足球傳接球運動仿真系統設計

張 棟（寶雞文理學院，陜西寶雞，721013）

足球傳接球運動仿真系統設計

張 棟
（寶雞文理學院，陜西寶雞，721013）

本文以虛擬現實技術為基礎，采用認知建模方法設計出足球傳接球運動仿真系統，并設計系統的層次結構模型，分別就領地知識、行動指導、通訊協議進行了詳細分析，在此基礎上完成仿真系統設計，最后經編程驗證具有較好的仿真效果，該系統設計具有一定的可行性。

虛擬現實技術；足球傳接球；仿真系統

0 引言

虛擬現實技術是多種技術的結合體，充分融合了動態環境建模技術、立體顯示和傳感器技術、系統開發工具應用技術、實時三維圖形生成技術、系統集成技術，已然成為人工智能化發展領域關注的焦點，而足球運動作為現代體育運動的大項，對于虛擬現實技術的迫切需求已經越來越凸顯，利用此技術來生成虛擬足球運動員，讓其來模仿真實足球運動員的行為動作，已然成為了虛擬人足球的重要研究課題，而足球傳接球作為其中重要內容，也必然受到特別關注。基于此，本文就以虛擬現實技術為基礎，就其在足球傳接球仿真系統中的應用與實踐進行了具體研究。

1 仿真系統結構模型設計

基于虛擬現實技術的足球傳接運動仿真系統設計的根本功能需求在于通過虛擬人對真實足球運動的模擬，創造一個虛擬的環境，讓人們獲得視覺和感知上的沉浸感，因此，該系統是一個涉及多個虛擬足球人的系統，其具體包含虛擬足球人相互間的互動、協商、對抗及實時推理、學習等。虛擬足球員之間的認知協作，是整個足球運動對中各個運動員共同努力，團結互助的基礎上，促進局部問題的認知，從而實現足球傳接。

本文足球傳接仿真系統中，虛擬足球人的行為可劃分為確定和非確定性兩種行為，其中，相對簡單的發球、帶球、對抗等可預先進行設定，以提升運行效率，而相對復雜的足球動作如傳球、接球則應結合具體場景的不同由認知層決定動作序列。本文運用認知建模方法進行系統涉及，將知識和指示賦予虛擬足球人，尤其依據認知模型實現后續行動的判定；同時，行為層分為高級和低級兩層，前者是指較為簡單的行為，而后者特質需借助認知層實現決策的繁雜的行為，也即目標導向行為，由此，該系統的層次結構模型具體如圖1所示。

2 虛擬系統中虛擬足球人傳接球認知模型構建

2.1 領地知識表達

領地知識是虛擬足球人世界思維動態知識，其在為自己的行為對世界所產生的效應進行推理時，需要特定的前提條件和結果效應，且需要具備戰略知識，而情景算法可以有效表達虛擬足球人的領地知識，并為其提供關于虛擬世界的內部模型的基本語義。

足球傳接球仿真系統中所應用的流主要是球員的信息、球的信息，其具體涉兩者的坐標位置、當前速度、運動方向，在需求傳接球中，虛擬足球人、傳接球技術動作行為都由前提條件公理及效應公理界定。

2.1.1 前提條件公理

圖1 虛擬足球傳接運動仿真系統結構

前提條件公理是在封閉世界內進行假設，設定特定行動發生的充分必要條件。在足球傳接運動中，虛擬足球人在進行決策推理行為搜索時，須借助相關嘗試剔除情景樹子集，這時須為其提供相關的前提條件公理，如虛擬足球人是處于運動狀態的，接球動作僅當本隊球員傳球時發生，而球員在未有傳球行為存在時，通過有意識的接球動作迷惑對方，這種情形發生時當且僅當己方處于控球狀態中。

2.1.2 效應公理

效應公理是對流產生的效應是動作完成后的效用，以傳球為例予以說明，該動作有效體現球員間的協作，傳球動作執行后，傳球員的屬相發生相應改變，此時，在沒有評判標準的前提下，如若讓虛擬足球人去準確判定，將很難實現，因此許給其一些基本的領地知識，但每個目標點的評價標準各異，加大了工作量，影響系統的時效性，因此，需要給傳接球動作定義效應公理。

2.2 行為指導

依據上述領地知識及感知信息，可實現虛擬球員行為的指導，可分為預訂及目標導向行為兩種，且各有利弊，前者響應時效快，動作單一，且存在動作響應規則集，而后者則是在特定動作發生夠，自動搜尋動作序列，且呈現多樣化，動作較為逼真，但響應效率慢。因此，本文采用結合兩者有點，采用復合行為進行角色目標概要規劃，簡化了動作控制的復雜性。

2.3 通信協議

仿真系統設計時須運用一個大小限制的隊列數據結構來模擬虛擬足球人之間的通訊，新收到的命令防治隊尾，并結合隊列的大小設定一定的延遲值，如若隊列長度超過一定限制就要拋棄舊的命令。用一個特定的線程，每間隔一段時間從隊列中獲取隊列頭的命令，當時間延遲值達到預測值時，就發送給所要通訊的虛擬足球傳接運動員。

3 仿真系統的實現

為了使仿真系統具有良好的可擴展性和可維護性,將其分為實體模塊、態勢模塊、策略模塊和視圖模塊四個模塊進行類圖設計，結合此設計在根據仿真程序的類圖設計,在vc++6.0平臺上利用OPenGL圖形庫編程實現虛擬足球運動員傳接球的仿真。

仿真結果表明該足球傳接球仿真系統能夠滿足實現了了真實的足球運動員傳接球動態仿真，完全能夠滿足實時交互性的要求，驗證了該軟件的可行性。

4 結語

虛擬現實技術的應用能夠大幅度提升生產效率、減輕勞動強度、提高產品開發質量，在此優勢不斷凸顯的背景下，基于此技術的人工智能化發展成為了必然發展趨勢，由此，本文利用虛擬現實技術設計的足球傳接球仿真系統具有重要的現實意義，其能夠創造人為的虛擬環境，通過虛擬足球人的足球傳接球動作的模擬，實現具有三維真實感的足球運動員傳接球的動態仿真。

[1]陸穎雋. 虛擬現實技術在數字圖書館的應用研究[D].武漢大學,2013.

[2]王維. 虛擬人運動規劃與運動合成關鍵技術研究[D].國防科學技術大學,2011.

[3]熊帥. 光電經緯儀虛擬現實仿真平臺設計及關鍵技術研究[D].中國科學院研究生院（光電技術研究所）,2013.

Design of soccer ball motion simulation system

Zhang Dong
（Baoji University of Arts and Sciences,Shanxi Baoji,721013）

This paper based on virtual reality technology, and choose cognitive modeling approach as the basis, and design hierarchy model of system,repectivly, makes detailed anlysis about the territory knowledge, operational guidance, communication protocols ,complyed with these to complete simulation system,finally has a good simulation results verified by the program, the system design is feasible.

Virtual reality technology;Football pass ;simulation system

TP391.9

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