虛擬現(xiàn)實技術(shù)在難美技能類項群中的應用研究

胡 煒

(延安大學 體育學院，陜西 延安 716000)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在難美技能類項群中的應用研究

胡 煒

(延安大學 體育學院，陜西 延安 716000)

通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國內(nèi)外體育領(lǐng)域中的應用現(xiàn)狀的闡述，并結(jié)合難美技能類項群的項目特征，對運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在跳水、體操、蹦床、藝術(shù)體操、健美操、花樣游泳、花樣滑冰、自由式滑雪(空中技巧)等難美技能類項目中進行仿真訓練的作用進行了詳細論述。國內(nèi)外對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育領(lǐng)域中的研究成果已頻繁地出現(xiàn)在各國備戰(zhàn)世界大賽的訓練中。在難美技能類項目中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行仿真訓練，具有加快技術(shù)動作的創(chuàng)新與提高、獲取人體三維運動信息、分析訓練效果、優(yōu)化動作編排、構(gòu)建場景和器材等重要作用。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)；難美項群；應用

隨著2008年北京奧運會的“科技奧運”、“數(shù)字奧運”和“人文奧運”理念的普及和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代科學技術(shù)以其強大的親和力滲透到體育運動的各個領(lǐng)域當中，尤其在競技體育訓練中已發(fā)揮出了巨大能量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為20世紀一種新型的信息技術(shù)，其研究成果的應用將會對競技體育的快速發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。及時跟蹤虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，深入研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育領(lǐng)域中應用現(xiàn)狀，轉(zhuǎn)化和利用其他學科的研究成果為競技體育服務(wù)是我國競技體育目前需要迫切解決的一個新課題。針對難美技能類的項群特征，研究如何在跳水、蹦床、體操、藝術(shù)體操、健美操、花樣游泳、花樣滑冰、自由式滑雪(空中技巧)等難美技能類項目的訓練中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行仿真訓練，對于更好地貫徹“科技奧運”、“數(shù)字奧運”和“人文奧運”的理念，更快更有效地提高我國運動訓練的科技含量，確保這些項目在激烈的國際競爭中保持絕對的優(yōu)勢地位具有重要的現(xiàn)實意義。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)，是最近幾十年才發(fā)展起來的前沿技術(shù)，它是20世紀90年代以來興起的一種新型信息技術(shù)，它利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標等輸入設(shè)備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員。操作者可以通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等與之交互，從而能產(chǎn)生“身臨其境”場景，所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為人機交互提供了新的交互媒體。虛擬現(xiàn)實技術(shù)體現(xiàn)了多學科交叉的特點，它是伴隨計算機技術(shù)、計算機圖形學、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理和模式識別、智能接口技術(shù)、生理學、多傳感器技術(shù)、語音處理和音響等技術(shù)的飛速發(fā)展而出現(xiàn)的一門多學科的綜合技術(shù)。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在難美技能類項群中的應用

2.1難美技能類項群的特征

難美技能類項群的共同特點均以運動員所完成的動作難度、優(yōu)美程度、穩(wěn)定性等方面來評定成績。相對其它項目而言，對技術(shù)創(chuàng)新的要求更加高、更加突出，比賽中要取得優(yōu)異的表現(xiàn)就要在動作難度、動作編排等方面不斷地進行創(chuàng)新。但同時也會帶來一定的風險性，動作難度加大了，編排復雜了，難免會加大運動員受傷的概率，而傷病不僅會影響到運動成績，同時也是制約運動員運動壽命的重要因素之一。我國難美項目目前雖然表現(xiàn)出高超的技術(shù)水平，但隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的飛速發(fā)展，難美項群各項目的動作難度越大、動作越復雜、越驚險、越新穎、越有獨創(chuàng)性，競爭日趨激烈。為了確保難美項目訓練的科學化，減少運動員受傷的概率，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行對難美項群的各項目進行前瞻性的研究，設(shè)計創(chuàng)新高難動作，對于確保我國難美項目技術(shù)發(fā)展的前沿地位具有重要的現(xiàn)實意義。

2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)在難美技能類項目應用功能

2.2.1加快技術(shù)動作的創(chuàng)新與提高

難美項目技術(shù)動作的創(chuàng)新是該項目發(fā)展的生命線，但在技術(shù)動作創(chuàng)新過程中，如果直接以人來進行創(chuàng)新實驗難免面臨巨大的傷害風險。因此，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行創(chuàng)新動作研究就具有特別的現(xiàn)實意義。教練員在技術(shù)創(chuàng)新時，可以讓虛擬運動員按照預先設(shè)計好的動作編排完成這一新動作，從而最大限度地降低運動員在動作創(chuàng)新過程中的意外受傷概率；對于新、難動作的學習和訓練,目前一般采用錄像的方式來學習,運動員無法直接參與訓練,獲得感性認識。而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬學習和訓練,并借助視頻處理軟件將仿真動作與實際動作進行同屏分屏顯示對比，幫助教練員和運動員發(fā)現(xiàn)技術(shù)動作中的細微缺陷，從而使運動員獲得豐富感性認識，迅速突破動作的重點、難點，直至熟練掌握動作為止，起到事半功倍的訓練效果。我國跳水項目和蹦床運動能夠在國際大賽中取得驕人的成績，長期保持國際絕對優(yōu)勢與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在這些項目中的應用有很大的關(guān)系。

2.2.2獲取人體三維運動信息

人體三維運動信息是指人體在運動中各個關(guān)節(jié)的三維坐標及角度等姿態(tài)信息，它是人體三維運動分析的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，如何合理有精確地捕捉運動員的運動信息是一個至關(guān)重要的技術(shù)難題，目前我國科學院計算機研究所的王兆其研究員提出了基于視頻的無接觸式人體運動跟蹤法，他利用在比賽與訓練現(xiàn)場架設(shè)多道攝像裝置對運動員運動過程進行多角度全方位的視頻描述，通過視頻處理軟件對視頻進行分割、編碼、疊加、去噪等過程，以獲得下一步進行三維仿真所需的關(guān)鍵點的參數(shù)數(shù)據(jù)(圖1)。在難美項目中教練員根據(jù)采集到的各項數(shù)據(jù)再進行動作的重新編排與設(shè)計，最后設(shè)計出符合該運動員特點的最優(yōu)動作，確保運動員高難動作的儲備量，為教練員臨場比賽的戰(zhàn)術(shù)安排提供了有力保障。

圖1 三維運動信息采集圖

2.2.3分析訓練效果

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對技術(shù)動作進行量化分析包括位移、速度、力等，并以圖形方式展示分析結(jié)果。如，將攝取運動員在訓練和比賽中的真實技術(shù)視頻片斷,借助視頻處理軟件進行運動員的仿真動作與實際動作的同屏分屏顯示對比，讓教練員和運動員分析動作的差異，發(fā)現(xiàn)技術(shù)動作中的細微缺陷。幫助高水平運動員找出訓練中存在的不足，從而提高訓練效果；在此基礎(chǔ)上，還可以對運動員技術(shù)動作做深層次的

分析，并提出改進技術(shù)動作的指導性意見。如在單杠的訓練過程中，往往在身體擺至杠下垂直部位的前后或上擺不到支撐部位而回擺時容易脫手，尤其是做騰空再握、轉(zhuǎn)體和下法等動作時，容易失誤，對于這些情況可以分析其產(chǎn)生的原因，并提取數(shù)學模型，結(jié)合計算機三維技術(shù)進行分析并找出失誤的原因，電腦程序?qū)⒏鶕?jù)這種原因運算出所需握力的大小或速度的快慢，并逼真再現(xiàn)該動作。

2.2.4優(yōu)化動作編排

難美技能類項目所表現(xiàn)的新連接、新編排是這些項目評分的重要依據(jù)，在比賽中占居著重要的地位。通過高精度運動捕捉與分析的人體運動測量方法采集數(shù)據(jù)并建立一個標準技術(shù)動作庫，教練員根據(jù)難美項目的特征、規(guī)則變化、裁判評分等制勝因素，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行編輯、修改，完善，設(shè)計出一系列“理想”的新動作。在動作庫中提取若干動作按照教練的設(shè)想模擬編排動作組合，再利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來進行模擬和仿真訓練，最后從各種編排結(jié)果中挑選出最優(yōu)的動作編排，還可以結(jié)合運動員個體特點和運動能力，模擬出適應不同運動員的最優(yōu)的動作編排，從而達到個性化、最優(yōu)化的輔助訓練的目的。從而輔助教練確定備戰(zhàn)世界大賽的最佳訓練方案。

3 結(jié)論與建議

1)國內(nèi)外對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育領(lǐng)域中的研究已關(guān)泛開展，其研究成果頻繁地出現(xiàn)在各國備戰(zhàn)世界大賽的訓練中。在難美項群中運用時體育運動方面的專家應與計算機方面的專家合作攜手攻關(guān)，才能發(fā)揮其應有的價值，真正提高訓練和比賽的質(zhì)量。

2)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在難美項群中運用的主要作用表現(xiàn)在能加快技術(shù)動作的創(chuàng)新與提高、獲取人體三維運動信息、分析訓練效果、優(yōu)化動作編排、構(gòu)建場景和器材等方面，這些研究成果的應用大大加快了難美技能類項目的創(chuàng)新進程。因此總結(jié)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在難美項目中研究應用的成功經(jīng)驗，將其進一步推廣到體育領(lǐng)域的其它項目中，并擴展到恢復、選材、運動服裝等方面進行研究，對促進我國運動訓練科學具有深遠意義。

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TheApplicationResearchofVirtualRealityTechnologyintheDifficultyandBeautyGroup

>Hu Wei

(College of Physical Education,Yan’an University,Yan’an,716000,Shanxi,China)

Based on virtual reality technology in the field of application of domestic and international sports exposition of the status quo,combined with the difficulty and beauty group and the use of virtual reality technology in diving,gymnastics,trampoline,artistic gymnastics,aerobics,synchronized swimming,figure skating,freestyle skiing (aerials),etc.At home and abroad for the virtual reality technology in the sports in the field of research has frequently appeared in national preparations for the world series of training.The use of virtual reality simulation training in the difficulty and beauty group can accelerate technological innovation and enhance the movement,access to the human body three-dimensional movement of information,analysis training effect,optimize the performance arrangement,build scenes and equipment such as an important role.

virtual reality technology;difficulty and beauty group;application

2009-11-28；

2010-03-09

胡煒(1974-)，男，陜西宜君人，碩士，講師，研究方向：計算機信息技術(shù)在體育中的應用。

G807.04

A

1672-1365(2010)03-0095-02