué)生生活方式的變化，團(tuán)體操以其獨(dú)特的教育功能與文化魅力逐漸被引入高校教學(xué)中。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬編排與演示技術(shù)逐漸成熟，其三維的表現(xiàn)能力和操作的直觀性已經(jīng)完全可以滿足團(tuán)體操的編排演示的需求，其輔助設(shè)計的應(yīng)用推廣將為團(tuán)體操發(fā)展帶來新的生機(jī)。

關(guān)鍵詞：團(tuán)體操 演練輔助設(shè)計

前言

團(tuán)體操是一項年輕的體育項目，但事實證明它正以飛快的速度不斷發(fā)展壯大。學(xué)校團(tuán)體操集中反映了學(xué)校精神文明建設(shè)與體育水平。隨著“陽光體育”的廣泛深入開展和《全民健身計劃綱要》的實施，團(tuán)體操的發(fā)展受到了相應(yīng)的關(guān)注。就學(xué)校而言，團(tuán)體操的表演不僅可以活躍氣氛使觀眾享受健與美的結(jié)合，同時對推進(jìn)學(xué)校的體育、文化等發(fā)展都起著積極的作用。

一、國內(nèi)外輔助設(shè)計及團(tuán)體操的研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)團(tuán)體操的編排設(shè)計依然采用舊式的手工繪圖，其工作方法繁瑣復(fù)雜且繪制時工作量極大。在進(jìn)行大規(guī)模的訓(xùn)練之前，因無法動態(tài)演示預(yù)先方案的編排效果。編排者無法對自己的設(shè)計效果進(jìn)行有效的修改及優(yōu)化。利用計算機(jī)輔助設(shè)計預(yù)先虛擬編排演示團(tuán)體操的排練過程，可以提高其編排的效率，同時讓組織者更清楚排練中的問題。在國內(nèi)，王兆其等人開發(fā)了數(shù)字化三維蹦床輔助訓(xùn)練系統(tǒng)等。

二、高校團(tuán)體操存在的問題及分析

（一）高校團(tuán)體操排練問題

團(tuán)體操從選人到排練都是一項嚴(yán)密而復(fù)雜的技術(shù)管理工作，一般學(xué)生兼顧上課與團(tuán)體操排練，所以如何提高排練效率顯得尤為重要。首先創(chuàng)編者難以掌握表演者的實際參與情況（如紀(jì)律性、節(jié)奏感、協(xié)調(diào)性等）面臨難以統(tǒng)籌管理問題，其次由于編排者在設(shè)計時無法根據(jù)表演者的身體素質(zhì)擬定動作的難易程度而對學(xué)生過分追求藝術(shù)上的“完美”，設(shè)計方案使一般學(xué)生在短時間內(nèi)難以掌握。雖然有些動作和移動路線對于專業(yè)人士來講非常簡單，但是對于初次或很少接觸團(tuán)體操的人來講由于缺乏對團(tuán)體操相關(guān)知識系統(tǒng)的了解，排練時只是模仿大眾，即使花費(fèi)大力氣也無法達(dá)到理想效果，以至于學(xué)生產(chǎn)生畏難與抵觸心里。既影響了學(xué)生的參與熱情更影響了團(tuán)體操表演時整體的美觀性。

（二）排練的整體化要求

團(tuán)體操是一項龐大的“工程”，少則幾百人，多則幾千人。傳統(tǒng)的排練方式是1-3個老師站在某個高點，指揮全場的表演者進(jìn)行排練。在預(yù)先擬定的編排方案中，由于無法看到具體的動態(tài)演示效果，或者只能從單角度的認(rèn)識排練效果，學(xué)生對于整個排練過程無法正確把握。

排練時單純的依靠老師指揮來了解行動的路線，根本不明白自己的方位，只有重復(fù)練習(xí)；由于隊形跑動中隊伍過于龐大或各自動作的不同，排練中只能一部分一部分的訓(xùn)練，這就影響了團(tuán)體操整體效果的完美表現(xiàn)。再者有些同學(xué)原地等待的時間久，浪費(fèi)大量時間也排練不出心中期待的陣形變化，容易使學(xué)生產(chǎn)生急躁、厭倦情緒。

（三） 編排者綜合能力問題

團(tuán)體操的編排能力和對表現(xiàn)效果的了解均需要編排者在實際的工作中獲得實踐經(jīng)驗。而團(tuán)體操是人數(shù)眾多的大型集體表演活動，這就意味著編排者實踐的機(jī)會少之又少，甚至有些老師根本沒有機(jī)會去親身實踐。所以多數(shù)老師只能掌握豐富的理論知識，而無法將理論知識應(yīng)用到實踐中去。

三、計算機(jī)輔助設(shè)計在高校團(tuán)體操演練中的實現(xiàn)與應(yīng)用

（一） 三維建模實現(xiàn)表演場景

1、虛擬場景建模

團(tuán)體操的表演一般為大型的場地，空曠而平整，在計算機(jī)建模容易，且操作和渲染時占用資源少，保證了軟件的流暢運(yùn)行。團(tuán)體操的活動層次、性質(zhì)、級別決定了它的演出場所的單一，所以團(tuán)體操表演的場景是有限的。場景留有可供使用者修改的接口，使用者可以根據(jù)實際的情況在場景中進(jìn)行簡單的建模和貼圖，使得應(yīng)用的場景盡可能的接近真實的排練環(huán)境。計算機(jī)場景一旦建模完成可以長期使用，老師不需要考慮場地限制，在統(tǒng)一的三維模型格式下，軟件可以導(dǎo)入外部模型，通過互聯(lián)網(wǎng)的資源分享，得到需要的排練場地。場地一旦擁有，可以無限次數(shù)的操作，對于排練的整體把握簡單方便，可以根據(jù)需要輕松控制場地的每一個角落。

2、場景的仿真

就目前的VR技術(shù)而言，虛擬場景具有真實地面的屬性，在虛擬環(huán)境中存在虛擬重力，場景中的模型受到重力作用而下落，而演示地面的屬性是防止模型穿透的堅實物體。其他模型與人體模型之間存在物理關(guān)系，防止人體模型運(yùn)動接觸到物體模型時穿透，產(chǎn)生虛假的效果。在場地的屬性設(shè)置完成，老師只需要考慮如何編排和搭配服裝，而不需要擔(dān)心場地。

（二）計算機(jī)模擬實現(xiàn)燈光和特效

1、模擬燈光輔助夜晚效果排練

高校的團(tuán)體操表演目前為止幾乎處于原始的團(tuán)體操表演狀態(tài)，表演的時間大多數(shù)定在白天，因為夜間團(tuán)體操排練難度大，效果表現(xiàn)難以掌握。因此，很多學(xué)校放棄了夜間團(tuán)體操排練，晚間團(tuán)體操在高校幾乎空白。但是隨著商業(yè)團(tuán)體操的日漸繁榮 ，而這些演出又多為晚間，其唯美的燈光，悠遠(yuǎn)的意境，表現(xiàn)效果無不令人嘆服，夜間團(tuán)體操成為發(fā)展的主流。

2、粒子系統(tǒng)和攝像機(jī)輔助現(xiàn)場特效

粒子系統(tǒng)主要是利用其噴射效果模擬表演時的禮花燃放等效果，主要是輔助現(xiàn)場效果，通過粒子貼圖實現(xiàn)不同表現(xiàn)效果，應(yīng)用在相對較為隆重的表演中。攝像機(jī)是計算機(jī)虛擬演示系統(tǒng)最重要的組成之一，從不同的角度觀看和實時切換演示效果，利用自由相機(jī)可以實現(xiàn)場景的漫游，更加細(xì)微的觀察表演的每一個細(xì)節(jié)問題。并且攝像機(jī)的鏡頭效果支持包括景深、運(yùn)動模糊等等，使其最終渲染達(dá)到最接近現(xiàn)實的效果。在虛擬排練時，可以實時觀察排練的效果，通過鏡頭切換，實現(xiàn)多角度觀察表演效果。

（三）RSG技術(shù)實現(xiàn)仿真演員

人體的模型主要是利用規(guī)則格網(wǎng)模型（Regular Square Grid，RSG）技術(shù)構(gòu)建而成的，人體的骨架模型和人體模型利用蒙皮技術(shù)相互附著。人體的動作通過對骨架模型的調(diào)節(jié)實現(xiàn)動作變換，可以根據(jù)編排的需要，老師在空場景中對骨骼模型進(jìn)行動作的調(diào)節(jié)和存儲，在虛擬演示時直接加載動作文件。在應(yīng)用中模型的大小可以利用等比例縮放工具調(diào)節(jié)模型大小以適應(yīng)不同的場景。人物的常用服飾、道具等也存儲在相應(yīng)的資源庫中，服飾的屬性可以調(diào)節(jié)，如顏色的更換大小等等，并且衣服在關(guān)聯(lián)在身體上后具有動力學(xué)效果，可以模擬出真實布料的受力情況。

（四）隊形變換

團(tuán)體操表演是由若干個隊形路線變換組成的，而且變換復(fù)雜，有錯位、轉(zhuǎn)動、放射、漸變等。在計算機(jī)虛擬編排時，系統(tǒng)自動將場景的排練區(qū)域生成正方形的子區(qū)域。模型之間的檢測是通過“九宮格碰撞檢測法”，即以模型所在位置為中心，檢測個體間最小距離，當(dāng)達(dá)到某個值時即采取避碰措施。團(tuán)體操的運(yùn)動是由個體和小組兩種運(yùn)動構(gòu)成的，路徑運(yùn)動主要是通過點與線的方式確定的。個體的路徑采用的直線插值法與貝塞爾插值法，小組路徑算法主要通過最短路徑分散法和平行合并等多種算法實現(xiàn)。編排時，編排者為模型指定位置和路徑，模型按照預(yù)先設(shè)定的算法運(yùn)動，結(jié)合不同的路徑賦予相應(yīng)的動作，模型自動完成隊形的變換。隊列隊形的算法化使變換更具有標(biāo)準(zhǔn)性，這是現(xiàn)實排練難以達(dá)到的，同時表演的人員可以根據(jù)模擬的效果，準(zhǔn)確的定位自己的運(yùn)動路線。

（五） 動態(tài)演示效果與音樂同步實現(xiàn)

在確定好表演的場景后，編排者首先確定好場景的最佳演示角度，其次是音樂的添加。音樂自始自終配合團(tuán)體操的整體，且只有音樂與表演相互配合才能使表演更加精彩。編排者根據(jù)音樂的節(jié)奏位置確定隊形變化的時間和時機(jī)，建立與音頻對應(yīng)的動作序列實現(xiàn)音頻與表演的同步。在編排的同時，通過視角的轉(zhuǎn)換觀察現(xiàn)場中各模型的動態(tài)效果。

（六）計算機(jī)輔助設(shè)計在高校團(tuán)體操演練中的應(yīng)用

團(tuán)體操虛擬編排與演示應(yīng)用系統(tǒng)是一個相對龐大的軟件，涉及的領(lǐng)域較為廣泛，因此操作存在一定困難。高校的文化教育水平較高，對于軟件應(yīng)用研究的推廣較為容易。此軟件的應(yīng)用主要是在正式排練之前，老師根據(jù)學(xué)校現(xiàn)有的資源和團(tuán)體操表演所要表達(dá)的主題，規(guī)劃團(tuán)體操表演的全部過程。由于軟件的運(yùn)行平臺位于普通PC機(jī)，資源共享非常容易。所以一旦團(tuán)體操的表演思路確定，老師可以根據(jù)團(tuán)體操的不同形式的表現(xiàn)階段而分工進(jìn)行，負(fù)責(zé)其中某部分，提高了排練效率。在每一部分完成之后，各部分可以分別展示，相關(guān)專業(yè)老師通過分析研究確定最后的表演方案。最終的效果由軟件通過渲染得到影視資源，利用軟件的相機(jī)動畫，得到每個角度的效果。在排練時，學(xué)生根據(jù)自己的角色定位在表演時的方位，對于特殊動作的表演，老師可以渲染相應(yīng)的個人動作序列，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，從而使團(tuán)體操的編排和排練可視化簡單化。

四、結(jié)論與建議

根據(jù)實際情況的編排設(shè)計思路，制作虛擬場景，包括燈光背景效果及隊形圖案變化，應(yīng)用于高校團(tuán)體操編排能切實提高團(tuán)體操的編排效率與質(zhì)量，優(yōu)化相關(guān)的工作，降低團(tuán)體操完成的成本，促進(jìn)高校團(tuán)體操事業(yè)的發(fā)展。

作為一位專業(yè)老師，需要更好得掌握團(tuán)體操編排相關(guān)知識，包括對學(xué)生實際情況進(jìn)行細(xì)致了解，重視操作實施可行性充分利用骨干等。除此之外計算機(jī)虛擬演示與應(yīng)用系統(tǒng)相對比較難以掌握，編排者水平尤其是計算機(jī)操作水平必須不斷提高，才能更好得應(yīng)用到實際的團(tuán)體操編排中去。當(dāng)然，高校團(tuán)體操的進(jìn)步主要還是依靠老師和學(xué)生的不斷努力，利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，過硬的專業(yè)知識，將“制作”與“教學(xué)”相結(jié)合，通過計算機(jī)輔助設(shè)計應(yīng)用提高排練效率，提高創(chuàng)編效果從而推進(jìn)高校團(tuán)體操的不斷發(fā)展。