三維動(dòng)畫(huà)在武術(shù)套路教學(xué)與訓(xùn)練中的應(yīng)用

金若塵

摘 要 通過(guò)人體三維動(dòng)畫(huà)對(duì)武術(shù)的基本套路的展示，在立體、直觀地展現(xiàn)武術(shù)基本套路的同時(shí)，有助于對(duì)套路技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行再創(chuàng)新，輔助學(xué)習(xí)者練習(xí)有難度的動(dòng)作。本文將依據(jù)部分高校武術(shù)多媒體教學(xué)的開(kāi)展情況對(duì)三維動(dòng)化在武術(shù)教學(xué)和訓(xùn)練中的作用進(jìn)行分析，深入探討如何應(yīng)用三維動(dòng)畫(huà)來(lái)輔助武術(shù)套路的教學(xué)和訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞 三維動(dòng)畫(huà) 武術(shù) 教學(xué) 學(xué)校體育

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.07.040

Analysis of the Application of Three-dimensional Animation in

Wushu Routine Teaching and Training

JIN Ruochen

（Henan Police College， Zhengzhou， Henan 450046）

Abstract Through the human body 3D animation basic routines on martial arts show， in the three-dimensional and visual display of Wushu basic routines and is helpful for routine technology innovation， assisted learning difficult action. This paper will be based on the part of College Wushu multimedia teaching were carried out in the analysis of three-dimensional dynamic of Wushu teaching and training role， in-depth study of how to apply 3D animation to assist in Wushu teaching and training.

Keywords three-dimensional animation； Wushu； teaching； school sports

0 引言

傳統(tǒng)的武術(shù)套路教學(xué)以及訓(xùn)練中多使用二維的視覺(jué)媒體來(lái)對(duì)學(xué)員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，這種模式既有優(yōu)勢(shì)，也存在一定的局限性：缺乏從量化以及精確的微觀層面分析運(yùn)動(dòng)技術(shù)。那么三維動(dòng)畫(huà)的特點(diǎn)則彌補(bǔ)了這些不足。三維動(dòng)畫(huà)首先最顯著的特點(diǎn)就是其清晰直接的三維特性，直觀多方位地展示了連貫的技術(shù)動(dòng)作，可以模擬現(xiàn)實(shí)或是理想狀態(tài)下的新動(dòng)作或是較難的動(dòng)作，以量化的方式展現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)員在三維坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)軌跡。將三維動(dòng)畫(huà)引入到武術(shù)教學(xué)中為開(kāi)發(fā)教育動(dòng)畫(huà)資源開(kāi)辟了新的路徑，在武術(shù)教學(xué)和訓(xùn)練中具有一定的意義。

1 武術(shù)套路和三維動(dòng)畫(huà)教學(xué)的結(jié)合

在武術(shù)教學(xué)和訓(xùn)練中引入三維動(dòng)畫(huà)的首要問(wèn)題就是三維動(dòng)畫(huà)能否準(zhǔn)確真實(shí)地展現(xiàn)武術(shù)套路。這就要求三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)在直觀的視覺(jué)上和微觀的量化上契合套路技術(shù)動(dòng)作。

1.1 武術(shù)套路和三維動(dòng)畫(huà)在微觀上的契合

三維動(dòng)畫(huà)使用的直接驅(qū)動(dòng)模型由人體三維動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)對(duì)表演者的動(dòng)作乃至表情的捕捉構(gòu)成。通過(guò)對(duì)人體形態(tài)參數(shù)的采集，并進(jìn)行處理后得到在不同時(shí)間點(diǎn)上人體姿勢(shì)的多個(gè)空間坐標(biāo)集R{（X1，Y1，Z1），（X2，Y2，Z2）...（Xn，Yn，Zn）}。[1]

將采集到的空間坐標(biāo)集進(jìn)行一定的處理就可以還原表演者的肢體運(yùn)動(dòng)軌跡，并且計(jì)算機(jī)會(huì)計(jì)算出手臂或是腿部的運(yùn)動(dòng)方向和速度，相應(yīng)關(guān)節(jié)的角速度以及角度。那么武術(shù)套路動(dòng)作的完成質(zhì)量也可以得到量化的評(píng)價(jià)。最終實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫(huà)與武術(shù)套路在微觀上的契合。

1.2 武術(shù)套路和三維動(dòng)畫(huà)在直觀上的切合

常見(jiàn)的動(dòng)畫(huà)軟件，如3D MAX等，可以將實(shí)時(shí)捕捉到的表演者的肢體動(dòng)作和表情轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的“抽象運(yùn)動(dòng)”，生成與表演者一樣的3D模型，得到最終的動(dòng)畫(huà)序列。這樣得到的運(yùn)動(dòng)員的模型可以完全展現(xiàn)表演者的風(fēng)格節(jié)奏和力度，實(shí)現(xiàn)武術(shù)套路個(gè)三維動(dòng)畫(huà)在直觀上的切合。

2 三維動(dòng)畫(huà)和傳統(tǒng)技術(shù)在武術(shù)教學(xué)中的對(duì)比

2.1 傳統(tǒng)技術(shù)

傳統(tǒng)的武術(shù)教學(xué)使用的視覺(jué)媒體（如2D動(dòng)畫(huà)教學(xué)）幾乎都不能多角度量化的方式展示武術(shù)套路，并且在保存方式上也存在著硬傷：

無(wú)法交互是3D動(dòng)畫(huà)教學(xué)出現(xiàn)以前絕大多數(shù)的教學(xué)方法都存在的問(wèn)題。首先是文字資料并不利于學(xué)習(xí)者對(duì)武術(shù)套路的理解，文字資料更適合經(jīng)驗(yàn)豐富的人。另外，在2D教學(xué)動(dòng)畫(huà)中只有一個(gè)視角（部分武術(shù)教學(xué)視頻會(huì)通過(guò)兩個(gè)表演者以相反的方向表演來(lái)同時(shí)展現(xiàn)兩個(gè)視角），使得初學(xué)者的學(xué)習(xí)增加了難度。

2.2 三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)

三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的核心技術(shù)是運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)。[2]所謂運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是指在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)跟蹤關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)記錄目標(biāo)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，最后轉(zhuǎn)換成可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式記錄的單獨(dú)的3D運(yùn)動(dòng)過(guò)程。具體的操作過(guò)程是：

首先讓表演者在關(guān)鍵部位（如手肘、關(guān)節(jié)、腿、頭部等）穿戴上跟蹤裝置，運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)依據(jù)跟蹤裝置回傳的數(shù)據(jù)記錄表演者的位置信息。表演者進(jìn)行動(dòng)作展示，運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)依據(jù)大量的實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)做出處理，并進(jìn)行計(jì)算（路徑，角速度，夾角等），最后對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行修正導(dǎo)入3D模型形成最終的3D教學(xué)動(dòng)畫(huà)。[3]

3D動(dòng)畫(huà)不僅僅包含了運(yùn)動(dòng)捕技術(shù)，還有采集表演者面部表情變化的其他技術(shù)，主要的還有聲學(xué)式、光學(xué)式、電磁式和設(shè)置機(jī)械式等技術(shù)。

圖1 光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉場(chǎng)地示意圖

圖1中黑點(diǎn)表示高分辨率紅外攝像機(jī)的位置。攝像機(jī)會(huì)捕捉到表演者在三維空間中的肢體動(dòng)作和面部表情，形成圖像素材，技術(shù)人員將這些圖像素材和運(yùn)動(dòng)軌跡制作成模型，使模型在直觀上表情以及動(dòng)作神態(tài)上與表演者保持一致。

光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉是當(dāng)前最適宜制作武術(shù)套路3D模型的技術(shù)。首先其具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、采樣速率高、精確度高的特點(diǎn)，此外，沒(méi)有電纜和機(jī)械裝置的限制，表演者的活動(dòng)空間大，捕捉衣材質(zhì)地輕薄，與運(yùn)動(dòng)員平時(shí)的緊身衣質(zhì)地相似，有利于表演者的自由發(fā)揮。

2.3 三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的應(yīng)用

2.3.1 三維度的立體示范

武術(shù)套路的特點(diǎn)是變化多端，且動(dòng)作較繁復(fù)，這常常給初學(xué)者的學(xué)習(xí)帶來(lái)了困難，在學(xué)習(xí)武術(shù)套路時(shí)，要想全方位地了解動(dòng)作的特性，就需要全方位多角度地觀察動(dòng)作，僅僅按照視頻拍攝的角度（往往是正面），學(xué)習(xí)者難以全面地了解武術(shù)套路規(guī)范動(dòng)作，而3D動(dòng)畫(huà)學(xué)習(xí)者則可以自由旋轉(zhuǎn)武術(shù)套路動(dòng)作展示的角度和位置，從而更好地學(xué)習(xí)和了解武術(shù)套路。

2.3.2 建立運(yùn)動(dòng)表象

建立技術(shù)概念顯然是武術(shù)套路學(xué)習(xí)的關(guān)鍵步驟，那么僅僅靠技術(shù)人員的講解和示范仍然是不夠的，還需要學(xué)習(xí)者的本體感受來(lái)獲得武術(shù)套路的內(nèi)在精髓。3D動(dòng)畫(huà)比其他傳統(tǒng)武術(shù)套路教學(xué)方式傳遞的信息更加豐富也更加全面，學(xué)習(xí)者也可以及時(shí)依據(jù)動(dòng)畫(huà)對(duì)自身的動(dòng)作進(jìn)行反饋，從而更好地建立動(dòng)作表象。

2.3.3 建立武術(shù)套路的數(shù)據(jù)庫(kù)

前面提到的運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)不僅可以用在建立模型，大量的數(shù)據(jù)還可以通過(guò)整理和保存后建立一個(gè)武術(shù)套路數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)一定的武術(shù)特色和種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)，并設(shè)計(jì)出檢索方式，有利于初學(xué)者及時(shí)的針對(duì)弱項(xiàng)調(diào)出相關(guān)的3D教學(xué)動(dòng)畫(huà)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

3 三維動(dòng)畫(huà)在武術(shù)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)地位

3.1 建立動(dòng)作表象過(guò)程縮短

建立動(dòng)作表象是武術(shù)套路動(dòng)作教學(xué)和訓(xùn)練中十分關(guān)鍵的一環(huán)，學(xué)習(xí)者正是通過(guò)表演者的視覺(jué)表象和聽(tīng)覺(jué)表象的結(jié)合來(lái)明確動(dòng)作的技術(shù)結(jié)構(gòu)和動(dòng)作中的要領(lǐng)，從而建立出完整的武術(shù)套路的技術(shù)概念。常見(jiàn)建立動(dòng)作表象的方法前文已經(jīng)提到，主要有兩種：一種是運(yùn)動(dòng)員自身感受來(lái)獲得武術(shù)套路中的技術(shù)信息，另一種是教師對(duì)武術(shù)套路進(jìn)行分解示范和講解。

在3D動(dòng)畫(huà)教學(xué)示范中，可以比二維的視頻和文字描述更快速和更加準(zhǔn)確地向?qū)W習(xí)者傳達(dá)武術(shù)套路中的技術(shù)信息，學(xué)習(xí)者也可以通過(guò)觀看自身的套路動(dòng)作的三維動(dòng)畫(huà)來(lái)及時(shí)反饋更正不足，從而達(dá)到縮短建立動(dòng)作表象過(guò)程時(shí)間的目的。

3.2 直觀與量化的結(jié)合

分析出學(xué)習(xí)者的不足之處，有針對(duì)性地進(jìn)行訓(xùn)練可以快速有效提高教學(xué)效率。提高動(dòng)作技術(shù)水平主要有兩種方法：簡(jiǎn)單觀察法和生物力學(xué)分析法?，F(xiàn)在生物力學(xué)分析法應(yīng)用到三維動(dòng)畫(huà)中就是通過(guò)運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)獲取表演者在三維空間中關(guān)鍵點(diǎn)的空間位置（X，Y，Z）進(jìn)行記錄和計(jì)算，將所得到的數(shù)據(jù)（運(yùn)動(dòng)軌跡，重點(diǎn)位置的角速度、力矩等）進(jìn)行生物學(xué)分析，最后找到動(dòng)作技術(shù)的不足之處，加以改善。

此外三維動(dòng)畫(huà)還可以對(duì)表演者的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行精準(zhǔn)的量化。有利于教練員的指導(dǎo)工作，也有利于初學(xué)者對(duì)動(dòng)作的理解。無(wú)論是踢腿的高度還是身體旋轉(zhuǎn)的角速度都會(huì)有精確的數(shù)值，對(duì)不達(dá)標(biāo)的數(shù)值進(jìn)行分析，可以快速有效地找到動(dòng)作不到位或者錯(cuò)誤動(dòng)作的原因。

此外三維動(dòng)畫(huà)還可以對(duì)表演者不規(guī)范的動(dòng)作進(jìn)行修改，最后得到標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)動(dòng)作模型。這是三維動(dòng)畫(huà)的優(yōu)勢(shì)。

3.3 模擬武術(shù)套路教學(xué)和訓(xùn)練的環(huán)境

三維動(dòng)畫(huà)模擬出的虛擬教學(xué)和訓(xùn)練環(huán)境體現(xiàn)了學(xué)習(xí)者和虛擬環(huán)境之間的交互性。傳統(tǒng)的武術(shù)注重“氣”，這涉及到人體的穴位、氣血以及經(jīng)絡(luò)等中醫(yī)知識(shí)。傳統(tǒng)錄像難以還原這些信息，對(duì)于這些抽象的概念無(wú)法再現(xiàn)，使學(xué)習(xí)者難以理解這些問(wèn)題，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以非常清晰地再現(xiàn)或是模擬這些過(guò)程，把抽象的概念轉(zhuǎn)化成直觀的影像便于學(xué)習(xí)者的理解。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有交互性、沉浸性和想象性，有助于參與者沉浸其中，自由交互。學(xué)習(xí)者可以感受比賽現(xiàn)場(chǎng)的氣氛，身臨其境，適應(yīng)能力和應(yīng)變能力得以加強(qiáng)。

3.4 三維立體示范

3D動(dòng)畫(huà)教學(xué)真正實(shí)現(xiàn)了多角度地展現(xiàn)表演者的技術(shù)動(dòng)作全貌，并且有翔實(shí)的數(shù)據(jù)支持，學(xué)習(xí)者在觀看的過(guò)程中可以隨意調(diào)整觀看套路動(dòng)作的角度，并了解相關(guān)的技術(shù)動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)者可以精準(zhǔn)地學(xué)習(xí)技術(shù)動(dòng)作，達(dá)到了立體教學(xué)的效果。

3.5 輔助進(jìn)行動(dòng)作創(chuàng)新

在常規(guī)的武術(shù)套路自選項(xiàng)目中，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)大致如下：完成創(chuàng)新B級(jí)動(dòng)作難度加0.2分；完成創(chuàng)新C級(jí)動(dòng)作難度加0.3分；完成創(chuàng)新超C級(jí)動(dòng)作難度加0.4分?？梢?jiàn)創(chuàng)編新動(dòng)作是比較重要的，但在實(shí)際操練過(guò)程中試做創(chuàng)新動(dòng)作有較大的風(fēng)險(xiǎn)。影響了創(chuàng)新動(dòng)作的效率和效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

3D動(dòng)畫(huà)教學(xué)引入到武術(shù)套路為武術(shù)套路教學(xué)和訓(xùn)練帶來(lái)了變革性的手段，為編排動(dòng)作和全方位展示武術(shù)套路提供了新的方法，對(duì)于現(xiàn)實(shí)立體展示和探究武術(shù)套路的技巧和精髓，輔助武術(shù)套路的教學(xué)和訓(xùn)練是可行的，切實(shí)有效的。此外3D動(dòng)畫(huà)教學(xué)的直觀性和交互性有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)武術(shù)套路動(dòng)作教學(xué)的不足，更深層次地引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行高效學(xué)習(xí)，另外3D動(dòng)畫(huà)教學(xué)具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性以及便利性的特點(diǎn)，符合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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