在线舞蹈健身应用的创新与实践

董小萌 刘丁宁 王湛文 孙楚晰 刘东来

摘要：席卷全球的新冠疫情为我们带来了前所未有的挑战，“非必要不出门”不仅仅是国家对公民的防疫号召，更是每一位公民自觉参与到这场没有硝烟的抗疫之战的行动与决心。人们减少外出锻炼健身的活动，对线下健身行业造成不容小觑的影响。抱着服务大众，缓解线下健身行业压力的想法，开发出适合随时随地，想跳就跳，以达成锻炼与发扬传统国风目的的舞蹈健身服务平台。

关键词：运动健康;疫情;平台开发;传统文化

1引言

1.1 项目背景

新冠疫情刷新了国民对健康的认知，致使传统线下聚集型健身模式受到了前所未有的冲击与限制，人们自觉减少了外出锻炼健身的活动，更不便参与到线下聚集型的健身中[1-2]。家庭体育再次受到全国广泛关注，在此种与病毒的抗衡之中，我们抱着服务大众，缓解线下健身行业压力、提高线上健身质量的想法，开发出适合随时随地，想跳就跳，以达成锻炼目的的舞蹈健身平台—New Younger。

1.2 研究意义

当今线上教学兴起，在线教育用户规模增长迅速，市场规模不断上升。将多媒体技术应用于舞蹈教学中这一想法拥有更多可能性和拓展空间。我们思考出一种能够更适合在当下及未来舞蹈网络教学的方式。

党的十九大报告中强调“文化兴国运兴，文化强民族强"，我们正处于全球文化一体化迅速发展的新时代，中国传统舞蹈也在现代舞蹈影响下与时俱进，转向更具有现代特色的新形势舞蹈[3]。我们加入民族服饰、音乐、动作等，更有力的传扬传统文化。

随着国务院颁布的《全民健身计划》，我国健身行业市场规模持续增长， “互联网+健身”发展尤为迅速。而线上健身一方面为健身行业提供了一个新的增长点，另一方面也使得健身市场有更多的经济效益有待开发。

音乐游戏是电子游戏的一个细分种类，以歌曲为核心内容，核心玩法是让玩家跟随音乐节奏发出相应输入指令。音乐游戏注重音效与视觉反馈和操作动作的关联性[4]。作为一款节奏舞蹈类教学服务平台，本文与目前热门的Just Dance相比，内容采用了古典中国风融合现代潮流形式，且减少了对玩家外部设备的需求，实现玩家解放双手“随时随地、想跳就跳”的想法和需求。

通过对人体关键点的识别、捕获、对比，以游戏互动性为基础，需要玩家切实做出相应的动作，而不只是对玩家的反应能力及反应速度做出判断，增强了跳舞的沉浸感。

1.3 创新点

1.3.1传统文化 + 现代技术 = 多维度—— 更新颖的方式体验传统文化

要坚定文化自信，推动社会主义文化繁荣兴盛。传统文化的传扬得到各级政府重视。在网络技术逐渐普及的今天，新媒体作为一种网络传播时代常见的媒体传播形式已经受到了大众的广泛喜爱[5]。我们利用现代技术，通过身临其境的体验，以游戏互动为手段，直观感受民族文化的魅力。

1.3.2 舞蹈 - 成本 = 新理念—— 降低舞蹈学习门槛

市面上现有的绝大多数舞蹈运动类软件需要相应设备支持才可以体验，本文具有一次开发多平台部署的优势，不受硬件设备限制，通过智能设备使用，降低使用成本和支出。另一方面，鉴于疫情提出的新挑战，我们思考多媒体技术应用于舞蹈教学中的拓展空间，从而使本文创造更符合新时代的教学新理念。

2项目框架

2.1系统功能

系统分为用户端与管理员端，用户端为手机应用，可以在本平台中进行舞蹈的订阅与学习，同时可以浏览社区与其他用户进行交流;管理员端为系统网站，用户端的练习数据，会及时传入后台数据库，同时管理员可以上传视频，实现线上练习课程定制化，如图2.1所示。

2.1计算机视觉

本文采用了tensorflow-lite框架，先利用级联的深度网络结构来进行人体二维关节点的提取，由二维关节点提取的准确性直接影响了三维姿态重建，利用双目视差原理来恢复关节点的三维信息，利用卡尔曼滤波来修正关节点信息，进而反馈人体三位姿态。

得到各个关节点的信息，对单帧动作的评价基于每个关节特征向量的相似程度，即每个关节对计算相似性并求和作为两个姿态间的相似程度，各关键点公式如表2.1.2所示。

实现相似度匹配算法，获取关键点的特征向量，进行模板舞蹈與玩家动作数据比对计算测试，公式为：

其中，vi和vj分别表示模板动作和待测动作中的第i个关节姿态与实际捕捉关键姿态vj的相似性比较，式子的取值为[-1，1]。在比较整体相似性时，对各个部位比较结果进行求和。cos（0）=1，相似性得分越高，说明该动作越接近标准动作[6]。通过后台算法实现对分数阈值的记录整理，并为用户在游戏结束后呈现出整场游戏的得分情况。

2.2界面设计

2.2.1选歌界面

考虑到手机屏幕小、人性化防误触等问题，本文将歌单列表罗列在整个界面的右侧，便于用户进行想学习或练习歌曲舞蹈的选择。

2.2.2 游戏界面

2.2.3 结算界面

将后台数据通过与数据库中数据进行记录和比对，显示在结算界面中。设置有“返回主页”、“重新游戏”的功能，满足用户的游戏需求。

2.3后台系统

3算法计算

3.1 人体关键点识别

本文利用tensorflow-lite框架实现人体关键点识别技术，对于摄像机捕捉到的画面，模型会预测关节点置信图PCM，同时预测两两关节点亲和度PAF，匹配后将PAF相关值作为边权值，利用匈牙利算法得到最优关键点链接结果。基于已有预训练tensorflow-lite模型，对录制好的舞蹈进行关键点匹配，后将数据存入csv文件中。当用户开始进行舞蹈学习时，手机摄像头会实时捕捉用户关键点信息进行数据匹配，进行相似度计算，以相似度分值当作得分，在用户学习完毕后即可查看。

3.2 开发引擎

游戏开发引擎是为电子游戏的创建和开发而设计的软件框架。为用户提供更丰富的体验，提升玩家的沉浸感。本文实际开发所使用的是Unity3D物理游戏引擎，在开发过程中，主要使用了Canvas、音频、动画相关组件，使用C#语言实现程序功能。

3.3后台系统

系统后端的开发使用轻量级开源框架SSM（Spring+Spring MVC+Mybatis），解决了系统开发的复杂性问题。应用Maven仓库，对三大框架进行了很好地整合，大大提高了系统的效率以及稳定性。

4展望

目前应用市场平台较多，表现用户对本类型应用较认可，但真正实现寓教于乐和线上有效学习管理的应用并不占多。展望国内市场，未出现将openpose应用于运动健身以及舞蹈进行可视化教学的相关产品，国内市场近乎空白;且中国传统的舞蹈也是中国文化的代表之一，将中国传统舞蹈融入现代编舞之中，让传统舞蹈以新颖的方式表达出来，也正是项目意义所在。

参考文献

[1]屈晨旭.新冠疫情背景下青少年体育活动的开展变化与启示[J].辽宁体育科技，2021，43（02）：1-5.

[2]蒋建琼，张冰松.后疫情时代国民健身的困境与反思[J].四川民族学院学报，2020，29（06）：76-79.

[3]岳辰星.潜移默化下的新形式舞蹈——西方舞蹈影响下的舞蹈作品[J].戏剧之家，2021（10）：121-122.

[4]吴迪. 音乐游戏设计中多维感官的沉浸式体验研究[D].西安电子科技大学，2018.

[5]张戚安生. 新媒体背景下舞蹈创编教学的发展研究[D].哈尔滨师范大学，2020.

[6]陈学梅. 基于人体三维姿态的动作评价系统[D].浙江大学，2018.

项目编号：202110172B009

指导教师：王冬