基于運動捕捉的戲劇形體訓練方法研究

摘要：熟練的形體動作是戲劇表演者成功塑造人物形象、揭露人物性格特征與內(nèi)心世界的關(guān)鍵，快速提升戲劇表演者的形體素養(yǎng)是戲劇形體訓練亟待解決的重要問題。針對現(xiàn)有戲劇形體訓練方法的不足，研究一種利用運動捕捉技術(shù)進行形體動作捕捉、虛擬形體動作動畫生成、形體動作差異對比與量化分析的方法，并詳細分析了該戲劇形體訓練方法的具體實施步驟和應(yīng)用效果。實驗結(jié)果表明，利用運動捕捉技術(shù)輔助戲劇形體訓練，通過教師示范動作與學生訓練動作的差異比較與分析，能有效提高戲劇形體訓練的針對性和科學性，明顯提升戲劇形體訓練的效果。

關(guān)鍵詞：戲劇形體 運動捕捉 虛擬人模型 差異比較

一、引言

戲劇表演的核心任務(wù)是塑造形象鮮明的劇中人物，戲劇形式的多元化發(fā)展促使演員的形體素養(yǎng)成為衡量其戲劇表演水平的重要指標之一。在現(xiàn)代的戲劇表演藝術(shù)中，一個優(yōu)秀的戲劇演員除具有唱念打做和能歌善舞的基本能力之外，還應(yīng)具備通過豐富的形體動作塑造戲劇人物的能力，以傳達情感、敘述故事、感動觀眾。因此，現(xiàn)代戲劇表演藝術(shù)對演員形體的表現(xiàn)力、協(xié)調(diào)性、柔韌度、節(jié)奏感和靈活性提出了更高的要求，更注重演員肢體語言的科學運用。戲劇形體訓練的關(guān)鍵是提高演員肢體的柔韌性和靈活性，熟練掌握戲劇表演藝術(shù)所需的各種形體技巧和人物形象塑造方法，擴展演員的戲劇表演藝術(shù)思維。然而，許多戲劇演員形體動作協(xié)調(diào)性差、人物形象塑造水平低，在戲劇表演中處處表現(xiàn)出形體基本功不足的問題。快速提升戲劇演員的形體素養(yǎng)，使每位演員在戲劇表演中充分發(fā)揮其表演技藝成為當前戲劇形體訓練的亟待解決的重要問題。

為提高戲劇形體訓練的科學性和有效性，文獻[2]提出針對不同形體基礎(chǔ)的戲劇表演專業(yè)學生進行分層次教學，以通過因材施教的方法達到理想的戲劇形體教學效果。文獻[3]從提高學生學習興趣、針對性的形體訓練、加強心理健康教育等方面探討針對高校學生的形體訓練方法，以便科學合理地安排形體訓練內(nèi)容，循序漸進地增加訓練難度和強度，通過表演訓練與形體動作訓練的融合全面挖掘?qū)W生的戲劇表演潛力。文獻[4]提出采用“啟發(fā)式教學法”開展戲劇形體訓練，通過教師的言傳身教和動作示范加深學生對戲劇形體表現(xiàn)力的領(lǐng)悟。這些研究并沒有革新傳統(tǒng)形體訓練手段，依然是采用教師示范和口頭指導、學生憑經(jīng)驗感悟動作要領(lǐng)的傳統(tǒng)訓練方法，其訓練效果和效率的提升比較有限。人機交互技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展使基于運動捕捉的形體動作仿真與分析成為戲劇形體訓練的一種新手段，有助于實現(xiàn)戲劇形體訓練的科學化和直觀化，增加戲劇形體訓練的趣味性和有效性。為此，本研究在分析運動捕捉原理與方法的基礎(chǔ)上，研究利用運動捕捉技術(shù)進行戲劇形體訓練的方法，以提高戲劇形體訓練的效率和效果。

二、形體動作捕捉

1.運動捕捉的技術(shù)原理

運動捕捉是一種利用計算機系統(tǒng)進行運動數(shù)據(jù)采集與分析的技術(shù)，即通過跟蹤和記錄目標對象在時域上的運動軌跡，并將其轉(zhuǎn)換成可顯示的虛擬動作序列，從而對其進行分析和利用的一種方法，涉及計算機仿真、虛擬現(xiàn)實、人機交互、數(shù)據(jù)通信、圖形圖像等技術(shù)。運動捕捉系統(tǒng)是一種測量和記錄運動物體在真實物理空間內(nèi)運動軌跡的技術(shù)設(shè)備，其工作原理是通過部署在物理空間內(nèi)的多個動作數(shù)據(jù)采集設(shè)備、標記點（Marker）設(shè)備、運動跟蹤傳感器等，將目標對象的運動狀況以三維數(shù)據(jù)的形式記錄在計算機系統(tǒng)中，通過這些數(shù)據(jù)的分析處理得到模擬其運動實況的虛擬動作序列。

2.運動捕捉系統(tǒng)

根據(jù)運動捕捉系統(tǒng)工作原理的不同，可將其分為機械式、聲學式、電磁式和光學式四種類型，其定位精度、實時性、可捕捉范圍、應(yīng)用成本、抗干擾能力、動作捕捉能力等各有其優(yōu)缺點。光學式運動捕捉系統(tǒng)一般由傳感器、信號捕捉設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備四大部分構(gòu)成。傳感器是一種固定在運動物體主要部位的標記點（Maker）來實現(xiàn)，用來向運動捕捉系統(tǒng)提供運動位置信息，一般分為反射紅外光的被動Maker和可自發(fā)光的主動Maker。信息捕捉設(shè)備通常由多臺高速紅外攝像機構(gòu)成，用來識別和跟蹤其視野范圍內(nèi)Maker點的運動軌跡，并將所采集到的Maker點運動數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線、光纖等數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備傳送到數(shù)據(jù)處理設(shè)備。數(shù)據(jù)處理設(shè)備接收到這些Maker點的運動數(shù)據(jù)之后，基于計算機視覺、基于骨骼的角色模型驅(qū)動等技術(shù)進行3D虛擬對象的運動動作進行模擬與分析。為了便于后期運動數(shù)據(jù)的計算機處理和Marker點的識別與跟蹤，通常要求運動對象穿上單色的服飾。此外，由于高速紅外攝像機能夠降低背景噪聲、突出Marker標記點、連續(xù)拍攝并保存每一瞬間內(nèi)運動對象的動作序列。光學運動捕捉系統(tǒng)具有運動對象活動范圍大、無電纜和機械裝置限制、采樣速率高、可操作性和可實現(xiàn)性強等優(yōu)點，是一種性能穩(wěn)定且應(yīng)用成本較低的人體動作捕捉與跟蹤設(shè)備，適用于表演者動作捕捉、動作模擬與分析、動作技能輔助訓練等領(lǐng)域。

3.形體動作捕捉方法

鑒于光學式運動捕捉系統(tǒng)的優(yōu)勢，本研究利用光學式運動捕捉系統(tǒng)獲取戲劇形體動作數(shù)據(jù)。光學式運動捕捉系統(tǒng)通常需要在被捕捉對象上貼上一定數(shù)量的Marker標記，而Marker標記的位置和數(shù)量為能夠準確跟蹤和捕捉被捕捉對象的動作為依據(jù)。雖然Marker標記越多，獲取的動作數(shù)據(jù)就越準確，但會使后續(xù)的動作數(shù)據(jù)處理和虛擬動作仿真變得非常復雜，導致系統(tǒng)的實時性和可用性降低。為此，戲劇形體動作捕捉以圖1所示的人體骨骼結(jié)構(gòu)模型為依據(jù)，共在表演者身上部署26個Marker標記，確保Marker標記容易被相機識別和跟蹤的基礎(chǔ)上，準確獲取形體動作關(guān)鍵點的實時三維坐標數(shù)據(jù)，為形體動作跟蹤與重構(gòu)提供數(shù)據(jù)。

在捕捉戲劇形體動作數(shù)據(jù)時，在表演者身上貼的24個Marker標記位置分布如下：（1）左右肩、左右肘、左右手背、左右髖、左右膝蓋、左右踝和左右腳面等人體14個左右對稱的主要關(guān)節(jié)點；（2）根部前后各1個、腹部前后各1個、胸部前后各1個、頸部前后各1個、頭部以鬢角為中間位置前后左右各1個，共12個對稱的身體主要部位。這26個Marker標記可以跟蹤和記錄戲劇表演者主要關(guān)節(jié)及其主要身體部位的三維空間坐標，依據(jù)如圖1所示的人體骨骼結(jié)構(gòu)模型即可實現(xiàn)表演者的戲劇形體動作仿真。

三、利用運動捕捉進行戲劇形體訓練的方法

1.訓練思路

戲劇形體教學與訓練的傳統(tǒng)方法是教師首先對形體動作進行示范和講解，然后學生根據(jù)自己的理解和感悟進行形體動作的練習，教師根據(jù)學生的動作練習情況進行指導和錯誤糾正，幫助學生熟練掌握形體動作要領(lǐng)和技巧。一方面，教師形體動作的示范和講解很難精確量化，影響了學生對形體動作的理解和掌握；另一方面，教師對學生訓練的指導局限于真實訓練場地，無法實現(xiàn)教師的遠程訓練指導和學生的自主形體訓練。

運動捕捉系統(tǒng)不僅能夠捕捉訓練者的形體動作，而且能對人體運動軌跡、肢體運動速度與加速度、反應(yīng)時間、旋轉(zhuǎn)角度等相關(guān)變量進行精確測量和記錄。利用所采集到形體動作數(shù)據(jù)驅(qū)動三維虛擬人體模型生成戲劇形體動作仿真動畫，結(jié)合教師的講解和動作示范可將戲劇人物的內(nèi)心感情準確表達出來，加深學生對相關(guān)知識的理解和掌握。同時，通過對標準形體動作和訓練者形體動作的量化和比較分析，可以很方便地找到差距，為科學訓練提供準確的量化依據(jù)和指標。在戲劇形體訓練中引入運動捕捉系統(tǒng)之后，首先，對教師的形體示范動作進行捕捉和量化分析，使學生更準確、直觀地理解每個形體動作的要領(lǐng)和技巧；其次，對學生的形體動作進行捕捉和對比分析，由系統(tǒng)自動找出其中存在的錯誤或不足，使課堂上的每位學生都能得到關(guān)注和指導，在激發(fā)學生學習興趣的同時提高形體訓練的針對性和效果。

2.訓練流程

基于運動捕捉的戲劇形體訓練是一種利用虛擬人體運動仿真數(shù)據(jù)優(yōu)化戲劇形體訓練的方法，是一種具有正循環(huán)反饋機制的循序漸進的科學訓練過程。

（1）獲取形體動作數(shù)據(jù)

首先，在教師根據(jù)教學內(nèi)容設(shè)計進行戲劇形體動作示范的同時，利用運動捕捉系統(tǒng)獲取教師示范的戲劇形體動作數(shù)據(jù)，結(jié)合人體力學原理、戲劇表演藝術(shù)要求等對這些捕獲的形體動作數(shù)據(jù)進行改進和量化，構(gòu)建戲劇形體訓練標準動作庫。其次，學生在進行戲劇形體訓練時，利用運動捕捉系統(tǒng)獲取每位學生的形體動作數(shù)據(jù)，即得到貼在學生身上的每個Marker標記的動態(tài)三維坐標信息。

（2）動作數(shù)據(jù)預(yù)處理

為方便虛擬人模型的動作驅(qū)動和形體動作仿真動畫的生成，需要對所獲取的形體動作數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。例如，將Marker點的原始三維坐標數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，得到人體多剛體模型慣性主軸上的三維坐標；對相關(guān)參數(shù)進行統(tǒng)計分析，剔除誤差處理中的奇異點；將三維空間內(nèi)兩個相互垂直的平面圖像數(shù)據(jù)進行同步校正，提高戲劇形體動作仿真的準確性。

（3）生成形體動作仿真動畫

首先，利用3DS Max、Maya等3D建模軟件分別完成一個男性和一個女性3D虛擬人模型的構(gòu)建，并導出為FBX格式，作為虛擬人形體動作模擬的基礎(chǔ)對象。其次，利用Motionbuilder動畫編輯軟件導入FBX格式的虛擬人模型和形體動作數(shù)據(jù)，進行形體動作數(shù)據(jù)與3D虛擬人模型的綁定。完成形體動作數(shù)據(jù)與3D虛擬人模型的綁定之后，即可實現(xiàn)利用運動捕捉系統(tǒng)獲取的形體動作驅(qū)動虛擬人模型，經(jīng)過渲染之后便可得到相應(yīng)的形體動作仿真動畫。

（4）形體動作差異比較

形體動作差異比較分為整體比較和局部比較兩個方法。整體比較是將利用學生形體訓練動作驅(qū)動的虛擬人形體動作仿真動畫與利用教師示范形體動作驅(qū)動的虛擬人形體動作仿真動畫進行比較，根據(jù)參數(shù)量化比較結(jié)果得到學生形體動作訓練中所存在的問題。局部比較是在整體比較基礎(chǔ)上，針對形體動作訓練中問題比較嚴重的關(guān)節(jié)或身體部位進行有針對性的、更詳細的動作差異分析，讓學生和教師從多視角進行細致觀察，找到形體動作的細微差別。這樣，不僅可改變以往戲劇形體教師主要依靠動作示范和口述指導訓練、學生憑已有知識經(jīng)驗領(lǐng)會動作訓練的經(jīng)驗式戲劇形體訓練方法，而且可使戲劇形體訓練更準確、更有針對性。

（5）正循環(huán)反饋

通過形體動作的差異比較找到學生戲劇形體動作所存在的問題之后，一方面，學生可根據(jù)自身戲劇形體動作所存在的不足進行針對性的訓練和不良習慣的改正，提高戲劇形體訓練效果；另一方面，教師根據(jù)訓練結(jié)果及其存在的問題，改進訓練內(nèi)容、訓練進度、指導方法等，使學生更容易、更快速地掌握形體動作要領(lǐng)，不斷提升戲劇形體教學水平。

四、實驗分析

1.實驗設(shè)計

為驗證基于運動捕捉的戲劇形體訓練方法的應(yīng)用效果，選取中央戲劇學院2012級28名戲劇表演專業(yè)本科生進行實驗研究。隨機將這28名學生平均分為A、B兩組，每組14人，其中A組采用本文所研究的基于運動捕捉的戲劇形體訓練方法開展36學時的戲劇形體課程教學，B組采用教師示范、學生領(lǐng)悟的傳統(tǒng)戲劇形體訓練方法針對同樣的訓練內(nèi)容開展為期36學時的戲劇形體課程教學。

目前，光學式運動捕捉系統(tǒng)有Optitrack 全身動作捕捉系統(tǒng)、天遠動作捕捉系統(tǒng)、G-Motion高精度光學位置追蹤系統(tǒng)、Easy Mocap光學運動捕捉系統(tǒng)等，其功能相差較少，主要差別在于應(yīng)用成本和使用的便捷性。Easy Mocap光學運動捕捉系統(tǒng)支持同時捕捉多個運動對象的動作數(shù)據(jù)、人體關(guān)節(jié)運動等，支持3DS Max、Maya、MotionBuilder等三維建模軟件，能夠?qū)崟r捕捉的動作數(shù)據(jù)以所見即所得的方式實時顯示在三維場景中，利用所獲得的動作數(shù)據(jù)可自動生成虛擬人動作仿真動畫，適用于人體動作捕捉、骨骼動畫生成、運動軌跡定量分析等方面，且應(yīng)用成本相對較低、操作便捷。因此，本實驗采用Easy Mocap光學式運動捕捉系統(tǒng)進行戲劇形體動作的捕捉、采用3DS Max和MotionBuilder進行3D虛擬人體模型的構(gòu)建、戲劇形體動作仿真動畫模擬、戲劇形體動作的差異性比較與分析等。

2.應(yīng)用效果分析

經(jīng)過36學時的課程教學與訓練，針對參加實驗的28名學生采用同一套測試內(nèi)容進行戲劇形體訓練效果考評，A、B兩組學生的成績分布情況：A組70分以下的人數(shù)為2人，占A組總?cè)藬?shù)的14.29%；B組70分以下的人數(shù)為5人，占A組總?cè)藬?shù)的35.72%；A組80分以上的人數(shù)為8人，占A組總?cè)藬?shù)的57.14%；B組80分以上的人數(shù)為4人，占A組總?cè)藬?shù)的28.57%。由此可見，基于運動捕捉的戲劇形體訓練方法通過對學生戲劇形體動作的比較和量化分析，提高了動作訓練的針對性和有效性，明顯提升了戲劇形體訓練的效果，達到了利用運動捕捉輔助戲劇形體訓練的目標。

五、結(jié)束語

本文在分析現(xiàn)有戲劇形體訓練方法所存在的問題基礎(chǔ)上，研究了一種利用運動捕捉技術(shù)輔助戲劇形體訓練的方法。通過對形體動作捕捉方法和利用運動捕捉進行戲劇形體訓練流程的分析，隨機抽取的28名戲劇表演專業(yè)的本科生進行戲劇形體動作訓練的比較實驗研究。實驗結(jié)果表明，本文所研究的基于運動捕捉的戲劇形體訓練方法能夠有效提高形體動作訓練的針對性和科學性，幫助戲劇形體訓練者更容易、更快速地掌握戲劇形體動作要領(lǐng)，大幅度提升戲劇形體動作技能水平。戲劇形體訓練除需掌握基本動作技巧和肢體語言表達能力之外，面部表情也是戲劇形體表演訓練的重要內(nèi)容，捕捉和分析戲劇表演者的面部表情將是下一步研究提升戲劇形體訓練效果的重要方法。

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