虛擬現實在體育仿真中的應用綜述

鮑曉迪

【摘 要】所謂虛擬現實技術主要以互聯網為依托，利用軟件的形式實現集成技術，對現實的世界進行模擬，通過動態的方式完成模擬，在用戶與模擬的環境之間形成實時的交互關系?，F階段，受信息技術發展的影響，虛擬現實技術已經被廣泛應用于競技體育中，例如體操、跳水等，然而在實際的應用中，虛擬現實技術在體育仿真的應用中，仍然存在一定的缺陷，比如在交互性方面仍然存在不足等，為此，文章圍繞虛擬現實技術與體育仿真，針對其應用技術，提出了幾點建議。

【關鍵詞】虛擬現實；體育仿真；應用

虛擬現實技術發展于從上世紀的80年代，主要通過計算機軟、硬件與傳感設備構成的三維信息虛擬環境。虛擬現實技術的實現主要是利用交互技術、傳感技術、以及顯示技術等高科技實現的，虛擬現實技術的技術核心一般是計算機、位置跟蹤裝置、圖像采集裝置、以及顯示裝置等相關的設備組成。在具體應用中能夠將現實世界的具體環境進行模擬，給用戶以真實的體驗，體驗具體的環境交互。因為虛擬現實技術具有交互性以及沉浸性、構想性的特點，為此，在各個領域中得到了廣泛的應用，尤其是高校的體育教學訓練中，為了實現體育的快速發展，將其與計算機技術進行結合是當前階段發展高校體育的重要形式。參與人員通過對外界環境認知的能力，和計算機虛擬環境信息進行交流，以此實現對參與者思維能力的啟發。為此，將高校體育與虛擬技術進行結合，是提高學生體育訓練水平的重要方法，將學生的體育學習、訓練效果實現最佳。但是現階段高校中的虛擬現實技術在體育仿真的應用中，仍然存在一定的缺陷，為此，文章中針對虛擬現實在體育仿真中的應用，對其應用方法進行了分析。

一、虛擬現實與體育仿真

（一）虛擬現實技術概述

所謂虛擬現實技術主要是依托于計算機技術而來，對現實世界進行模擬的一種實時技術，也可被成為虛擬環境?，F實世界一般指代為有真實感的三維立體圖案，不僅可以利用虛擬技術實現再現，同時也可以通過構想形成世界。操作人員可以利用不同的感官以及觸覺進行交互，進而實現身臨其境的感覺，以此也為虛擬現實貢獻了全新的交互渠道。一般情況下，虛擬現實技術有比較多的輸出形式，以此對不同設備的進行輸出，同時可以實施碰撞檢查、視點掌控、實時交互等。

（二）體育仿真

當前階段競技體育的發展速度逐漸加快，我國也作為一個體育強國培養了越來越多的體育健兒，為了實現體育更加快速的發展，將體育訓練與信息技術相結合，是現階段的必然趨勢，以此更快的實現體育仿真。為了實現體育技術的信息科學化，首先需要對體育的相關知識進行研究，其次相關人員要深入的研究體育內在知識。因為體育仿真具有一定的科學性，在具體運用時需要利用計算機的模擬技術，將教師教學的經驗、體育訓練方向、學生訓練的過程進行模擬再現，以此實現體育評價的科學性?，F階段，對體育的仿真系統進行探究，主要可以通過仿真方式、交互仿真的分布以及多媒體仿真等方面進行研究，這一點和對仿真方式以及交互仿真等進行研究的方式存在一定的差異性，在虛擬現實技術的基礎上，可以增強體育仿真的交互感與感知性，受虛擬技術發展的影響，體育仿真也會在體育范圍內得到十分廣泛的運用。

二、虛擬現實技術應用的影響與特征

（一）虛擬現實技術應用的影響

1.避免體育訓練時的事故

在體育訓練中難免會存在具有很強對抗性的項目，學生在進行訓練時很容易會受傷，例如拳擊等一些比較激烈的運動項目，學生在訓練時會出現事故，為此一些學校也為此減少了該類型項目的設置。為了避免學生在接受對抗性較強體育練習時出現事故，可以在訓練時結合虛擬現實技術，將訓練過程中容易出現的事故避免，在現實世界的模擬下，學生便可以全力進行練習，不必擔心在訓練過程中會出現事故。除此之外，虛擬現實技術也可以對學生的體育訓練情況進行檢測，對學生出現的錯誤進行及時的糾正，以此提升體育訓練的效率。

2.減少來自高難度動作的傷害

現階段我國的體育技術在飛速的發展，一些對抗性的體育運動其難度指數也在不斷增加，學生在訓練時便會因為技術難度高而造成傷害。為了減少學生在訓練中造成的傷害，可以運用虛擬現實技術，體育動作進行模擬，以此便可以將一些高難度的動作進行很好的規避，減少來自高難度工作的傷害。

3.改善體育訓練物質條件

高校在進行體育訓練時，因為物質條件的限制，導致學生的運用訓練需求不能得到滿足，為此，學校在選購其次體育訓練器材的同時要考慮資金的問題。所以，一些運動訓練項目便會因為資金的問題而被取消，為了解決這一問題，相關人員便可以運用虛擬現實技術，學生可以在此基礎上利用虛擬技術進行體育訓練，以此獲得多樣化的感官體驗，從根本上解決資金的問題，無需較為龐大的訓練場地作為支持。

（二）虛擬現實技術的特征

虛擬現實技術的基礎核心是對計算機裝備、位置跟蹤裝備、以及顯示、交互裝備等的運用，使用戶獲得豐富的體驗。虛擬現實技術中不僅涵蓋了視覺系統，同時也包括了聽覺系統以及定位系統等，在多功能的系統功能基礎上構成了虛擬現實系統。虛擬現實技術本身具有較為豐富的特點，然而其中最具代表性的特征主要包含了以下幾點：即多感知性、交互性、構想性以及沉浸性四點。

1.虛擬現實技術的多感知性特征

虛擬現實技術不僅具有計算機技術的視覺感知性，也具備聽覺、運動、力覺等眾多感知性，盡管計算機虛擬現實技術具有很強大的功能性，然而因為其中存在一些制約因素，特別是來自電子傳感方面的限制，決定了當前階段的虛擬現實技術具備了聽覺、力覺、運動等多感知性的特點。

2.虛擬現實技術的沉浸性感知性特征

虛擬現實技術中的沉浸性，也可以被稱作臨場感知，參與人員可以作為主角以真實的狀態存在于虛擬的環境下，讓參與人員能夠體會到身臨其境的真實感覺，并且更加深入的投入到虛擬現實世界中。

3.虛擬現實技術的交互性特征

交互性的特征將傳統形式下用戶接收信息的基本模式進行了改變，運用交互性可以保證用戶結合自身的真實需求，利用專業的技術裝備，在虛擬的環境下實現交流與溝通，也可以將該環境下的事物進行改變，更加體現真實與自然的感覺。

4.虛擬現實技術的構想性特征

構想性主要是在擴展功能的基礎上實現的，在此基礎上可以將用戶的想象力進行開發，將人們的認知范圍改變，不管是生活中還是在客觀想象中，利用虛擬現實技術均可以實現，以此也可以激發人們的想象力。

三、虛擬現實技術具體功能

（一）幫助獲取學生三維立體信息

獲取學生的三維立體信息是對運動進行分析的重要內容，在分析信息的同時可以將人體在運動時各個關節所呈現的角度以信息的形式體現。獲取人體運動信息的需要捕捉學生的體育動作，隨后利用力學等對體育動作進行分析?，F階段，在采取運動信息的方式上正在不斷的發展，已經由傳統的機械式轉變為電磁式，然而在三維信息收集上主要還是采用有緣追蹤的方法。

（二）仿真運動模型的建立

因為虛擬現實技術是依托于虛擬數字的基礎之上，在進行體育虛擬模型建立時主要可以利用以下幾點進行體現：即人體關節、骨骼、重心三點。建立仿真運動模型，一般情況下是按照人體關節在運動在所呈現的狀態，再利用計算機的虛擬技術，對人體運動的科學方式進行計算，明確各個動作，提升人體模型動作的逼真性，在此基礎上建立仿真運動模型。

（三）體育動作虛擬與現實的比對

虛擬現實技術的核心是對體育的虛擬，為此在其中仿真技術十分重要。近年來計算機技術在體育訓練中得到了廣泛的應用，仿真系統的研究也是相關人員工作的主要課題，由于體育虛擬仿真可以將不同的體育動作進行虛擬模仿，為此，在體育運動員技術方面便具有一定的作用。運用虛擬現實技術可以實現對動作差異的比較，運動員可以通過比對，對自身進行評估。

四、虛擬現實在體育仿真中的應用

（一）虛擬現實應用于跳水運動

1.獲取參與運動員三維運動信息

所謂人體三維運動信息即在運動狀態下，人體中的各個關節所呈現的坐標角度等等信息，從人體的三維運動開始，對跳水運動員的基礎技術動作進行捕捉，進而采用一定的技術進行分析，一般采取三維運動信息的方式主要為有源跟蹤的方式，也就是在被跟蹤運動員的人體上設置反光標注點。雖然現階段在運動技術的捕捉上我國在相關技術方面已經取得了進步，然而對于三維信息的獲取卻依然使用有源跟蹤的方法，因為當前階段跳水等競技體育需要一定的精確性，對于跳水運動員身上所設置的反光貼在一定程度上會影響其發揮水平，為此，一般情況在運動員在配合上會存在一定的問題，另外，該信息捕捉方式在體育競技比賽中也不會被廣泛的允許。為此，獲取精確的信息仍然存在一定的困難。為了解決這一問題，相關人員已經提出了建議，可以在跳水比賽中在現場增設多個攝像設備，在運動員比賽時對其進行全方位的跟蹤拍攝，在使用相關的視頻解碼軟件對視頻進行處理，進而獲取運動員三維仿真數據。

2.跳水運動員動作三維仿真

對于跳水運動的技術創新主要是對運動生命線的體現，但是，對于跳水運動技術的創新，若將人體作為實驗對象，則會為其帶來一定的風險。為此，對虛擬現實技術進行應用則十分重要。主要的思路可以分為幾個步驟：其一，通過相關的方程對人體的運動仿真進行計算，在仿真計算的基礎上，利用虛擬現實技術先將該跳水動作進行嘗試，將該動作中難度較高、可能會導致運動員出現傷害之處避免；其二，利用神經網絡實施平滑計算，使虛擬動作更加具備理論化以及程序化；其三，對跳水運動員的比賽視頻進行剪切，利用視頻處理軟件實現跳水運動員的仿真、虛擬動作進行比對，以此分析運動員動作的不足之處。

（二）虛擬現實應用于蹦床運動

1.建立蹦床數字人體模型

所謂三維數字人體和數字人體的概念存在一定的差異性，在本質上存在一定區別。數字人體進行研究的主體是具有生命體征的人類，研究的環境也主要為多時空的環境，在此基礎上對人體進行實時監測，并且運用信息技術進行處理。相反，數字虛擬人體進行研究的對象則是沒有生命體征的死人，在研究的過程中，將人體進行切割為切片，以影像的形式進行保存，并且運用電子信息技術將其整合，建設三維立體結構。運用數字化的虛擬技術，可以實現對蹦床虛擬動作的可視化，現階段在相關的工作上一般是對虛擬可視人的研究，在調研結論方面具有一定的局限性，同時這也是數字人體和數字化虛擬人的差異所在。二者之間也存在一定的聯系，對數字化虛擬人體進行研究，主要是希望在運動員在某個時刻動作尺寸的狀況，在此基礎上便需要數字化的虛擬研究技術。因為人體的系統較為龐大，身體中涵蓋了各個細胞，各個細胞在人體中相互作用，而人體和外界的環境也存在一定的沖突，因為這些變化便為數字化的虛擬人體研究帶來了一定的限制。在此基礎上相關人員也對此提出了相關的建議，即人體模型法，也就是利用基本的骨架、皮膚層以及肌肉層幾個部分構成的虛擬人體。

2.蹦床運動員相關數據的獲取與專業技術動作設計

為了保證蹦床運動中數據的準確性，其一，需要建立全面、高精度的數據庫，為了保證蹦床運動相關數據的準確性，需要對運動員的運動進行數據采集，以此為基礎建立數據庫，并且在運動員的訓練場所內部的各個訓練角度增設攝像頭，并且采用傳統的有源跟蹤法，對數據進行采集，同時在蹦床運動員身上各部位設置反光標記位置，在蹦床運動員完成動作的同時，場館內的攝像頭便會對動作進行記錄，詳細的記錄動作的速度以及位置信息，并且將其錄入計算機，在此基礎上建立蹦床數據庫，相關人員運用具體的軟件對信息進行處理，以此對蹦床運動規律進行總結。同時，利用所建立的數據庫也可以實現對運動員的評價，糾正運動員的動作，將其不斷的優化與完善。通過對蹦床動作的捕捉，可以運用虛擬現實技術對其進行比對，以此設計更加完善的蹦床動作，進而實現對蹦床運動的輔助目的。

（三）虛擬現實應用于其他體育運動

以曲棍球運動為例，曲棍球的訓練輔助系統主要是運用攝像設備進行動作的捕捉，在所捕捉的影像中實時加點處理，以此計算曲棍球的運動員在完成動作時的角度、速度等，相關人員再將身高、曲棍球技術水平相當的運動員參數進行比對，在此基礎上實現曲棍球動作技術的模擬，隨后，對運動員的動作進行比較，訓練人員及時對有錯誤的動作進行糾正，以此加強運動員的技能水平。除此之外，也可以利用基準輔助線的形式，對運動員在運動狀態下的位置變化進行觀察，結合虛擬現實技術建立虛擬仿真的曲棍球訓練場景以及比賽的情景，這樣運動員便可以實現在虛擬場地中進行練習，對受傷運動員的恢復比較有利，也可以避免因為天氣等原因造成的場地造成的練習限制。另外，對于舉重運動而言，運動員的力量非常重要，然而因為技術含量也十分重要，所以在進行動作捕捉時則需要對運動員的深蹲、抓舉以及挺舉等動作的發力節奏以及順序進行捕捉，再結合虛擬現實技術實現體育仿真。

五、結束語

綜上所述，虛擬現實技術在計算機技術的基礎上應用于各個領域中，通過軟件集成的方式模擬現實世界，基于動態的基礎上實現體育仿真的模擬，并且在虛擬環境與現實環境之間實現交互關系。因為虛擬現實技術在體育仿真中得到了廣泛的應用，但是在實際的應用中仍然存在不足，為此，文章中針對虛擬現實技術在體育仿真中的應用，從幾方面對其應用方式進行了闡述。通過文章中的分析，加強虛擬現實技術的應用水平，以此推動體育領域的不斷發展。

參考文獻：

[1]紀慶革，潘志庚，李祥晨.虛擬現實在體育仿真中的應用綜述[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2015，11：1333-1338+1457.

[2]陳健，姚頌平.虛擬現實技術在體育運動技術仿真中的應用[J].體育科學，2016，09：34-39.

[3]陳健，姚頌平.虛擬現實技術在體育運動技術仿真中的應用[J].體育科技文獻通報，2015，12：87.

[4]王建輝，楊俊，孫立新.計算機“虛擬現實”技術在高校體育訓練中的應用研究[J].北華航天工業學院學報，2012，02：56-59.

[5]魯競新.虛擬現實在體育仿真中的應用探析[J].才智，2015，11：64.

[6]王晶，倪劍虹.計算機虛擬現實技術在現代體育中的應用[J].煤炭技術，2015，06：238-240.

[7]郝帥.虛擬現實在仿真中的應用研究[J].電腦與電信，2015，09：48-49.

[8]白海軍，高云麗.計算機虛擬現實技術在高校體育訓練中的應用研究[J].黑龍江八一農墾大學學報，2013，03：105-107+112.

[9]王宏宇.談在體育訓練仿真中虛擬現實技術的應用[J].吉林體育學院學報，2015，02：61+108.

[10]徐蘭君，張愛軍，吳濤.虛擬現實技術及其在排球教學中的應用展望[J].通化師范學院學報，2015，04：95-97.