基于运动捕捉技术的民族舞蹈的保护

沈萦华，吴晓雨，吕朝辉

(中国传媒大学，北京100024)

1 引言

中国是一个统一的多民族国家，丰富多彩的民族文化中，传统的少数民族舞蹈是其中重要的非物质文化遗产资源。一些优秀的中国民间表演艺术及传统手工艺正濒临失传和消亡的威胁，亟须通过不同手段给予科学而有效地保护与传承。传统的文字、照片、录像技术等二维记录方式虽然方便采集、易于制作，但并不能详细记录舞蹈演员的肢体动作，更无从谈起对其进行科学的分析研究，并应用于编舞创作。针对文字、照片、录像技术对二维记录保存的不足，本文应用运动捕捉技术对我国少数民族舞蹈的舞姿进行全方位的三维数字化保护，为非物质文化遗产的保护开辟了一个新的领域，对民族文化的保护和振兴有着深远的意义。

2 运动捕捉技术

20世纪70年代运动捕捉技术被应用于迪斯尼的动画制作中。随着计算机软硬件技术的发展，运动捕捉技术在虚拟现实，游戏设计，运动仿真和虚拟演播室中得到了广泛应用。运动捕捉技术在国内外的应用越来越普遍。文献［1］中使用智能机器人模拟舞蹈演员的动作。文献［2］使用运动捕捉技术模拟拉丁舞的舞姿。文献［3］针对编钟乐舞建立了运动数据库，讨论了基于情感模型的运动片段分类。在各种不同的应用中，涉及多运动的编辑和重用技术。

运动捕捉是指通过传感设备测量运动物体在三维空间的运动状况，以图像的形式记录下来，然后使用计算机对该图像数据进行处理，得到不同时间计量单位上不同物体的空间坐标。运动捕捉系统通过记录人体运动信息以供分析和回放。

目前运动捕捉系统从原理上可分为机械式、电磁式、光学式和声学式。其中光学式运动捕捉技术应用较广泛，大多利用计算机视觉原理:从理论上说，对于空间中的一个点，只要它能同时为两部相机所见，则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和相机参数，可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。光学式运动捕捉便是利用这一点通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。

本文所采用的运动捕捉系统是光学式运动捕捉系统，该系统由7个数码摄相机环绕表演场地排列，这些摄像机的视野重叠区域就是表演者的表演范围区域。舞蹈演员被要求穿紧身的衣服，并且在身体的关键部位贴上29个反光标记点(Marker点)，标记点应放到捕捉运动的基本骨架上，它可以通过计算机识别。如图1所示。多个摄像机拍摄安装了反射标记点的舞蹈演员动作，将图像序列保存下来进行分析和处理并识别其中的标记点并计算其在每一瞬间的空间位置。标记点可能发生混淆、遮挡，会影响到计算的准确性，所以直接采集到的数据需要进行人工修补和处理。数据修补可利用采集设备自带软件的处理功能去掉噪声点、平滑运动轨迹。对于缺失点可以根据当前帧和相邻前几帧数据进行重构。

图1 运动捕捉系统和采集的空间数据点

3 系统实现

3.1 系统实现流程

本文采用运动捕捉技术采集舞蹈演员动作的关键骨骼点，然后将这些描述舞蹈演员运动轨迹的关键点绑定在建立的虚拟的人物模型上，使用这些关键点驱动虚拟的三维的舞蹈演员表演，这样可以有效的记录下舞蹈演员的肢体动作并可以完整的保留和全方位的展示。整个系统的主要流程如图2所示:

图2 系统流程图

3.2 舞蹈演员人物模型的建立

本文对非物质文化遗产中的土家族摆手舞进行三维舞蹈数据采集、记录、修正，通过建模软件对舞蹈演员的角色进行人物模型的建立，服饰的模拟，最终将三维的舞蹈数据和人物模型进行数据绑定，实现了民间舞蹈的三维数据化保护和三维数字化还原。

为了真实的还原舞蹈演员的舞蹈动作，首先在3D Studio Max中进行人体建模，同时对少数民族的服饰进行设计和模拟。如图3所示。

图3 人物三维模型的建立

3.3 人体模型的骨骼绑定

通过运动捕捉采集的舞蹈演员的运动轨迹是一些空间的数据点，要使这些数据可以驱动人物模型按照舞蹈演员的运动轨迹运动，需要进行骨骼绑定。通过骨骼绑定来驱动运动捕捉的数据，绑定骨骼时必须注意权重的影响，就是骨骼的运动对于模型各个点的影响，这样才能使模型的运动尽可能地自然协调。如图4所示。

图4 人体模型的骨骼绑定

3.4 运动捕捉三维数据的动画实现

为了很好的记录舞蹈演员的舞蹈动作，首先舞蹈演员在规定的表演区域进行表演，通过多个摄像机捕捉该舞蹈演员的动作数据，并对该数据进行处理，然后将捕捉得到的舞蹈数据映射到事先建立好的舞蹈演员三维模型上，利用采集到的运动序列生成动画序列，同时配上土家族的舞蹈音乐，将非物质文化遗产中的民族舞蹈可以有效的全方位的保护。

图5 运动捕捉三维数据的动画实现

4 结束语

中国少数民族非物质文化遗产资源丰富，多彩的少数民族舞蹈是其中的精华。为了传承和保护民族舞蹈，本文应用运动捕捉技术对我国非物质文化遗产中的少数民族舞蹈中的摆手舞进行全方位的三维数字化保护，通过本文的方法，可以建立起非物质文化遗产中的少数民族舞蹈保护的数据库，真实全面地保存每个舞蹈的艺术精华，为今后少数民族舞蹈的保护研究、创编和影视还原提供精准的数字平台。在今后的研究中，还可以通过运动捕捉技术采集舞蹈演员面部的表情，将面部表情和身体动作相结合，可以更好的反应舞蹈本身的内涵。

［1］Nakaoka S，Nakazawa A，Yokoi K，Ikeuchi K.Leg Motion Primitives for a Dancing Humanoid Robot［C］.In Proc of IEEE International Conference on Robotics and Automation，2003，610-615.

［2］Nagata N，Okumoto K，Iwai D，Toro F ＆ Inokuchi S.Analysis and synthesis of Latin dance using motion capture data［C］.Lect Notes Comput Sci，3333，2004，39-44.

［3］盛剑晖，邵未，孙守迁.面向编钟乐舞的舞蹈动作编排系统的研究［J］.系统仿真学报，2005，17(3):631-634.