基于动作捕捉技术的舞蹈虚拟展示平台设计

作者:未知

  摘要:动作捕捉技术是指通过光学传感设备记录人体舞者在舞蹈时在三维空间中的运动轨迹,并将其转化为可以在动画软件中应用的数据。在三维动画软件中建立相应的舞蹈人物模型,依据舞蹈特点设计相应的服饰,并与动作捕捉数据结合形成动画,生成为舞蹈数据。最终,虚拟仿真软件中建立虚拟可视化场景,进行360度全方位实时虚拟演示。
  关键词:舞蹈   动作捕捉   虚拟展示
  中图分类号:J70-4                   文献标识码:A                    文章编号:1008-3359(2019)11-0074-03
   新疆地处“丝绸之路”的枢纽地段,是古代东西方文明撞击、交融、荟萃之地。从古至今,生活在这块土地上的各族人民以其聪明才智创作出灿烂无比的音乐、舞蹈艺术。
   如何完整的保存各民族舞蹈文化,并把这些舞蹈数字化,使用虚拟平台,实现舞蹈数据的虚拟展示,正是本文主要研究的内容。
  一、动作捕捉系统概述
   动作捕捉系统最早应用于动画电影,并逐步扩展应用于运动员的训练系统、体育运动分析等。运动捕捉系统主要由传感器、信号采集设备、数据传输、数据处理等几部分构成,有机械式、电磁式、光学式,我院采用的动作捕捉设备是精度高、稳定性好的光学式动作捕捉系统,在采集新疆维吾尔族舞蹈数据过程中达到了理想效果。通过动作捕捉系统采集的舞蹈数据,输入到三维动画软件,并通过虚拟展示引擎,可以完美展示出来。
   运动捕捉技术(Motion Capture)是把人体运动信息变成计算机能够识别的一项技术。捕捉的数据可以把人体在真实的三维空间的动作,转化为计算机中的虚拟三维空间的数据。动作捕捉系统首先捕获人体的运动,然后将捕获的运动映射到计算机生成的虚拟模型上。运动捕获的对象是模特的运动,在模特的关节点上粘贴特殊的标志点“Marker”,然后利用动作捕捉设备的采集镜头采样这些标志点在空间的位置,从而生成一组计算机能够识别的运动数据。有了运动数据后,我们就可以进入三维动画软件,在三维动画软件中建立三维人体模型,每个三维模型都是多边形网格模型,尽量模拟出舞者的标准身体,面部特征也采用各民族面部主要特征。人体模型建立完毕后,还要建立服装服饰模型;各类舞蹈、各民族的服装各不相同,因此就要建立以男女为区分的多套服装服饰模型。以上模型建立完毕后,就要创建三维骨骼,并与模型准确对应,为下一步蒙皮做准备。蒙皮,就是使骨骼和模型相结合,使模型与骨骼正确的绑定到一起,同时要把各种服装服饰的绑定做好,然后把动作捕捉系统采集的数据导入,与三维动画中的骨骼相结合,带动三维模型生成动画。这些动画可以很方便的导入虚拟演示平台,也可以渲染成视频文件用于演示、保存等,為后续应用做准备。
  二、舞蹈数据采集及形成三维动画
   舞蹈数据采集是舞蹈数字化保护与展示中的第一个环节,是数据处理及应用的基础。
   虚拟展示平台是通过收集各类舞蹈素材,经演员的表演,通过动作捕捉设备采集数据,并转化为三维动画软件可以识别的数据,最终通过虚拟展示引擎把舞蹈内容完美展现。
   (一)舞蹈素材的收集
   通过走访舞蹈专家、民间舞者,采用先进的数字记录设备,如数码相机、数字摄像机等设备采集舞蹈素材,最终获得完整的素材库。
   (二)舞蹈素材数字化
   使用收集的舞蹈素材,经舞蹈专家分析,选择各类舞蹈的典型动作,让舞蹈演员进行排练,最后利用动作捕捉系统把舞蹈者的舞姿记录下来,使舞蹈数据数字化,对舞蹈数据进行数字化转换。
   (三)建立舞者三维模型
   按照正常的男女身体比例在3DSMax中建立三维模型,根据各种舞蹈服饰的特点,建立服装服饰模型。每个模型一共两套,一套是精细模型,在3DSMax软件中对衣服、头发进行动力学计算,不用于虚拟展示平台演示,而是生成360度范围的视频文件,作为资料保存用;另一套是应用于虚拟现实平台的点面数较少的简单模型。在3DSMax中为以上模型分UV并绘制贴图,为模型建立标准材质,在3DSMax中使用其内置的Biped骨骼为以上模型建立运动骨架,并用蒙皮(Skin)命令绑定模型。这里需要根据舞蹈的特点,重点对绑定骨骼的模型进行权重的分配。
   (四)将动作捕捉数据与三维动画结合
   通过MotionBuilder及3DSMax软件,将动作捕捉系统采集的舞蹈数据与建立的三维动画模型及骨骼进行绑定,为人物的三维模型添加动画。
   至此,完成了数据采集及舞蹈动画,在3DSMax软件中,把动作数据、材质贴图及模型文件导出为FBX格式文件。
  三、展示系统设计
   展示系统主要利用目前主流的三维游戏引擎UNITY 3D来实现,主要包括如下5个模块构成:
   (一)总片头模块
   一段三维动画视频,就像游戏或者影视作品的开场一样,并包含菜单系统,主要包括展示系统名称,制作单位、模块选择等内容。
   (二)舞蹈选择模块
   根据各种舞蹈的分类,选择舞蹈类型。主要包括以下几种:
   1.自娱性舞蹈,采用自由活泼,没有固定的程式的模式,舞者即兴表演,合上音乐节奏即可。
   2.以各民族流传的传说等为依据,产生的舞蹈。
   3.节日和盛大集会中群众集体跳的舞蹈,流行全疆。这种舞蹈形式自由活泼,舞蹈特点是欢乐,跳跃,轻快,队形不固定,动作也不强求一致。    4.以群众过节时聚集在广场上集体欢跳的民间舞蹈为依据,动作朴实有力。
   5.以婚礼、喜庆节日和晚会中最精彩的表演的舞蹈为依据,舞蹈动作特点是自由,活泼,乐观,诙谐。
   (三)性别选择模块
   可以选择男性或女性舞蹈。
   (四)换装模块
   根据不同舞蹈类型,选取不同样式的服装,不同的地区,选取的服饰也不同。加入换装模块,可以为动画模型选择不同的服装。
   (五)摄像机控制模块
   Unity 3D是一款主流的三维游戏引擎,有强大的控制能力,当我们观察三维模型的舞蹈动作时,可以像玩游戏一样通过鼠标和键盘控制我们观察的视角,360度无死角展示我们的舞蹈作品,这一模块可以使用引擎内部默认的摄像机控制,也可以自己编程,采用其他的控制模式。
   以上五个模块完成后,就可以组装、编译输出,形成独立的虚拟演示平台。此平台可以应用于计算机系统,也可以应用于手机系统(Android)。
  四、虛拟展示系统应用
   利用舞蹈虚拟展示平台,可以进行数字化舞蹈展示。其主要应用于:
   (一)应用于互联网。Unity 3D游戏引擎,可以编译生成互联网下传播和展示新疆维吾尔族舞蹈的系统,甚至可以生成手机App,可以更好地在互联网背景下进行传播。
   (二)应用于多媒体立体虚拟展示。多媒体现代展示技术利用声、光、电多媒体技术和自控制手段, 把幻影成像、实时人景合成、虚拟、激光、三维动态成像等高新技术结合传统的展示内容,产生全新的展示效果,增加展示的可看性和参与性,为舞蹈研究者提供详实的资料, 同时节省研究成本。
   (三)应用于教学研究。可以利用虚拟展示平台,进行舞蹈教学、研究。
   (四)可以扩大应用范围。由于这种数字化保护和展示的兼容性高,可以不断采集新的舞蹈数据,应用于其他舞蹈上,逐步形成更广泛的各民族舞蹈的展示平台。
  五、结语
   应用基于动作捕捉系统的舞蹈演示平台,不仅为各民族舞蹈保护起到重要作用,对各民族舞蹈的可持续发展也将起到重要作用。通过虚拟展示平台展示各民族舞蹈,可以对舞蹈研究、学习、开发利用起到重要作用。
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