基于動作捕捉技術(shù)的苗拳數(shù)字化保護

康麗華

(吉首大學(xué)師范學(xué)院 湖南吉首 416000)

苗拳是源自“角觝”的一種體育游戲，因其攻防格斗內(nèi)容的特點逐步發(fā)展成現(xiàn)在的苗拳，主要流行于湖南湘西地區(qū)。苗拳在苗族發(fā)展史中有著舉足輕重的地位，苗拳文化傳承對增強民族文化自信，弘揚民族體育精神，增強民族凝聚力有非常重要的意義。苗拳拳型古老、拳架緊湊、動作幅度小的特點與苗族人的生存環(huán)境密切相關(guān)，是苗族人歷史發(fā)展的文化標(biāo)識，也是具有獨特風(fēng)格的地域性拳種，但隨著時代的變遷和科技的發(fā)展，人們的生活方式發(fā)生了巨大的變化，對原生態(tài)的生活環(huán)境不再高度依賴，且青少年一代對苗拳更是所知甚少，致使苗拳在家族傳承中日漸式微，部分苗拳已經(jīng)逐漸消失。

數(shù)字化主要應(yīng)用于前沿科學(xué)領(lǐng)域，在傳統(tǒng)文化保護與傳承上的應(yīng)用還處于發(fā)展階段［1］，由于人們對苗拳這類民族文化關(guān)注較少，現(xiàn)有關(guān)于苗拳的文字資料和視頻資料都是片段式，沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)教程和苗拳文化數(shù)據(jù)，加之湘西地區(qū)數(shù)字技術(shù)人才的缺乏，導(dǎo)致苗拳數(shù)字化僅停留在文字、圖片和短視頻的記錄層面，對苗拳的數(shù)字化傳承、推廣和發(fā)展形成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［2］。因此，運用數(shù)字化技術(shù)加強苗拳文化保護是實現(xiàn)民族體育文化普及、推廣的重要技術(shù)手段，也能讓廣大群眾對民族文化進行深入了解，讓苗族文化的精髓得以更好地保護、傳承與發(fā)展。

1 動作捕捉技術(shù)與苗拳文化保護

動作捕捉是進行動態(tài)捕捉的一項技術(shù)，通過人體關(guān)鍵部位運動軌跡的記錄，形成三維動畫，能全方位、多角度、廣范圍地采集動作數(shù)據(jù)，近年在體育訓(xùn)練方面應(yīng)用較多，為民族文化數(shù)字化發(fā)展提供了新路徑。苗拳作為民族武術(shù)，具有較強的實踐性和直觀性，只有對這類操作技能進行準(zhǔn)確的示范與講解，才能更好地保護和傳承。將動作捕捉技術(shù)應(yīng)用于苗拳動作的分析和研究，可以不受時間、地點的限制，有針對性地呈現(xiàn)動作要點，更好地對苗拳原生態(tài)面貌進行記錄和保護。

1.1 動作捕捉技術(shù)在苗拳數(shù)字化保護中的優(yōu)勢

當(dāng)前，苗拳數(shù)字化保護多停留在音視頻制作階段，隨著數(shù)字化技術(shù)多元化的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實與動作捕捉等新興技術(shù)都逐漸得到了探索與應(yīng)用。在苗拳的數(shù)字化保護中，科學(xué)合理的技術(shù)手段是保障苗拳傳承創(chuàng)新的重要技術(shù)支撐，通過對比現(xiàn)有的數(shù)字化技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)主要通過計算機仿真學(xué)、計算機圖形學(xué)、傳感技術(shù)、人工智能、顯示技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)形成一種交互式的三維動態(tài)視景，以視覺感受的環(huán)境為主。增強現(xiàn)實是在虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種技術(shù)，將計算機生成的文字、音頻、視頻、三維模型等虛擬信息模擬仿真后應(yīng)用于真實世界，將虛擬信息和真實信息相互融合，以體驗感為主［3］。動作捕捉技術(shù)通過采集真人演員的動作數(shù)據(jù)來生成三維動畫，精確度高，簡明直觀，在數(shù)據(jù)收集和后期制作方面也非常簡便，在人體工程學(xué)、模擬訓(xùn)練、游戲娛樂、生物力學(xué)、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域有極大的用武之地。

苗拳具有人體動作幅度大、動作組合繁多、可編排創(chuàng)造性大的特征，從三種數(shù)字化技術(shù)的主要功能和優(yōu)勢傾向分析，動作捕捉技術(shù)更適用于苗拳這類與動作高度相關(guān)的項目，能對苗拳動作和肢體運動軌跡進行定位及深度解析，精準(zhǔn)記錄和還原苗拳動作，形成苗拳虛擬展示模型，使苗拳數(shù)字化保護更規(guī)范、更科學(xué)。

1.2 動作捕捉技術(shù)促進苗拳保護與傳承

動作捕捉技術(shù)通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，對苗拳的原貌進行數(shù)字化存儲，既能滿足時代發(fā)展的需要，也能讓更多青年一代了解傳統(tǒng)項目，將原本抽象、需要多感官去感知的苗拳轉(zhuǎn)變成了可具體分析計算的數(shù)字化數(shù)值，從更高層次和更廣范圍展示苗拳的歷史價值和文化價值，不僅豐富了傳統(tǒng)項目的呈現(xiàn)形式，保障了苗拳在數(shù)字時代的歷久彌新，也有利于對苗拳進行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究，讓苗拳文化脈絡(luò)更好地得以延續(xù)和發(fā)展［4］。

2 基于動作捕捉技術(shù)的苗拳數(shù)字化保護流程與途徑

苗拳數(shù)字化保護是一個系統(tǒng)工程，大體分為苗拳傳承現(xiàn)狀考察、確定建模原型和形成數(shù)字化3個階段。

2.1 第一階段

此階段主要包括苗拳的起源、流派、動作特點的調(diào)查分析，現(xiàn)有苗拳練習(xí)者的年齡、文化程度、傳承方式，以及苗拳文化資源整理。經(jīng)走訪調(diào)研，苗拳起源于戰(zhàn)爭，因其格斗實戰(zhàn)技能強，被苗族人一直沿用至今。在《湖南武術(shù)拳械錄》中有這樣的記載［2］：湘西7個縣市的苗拳分成了老架、大架、大夾小、峨眉支四大流派，其中老架由苗族人自己創(chuàng)立，廣泛流傳于湘西六個縣市。苗拳修習(xí)者講究“三十六攻，七十二防”，拳法實戰(zhàn)性強，沒有多余的花架子，對肌肉絕對力量要求高，顯示了苗拳攻防結(jié)合和技法剛烈的特點。目前，湘西苗拳傳承人年齡都在60歲以上，中青年一代中修習(xí)苗拳的寥寥無幾。在吉首、鳳凰、瀘溪等縣市的小學(xué)把苗拳引進學(xué)校大課間，但改編后的苗拳操沒有成體系，也去掉了苗拳攻防技擊的特點，變成表演性質(zhì)的武術(shù)操，而在民間現(xiàn)存的苗拳修習(xí)者中，以家傳和師承為主的口傳身授方式傳承。因此，對現(xiàn)存的苗族資源按地域和流派進行整理，是實現(xiàn)數(shù)字化保護的基礎(chǔ)。

2.2 第二階段

根據(jù)湘西苗拳流傳區(qū)域和現(xiàn)習(xí)者的身體狀況及功底精湛程度，確定鳳凰縣峨嵋支流派的吳永忠拳師，吉首老架流派的秧先翠拳師為動作捕捉數(shù)據(jù)采集的演示人員。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括禮示、基本功和八合拳。

2.2.1 禮示

禮示屬于苗拳中的策手動作，與武術(shù)的抱拳禮一樣，左掌為文，右拳為武，表示文武兼學(xué)，虛心、渴望求知，恭候師友、前輩指教之意。在行開堂禮和閉堂禮的時候都會配以口訣，也能體現(xiàn)武者的個人修養(yǎng)和功底深淺。

2.2.2 苗拳基本功

苗拳主要流傳地域大都以山區(qū)為主，動作不能大開大合，故苗拳腿上功夫較少，下盤功夫要求穩(wěn)樁步活，出腿多用暗勁，有近距離頂膝，遠(yuǎn)距離用腳的講究。手法上包括了掌、肘、拳的運用，以劈、挑、撥、推、插、勾、攔等技擊性強的攻防手法為主，手法多變，實戰(zhàn)中也有“長用拳頭近用拐，拳不離五寸，拐不離兩肋”的要求。苗拳的基本功核心內(nèi)容是樁法和手法，輔以腿法、身法和眼法進行練習(xí)。由于苗拳以拳架緊湊、動作弧度小為主，要求出手成拳，動步成樁，所以樁法練習(xí)要求高，有“練拳先練樁，打拳不晃蕩”的講究。在基本功之外，進行公開表演的武術(shù)套路被稱為“花架子”，其中“單鳳朝陽式”“雙鳳朝陽式”“喜鵲歇涼”“乜妹敬酒”“雙刀赴會”“鳊魚沖灘”這類實戰(zhàn)性較強的武術(shù)套路多用于雙人表演。現(xiàn)行流傳下來的苗拳多以花架子中的“八合拳”“開四門”為主，但在苗族拳師心中由策手連成的“拆四門”，這套搏擊實戰(zhàn)性極強的拳法才是苗拳的精華。

2.3 第三階段

通過動作捕捉技術(shù)可以快速地將動作信息轉(zhuǎn)換成計算機數(shù)字信息，動作演示者在進行動作幅度分析和各關(guān)節(jié)活動大小的確定后，穿著帶有標(biāo)記的服裝，標(biāo)記點在該動作的重要運動關(guān)節(jié)周圍貼合，進行動作信息捕捉［5］。在動作數(shù)據(jù)捕捉過程中，實際上捕捉的便是這些標(biāo)記的位置信息，依照捕捉設(shè)備的不同，可以分為光學(xué)捕捉系統(tǒng)和非光學(xué)捕捉系統(tǒng)，本方案采用光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)，根據(jù)苗拳動作的豐富性，選擇23 節(jié)點BVH 全身模型。

2.3.1 傳感器位點設(shè)置

為了給苗拳設(shè)計相宜的動作捕捉方案，除了了解苗拳中各個關(guān)節(jié)的活動情況之外，還要根據(jù)關(guān)節(jié)所在位置、尺寸和最大活動范圍設(shè)置傳感器位點，這也是至關(guān)重要的。苗拳動作的身體主干部分表現(xiàn)力的情況，分成頭部、肩部、肘部、腕部、手部、腰部、髖部、膝部和足部9個部位，再按23節(jié)BVH 全身模型進行傳感器的設(shè)置（見圖1）。

圖1 23節(jié)點BVH全身模型

2.3.2 苗拳動作的數(shù)據(jù)采集流程

（1）前期準(zhǔn)備

選擇能遮蔽自然光線的室內(nèi)環(huán)境，要求地面、墻面、窗戶為不反光的深色材質(zhì)覆蓋，將攝像頭散布在捕捉空間的四周，對攝像頭所在的位置進行校準(zhǔn)，獲得攝像頭的空間位置，確定傳感器貼放點，進行T-pose匹配。

（2）捕捉動作數(shù)據(jù)設(shè)計方案

苗拳師穿著用于動作捕捉的緊身服裝，貼合好傳感器，調(diào)整各關(guān)節(jié)上穿戴的傳感器位置和貼合度。按照禮示、基本功和八合拳組合進行動作數(shù)據(jù)采集，將通過Arena軟件捕獲的全身動作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合通用BVH全身模型的BVH文件，再將全身動作數(shù)據(jù)導(dǎo)入MotionBuilder 2013動作編輯軟件中進行編輯處理，其中在每一組動作數(shù)據(jù)采集時均需要進行3次以上的錄制，便于后期獲得標(biāo)準(zhǔn)的動作數(shù)據(jù)（見圖2）。

圖2 苗拳動作捕捉數(shù)據(jù)采集流程圖

3 苗拳數(shù)字化保護的對策與建議

3.1 完善民族文化數(shù)字化保護機制

動作捕捉技術(shù)雖然有速度快、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點，但需要專門的軟硬件設(shè)備才能采集和處理數(shù)據(jù)，苗拳系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和研究工程龐大，對個人研究而言，投入成本過高，需要政府給予政策上的支持。可聯(lián)合高校、地方資源、民族文化保護等部門通過科研的形式進行苗拳及其他民族文化的系統(tǒng)研究，讓民族文化通過數(shù)字技術(shù)得以有效保護與傳承。

3.2 加強技術(shù)研究人員與傳承人的深度合作

目前，動作捕捉技術(shù)在體育領(lǐng)域的應(yīng)用大多以輔助運動訓(xùn)練為主，在民族體育文化中的實際應(yīng)用較少，有關(guān)動作捕捉技術(shù)的研究人員也大多在影視領(lǐng)域和科技部門，而當(dāng)下苗族的青年一代受各類信息的影響更傾向于跆拳道、自由搏擊的學(xué)習(xí)，現(xiàn)有的苗族拳師都是年齡較大的老者，思想也相對保守。很多拳師一直堅持秉承只傳族內(nèi)子弟的武訓(xùn)，而族內(nèi)弟子愿意學(xué)習(xí)的人又寥寥無幾，所以在苗拳數(shù)字化保護中，數(shù)據(jù)采集的對象和技術(shù)研究人員也是苗拳數(shù)字化保護的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)在當(dāng)?shù)卣?、文化保護部門的溝通協(xié)調(diào)下，加強技術(shù)研究人員與苗拳傳承人的深度合作，解決苗拳數(shù)字化保護過程中的重難點，讓苗拳數(shù)字化保護更精準(zhǔn)、更科學(xué)、更規(guī)范［6］。

3.3 優(yōu)化數(shù)字化保護深度

現(xiàn)代技術(shù)手段能讓民族體育保護進入快車道，但也有一定的技術(shù)弊端，在動作捕捉技術(shù)的數(shù)據(jù)采集中，雖然通過多次重復(fù)可以提高標(biāo)準(zhǔn)動作的準(zhǔn)確性，但這些需要提供高標(biāo)準(zhǔn)的操作空間，對情緒這類信息不能進行捕捉，所以在采用動作捕捉技術(shù)進行數(shù)字化保護的同時，還應(yīng)聯(lián)合其他信息手段，推動苗拳文化的保護和傳承的發(fā)展［7-8］。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)技術(shù)無法在民族體育數(shù)字化中進行多視角動作學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)也難以重復(fù)利用和編輯，動作捕捉技術(shù)在動作相關(guān)度高的項目中有獨特的優(yōu)勢，能為民族體育在數(shù)字化發(fā)展方面提供新的途徑。在實施苗拳數(shù)字化保護中應(yīng)注意以下幾點。第一，苗拳流派的分類采集和傳承人的動作特點的分析，其中動作中人體關(guān)節(jié)的活動情況的分析，要在前期準(zhǔn)備階段完成。第二，對于掌形變化較多的動作要進行軀干和手部的分部捕捉，然后再同步合成。同時，對動作捕捉的空間環(huán)境要高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第三，要實現(xiàn)苗拳數(shù)字化保護，需要進行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，建立苗拳文化數(shù)據(jù)庫，為苗拳文化的保護和開發(fā)利用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有利于苗拳文化的可持續(xù)發(fā)展。