“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景模擬關(guān)鍵技術(shù)研究

昆明體育電子設(shè)備研究所 王 健

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“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景模擬關(guān)鍵技術(shù)研究

昆明體育電子設(shè)備研究所 王 健

【摘要】隨著多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)等技術(shù)的快速提升，體育訓(xùn)練已經(jīng)引入了電子化的訓(xùn)練場(chǎng)景模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以針對(duì)傳統(tǒng)體育訓(xùn)練場(chǎng)景進(jìn)行虛擬化建模，開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有較強(qiáng)沉浸感、真實(shí)性強(qiáng)的電子訓(xùn)練系統(tǒng)，并且可以為每一個(gè)學(xué)員分配一個(gè)賬戶(hù)，通過(guò)IE瀏覽器登錄系統(tǒng)，隨時(shí)隨地地進(jìn)行學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，不會(huì)受到時(shí)空限制，并可有效激發(fā)運(yùn)動(dòng)員學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、趣味性，具有較好的效果。

【關(guān)鍵詞】虛擬化；體育訓(xùn)練；虛擬現(xiàn)實(shí)；動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)

1　引言

傳統(tǒng)的體育訓(xùn)練需要建設(shè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館、購(gòu)買(mǎi)體育器材，這些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要花費(fèi)較高的代價(jià)，并且容易損壞和不易維護(hù)，需要持續(xù)投入較多的人力、物力和財(cái)力來(lái)保持體育訓(xùn)練正常性［1］。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，人們利用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)、動(dòng)畫(huà)模型、軟件工程、多媒體通信技術(shù)開(kāi)發(fā)了虛擬化的電子訓(xùn)練場(chǎng)景系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過(guò)在線訓(xùn)練模式為體育專(zhuān)業(yè)人員提供訓(xùn)練機(jī)會(huì)，突破時(shí)空限制，具有較好的效果［2］。

2　“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景功能分析

虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景可以為用戶(hù)提供一個(gè)分布式學(xué)習(xí)環(huán)境，給用戶(hù)分發(fā)一個(gè)登陸賬號(hào)和密碼即可登錄系統(tǒng)，可以為人們提供多種服務(wù)功能，詳細(xì)描述如下：

（1）一對(duì)一體育訓(xùn)練學(xué)習(xí)，強(qiáng)化體育訓(xùn)練效果。系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)虛擬的教練管理系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)規(guī)范的、科學(xué)的虛擬教練，運(yùn)動(dòng)員登錄系統(tǒng)之后，即可以選擇相關(guān)體育項(xiàng)目教練，然后根據(jù)自己的訓(xùn)練計(jì)劃完成一對(duì)一教練、培訓(xùn)功能，為運(yùn)動(dòng)員提供一對(duì)一的實(shí)時(shí)性指導(dǎo)，以強(qiáng)化體育訓(xùn)練效果［3］。

（2）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)費(fèi)用較少，能夠長(zhǎng)期使用，節(jié)省較費(fèi)用支出。虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、部署之后，僅僅需要添加一些應(yīng)用服務(wù)器即可完成配置功能，每一個(gè)用戶(hù)都可以在一個(gè)較小的環(huán)境中登錄系統(tǒng)，甚至可以利用智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備登錄系統(tǒng)，節(jié)約運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練支出，幫助運(yùn)動(dòng)員全身心投入訓(xùn)練，不需要擔(dān)心訓(xùn)練成本高低。

（3）控制病毒更加容易，能夠確保服務(wù)信息的安全。虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景系統(tǒng)可以采用集中式的殺毒策略，使用嚴(yán)格的控制策略配置服務(wù)器，阻止非法用戶(hù)的訪問(wèn)，同時(shí)阻止網(wǎng)絡(luò)病毒的入侵，以便能夠有效地保證云服務(wù)平臺(tái)信息的安全性，實(shí)現(xiàn)云服務(wù)平臺(tái)接入的安全，防止信息泄露和遭到破壞。

（4）能夠有效地突破時(shí)空限制，滿足用戶(hù)個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。運(yùn)動(dòng)員可以隨時(shí)隨地使用自己的終端，包括智能手機(jī)、筆記本電腦、PC機(jī)、IPAD等接入虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景系統(tǒng)，訪問(wèn)和瀏覽相關(guān)的體育訓(xùn)練資源，無(wú)需到專(zhuān)業(yè)的機(jī)房集中上課，超越時(shí)間和空間的限制，定制學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（5）統(tǒng)一部署應(yīng)用環(huán)境，提高系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)效率。虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景系統(tǒng)基于云服務(wù)平臺(tái)和B/S體系架構(gòu)，使用人員只需要升級(jí)、維護(hù)云服務(wù)器即可，能夠統(tǒng)一快捷地部署服務(wù)器，并且可以通過(guò)下發(fā)相關(guān)的插件更新終端的登錄客戶(hù)端程序，方便快捷，無(wú)需一臺(tái)一臺(tái)終端調(diào)試。

（6）自適應(yīng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)運(yùn)動(dòng)員學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景系統(tǒng)可以根據(jù)用戶(hù)的個(gè)性需求，定制學(xué)習(xí)需求，同時(shí)創(chuàng)造性地展示人際學(xué)習(xí)環(huán)境，可以滿足運(yùn)動(dòng)員的學(xué)習(xí)需求。不同的學(xué)習(xí)環(huán)境風(fēng)格，可以有效地滿足人們的需求，激發(fā)運(yùn)動(dòng)員學(xué)習(xí)的積極性，更好地提高運(yùn)動(dòng)員的學(xué)習(xí)效率，直接提高運(yùn)動(dòng)員的學(xué)習(xí)效果。

3　“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景關(guān)鍵技術(shù)

3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景引入了先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，該技術(shù)可以模擬人類(lèi)的真實(shí)世界，為人們提供具有真實(shí)性、沉浸感的體育訓(xùn)練場(chǎng)景，具有較強(qiáng)的趣味性，能夠激發(fā)體育專(zhuān)業(yè)人員的訓(xùn)練興趣和積極性，提高訓(xùn)練效果，并且能夠進(jìn)一步分解、設(shè)計(jì)復(fù)雜的體育動(dòng)作，突破體育訓(xùn)練瓶頸［4］。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，其首先需要滿足用戶(hù)的沉浸感，生成三維真實(shí)的立體影像效果，并且能夠提高用戶(hù)視角的運(yùn)動(dòng)或立體深度感覺(jué)，增強(qiáng)體育訓(xùn)練虛擬環(huán)境的可信度。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要從用戶(hù)視覺(jué)的角度出發(fā)，真實(shí)景物和虛擬景物間必須要有精確的定位，實(shí)施環(huán)境匹配時(shí)必須把虛擬景物放在合適的位置，讓用戶(hù)準(zhǔn)確地獲取真實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境的空間關(guān)系，尤其是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)定位，不會(huì)限制運(yùn)動(dòng)員的創(chuàng)新能力，發(fā)揮虛擬環(huán)境、真實(shí)思維的創(chuàng)造性。

3.2動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)技術(shù)

虛擬化體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景模擬系統(tǒng)中，動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，目前已經(jīng)采用了先進(jìn)的三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)。三維動(dòng)畫(huà)又被稱(chēng)為3D動(dòng)畫(huà)，其隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)發(fā)展而逐漸成熟。三維動(dòng)畫(huà)可以建立一個(gè)虛擬化物體模型，并且能夠設(shè)定模型的運(yùn)動(dòng)軌跡、虛擬攝影機(jī)運(yùn)動(dòng)、骨骼參數(shù)、蒙皮參數(shù)等內(nèi)容，最后可以集成在一起合成一個(gè)動(dòng)畫(huà)模型，模擬真實(shí)的運(yùn)動(dòng)員、教練員指導(dǎo)體育訓(xùn)練。目前，常用的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)軟件包括3D Studio Max、Maya、Rhino等，這些軟件可以設(shè)計(jì)動(dòng)作豐富、形象栩栩如生的模型［5］。

（1）3D Studio Max又被稱(chēng)為3ds Max或MAX，其是一種能夠在PC終端上進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模型制作、渲染的軟件，目前最新版本是2014版。其可以制作工業(yè)級(jí)的動(dòng)畫(huà)模型，能夠更好地提高動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)成效，比如設(shè)計(jì)的機(jī)械戰(zhàn)警、武士都已經(jīng)在游戲、電影中得到了展現(xiàn)。

（2）Maya是一種由美國(guó)Autodesk公司設(shè)計(jì)的三維動(dòng)畫(huà)軟件，其集成了先進(jìn)的Alias/Wavefront數(shù)字動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)技術(shù)，可以完成最先進(jìn)的數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運(yùn)動(dòng)軌跡匹配，能夠完成復(fù)雜的體育動(dòng)作訓(xùn)練。Maya功能完善，制作效率較高，渲染出來(lái)的模型真實(shí)感非常強(qiáng)，已經(jīng)在影視廣告、游戲制作、虛擬學(xué)習(xí)等領(lǐng)域得到了廣泛普及。

（3）Rhino是一種專(zhuān)業(yè)的3D動(dòng)畫(huà)模型開(kāi)發(fā)軟件，其整合了3DS MAX 與Softimage的模型開(kāi)發(fā)功能，能夠設(shè)計(jì)更加精細(xì)的、復(fù)雜的、彈性的體育訓(xùn)練動(dòng)畫(huà)模型，能夠輸出的格式包括IGES、STL、DXF、obj、3dm等多種，并且可以與其他的動(dòng)畫(huà)開(kāi)發(fā)軟件相互兼容，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)制造、機(jī)械設(shè)計(jì)、科學(xué)研究等領(lǐng)域。

4　結(jié)束語(yǔ)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)、動(dòng)畫(huà)模型、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)開(kāi)發(fā)的體育電子訓(xùn)練場(chǎng)景，可以解決當(dāng)前傳統(tǒng)體育訓(xùn)練模式存在的時(shí)空受限、設(shè)備購(gòu)置代價(jià)高等問(wèn)題，利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、分布式訓(xùn)練系統(tǒng)，可以改善體育專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練人員學(xué)習(xí)的時(shí)空環(huán)境、人文信息環(huán)境、情感計(jì)算環(huán)境，優(yōu)化體育訓(xùn)練流程，進(jìn)一步改進(jìn)電子訓(xùn)練水平，促使體育專(zhuān)業(yè)人員更好地掌握體育動(dòng)作要領(lǐng)，并且創(chuàng)新體育設(shè)計(jì)，突破自身訓(xùn)練瓶頸。

參考文獻(xiàn)

［1］張濤.現(xiàn)代體育訓(xùn)練中的計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)應(yīng)用探究［J］.電子測(cè)試，2013，24（11）：264-265.

［2］朱曉蘭，程鵬，劉卉.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體育場(chǎng)景虛擬系統(tǒng)的研究［C］.全國(guó)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會(huì)，2010：111-114.

［3］杜建萍.計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在現(xiàn)代體育訓(xùn)練中應(yīng)用分析［J］.電子測(cè)試，2014，32（13）：122-123.

［4］夏時(shí)洪.面向體育訓(xùn)練的三維人體運(yùn)動(dòng)模擬與視頻分析系統(tǒng)［J］.高科技與產(chǎn)業(yè)化，2008，4（9）：28-28.

［5］董小燕.情景模擬體育游戲在體育教學(xué)中的應(yīng)用［J］.運(yùn)動(dòng)，2013，26（17）：103-104.

作者簡(jiǎn)介：

王?。?974-），男，云南昆明人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：體育電子信息。