計算機輔助運動訓練系統研究

　　計算機數據庫技術、信息管理技術的發展帶動了體育科學化的步伐，各種體育領域專用計算機輔助訓練系統應運而生。計算機輔助訓練就是在運動訓練過程中，利用計算機的貯存、運算、邏輯等能力，結合相應的軟硬件設施，輔助訓練者分析、預測、跟蹤、決策，以及實現人機、人人信息交流等工作的訓練模式。根據天津市哲學社會科學研究項目“奧林匹克運動項目分類及其項目群特征”的研究，奧林匹克運動項目按照競技性質可分為直接競技類和間接競技類，直接競技類項目按照競技特征又可分為格斗競技類、隔網競技類，接觸競技類和非接觸競技類四個亞類，其中格斗競技類體育項目包括跆拳道、柔道、擊劍、摔跤和拳擊。本文就以跆拳道為例，通過對跆拳道計算機輔助訓練系統的研究，為我國計算機輔助運動訓練系統的研究提供參考。
　　
　　相關計算機輔助訓練系統分析
　　
　　由于目前對跆拳道計算機輔助訓練系統的研究較少，而跆拳道與其他四種格斗競技類體育項目即柔道、擊劍、摔跤和拳擊有相似之處，它們的計算機輔助訓練系統也有值得相互借鑒的地方。因此，本文在這部分中沒有將研究視角僅僅局限于跆拳道計算機輔助訓練系統，而是對現有的各種格斗競技類體育項目計算機輔助訓練系統進行分析。系統的功能和關鍵技術是計算機軟件系統的靈魂。因此本文的研究主要集中在對這兩個層面的討論上。
　　
　　1，對現有系統在功能層面上做的分析
　　(1)訓練過程管理。訓練過程管理是計算機輔助訓練系統最基礎和最重要的功能，主要包括教練員和運動員的基本信息管理、運動員的訓練過程記錄、運動員生理生化數據存儲、運動員參賽成績管理等。在當今信息技術領域中常用的“用戶界面一業務邏輯層一數據庫層”多層設計結構中，信息管理功能一般是以數據庫為基礎。現有的格斗競技類項目計算機輔助訓練系統相關的數據庫技術非常成熟。
　　(2)決策支持。具有決策支持功能的系統是輔助決策者綜合利用大量數據、有機組合眾多模型，通過人機交互方式進行半結構化或非結構化決策的計算機應用系統。具有決策支持功能的系統能夠為教練提供強有力的決策支持，教練通過系統提供的運動員基本數據，借助系統存儲的預測評價模型及決策方法，決策運動員的選材、訓練負荷，訓練計劃等。縱觀現有的具有決策支持功能的系統，筆者發現，這些系統普遍存在著評價模型單一、模塊可移植性差的缺點。搜集大量科學的評價預測模型，建立模型庫，為決策支持提供依據，并增強系統模塊的可移植性，這些都是今后開發類似系統時應該達到的目標。
　　(3)仿真模擬。目前相關的計算機輔助訓練系統主要是仿真環境軟件。這種系統通常依托于復雜的虛擬現實技術，模擬出近乎真實的訓練場景。仿真模擬功能能夠極大地提高運動員的學習興趣和效率，提高仿真模擬環境的精確度是今后的系統開發中最值得關注的問題。
　　(4)視頻處理。視頻處理功能已經成為計算機輔助訓練系統設計開發者關注的熱點。利用視頻捕獲技術獲取珍貴的大賽視頻資料，在系統中對視頻進行檢索、剪輯、分析，從而分析對手技戰術，做到知己知彼。通過系統對已有的視頻資料進行有效地分析，從而得到最多、最有用的信息是具有視頻處理功能的系統開發的關鍵點。
　　
　　2，對現有系統在技術層面上做的分析
　　(1)訓練過程管理的關鍵技術——數據庫技術。計算機輔助訓練系統要實現訓練過程的管理，就要收集各種數據信息，這些數據通常存儲在數據庫中，數據庫能夠幫助系統實現數據查詢、存儲、修改、刪除等數據維護功能。通過對數據庫提供的數據進行分析，可以對運動員的生理生化情況進行控制，對運訓練結果進行評價、預測等。在具有決策支持功能的系統中，數據庫還起著為決策問題提供所要計算的模型的作用。常用的數據庫管理工具有Microsoft Visual FoxPro、Microsoft SQL Server、Microsoft Office Access等。
　　(2)決策支持的關鍵技術——數據處理技術。具有決策支持功能的系統能夠對原始數據進行預測、統計和評價，這是由各種各樣的數據處理模型來完成的。如運動訓練模糊神經系統控制模型、統計方法模型等。教練員在人機交互界面輸入原始數據并請求數據處理后，系統便會根據數據處理請求類型調用相應的模型，這些模型對數據進行計算，并將結果反饋給人機交互界面。數據處理模型越完善，系統對數據的分析就越全面。
　　(3)仿真模擬的關鍵技術——虛擬現實技術。運用計算機虛擬現實技術設計訓練的虛擬三維空間，使訓練者在這種虛擬環境中找到身臨其境的感覺，具有仿真模擬功能的計算機輔助訓練系統集運動員的視覺、聽覺、觸覺為一體，充分調動運動員的各種感官。這種技術的實現需要借助3D、Maya等軟件。現有的格斗競技類項目計算機輔助訓練系統中，具有仿真模擬功能的并不多見，且技術深度也有待在今后的系統開發中繼續挖掘。
　　(4)視頻處理的關鍵技術——視頻標記技術。視頻標記技術能夠實現在具有視頻處理功能的計算機輔助訓練系統中對視頻進行高效地檢索，提高檢索的準確度。“擊劍比賽視頻數據庫管理系統”中用到的視頻標記技術即充分體現了這一點。在該系統中，可以對確定的剪輯進行標記的添加、刪除，包括該剪輯的基本信息、技戰術特點等。這樣，每段視頻剪輯就有了與之相匹配的檢索信息。
　　
　　發展趨勢分析
　　
　　現有的各種體育項目計算機輔助訓練系統已經為跆拳道計算機輔助訓練系統的開發提供了很多值得借鑒的優點，但是應當看到，僅就跆拳道輔助訓練系統來說，還處于起步階段，并沒有形成成熟的軟件開發體系。科學地預測跆拳道計算機輔助系統的發展趨勢，對今后系統的開發指明道路是非常必要的。為此，本文結合現有的其他體育項目計算機輔助訓練系統，對跆拳道計算機輔助訓練系統的可能發展趨勢講行探究。
　　
　　1，采用面向對象機制
　　現有的計算機輔助訓練系統程序設計語言通常為面向對象的語言，面向對象的程序設計的核心思想是把事物抽象為對象，對象具有自己的狀態和行為，并且能通過對事件的響應來完成一定的任務。對象把與事物相關的代碼和數據組合在一起，在編程中可以作為一個相對獨立的單位來處理。常用的面向對象的程序設計語言或編程環境有Java、Visual Basic等。在今后的系統開發中，采用面向對象的編程機制是較為恰當的選擇。
　　
　　2，應用人性化界面設計
　　在計算機輔助訓練系統的技術已經頗為先進的今天，軟件使用者對軟件界面的要求越來越高。方便、快捷的人性化設計已經成為軟件實用與否的重要指標。用戶界面設計應遵循三大原則：置界面于用戶的控制之下，減少用戶的記憶負擔，保持界面的一致性。系統應采用多窗口界面設計，使應用程序的建立基于多文檔界面，便于用戶完成多個文檔之間的切換，從而有利于進行各文檔數據之間的比較。還應采用統一的界面風格，支持鍵盤和鼠標兩種方式的操作，使操作簡單易行。
　　
　　3，實現網絡化
　　設計開發基于Web的跆拳道計算機輔助訓練系統能夠解決跆拳道教練員、運動員因參賽、集訓等因素造成的流動問題。B/S模式是基于Web的計算機輔助訓練系統應用軟件的最佳模式。B/S模式即瀏覽器／服務器模式，在這種模式中，用戶通過瀏覽器向Web服務器發出查詢請求，即請求去訪問Internet上各種信息，這些信息都是由通過各種方式與數據庫服務器連接的多個Web服務器產生的。Web服務器根據客戶請求的內容做出響應，將頁面發送給客戶端，Web瀏覽器對收到的頁面進行解釋并將頁面顯示給用戶。這種系統通常需要以動態網頁的形式呈現，因此其開發需要用到ASP等動態網頁開發技術。當系統與Internet結合后，系統的網絡安全問題便非常重要。數據加密、權限設置、用戶認證、自毀程序等都是加強系統網絡安全性的有效技