舞蹈創(chuàng)作中計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用研究

符永紅

馬鞍山師范高等?？茖W(xué)校 教師教育系，安徽 馬鞍山 243041

數(shù)字化舞蹈是以可視化為前提制作的，為了取得更好的藝術(shù)表演效果，適時地引入舞蹈創(chuàng)作計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)，不斷為舞蹈創(chuàng)作人員提供多樣化的視覺模式，優(yōu)化演員與編導(dǎo)之間的互動交流平臺。

1 計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)的概述

計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)是指借助計(jì)算機(jī)技術(shù)手段完成既定任務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)上述一點(diǎn)的系統(tǒng)總稱。綜合來看，系統(tǒng)大致包括：CAI，用于各類教學(xué)活動，以對話形式展示出來，幫助學(xué)生、教師之間建立有效聯(lián)系；CAD，用于設(shè)計(jì)處理，工作人員配合相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件，分別進(jìn)行船舶、電子、工程建筑等設(shè)計(jì)，支持圖形編輯、數(shù)據(jù)分析與加工；CAE，又被稱為計(jì)算機(jī)輔助工程，能夠?qū)⒄麄€生產(chǎn)活動中的各環(huán)節(jié)連接到一處，其中涉及人力資源、技術(shù)；CAM，用于機(jī)械制造業(yè)，完成相關(guān)產(chǎn)品加工、檢測、包裝；CAT，圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)效果展開科學(xué)評估，系統(tǒng)包括成績評估、試題研究、數(shù)據(jù)題庫；CIMS，產(chǎn)品制造業(yè)往往會進(jìn)行自動化生產(chǎn)，CIMS 可將單一信息與整個管理系統(tǒng)建立聯(lián)系，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理環(huán)節(jié)的信息，全部可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。系統(tǒng)中縮微品制作簡便，可快速拷貝，且所用成本偏低，膠片載體能夠長期保存，手跡、圖章、印鑒等均可以原樣形式保存于膠片，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫僅可保留二次文獻(xiàn)，支持縮微影像檢索，大大增加了計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量[1]。

2 計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)的開發(fā)

2.1 動作模型

舞蹈編導(dǎo)設(shè)計(jì)舞蹈動作、姿態(tài)造型時，需要通過從不同角度來進(jìn)行合理分析，人物頭部、肢體多數(shù)情況下均是以三維立體畫面為基礎(chǔ)的。系統(tǒng)在建立動作模型中，主要采用蒙皮算法，其主要原理為利用線性混合計(jì)算的方式，根據(jù)人體皮膚頂點(diǎn)、骨骼權(quán)重等，獲得新一幀中的皮膚頂點(diǎn)位置，由此輔助完成人體動作的分解與計(jì)算。公式如下：

在該公式當(dāng)中，人體皮膚變性前后的頂點(diǎn)坐標(biāo)分別用v 和v′進(jìn)行表示，在動作模型初始狀態(tài)下，第i 段骨骼局部坐標(biāo)系中與皮膚頂點(diǎn)相對應(yīng)的坐標(biāo)，及其從局部坐標(biāo)系變換至全局坐標(biāo)系后得到的變換矩陣，分別用Di-1v 與Mi進(jìn)行表示。第i 段骨骼與當(dāng)前皮膚頂點(diǎn)相對應(yīng)的權(quán)值則用進(jìn)行表示。系統(tǒng)利用蒙皮算法建立舞蹈動作模型，可有效實(shí)現(xiàn)各舞蹈動作的平滑形變，防止人體關(guān)節(jié)出現(xiàn)斷裂情況。

關(guān)于人體動作分解，曾有相關(guān)學(xué)者將其劃分為“三軸三面”，即為“冠狀軸、垂直軸、矢狀軸、水平面、冠狀面、矢狀面”。以我國古典舞為例，其中涉及到的燕子穿林、臥魚、撲步、探海等動作，全部處處體現(xiàn)著三軸三面，又如芭蕾舞中的鶴立式姿態(tài)、中國民族舞及民間舞中的“三道彎”。設(shè)計(jì)舞蹈變換隊(duì)型時，可將其分為橫線、縱向、圓形、方形、曲線等等，例如中國民間舞中，常見的舞蹈圖形“二龍吐須”“卷心菜”、圍繞中心點(diǎn)循環(huán)變換各類圖形。

2.2 人物及環(huán)境模型

舞蹈創(chuàng)作計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)為編導(dǎo)提供了更多選擇，最為明顯的就是舞蹈動作模型及環(huán)境模型。人物形象的確立需考慮到舞蹈人物形象身高、年齡、特點(diǎn)，如若滿足基本要求，編導(dǎo)可進(jìn)一步明確人物服裝、三維、皮膚、發(fā)型、細(xì)微動作。各人物模型存儲格式全部為max，大到人物身高，小到人物動作、服裝材質(zhì)，上述元素均利用3DS MAX 設(shè)計(jì)而成。人物動作設(shè)計(jì)利用動作捕捉系統(tǒng)來完成，在人物動作檢測中系統(tǒng)則采用了EWMA 算法，該算法首先需要逐幀計(jì)算由傳感器采集得到的人體骨骼節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的骨骼向量角度，其次設(shè)置適當(dāng)權(quán)值參數(shù)α，根據(jù)時間先后順序，指數(shù)遞增式對各幀數(shù)據(jù)當(dāng)中的控制因子αi 進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如下所示：

最后系統(tǒng)將依照記錄時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)值，在根據(jù)上述公式完成計(jì)算之后，對當(dāng)前數(shù)據(jù)平滑值X 進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，其計(jì)算公式為

編導(dǎo)利用該系統(tǒng)既可選用庫中元素，也可自行創(chuàng)作，后將動作上傳至服務(wù)器，經(jīng)過比對分析后引入數(shù)據(jù)庫，便于工作人員能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時更新，保證舞蹈動作的生動形象。3DS MAX 軟件還可實(shí)現(xiàn)舞臺燈光、帷幕、煙霧模擬，后期舞蹈音效模型庫內(nèi)，工作人員不但可上傳獨(dú)立創(chuàng)作的音樂素材，還可利用舞蹈創(chuàng)作計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)，進(jìn)行必要檢索[2]。

3 計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 舞蹈編舞

首先，將計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)引入其中，可以使創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)所付出物力、財力、精力、時間大幅減少，這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)能夠根據(jù)所選取演員模型，對演員進(jìn)行制造，再通過采集、組合真實(shí)數(shù)據(jù)的方式，降低創(chuàng)作大型舞蹈的難度；其次，該系統(tǒng)還可以被用來對舞臺燈光、布景、效果進(jìn)行模擬，高效完成對特定布景所需燈光進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作，調(diào)整舞臺空間比例，保證藝術(shù)效果。再次，該系統(tǒng)能夠通過動畫的形式，對舞臺效果進(jìn)行呈現(xiàn)，為舞蹈編導(dǎo)對燈光、景物變化情況進(jìn)行多角度掌握提供了便利，設(shè)計(jì)舞臺調(diào)度的難度隨之降低，幫助演員了解表演環(huán)境；最后，計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)開闊了舞蹈編導(dǎo)的想象空間，賦予了舞蹈創(chuàng)作及表演以靈動性，編導(dǎo)可以根據(jù)場次、觀眾視角，對仿真預(yù)案進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證所呈現(xiàn)出藝術(shù)形象能夠達(dá)到預(yù)期。

計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)開闊了舞蹈編導(dǎo)的想象空間，賦予舞蹈創(chuàng)作及表演以靈動性，借助仿真預(yù)案，分別設(shè)置各場次、席位視角，據(jù)此將舞蹈藝術(shù)效果、空間效果最大化。換句話說，舞臺效果的復(fù)雜程度與計(jì)算機(jī)三維系統(tǒng)精細(xì)程度具有正相關(guān)關(guān)系。

3.2 數(shù)字舞蹈教學(xué)

舞蹈教學(xué)過程中，多數(shù)教師采用的教學(xué)方式為示范與講解相結(jié)合，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，可以被概括為“被動接受與模仿”，缺乏創(chuàng)新性。舞蹈訓(xùn)練多集中在肢體上，感知力、想象力、創(chuàng)造思維等領(lǐng)域卻鮮有涉及。計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)的出現(xiàn)，使上述問題得到了有效解決，該系統(tǒng)可以被用來對圖形、文本、聲音等信息進(jìn)行綜合處理，在此基礎(chǔ)上，對邏輯關(guān)系進(jìn)行建立，從而使利用人機(jī)交互輔助舞蹈教學(xué)開展的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)[3]。例如，在對舞美進(jìn)行設(shè)計(jì)時，該系統(tǒng)能夠?yàn)槭褂谜咛峁┌ú馁|(zhì)編輯器、動畫編輯器、環(huán)境及燈光特效在內(nèi)的多種選擇，使用者可以在經(jīng)過系統(tǒng)構(gòu)思后，設(shè)計(jì)出舞蹈演出空間、道具、舞蹈演員、虛擬布景，圍繞材質(zhì)、光影、顏色等要素進(jìn)行有效編輯。從教師的角度來說，計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)的優(yōu)勢，主要是能夠以更生動、直觀的方式，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行表達(dá)，從學(xué)生的角度來說，該系統(tǒng)的優(yōu)勢則體現(xiàn)在情景創(chuàng)設(shè)、感官刺激等方面。

4 結(jié)語

信息時代背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸得到廣泛應(yīng)用，具有集圖、文、音于一體的特點(diǎn)。舞蹈創(chuàng)作計(jì)算機(jī)三維輔助系統(tǒng)為舞蹈藝術(shù)的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了廣闊空間，有助于舞者及相關(guān)研究人員加深對該領(lǐng)域的理解，這也是推動舞蹈創(chuàng)作發(fā)展的重要平臺及思路，意味著舞蹈與科技的融合已經(jīng)走向另一高度。