舞蹈创作中计算机三维辅助系统开发及应用研究

2020-07-30符永红

普洱学院学报 2020年3期

符永红

马鞍山师范高等专科学校教师教育系，安徽马鞍山 243041

数字化舞蹈是以可视化为前提制作的，为了取得更好的艺术表演效果，适时地引入舞蹈创作计算机三维辅助系统，不断为舞蹈创作人员提供多样化的视觉模式，优化演员与编导之间的互动交流平台。

1 计算机三维辅助系统的概述

计算机三维辅助系统是指借助计算机技术手段完成既定任务，能够实现上述一点的系统总称。综合来看，系统大致包括：CAI，用于各类教学活动，以对话形式展示出来，帮助学生、教师之间建立有效联系；CAD，用于设计处理，工作人员配合相应的设计软件，分别进行船舶、电子、工程建筑等设计，支持图形编辑、数据分析与加工；CAE，又被称为计算机辅助工程，能够将整个生产活动中的各环节连接到一处，其中涉及人力资源、技术；CAM，用于机械制造业，完成相关产品加工、检测、包装；CAT，围绕学生学习效果展开科学评估，系统包括成绩评估、试题研究、数据题库；CIMS，产品制造业往往会进行自动化生产，CIMS 可将单一信息与整个管理系统建立联系，如产品设计、制造、管理环节的信息，全部可实现系统集成。系统中缩微品制作简便，可快速拷贝，且所用成本偏低，胶片载体能够长期保存，手迹、图章、印鉴等均可以原样形式保存于胶片，计算机系统的数据库仅可保留二次文献，支持缩微影像检索，大大增加了计算机内存容量[1]。

2 计算机三维辅助系统的开发

2.1 动作模型

舞蹈编导设计舞蹈动作、姿态造型时，需要通过从不同角度来进行合理分析，人物头部、肢体多数情况下均是以三维立体画面为基础的。系统在建立动作模型中，主要采用蒙皮算法，其主要原理为利用线性混合计算的方式，根据人体皮肤顶点、骨骼权重等，获得新一帧中的皮肤顶点位置，由此辅助完成人体动作的分解与计算。公式如下：

在该公式当中，人体皮肤变性前后的顶点坐标分别用v 和v′进行表示，在动作模型初始状态下，第i 段骨骼局部坐标系中与皮肤顶点相对应的坐标，及其从局部坐标系变换至全局坐标系后得到的变换矩阵，分别用Di-1v 与Mi进行表示。第i 段骨骼与当前皮肤顶点相对应的权值则用进行表示。系统利用蒙皮算法建立舞蹈动作模型，可有效实现各舞蹈动作的平滑形变，防止人体关节出现断裂情况。

关于人体动作分解，曾有相关学者将其划分为“三轴三面”，即为“冠状轴、垂直轴、矢状轴、水平面、冠状面、矢状面”。以我国古典舞为例，其中涉及到的燕子穿林、卧鱼、扑步、探海等动作，全部处处体现着三轴三面，又如芭蕾舞中的鹤立式姿态、中国民族舞及民间舞中的“三道弯”。设计舞蹈变换队型时，可将其分为横线、纵向、圆形、方形、曲线等等，例如中国民间舞中，常见的舞蹈图形“二龙吐须”“卷心菜”、围绕中心点循环变换各类图形。

2.2 人物及环境模型

舞蹈创作计算机三维辅助系统为编导提供了更多选择，最为明显的就是舞蹈动作模型及环境模型。人物形象的确立需考虑到舞蹈人物形象身高、年龄、特点，如若满足基本要求，编导可进一步明确人物服装、三维、皮肤、发型、细微动作。各人物模型存储格式全部为max，大到人物身高，小到人物动作、服装材质，上述元素均利用3DS MAX 设计而成。人物动作设计利用动作捕捉系统来完成，在人物动作检测中系统则采用了EWMA 算法，该算法首先需要逐帧计算由传感器采集得到的人体骨骼节点所构成的骨骼向量角度，其次设置适当权值参数α，根据时间先后顺序，指数递增式对各帧数据当中的控制因子αi 进行计算，其计算公式如下所示：

最后系统将依照记录时间段内的数据值，在根据上述公式完成计算之后，对当前数据平滑值X 进行加权计算，其计算公式为

编导利用该系统既可选用库中元素，也可自行创作，后将动作上传至服务器，经过比对分析后引入数据库，便于工作人员能够对整个系统进行实时更新，保证舞蹈动作的生动形象。3DS MAX 软件还可实现舞台灯光、帷幕、烟雾模拟，后期舞蹈音效模型库内，工作人员不但可上传独立创作的音乐素材，还可利用舞蹈创作计算机三维辅助系统，进行必要检索[2]。

3 计算机三维辅助系统的应用

3.1 舞蹈编舞

首先，将计算机三维辅助系统引入其中，可以使创作团队所付出物力、财力、精力、时间大幅减少，这是因为该系统能够根据所选取演员模型，对演员进行制造，再通过采集、组合真实数据的方式，降低创作大型舞蹈的难度；其次，该系统还可以被用来对舞台灯光、布景、效果进行模拟，高效完成对特定布景所需灯光进行设计的工作，调整舞台空间比例，保证艺术效果。再次，该系统能够通过动画的形式，对舞台效果进行呈现，为舞蹈编导对灯光、景物变化情况进行多角度掌握提供了便利，设计舞台调度的难度随之降低，帮助演员了解表演环境；最后，计算机三维辅助系统开阔了舞蹈编导的想象空间，赋予了舞蹈创作及表演以灵动性，编导可以根据场次、观众视角，对仿真预案进行设计，保证所呈现出艺术形象能够达到预期。

计算机三维辅助系统开阔了舞蹈编导的想象空间，赋予舞蹈创作及表演以灵动性，借助仿真预案，分别设置各场次、席位视角，据此将舞蹈艺术效果、空间效果最大化。换句话说，舞台效果的复杂程度与计算机三维系统精细程度具有正相关关系。

3.2 数字舞蹈教学

舞蹈教学过程中，多数教师采用的教学方式为示范与讲解相结合，学生的学习方式，可以被概括为“被动接受与模仿”，缺乏创新性。舞蹈训练多集中在肢体上，感知力、想象力、创造思维等领域却鲜有涉及。计算机三维辅助系统的出现，使上述问题得到了有效解决，该系统可以被用来对图形、文本、声音等信息进行综合处理，在此基础上，对逻辑关系进行建立，从而使利用人机交互辅助舞蹈教学开展的设想成为现实[3]。例如，在对舞美进行设计时，该系统能够为使用者提供包括材质编辑器、动画编辑器、环境及灯光特效在内的多种选择，使用者可以在经过系统构思后，设计出舞蹈演出空间、道具、舞蹈演员、虚拟布景，围绕材质、光影、颜色等要素进行有效编辑。从教师的角度来说，计算机三维辅助系统的优势，主要是能够以更生动、直观的方式，对教学内容进行表达，从学生的角度来说，该系统的优势则体现在情景创设、感官刺激等方面。