三維路徑動畫在體育排球教學中的應用

溫州大學城市學院信息工程分院 涂嘉慶

溫州市第二十三中學體育組 戴慧芬

排球是體育教育中球類運動的主要課程，同時也是技術復雜度較高的課程，學生對該課程的掌握程度往往很難達到預計目標。多年以來，在排球教學與訓練中，教師除了利用表述和演示等較為宏觀模糊的方式外，主要采用錄像等二維視覺媒體作為技術手段來輔助教學，較少從精確、量化的微觀層面分析運動技術并用于指導教學與訓練。與傳統視覺媒體相比，計算機三維路徑動畫具有更為清晰的三維特性，可以用量化的方式描述學生在三維空間的位置及運動軌跡，具有傳統媒體所無法比擬的優勢。本文討論了如何制作基于三維路徑動畫的輔助教學平臺，輔助完成排球教育中關于移動這一技術難點的教學與訓練方法。

1.三維路徑動畫輔助排球教學與訓練的優勢

排球移動技術的特點之一是動作數量多、方向路線變化多，這就給移動技術的學習帶來困難。在教學中如何讓學生快速形成運動表象、建立技術概念是十分重要的，因此示范作用在排球移動教學與訓練中顯得尤其重要。

以往的直觀教學中，除了教師演練外，主要依靠視頻的直觀演示作為輔助教學的媒體。視頻教學具有一定的局限性，學生只能按照視頻拍攝的角度進行觀看，無法了解人體其他角度的動作技術規格，所以對動作的感知缺乏完整性和準確性。另一方面是單純靠學生的本體感覺，對于學生的自身能力要求較高，使得大多數學生學習效果不理想。應充分利用學生的視覺、聽覺形成動作表象，明確動作的技術結構及技術要領，建立完整的技術概念。

三維路徑動畫有空間三維運動軌跡，制作完成后在觀看時可以達到立體效果，達到立體教學的效果。通過觀看優秀排球運動員移動技術的三維路徑動畫，可以比觀看二維視頻更快速、更準確地獲得外部技術信息，建立完整、清晰的技術概念。同時通過觀看錯誤技術動作的三維路徑動畫，反饋自身的運動信息，使學生更好地感知身體內部信息，感受自己身體在空間的位置和肢體的運動坐標，從而更快更好地建立動作表象。

圖1 三維排球輔助教學系統平臺功能關系圖

2.三維路徑動畫輔助教學系統的設計

輔助教學系統的設計在建立在對排球課程教學內容分析的基礎上，先是使用三維設計軟件構造三維模型，并且用插件將模型導出為X3D格式，然后在X3D編輯器中實現模型的轉化，最后使用瀏覽器完成，平臺的功能如圖1所示。

(1)人物的建模

人物模型采用多邊形建模方法，人體模型的完整性也需要進行劃分，如果在展示模塊的功能中有對部分人體器官的換轉，那么在設計人體的過程中將對部分器官進行調整，以此來適應整體的功能變換，特別需要關注模型的四肢和姿態的變化。

在開始建模之前，需要獲得好的參考圖片或是繪制的概念圖，這對后期的建模有非常重要的作用，參考圖片和概念圖的質量將直接影響到模型的準確性。同時選擇學生日常的形態作為建模的依據可以提高學生對系統的熟悉度和親密度。

(2)移動線路的設計

移動步法的基礎訓練主要是為了在實戰中的應用，而實際應用中又要根據當時場上的情況快速做出正確的選擇，在日常訓練中通過反復的練習就是為了將規范動作和基本戰術變成隊員的一種本能反應。平臺針對排球中的移動基本步法：滑步、交叉步、跨步、跑步以及組合步進行了講解演示，對啟動、發力和制動都進行了技術動作分解和演示。

同時，平臺還提供了組合訓練和基本戰術的移動步法演示，例如兩人一組、三人一組和四人一組的接、調、扣的線路步法練習，完全可以滿足排球教學的需求。

人物運動規律需要考慮預期動作、動作跟隨、關聯動作以及次要動作等方面，在設計排球移動跑位過程中，這些都是需要提前設計的。平臺可以從頂視和透視兩個角度進行觀察學習，頂視關注人物移動的最合理路徑，而透視強調身體各部分如四肢的協調問題。

(3)系統UI的實現

平臺功能是基于按鈕的形式實現的，按鈕的功能主要就在于數據的轉換。在X3D中使用節點來創建功能，在根節點Scene下創建Transform空間坐標變換節點、Script腳本節點和Route路由節點。

在Transform節點下，創建Switch開關節點，用于后續的數據轉換，這個節點是一個在同一時刻只能顯示一個選定的子節點的選擇型開關節點。最為關鍵的便是Shape下的觸摸傳感器節點TouchSensor的設立，它將是實時交互設計的觸發點。腳本節點Script定義了一個包含程序腳本節點的域、事件出口和事件入口及描述了用戶自定義制作的檢測器和插補器所作的事情。最后的Route節點是作為傳遞事件的節點，可以對各個節點和域值進行控制、傳送和更改處理。當用戶在平臺點擊按鈕后，就觸發了這個事件，使這個事件處于激活狀態，然后通過節點Route，將這個事件的激活狀態傳遞給了腳本節點Script下的指定Field節點，接著便是腳本節點Script下的程序開始運行，讓模型按照規劃好的路徑運動。

3.三維路徑動畫應用在排球教學中的效果

(1)三維路徑動畫的直觀性實現了排球教學的重難點突破

借助信息技術教學，它能有效的彌補傳統教學的不足，化抽象為具體，把難以理解的內容或是不容易觀察到的事物，用信息技術手段充分顯示出來，調動學生的直視功能，為突破難點創造出良好的條件。

(2)運用計算機動畫技術激發了學生的學習興趣

教育心理學研究表明，學習動機中最現實、最活躍的因素是認識的興趣，人們在滿懷興趣的狀態下所學的一切，常常掌握得迅速而牢固。在排球教學過程中運用三維路徑動畫輔助教學，實質上是給學生一種新異的刺激，目的在于激發學生的學習興趣。

(3)三維路徑動畫有助于教師采用正誤對比，及時糾正學生的錯誤動作

體育教學中為了減少和避免學生在練習中產生錯誤，通常都示范正確動作的同時指出易犯錯誤和產生的原因。采用三維路徑動畫，可以演示錯誤動作的產生過程和原因，讓學生邊看邊想，自我比較，能夠避免許多常見錯誤動作的發生，這樣即可以快速掌握動作，又培養了學生的觀察和分析能力。

4.結論

本系統利用三維路徑動畫輔助排球移動技術的教學和訓練是可行和有效的，可以提高學生的課程掌握能力，實現了課堂教育的有效性。如果整套系統可以加入三維立體掃描儀進行學生的運動軌跡采集捕捉，進行研究后將可以更方便的分析學生錯誤，將更有效的提高教學效率。隨著計算機技術的快速發展，體育教育工作者應該嘗試運用三維技術輔助教學和訓練，提高排球教學訓練的科技含量，真正落實教育有效性的問題。

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