劉 煉，孫慧佳

(東北師范大學 音樂學院，吉林 長春 130024)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在舞蹈教學中的應(yīng)用現(xiàn)狀及設(shè)計要求*

劉 煉，孫慧佳

(東北師范大學 音樂學院，吉林 長春 130024)

該文從促進舞蹈教育改革、推進舞蹈教育信息化的目的出發(fā)，介紹了國內(nèi)外舞蹈及相關(guān)領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng)的開發(fā)情況——我國舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)處于起步階段，而美日等國則方興未艾，為我們在此領(lǐng)域的發(fā)展提供了參考和范例。在此基礎(chǔ)上，文章對舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的使用要求、功能要求和構(gòu)成要求進行了探討，并對舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)未來的發(fā)展前景進行了展望。

虛擬現(xiàn)實；舞蹈教學；動作技能

舞蹈是一門實踐性很強的學科，其教學過程中大部分的知識和技能信息都需要學生在對老師舞蹈動作的模仿與感受中獲得。實踐性強的舞蹈教學很難像其他學科的教學一樣，采取網(wǎng)絡(luò)教學、遠程教學等現(xiàn)代化的教育方式。因為在這些教學方式中，學生只通過觀看動作教學視頻來進行學習，很難對舞蹈的動作表現(xiàn)獲得身臨其境、傳情達意的感受，對學生動作學習的效果教師也無法及時進行評價和反饋。同時，傳統(tǒng)的課堂教學方式畢竟受到時間空間的限制，學生在課后對學習內(nèi)容的復(fù)習也會受到影響。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上為這些問題的解決提供了可能性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為計算機領(lǐng)域中新興的一種人機交互手段，可以為使用者提供一個與真實世界相似的三維虛擬世界，具有沉浸性、交互性和想象性的特點。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以通過頭盔、手套等輸入設(shè)備接收來自使用者的動作或其他指令信息，在系統(tǒng)中進行處理并通過一些輸出設(shè)備對人的視覺、聽覺、觸覺等感官產(chǎn)生影響，使人產(chǎn)生如同在真實世界中進行某種行為一樣的感受。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)兼具虛擬性與真實性的特點使其在人們的社會生活中獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐漸走入教育者的視野，在教育教學改革領(lǐng)域獲得了快速的發(fā)展。特別是在一些實踐性較強的學科教育當中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用更加受到教育者的重視。在傳統(tǒng)的教育方式當中學生必須通過實踐才能習得知識的學習過程可以在虛擬的環(huán)境下完成，既大幅度降低了實踐教學的成本，又可以解決傳統(tǒng)實踐教學方式的時空限制問題。舞蹈教師也開始逐漸認識到虛擬現(xiàn)實技術(shù)在舞蹈教學方面的優(yōu)勢。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在舞蹈教學應(yīng)用的現(xiàn)狀分析

(一)國外研究現(xiàn)狀

1.動作訓練領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實實踐

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以對參與者的動作進行反饋，使參與者在虛擬世界中產(chǎn)生身臨其境的感受，因此很早就被應(yīng)用于動作訓練領(lǐng)域的模擬實踐。動作訓練與舞蹈教學存在很大的相似性，動作訓練領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)起步較早，其對應(yīng)用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)具有奠基作用，因此筆者首先對動作訓練領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實實踐進行簡單梳理。

R. Sidharta和C. Cruz-Neira曾設(shè)計出讓參與者與虛擬對手進行拳擊比賽的虛擬系統(tǒng)[1]；伊利諾伊大學的楊振宇等人曾在美國計算機協(xié)會舉辦的多媒體國際會議上展示了其團隊設(shè)計的虛擬交誼舞系統(tǒng)[2]。當虛擬現(xiàn)實應(yīng)用設(shè)計引入動作捕捉技術(shù)之后，人機交互的水平得到了很大程度的提升，因為在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中可以引入一些游戲元素，參與者可以在人機的動作交互中獲得更多樂趣，取得更好的動作訓練效果。

一些虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用系統(tǒng)致力于以新的動作訓練方式取代傳統(tǒng)的師徒相授的教學手段。應(yīng)用動作捕捉技術(shù)，計算機系統(tǒng)可以跟蹤學習者的動作軌跡并對其進行監(jiān)督與校正。蔡平濤等人設(shè)計出用于太極動作訓練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)[3]，系統(tǒng)會生成太極教練和學習者的虛擬影像，學習者可以對教練的影像進行觀察并進行動作模仿，直到自己在系統(tǒng)中的虛擬影像的動作與教練影像動作一致為止。

高村正彥等人設(shè)計出基于動作捕捉技術(shù)的軍事訓練系統(tǒng)[4]，使用者戴上頭盔，與虛擬教練進行攻防訓練。系統(tǒng)將會對使用者的無效防守進行提示，還會對其防守動作、受到攻擊前的預(yù)警措施進行評估。課題組的實驗表明，一些新兵在經(jīng)過了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的訓練之后，在攻防訓練上有著明顯的進步。這表明，虛擬系統(tǒng)的反饋信息在動作學習方面可以起到促進作用。

以上動作訓練領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實實踐在教學方式、人機交互方式、技術(shù)實現(xiàn)手段等方面都進行了先期嘗試，為應(yīng)用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計在理念與技術(shù)上都奠定了一定的基礎(chǔ)。

2.舞蹈教學領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實實踐

當前已經(jīng)有研究者進行了用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研發(fā)。達烏塞夫等人設(shè)計了一種能同步展示舞蹈教學的動作視頻、三維動畫、音樂、說明文字和拉班舞譜的舞蹈學習系統(tǒng)[5]。使用者可以一邊模仿舞蹈動作，一邊在這些信息之間自由切換，從而獲得對舞蹈動作不同視角的理解。索加等人利用三維剪輯技術(shù)設(shè)計了一套當代舞學習系統(tǒng)[6]，系統(tǒng)中由一個虛擬人在三維空間中展示動作細節(jié)。使用者認為，系統(tǒng)中設(shè)計的教師評價等反饋環(huán)節(jié)對舞蹈學習有著很大的幫助。

中村俊輔等人開發(fā)了一套由定時振動設(shè)備和自移屏組成的舞蹈教學輔助系統(tǒng)[7]。定時振動設(shè)備主要用于提醒學習者動作的時間點，而自移屏則向?qū)W習者展示動作的具體過程。系統(tǒng)會根據(jù)學習者的動作生成一個實時的虛擬影像呈現(xiàn)在屏幕上，這樣學習者就可以觀察到自身動作與教學影像動作的差異所在。

八村等人在整合了動作捕捉技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出一套舞蹈訓練系統(tǒng)[8]。學習者需要佩戴一個頭盔顯示器，顯示器中的畫面由兩個舞蹈的虛擬形象重疊而成，一個是職業(yè)舞蹈演員的動作形象，另一個是學習者自身舞蹈動作構(gòu)成的虛擬形象。通過兩個虛擬形象的重疊對比，學習者可以很容易地發(fā)現(xiàn)自身動作與職業(yè)舞蹈演員動作的差異所在。在這個系統(tǒng)中，學習者模仿動作與其虛擬影像的動作同步完成，這在一定程度上也對學習者的使用經(jīng)驗提出了較高的要求。

香港城市大學的制作團隊與日本的研究人員野村拓合作開發(fā)了用于自學舞蹈的舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)[9]。使用者需要穿著一套用于捕捉動作信息的專用服裝，然后模仿虛擬教師的舞蹈動作就可以學習舞蹈。在模仿動作完成之后，系統(tǒng)還會對使用者的學習情況進行反饋，包括對每個部位動作完成程度的分數(shù)反饋、將使用者虛擬形象的舞蹈動作與虛擬教師的舞蹈動作對比而找出動作錯誤的部位等。因為這套教學系統(tǒng)在動作捕捉點的設(shè)置上較為細致，因此系統(tǒng)可以收集足夠多的數(shù)據(jù)來對使用者的學習情況進行反饋和評價。

(二)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)將虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用于舞蹈教學的實踐才剛剛起步，而且系統(tǒng)的開發(fā)并非專門針對舞蹈教學，而是兼具舞蹈編排、舞蹈制作等多項功能。此外，針對某一特殊風格舞蹈的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)實踐也成為國內(nèi)此領(lǐng)域研究的特色。

陳芳的虛擬舞蹈模擬可視系統(tǒng)[10]通過拉班舞譜對舞蹈動作的分析得到相應(yīng)舞蹈動作的二維數(shù)據(jù)，然后通過計算機對舞蹈動作進行編輯，建立起三維的虛擬人體模型以及虛擬舞蹈動作庫，并以O(shè)penGL為平臺來實現(xiàn)舞蹈場景和角色模型的設(shè)計。虛擬舞蹈模擬可視系統(tǒng)擁有多種功能，可以用于舞蹈動作編排、舞蹈制作領(lǐng)域，使用者可以將編排好舞蹈以三維動畫的方式進行播放。而以虛擬舞蹈模擬可視系統(tǒng)為基礎(chǔ)也可以進行舞蹈專業(yè)的計算機輔助教學。

許怡的三維舞蹈虛擬化可視化系統(tǒng)[11]在拉班力效分析與空間分析的基礎(chǔ)上，對舞蹈動作進行信息采集，然后形成虛擬舞蹈形象。使用者可以根據(jù)自己的需要利用系統(tǒng)進行舞蹈的編排或舞蹈動作的學習。使用者還可以根據(jù)需要對虛擬舞蹈形象的人數(shù)與服裝，舞蹈選用的音樂和場景，甚至是舞蹈形象的表情等內(nèi)容進行設(shè)定。三維舞蹈虛擬化可視化系統(tǒng)主要側(cè)重于對舞蹈編排的應(yīng)用設(shè)計，雖然兼具計算機輔助舞蹈教學的功能，但功能相對較為簡單。

郭瑾等人在實現(xiàn)機器人舞蹈的研究過程中采用了舞蹈虛擬現(xiàn)實的技術(shù)[12]。課題組先在計算機系統(tǒng)中分析機器人舞蹈動作的規(guī)律和方法，并建立起舞蹈動作的關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)庫，以此為基礎(chǔ)建構(gòu)了三維虛擬人的仿真骨骼舞蹈模型，仿真實現(xiàn)了機器人的舞蹈動作。再利用舞蹈動作關(guān)鍵幀的過渡函數(shù)來實驗機器人舞蹈動作的過渡和順暢。實驗利用NOBODY 機器人舞蹈視頻實現(xiàn)了三維虛擬人骨骼模型的仿機器人的舞蹈動畫。

陳啟祥等人進行的面向編鐘樂舞的舞蹈動作虛擬仿真研究[13]以編鐘樂舞的動作風格分析為基礎(chǔ)，致力于編鐘樂舞舞蹈動作虛擬系統(tǒng)的開發(fā)和研究，以期為編鐘樂舞動作庫的舞蹈編排系統(tǒng)開發(fā)提供基礎(chǔ)。

二、舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計要求

(一)舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的使用要求

應(yīng)用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計要達到以下要求：

首先，舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)要能夠使教學的參與者產(chǎn)生身臨其境的真實體驗。因為舞蹈教學有著很強的實踐性，教學過程需要保持生動性，教師的細微動作與表情都會對教學效果和學生的心理產(chǎn)生影響。因此，用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一定要能夠使教學的參與者產(chǎn)生如同身處舞蹈課堂的真實體驗，也就是說要能使學生在計算機虛擬的數(shù)據(jù)世界中產(chǎn)生如同在課堂當中學習舞蹈的幻覺，這樣才能使學生全身心地投入到舞蹈動作的學習當中。如果虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)達不到這樣的要求，就會分散使用者的注意力，很難讓人沉浸在舞蹈的學習氛圍中。為了達到這個目標，應(yīng)用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)該對使用者的視覺、聽覺、觸覺等多種感官形成刺激，充分調(diào)動人類的感知器官，使教學過程中的刺激所產(chǎn)生的效果更接近于傳統(tǒng)的教學方式，使使用者產(chǎn)生身臨其境的真實體驗。

其次，應(yīng)用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)要能為使用者提供實時的、方便的人機交互手段，操作簡單實用。簡單實用的操作系統(tǒng)也是使使用者產(chǎn)生真實體驗的前提。使用者既可以方便地將自身的舞蹈動作信息輸入系統(tǒng)當中，又能夠?qū)崟r地從虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中獲得反饋的教學信息，讓使用者及時做出調(diào)整。為了達到這樣的要求，用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)必須要具有實時方便的人機交互手段，不會產(chǎn)生延遲感，而且還需要具有高速計算能力的計算機設(shè)備來處理大量的數(shù)據(jù)信息，否則人與計算機交互的時候會出現(xiàn)較為明顯的時間延遲，會使使用者產(chǎn)生與傳統(tǒng)教學方式不同的心理經(jīng)驗，影響教學過程中的真實感，降低教學的效果。

(二)舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的功能要求

1.演示

要學習一段舞蹈，學生首先需要看到專業(yè)的舞蹈動作演示，因此，演示也是舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最基本的功能要求。舞蹈動作的演示在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中可由OpenGL根據(jù)事先制作好的舞蹈動作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)繪制三維動畫來完成。為了方便觀察，學生還可以改變演示的速度與視角。除了在最初的觀察階段需要有動畫演示外，在學生模仿的階段虛擬教師的動畫演示也需要出現(xiàn)在屏幕上以供學生學習。

2.動作捕捉

僅僅是觀察動態(tài)三維舞蹈形象還凸顯不出虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在舞蹈教學領(lǐng)域的優(yōu)勢，舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還應(yīng)該能夠?qū)崟r地對學生模仿的舞蹈動作進行捕捉并將其呈現(xiàn)于屏幕之上，還需要將學生模仿的舞蹈動作與虛擬教師的舞蹈動作進行對比找出其差異所在，這樣就能更好地對學生的學習行為進行反饋，提高學生的學習效果。

3.反饋

科學的指導(dǎo)對提高學生的學習效果和學習效率有著十分重要的意義，舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以通過多種途徑的反饋來實現(xiàn)對學生學習行為的指導(dǎo)。舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的反饋可以包括：觀察系統(tǒng)呈現(xiàn)的學生自身的舞蹈動作、觀察學生舞蹈動作與虛擬教師舞蹈動作的對比(比如有差異的動作部分標成紅色)、分時段分部位的分數(shù)評價，等等。

(三)舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成要求

為了滿足以上各方面的使用要求和功能要求，舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)該包括四個構(gòu)成要素：三維制圖系統(tǒng)、動作匹配系統(tǒng)、舞蹈動作數(shù)據(jù)庫和動作捕捉系統(tǒng)。動作捕捉系統(tǒng)用于獲取使用者的動作信息，并由動作匹配系統(tǒng)將其與舞蹈動作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行對比，而三維制圖系統(tǒng)則負責將根據(jù)舞蹈動作數(shù)據(jù)庫生成的虛擬教師的舞蹈形象和動作捕捉系統(tǒng)獲得的使用者的舞蹈形象呈現(xiàn)于屏幕上，使之可視化。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在舞蹈教學中的應(yīng)用前景思考

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用是未來教育發(fā)展的一個必然趨勢，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展必然會引領(lǐng)教育界改革的發(fā)展方向。對于實踐性較強的舞蹈學科來說，受到的影響更大。舞蹈教學的生動性和當下性都會對學生的學習效果產(chǎn)生關(guān)鍵的影響。傳統(tǒng)教學雖然具有以上優(yōu)勢，但卻不能很好地適應(yīng)信息時代教育教學的要求；單純依靠視頻教學的方法又剝離了舞蹈教學本身的生動性，效果不盡如人意。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在舞蹈教學領(lǐng)域的應(yīng)用可以在很大程度上解決這些問題，將信息時代的教學方式與傳統(tǒng)舞蹈教學的優(yōu)勢結(jié)合起來，既保持了教學的生動性和當下性，又能夠使舞蹈教學本身突破時間和空間的局限，使其能更好地適應(yīng)未來教育的發(fā)展方向。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在未來的舞蹈教育教學領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展空間，特別是在舞蹈的數(shù)字化教學改革中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將發(fā)揮前所未有的重要作用。一方面，應(yīng)用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)和利用使舞蹈的遠程教育成為可能。相對于其他學科的教學來說，舞蹈教學實踐性更為突出，更加依賴傳統(tǒng)課堂上師徒間口傳身授的信息交流。因此，在許多學科遠程教育已形成成熟模式的今天，舞蹈教育的遠程教學卻遲遲未能起步。一個成熟的舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以全方位地作用于教師和學生的感官，使他們獲得幾乎與傳統(tǒng)課堂一樣的教學體驗。這樣的舞蹈遠程教學既可以利用遠程教育的方便與靈活，又可以為學習者帶來充分的感官體驗，大幅度地提高舞蹈遠程教育的教學效果，從而使這種新型的數(shù)字化教學手段走入舞蹈教育領(lǐng)域成為可能。另一方面，用于舞蹈教學的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)和利用還可以大幅度地提高現(xiàn)有的舞蹈課堂教學水平，提高學生的學習效率，提升教學效果。由于教學資源與授課時空的限制，現(xiàn)在的舞蹈課堂教學同一教學內(nèi)容重復(fù)的次數(shù)有限，學生很難有機會在教師的指導(dǎo)下對沒能充分掌握的舞蹈動作進行反復(fù)練習。舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)使課堂上的教學資源成為一種數(shù)字資源，學生可以在課下反復(fù)觀摩練習，并可以根據(jù)系統(tǒng)提供的反饋數(shù)據(jù)不斷調(diào)整自己的學習過程，這一過程的實現(xiàn)將對學生的學習效果起到極大的促進作用。

從本文的研究情況來看，目前世界上舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究和開發(fā)方興未艾，而在國內(nèi)教育技術(shù)領(lǐng)域還沒有引起足夠的重視。從理論方面來看，舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展還需要更多的理論研究作為支撐；從技術(shù)方面來看，舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展需要更多的人材和資金支持。

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劉煉：教授，研究方向為舞蹈編導(dǎo)理論與技法研究(liulian8341@163.com)。

孫慧佳：講師，博士，研究方向為舞蹈文化學。

2014年3月15日

責任編輯：馬小強

The Application and Design Requirements of Virtual Reality Technology in Dance Teaching

Liu Lian, Sun Huijia
(Music School, Northeast Normal University, Changchun Jilin 130024)

This paper introduces the domestic and international exploration in virtual reality teaching system in dance and related fields to promote dance education reform and advancing the dance education informatization. The development of the domestic dance teaching virtual reality system is in the initial stage, while it is burgeoning in American and Japan, which provide us the reference and examples. On this basis, this paper discusses the use requirement, function demands and composition of dance teaching virtual reality system, and prospects for the future of dance teaching virtual reality system.

Virtual Reality; Dance Teaching; Motor Skills

G434

A

1006—9860(2014)06—0085—04

* 本文系文化部文化藝術(shù)科學研究項目“產(chǎn)業(yè)形態(tài)區(qū)域舞蹈創(chuàng)作策略研究”(項目編號：12DE22)成果。