健美操訓(xùn)練中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用探討

（陜西青年職業(yè)學(xué)院,西安,710068）

健美操訓(xùn)練中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用探討

孫 晉

（陜西青年職業(yè)學(xué)院,西安,710068）

文章分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在健美操訓(xùn)練中的應(yīng)用。首先對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行了分析，其具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性；然后闡述了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的體育仿真系統(tǒng)的三維建模過程，由輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)、虛擬環(huán)境產(chǎn)生器三部分組成，最后闡述了虛擬體操訓(xùn)練系統(tǒng)在健美操訓(xùn)練中的應(yīng)用。

健美操訓(xùn)練；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；仿真

0 引言

在健美操、跳水等體育項(xiàng)目的訓(xùn)練中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建體育系統(tǒng)仿真，可以實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)訓(xùn)練中的肉眼觀察到傳感器的精密捕捉，由傳統(tǒng)上基于經(jīng)驗(yàn)的教學(xué)到模擬仿真技術(shù)動(dòng)作并對(duì)其進(jìn)行分析的兩個(gè)過程的轉(zhuǎn)變，提高了運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效果，減少運(yùn)動(dòng)員受傷害的程度，提高了我國(guó)體育的競(jìng)技水平。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于運(yùn)動(dòng)員的學(xué)習(xí)能力有激發(fā)作用，開辟了現(xiàn)代競(jìng)技體育技術(shù)動(dòng)作訓(xùn)練的新途徑，本文主要探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在健美操訓(xùn)練中的應(yīng)用。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality），簡(jiǎn)稱VR，是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)建立十分逼真的一種虛擬環(huán)境。該技術(shù)以沉浸性、交互性、構(gòu)想性為基本特征，是一種計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)交互界面。其特征如圖1所示。該技術(shù)主要應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，并綜合利用了計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)、多傳感器技術(shù)、并行處理技術(shù)等，對(duì)人的感官功能進(jìn)行模擬，包括人的視覺、觸覺、聽覺等，產(chǎn)生一種人為的虛擬環(huán)境。在這個(gè)虛擬環(huán)境中，用戶可以和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，并且這種交互是通過身體、語言等方式進(jìn)行的，就會(huì)營(yíng)造出一種多維擬人化的空間，這樣人就會(huì)沉浸在這種計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界。虛擬現(xiàn)實(shí)既是演示媒體，又是設(shè)計(jì)工具，它能夠以視覺形式來展示人們的思想即虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)想性。

圖1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理就是通過傳感器采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后產(chǎn)生行為數(shù)據(jù)，然后將行為數(shù)據(jù)輸入虛擬環(huán)境和用戶進(jìn)行交互，來自虛擬環(huán)境的一些信息最后再反饋給傳感器。

2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體育系統(tǒng)仿真

2.1三維建模

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體育系統(tǒng)仿真，要對(duì)運(yùn)動(dòng)員的三維模型以及運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的三維模型進(jìn)行構(gòu)建。在該系統(tǒng)中的三維模型是指三維實(shí)體模型，是根據(jù)實(shí)體進(jìn)行模型構(gòu)建的過程。對(duì)這些模型進(jìn)行構(gòu)建時(shí)可以應(yīng)用建模軟件完成，常用建模軟件有:Maya、3damax、AutoCAD等。采用這些軟件構(gòu)建三維模型時(shí)，首先要畫出物體的二維矢量圖，然后再按照該矢量圖進(jìn)行三維建模，其具體過程如圖1所示。

圖2 三維建模過程

2.2體育系統(tǒng)仿真組成

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的的體育系統(tǒng)仿真由三部分構(gòu)成，包括輸入系統(tǒng)、虛擬環(huán)境產(chǎn)生器、輸出系統(tǒng)三部分。其系統(tǒng)組成如圖3所示。輸入系統(tǒng)由位置方向跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、手套輸入控制、轉(zhuǎn)換器等裝置組成。虛擬環(huán)境產(chǎn)生器由用戶系統(tǒng)、三維處理器、三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)、仿真管理器、高性能計(jì)算機(jī)、I/O端口、圖形卡、觸覺力覺等反饋裝置等組成。輸出系統(tǒng)由信號(hào)轉(zhuǎn)換器（RGH-NISC）和效果產(chǎn)生器(光柵顯示器)組成。在輸出系統(tǒng)中，用戶能夠感受到十分真實(shí)的立體視覺、立體聽覺，可以和虛擬環(huán)境進(jìn)行自然的交互，用戶像身臨其境一樣，完全沉浸在虛擬環(huán)境中。

圖3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體育系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)經(jīng)過輸入系統(tǒng)如數(shù)據(jù)手套等裝置獲取原始數(shù)據(jù)，將其輸入到虛擬環(huán)境產(chǎn)生器中，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后這些數(shù)據(jù)信息經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換器、光柵顯示器等達(dá)到想要的虛擬效果。該系統(tǒng)具有以下幾方面的功能，包括構(gòu)建訓(xùn)練場(chǎng)景和器材、捕獲運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、采集生理生化和心理數(shù)據(jù)、重演和展現(xiàn)動(dòng)作、分析訓(xùn)練效果、科學(xué)選材等。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在健美操訓(xùn)練中的應(yīng)用

健美操是舞蹈藝術(shù)和體育的結(jié)合，其訓(xùn)練內(nèi)容體系具有雙重性。訓(xùn)練內(nèi)容體系包括三大項(xiàng)內(nèi)容和十二項(xiàng)具體內(nèi)容。三大項(xiàng)內(nèi)容包括動(dòng)作技術(shù)訓(xùn)練、身體素質(zhì)訓(xùn)練、健美綜合素質(zhì)練習(xí)。動(dòng)作技術(shù)訓(xùn)練包括基本動(dòng)作技術(shù)、操化動(dòng)作和難度動(dòng)作；身體素質(zhì)訓(xùn)練包括力量、柔韌性、耐力；健美綜合素質(zhì)練習(xí)包括健美操整合能力、音樂感受及表現(xiàn)能力、健美操創(chuàng)編能力、心理素質(zhì)訓(xùn)練。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用在健美操的動(dòng)作技術(shù)訓(xùn)練中，其具體的應(yīng)用如下所述。

3.1運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬體操訓(xùn)練系統(tǒng)

在該訓(xùn)練系統(tǒng)中，首先要對(duì)真實(shí)體操運(yùn)動(dòng)員的構(gòu)建三維模型，使構(gòu)建的虛擬運(yùn)動(dòng)員的模型重新精確地再現(xiàn)真實(shí)體操運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作，然后進(jìn)行技術(shù)技術(shù)分析對(duì)比，這樣體操運(yùn)動(dòng)員就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的問題，從而對(duì)技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行改進(jìn)，提高他們的技術(shù)水平。體操運(yùn)動(dòng)員同時(shí)也可以觀看虛擬的體操運(yùn)動(dòng)員在接觸虛擬的體育器材時(shí)是如何改變他們的動(dòng)作的。虛擬仿真技術(shù)作為一種新興的科學(xué)技術(shù)，其在健美操訓(xùn)練中的應(yīng)用主要有以下五方面：1）構(gòu)建建立虛擬仿真運(yùn)動(dòng)員模型和訓(xùn)練虛擬環(huán)境 ；2）對(duì)技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行虛擬仿真； 3）設(shè)計(jì)新的健美操動(dòng)作和技術(shù)動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)化； 4）對(duì)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行分析；5）模擬賽場(chǎng)環(huán)境，加強(qiáng)訓(xùn)練。

3.2構(gòu)建大型健美操操演練仿真系統(tǒng)

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建大型健美操操演練仿真系統(tǒng)，可以提高演練效果。該系統(tǒng)有三個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為行為動(dòng)作生成子系統(tǒng)、隊(duì)形圖案設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、團(tuán)體操隊(duì)形圖案變化仿真子系統(tǒng)。行為動(dòng)作生成子系統(tǒng)的作用就是根據(jù)能夠根據(jù)傳感器捕捉的數(shù)據(jù)對(duì)健美操的動(dòng)作進(jìn)行編輯設(shè)計(jì)。隊(duì)形圖案設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的主要作用就是對(duì)健美操的隊(duì)形圖案進(jìn)行設(shè)計(jì)。健美操操隊(duì)形圖案變化仿真系統(tǒng)的作用就是對(duì)構(gòu)建的虛擬人模型的隊(duì)形進(jìn)行變化，由初始隊(duì)形變化到目標(biāo)隊(duì)形，對(duì)虛擬模型的路徑進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)基于事件驅(qū)動(dòng)的健美操隊(duì)形圖案的變化仿真。

4 結(jié)束語

本文介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理、體育系統(tǒng)仿真的工作原理及其在健美操訓(xùn)練中的應(yīng)用。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，其在競(jìng)技體育仿真中的應(yīng)用也將越來越廣泛，將進(jìn)一步訓(xùn)練過程中的科技含量,利于運(yùn)動(dòng)員水平的提高。通過上述分析可知，基于VR的體育仿真系統(tǒng)一定會(huì)在競(jìng)技體育的訓(xùn)練、選材、比賽等過程中發(fā)揮越來越重要的作用。所以,要及時(shí)關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最新發(fā)展方向,關(guān)注其在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用情況。

[1] 王爽.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育教學(xué)和訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].陜西教育,2012(3):116.

[2] 董新軍,刁在箴.國(guó)際健美操2005版新規(guī)則變化的主要特點(diǎn)及競(jìng)技性展望[J].廣州體育學(xué)院,2005,(3).

孫晉，男，陜西西安人，講師，研究方向：體育教育與訓(xùn)練

Application of aerobics training in virtual reality technology

Sun Jin
(SHANXI YOUTH VOCATIONAL COLLEGE,Xi'an,710068)

This paper analyzes the virtual reality technology in aerobics training.First,virtual reality technology is analyzed,it has immersive,interactive,conceived of;then describes the three-dimensional modeling based virtual reality simulation system in the process of sports,from the input system,the output system,the virtual environment is composed of three parts Finally,elaborated virtual gymnastics training system in the aerobics training.

aerobics training;virtual reality technology;simulation