健美操訓練中虛擬現實技術的應用探討

（陜西青年職業學院,西安,710068）

健美操訓練中虛擬現實技術的應用探討

孫 晉

（陜西青年職業學院,西安,710068）

文章分析了虛擬現實技術在健美操訓練中的應用。首先對虛擬現實技術進行了分析，其具有沉浸性、交互性、構想性；然后闡述了基于虛擬現實的體育仿真系統的三維建模過程，由輸入系統、輸出系統、虛擬環境產生器三部分組成，最后闡述了虛擬體操訓練系統在健美操訓練中的應用。

健美操訓練；虛擬現實技術；仿真

0 引言

在健美操、跳水等體育項目的訓練中，利用虛擬現實技術構建體育系統仿真，可以實現由傳統訓練中的肉眼觀察到傳感器的精密捕捉，由傳統上基于經驗的教學到模擬仿真技術動作并對其進行分析的兩個過程的轉變，提高了運動員的訓練效果，減少運動員受傷害的程度，提高了我國體育的競技水平。虛擬現實技術的應用對于運動員的學習能力有激發作用，開辟了現代競技體育技術動作訓練的新途徑，本文主要探討了虛擬現實技術在健美操訓練中的應用。

1 虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality），簡稱VR，是通過計算機技術建立十分逼真的一種虛擬環境。該技術以沉浸性、交互性、構想性為基本特征，是一種計算機高級人機交互界面。其特征如圖1所示。該技術主要應用了計算機技術，并綜合利用了計算機三維圖形技術、多媒體技術、仿真技術、多傳感器技術、并行處理技術等，對人的感官功能進行模擬，包括人的視覺、觸覺、聽覺等，產生一種人為的虛擬環境。在這個虛擬環境中，用戶可以和計算機系統進行實時交互，并且這種交互是通過身體、語言等方式進行的，就會營造出一種多維擬人化的空間，這樣人就會沉浸在這種計算機生成的虛擬境界。虛擬現實既是演示媒體，又是設計工具，它能夠以視覺形式來展示人們的思想即虛擬現實的構想性。

圖1 虛擬現實技術特性

虛擬現實技術的原理就是通過傳感器采集的原始數據經過處理之后產生行為數據，然后將行為數據輸入虛擬環境和用戶進行交互，來自虛擬環境的一些信息最后再反饋給傳感器。

2 基于虛擬現實技術的體育系統仿真

2.1三維建模

基于虛擬現實技術的體育系統仿真，要對運動員的三維模型以及運動場景的三維模型進行構建。在該系統中的三維模型是指三維實體模型，是根據實體進行模型構建的過程。對這些模型進行構建時可以應用建模軟件完成，常用建模軟件有:Maya、3damax、AutoCAD等。采用這些軟件構建三維模型時，首先要畫出物體的二維矢量圖，然后再按照該矢量圖進行三維建模，其具體過程如圖1所示。

圖2 三維建模過程

2.2體育系統仿真組成

基于虛擬現實技術的的體育系統仿真由三部分構成，包括輸入系統、虛擬環境產生器、輸出系統三部分。其系統組成如圖3所示。輸入系統由位置方向跟蹤器、數據手套、手套輸入控制、轉換器等裝置組成。虛擬環境產生器由用戶系統、三維處理器、三維模型數據庫、仿真管理器、高性能計算機、I/O端口、圖形卡、觸覺力覺等反饋裝置等組成。輸出系統由信號轉換器（RGH-NISC）和效果產生器(光柵顯示器)組成。在輸出系統中，用戶能夠感受到十分真實的立體視覺、立體聽覺，可以和虛擬環境進行自然的交互，用戶像身臨其境一樣，完全沉浸在虛擬環境中。

圖3 基于虛擬現實技術的體育系統仿真結構圖

該系統經過輸入系統如數據手套等裝置獲取原始數據，將其輸入到虛擬環境產生器中，通過計算機軟件對這些數據進行分析，最后這些數據信息經過信號轉換器、光柵顯示器等達到想要的虛擬效果。該系統具有以下幾方面的功能，包括構建訓練場景和器材、捕獲運動數據、采集生理生化和心理數據、重演和展現動作、分析訓練效果、科學選材等。

3 虛擬現實技術在健美操訓練中的應用

健美操是舞蹈藝術和體育的結合，其訓練內容體系具有雙重性。訓練內容體系包括三大項內容和十二項具體內容。三大項內容包括動作技術訓練、身體素質訓練、健美綜合素質練習。動作技術訓練包括基本動作技術、操化動作和難度動作；身體素質訓練包括力量、柔韌性、耐力；健美綜合素質練習包括健美操整合能力、音樂感受及表現能力、健美操創編能力、心理素質訓練。虛擬現實技術主要應用在健美操的動作技術訓練中，其具體的應用如下所述。

3.1運用虛擬現實技術構建虛擬體操訓練系統

在該訓練系統中，首先要對真實體操運動員的構建三維模型，使構建的虛擬運動員的模型重新精確地再現真實體操運動員的動作，然后進行技術技術分析對比，這樣體操運動員就會發現自己的問題，從而對技術動作進行改進，提高他們的技術水平。體操運動員同時也可以觀看虛擬的體操運動員在接觸虛擬的體育器材時是如何改變他們的動作的。虛擬仿真技術作為一種新興的科學技術，其在健美操訓練中的應用主要有以下五方面：1）構建建立虛擬仿真運動員模型和訓練虛擬環境 ；2）對技術動作進行虛擬仿真； 3）設計新的健美操動作和技術動作標準化； 4）對運動員的技術動作進行分析；5）模擬賽場環境，加強訓練。

3.2構建大型健美操操演練仿真系統

運用虛擬現實技術構建大型健美操操演練仿真系統，可以提高演練效果。該系統有三個子系統組成，分別為行為動作生成子系統、隊形圖案設計子系統、團體操隊形圖案變化仿真子系統。行為動作生成子系統的作用就是根據能夠根據傳感器捕捉的數據對健美操的動作進行編輯設計。隊形圖案設計子系統的主要作用就是對健美操的隊形圖案進行設計。健美操操隊形圖案變化仿真系統的作用就是對構建的虛擬人模型的隊形進行變化，由初始隊形變化到目標隊形，對虛擬模型的路徑進行規劃，實現基于事件驅動的健美操隊形圖案的變化仿真。

4 結束語

本文介紹了虛擬現實技術的原理、體育系統仿真的工作原理及其在健美操訓練中的應用。隨著虛擬現實技術的不斷發展，其在競技體育仿真中的應用也將越來越廣泛，將進一步訓練過程中的科技含量,利于運動員水平的提高。通過上述分析可知，基于VR的體育仿真系統一定會在競技體育的訓練、選材、比賽等過程中發揮越來越重要的作用。所以,要及時關注虛擬現實技術的最新發展方向,關注其在體育訓練中的應用情況。

[1] 王爽.虛擬現實技術在體育教學和訓練中的應用[J].陜西教育,2012(3):116.

[2] 董新軍,刁在箴.國際健美操2005版新規則變化的主要特點及競技性展望[J].廣州體育學院,2005,(3).

孫晉，男，陜西西安人，講師，研究方向：體育教育與訓練

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