李 菁 彭 華 周昌樂

機(jī)器人舞蹈淺議

李 菁 彭 華 周昌樂

舞蹈，作為一種社會文化形態(tài)，同時也是一種以豐富的肢體語言所呈現(xiàn)的動覺藝術(shù)。在人類社會中，舞蹈貫穿于整個人類文明之中，在運(yùn)動、社交、求偶、祭祀、禮儀等各個方面起著無可替代的作用。不同的地域、民族以及文化衍生出各種各樣的舞蹈種類與形式，無一不體現(xiàn)著人類對其涉身環(huán)境的認(rèn)識與探索。從本質(zhì)上來看，舞蹈是一系列變化的人體動作姿態(tài)，它以這些動作姿態(tài)來表現(xiàn)人類的情感乃至整個精神世界，用動作姿態(tài)來展現(xiàn)它所要展現(xiàn)的一切。

而機(jī)器人，則是一種具有感覺和識別能力，并能夠控制自身行為的機(jī)器。一方面來說，機(jī)器人把人類從單調(diào)的、重復(fù)性的勞作中解放出來，大大提高了生產(chǎn)效率；另一方面，機(jī)器人替代人類在不適宜人類活動的環(huán)境之中工作，拓寬了人類的活動范圍（如深海、外星球等）；更重要的是，機(jī)器人作為一種高度智能體已經(jīng)融入人類社會，使其變成了一個人—機(jī)器人共存的混合社會，并在其中的各個領(lǐng)域（如遠(yuǎn)程醫(yī)療、軍事國防、家庭娛樂等）發(fā)揮著不可估量的巨大作用。

作為上述兩者的結(jié)合，機(jī)器人舞蹈有機(jī)地連接了屬于自然科學(xué)的機(jī)器人學(xué)與屬于社會科學(xué)的舞蹈學(xué)，成為了一個極具吸引力的交叉學(xué)科下的研究方向。盡管國內(nèi)也開始重視機(jī)器人技術(shù)的研究與發(fā)展，但對于機(jī)器人舞蹈方面的研究仍缺乏關(guān)注且鮮有好的成果。

一、定義與現(xiàn)狀

嚴(yán)格來說，機(jī)器人舞蹈是以機(jī)器人作為載體，以舞蹈作為蘊(yùn)含內(nèi)容的一種藝術(shù)表現(xiàn)形式。從審美角度來看，它是通過靈活的動作語言來表現(xiàn)舞蹈內(nèi)容，以人工情感來展現(xiàn)舞蹈精髓，以機(jī)器造型來塑造舞蹈形象，并以動律節(jié)奏來呈現(xiàn)舞蹈韻律，最終所形成的一種特殊的藝術(shù)文化形態(tài)。下面分別從舞蹈機(jī)器人、機(jī)器人表演的舞蹈種類、機(jī)器人舞蹈研究的方向等方面進(jìn)行闡述。

盡管“機(jī)器人”這個名詞中使用了“人”，然而并不意味著機(jī)器人一定以人的形態(tài)存在，常見的機(jī)器人形態(tài)包括：雙足類人機(jī)器人（Biped humanoid robot）、輪式類人機(jī)器人（Wheeled humanoid robot）、仿生機(jī)器人（Biorobotics）、車式機(jī)器人（Vehicle-like robot）、外骨骼機(jī)器人（Exoskeleton robot）等，它們都可以作為機(jī)器人舞蹈的載體而對其進(jìn)行研究。其中，由于雙足類人機(jī)器人（如NAO、ASIMO、HRP等）與人的相似性最高，使用它來研究人的舞蹈顯然是最自然的一種方式；而輪式類人機(jī)器人（如Mr DancerR、PBDR）的上肢與人相似，其下肢則使用履帶或輪子以簡化其平衡控制，這有助于研究特定的一些舞蹈；仿生機(jī)器人（如Biomimetic honeybee robot）是模仿了某種特定生物的機(jī)器人，利用它可以便于研究該生物的舞蹈行為；車式機(jī)器人（如MIURO、E-puck等）則通過其在二維平面上的路徑及其運(yùn)動特征（如地面上的加速、減速、轉(zhuǎn)彎等運(yùn)動）來表現(xiàn)其舞蹈動作；外骨骼機(jī)器人是一種人可以穿戴的機(jī)器人，通過與人的動作融合來體現(xiàn)整個舞蹈行為。

如今，在人類社會中的許多舞種已經(jīng)被作為機(jī)器人舞蹈的研究對象所涉及。以華爾茲為典型代表的交誼舞，已經(jīng)能夠通過人與舞伴機(jī)器人（如：Mr DancerR、PBDR）的協(xié)作很好地表演出來。借助觸覺傳感器，舞伴機(jī)器人可以智能地感知人的意圖而選擇合適的舞步與人相配合。以拉班運(yùn)動分析（Laban Movement Analysis）為方法，通過使用Spider Crab機(jī)器人所構(gòu)建的系統(tǒng)能夠較好地完成其與人類舞者的現(xiàn)代舞表演。該系統(tǒng)通過視覺傳感器感知綁定在人類舞者手腕上的標(biāo)記，從而理解人的運(yùn)動，并讓Spider Crab以合適的模式響應(yīng)著這些運(yùn)動；而參與表演的人類舞者覺得該機(jī)器人更像是具有人類個性的一個真實舞伴。另外，肚皮舞作為一種東方舞蹈，如能讓機(jī)器人來表演將令人著迷。韓國的Jimmy Or發(fā)現(xiàn)七鰓鰻的節(jié)奏性運(yùn)動與肚皮舞非常類似，因此為類人機(jī)器人設(shè)計了一種靈活的脊柱運(yùn)動機(jī)制來讓機(jī)器人（WBD）表演肚皮舞。而英國的藝術(shù)家Giles Walker所設(shè)計的類人機(jī)器人（robot pole dancers）能夠通過性感地擺動它的臀部來展現(xiàn)鋼管舞的魅力。此外，在對人類舞者所表演的街舞進(jìn)行觀察后，日本的Kuniya Shinozaki等人從中提取了60個典型的街舞動作，并利用機(jī)器人動作生成軟件，生成對應(yīng)動作，然后通過隨機(jī)連接若干個街舞動作讓Tai-Chi機(jī)器人來表演街舞。

縱觀機(jī)器人舞蹈的研究現(xiàn)狀，主要的研究方向包括：預(yù)編程機(jī)器人舞蹈、合作式人-機(jī)器人舞蹈、模仿人類舞蹈動作、舞蹈與音樂同步以及舞蹈自主創(chuàng)作。預(yù)編程機(jī)器人舞蹈利用某種軟件工具（如：Choreographe、Choreonoid等）將設(shè)計好的舞蹈動作預(yù)先編程進(jìn)機(jī)器人硬件設(shè)備中，再在合適的時候讓機(jī)器人舞蹈表演出來。由此可見，這種方式的智能水平不高，重復(fù)性的表演將導(dǎo)致人們興趣的減弱乃至喪失。而后面四個研究方向均利用了智能化的方法對機(jī)器人舞蹈進(jìn)行了研究。合作式人—機(jī)器人舞蹈，顧名思義，是機(jī)器人與人通過合作共同來完成的一種舞蹈表演。機(jī)器人通過一些傳感器（如視覺、聽覺、觸覺等）來感知人的運(yùn)動以及人的意圖，并根據(jù)某種策略來執(zhí)行特定的舞蹈動作以配合人類舞者。而人類舞者在觀察到機(jī)器人的舞蹈動作后主觀地進(jìn)一步?jīng)Q定后一階段的舞蹈動作。人-機(jī)器人間通過這種周而復(fù)始的雙向信息交流構(gòu)成了合作式的舞蹈，所有的這些感知、決策以及執(zhí)行全是以實時的方式完成，因此具有較高的智能性。

人類的學(xué)習(xí)都是通過模仿開始的，對機(jī)器人也是如此。通過對人類舞者的舞蹈動作的觀察，將其重現(xiàn)在機(jī)器人身上是一個令人著迷的事情。利用運(yùn)動捕獲系統(tǒng)（Motion Capture System）或深度傳感器（Kinect等）可以有效地提取人類舞者舞蹈運(yùn)動的軌跡及關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，再通過一些演示學(xué)習(xí)方法以及重定位技術(shù)，可以方便地將這些軌跡及關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至機(jī)器人硬件平臺。這樣，機(jī)器人就可以完成對人類舞者動作的模仿。

在人類社會中，舞蹈與音樂是相輔相成，互為補(bǔ)充，不可分割的。因此，只有讓機(jī)器人舞蹈動作和諧地同步于音樂，整個機(jī)器人舞蹈才會令人滿意。盡管音樂包含有很多特征，如：節(jié)拍、拍速、節(jié)奏、曲式、調(diào)式等，目前用在機(jī)器人舞蹈與音樂同步中的音樂特征僅有3個：節(jié)拍、拍速和節(jié)奏。通過設(shè)計音樂節(jié)拍追蹤算法來預(yù)測音樂中下一節(jié)拍以及下一節(jié)拍間隔，再合理的把預(yù)定義的舞蹈動作進(jìn)行安排，使其開始于音樂的下一節(jié)拍并在下一節(jié)拍間隔中結(jié)束，從而完成機(jī)器人舞蹈與音樂節(jié)拍和拍速的同步。另外，在對音樂節(jié)奏特征以及舞蹈動作節(jié)奏特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，可以按照音樂的順序（看作音樂節(jié)奏的一個序列），挑出一個與音樂節(jié)奏特征最匹配的機(jī)器人舞蹈動作序列，從而完成機(jī)器人舞蹈與音樂節(jié)奏的同步。

對于舞蹈自主創(chuàng)作而言，它強(qiáng)調(diào)了機(jī)器人借助自身智能自主地創(chuàng)作出美的機(jī)器人舞蹈（編舞）。機(jī)器人舞蹈被看作為一個由舞蹈姿態(tài)或舞蹈動作所組成的序列，其舞蹈創(chuàng)作則需要根據(jù)某種策略來決定這個序列的構(gòu)成。理想上來說，完美的機(jī)器人舞蹈需要同時具備三個條件：（1）保持人類舞蹈的特征；（2）具有創(chuàng)新性；（3）符合人類的審美。然而不幸的是，由于（1）與（2）是相互矛盾的，并且舞蹈審美具有主觀性特征，導(dǎo)致上述三個條件很難同時滿足。盡管如此，許多的智能化方法仍被用于機(jī)器人舞蹈自主創(chuàng)作中。雖然所創(chuàng)作的機(jī)器人舞蹈效果算不上完美，但仍然是較好的。

二、機(jī)器人舞蹈的研究意義

對于人類社會來說，機(jī)器人舞蹈具有重要的社會性作用：

（一）它是一種社會交互式行為

隨著人類社會向人-機(jī)器人混合社會的演變，人和機(jī)器人之間的交互越來越多，機(jī)器人舞蹈僅僅是眾多的社會交互式行為中的一種。從本質(zhì)上來說，機(jī)器人舞蹈與其他的社會交互式行為并沒有什么不同。機(jī)器人通過傳感器感知人的活動與意圖，人則根據(jù)機(jī)器人的行為作出反饋，兩者共同構(gòu)成了一個完整的人-機(jī)器人交互。

（二）它是機(jī)器人用肢體語言表達(dá)其情感和意圖的一種方式

人類舞蹈作為一種肢體語言，通過舞蹈姿態(tài)與造型、舞蹈動作的變化與組合、舞蹈圖式的刻畫等方面來表現(xiàn)舞蹈創(chuàng)作者的情感與意圖。盡管存在著載體上的差異，機(jī)器人舞蹈也是一種非言說的通信方式，也可以通過構(gòu)建其舞姿、舞蹈動作及舞蹈圖式來展現(xiàn)機(jī)器人自身的情感和意圖，這也是機(jī)器情感與機(jī)器意識所關(guān)注的內(nèi)容。

（三）它是一種治療各種心理疾病的有效手段

在人類社會中，先天性疾病、不斷增長的外在壓力以及環(huán)境因素，給人們的心理產(chǎn)生了不同程度的影響，很容易出現(xiàn)各種各樣的心理疾病，如：自閉癥、發(fā)育障礙、注意力缺陷、認(rèn)知障礙等。機(jī)器人舞蹈是一種已經(jīng)被驗證的、行之有效的治療手段。以治療自閉癥的孩子為例，盡管他們拒絕其他人進(jìn)入其內(nèi)心世界，但當(dāng)他們與機(jī)器人進(jìn)行舞蹈交互時卻表現(xiàn)出了較好的交互意愿，這對改善其病癥是具有積極的意義。

（四）它作為一種娛樂方式豐富著人們?nèi)找嬖鲩L的精神文化需要

機(jī)器人已不再像以前那樣僅存在于科學(xué)幻想中，已經(jīng)真真切切影響著我們的生活。在不久的將來，機(jī)器人也會像日用品一樣進(jìn)入人們的家庭之中。隨著現(xiàn)代物質(zhì)生活水平的進(jìn)一步提高，人們對精神文化也提出了更高的要求。在娛樂方面，觀賞機(jī)器人舞蹈甚至于與機(jī)器人一起舞蹈可以極大地豐富和滿足人們精神文化的需要，這也是人-機(jī)器人混合社會中一種必然的趨勢。

（五）它的存在有助于人類舞蹈文化的保護(hù)與傳承

在人類璀璨的文化歷史長河中，存在著許許多多瑰麗的舞蹈文化。然而，有一部分舞蹈文化卻由于其傳承人的逝去而滅絕。以機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)為支撐，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、計算智能等方法，可以有效發(fā)展機(jī)器人的學(xué)習(xí)和模仿能力，使得它們對舞蹈學(xué)習(xí)掌握的周期要比人類舞者更短。因此，機(jī)器人舞蹈的存在將更加有利于瀕臨滅絕的舞蹈文化繼續(xù)生存，實現(xiàn)對人類舞蹈文化的保護(hù)與傳承。

三、結(jié)論

自從舞蹈學(xué)與機(jī)器人學(xué)相結(jié)合的第一天起，機(jī)器人舞蹈就顯現(xiàn)了強(qiáng)烈的生命力。本文從人文社會科學(xué)的角度對機(jī)器人舞蹈的研究背景、概念定義、研究現(xiàn)狀以及研究意義進(jìn)行了闡述。作為一個新興的交叉學(xué)科研究方向，機(jī)器人舞蹈在自然科學(xué)研究中獲得了越來越多的關(guān)注，盡管在目前社會科學(xué)研究中出現(xiàn)得極少，但由于其重要的社會性作用以及對舞蹈學(xué)的推動作用，相信在未來會逐漸得到重視。這也是本文的意圖所在。

＊ 本文系國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）項目（2013CB329502），國家自然科學(xué)基金面上項目（61273338），國家社會科學(xué)基金重大項目（11＆ZD088）階段性成果。

李 菁：吉首大學(xué)音樂舞蹈學(xué)院副教授

彭 華：廈門大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)系博士研究生，吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院講師周昌樂：廈門大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)系教授