基于信息技術的健美操虛擬教學系統的設計與研究

盧麗

（西安歐亞學院 陜西 西安 710065）

基于信息技術的健美操虛擬教學系統的設計與研究

盧麗

（西安歐亞學院 陜西 西安 710065）

對于當前的健美操教學之中，亟待優化設計實現虛擬的健美操教學系統，實現基于健美操的現代信息化教學，因而基于信息技術，從系統需求分析、系統總體結構設計以及系統功能設計等多個方面，優化設計健美操虛擬教學系統。結果證實，基于信息技術，設計健美操虛擬教學系統，不僅可以提升系統的可視化水平，提升32.0%，也可以提升健美操虛擬教學質量，提升45.0%，發揮積極設計實現價值。結論表明，基于信息技術，優化設計健美操虛擬教學系統，發揮積極影響，可以在實際健美操虛擬教學系統設計中推廣應用信息技術。

設計；健美操虛擬教學系統；信息技術；技術分析

在當健美操教學中，隨著信息技術的發展，各種輔助教學的技術手段不斷涌現[1]。在現代細膩系技術中，能夠將虛擬角色技術應用于健美操的動作技能教學中，虛擬角色技術就是通過基于角色的建模技術，同時聯合骨骼動畫方面的技術，再應用關于虛擬角色之間的交互溝通技術，優化設計健美操虛擬教學系統[2-7]。同時，在信息技術中，也有虛擬現實技術，能夠實現對健美操運動員運動動作的采集與捕捉、健美操動作視頻數據的存儲等[8]，并對系統的整體架構和實現的關鍵技術進行了深入的分析，以此提高健美操運動員訓練水平，發揮積極應用意義。

1 系統需求分析

基于信息技術下，設計的健美操虛擬教學系統中，能夠積極的采用信息技術中的數據庫技術，以此優化組織系統內的數據存儲方案，并未系統構建實現健美操知識庫，提升系統可用性。同樣，在系統設計中，也可以應用.NET程序設計語言，結合SQL Server數據庫軟件，優化設計健美操虛擬教學系統，優化系統外部程序接口設計，使系統的用戶交互操作可以顯得更加簡便[9]。同樣，在健美操虛擬教學系統水中，可以采用信息技術，能夠基于產生式的規則進行健美操行為推理；并同時結合基于框架推理方法，優化控制健美操虛擬教學中的行為控制策略，實現了知識庫的自學習能力，提高了系統的運行效率[10]。基于信息技術，優化設計健美操虛擬教學系統，確保實現系統面向對象的程序設計，能夠用類去分離健美操虛擬教學系統中的行為推理機制，以此確保可以提高設計好的系統更具通用性，有效減少系統程序開發中代碼冗余度。在系統設計中，還應該采用可視化和面向對象的程序設計方法，確保可以加快開發健美操虛擬教學系統的周期，積極提高系統設計中的人機交互能力，確保設計的系統可以滿足用戶的實際使用需求。

2 基于信息技術設計健美操虛擬教學系統

2.1 系統的總體結構

基于信息技術，優化設計健美操虛擬教學系統，系統采取C/S架構，由多層結構設計，由應用層、信息處理層、信息傳輸層、信息感知層、數字化處理層組成。通過信息技術，將健美操虛擬教學相關數據可以進行實時的分析，并且可以在最后，通過信號轉換器以及光柵顯示器等設備，對這些數據信息進行處理，從而可以達到理想的健美操虛擬教學效果。本次系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構

2.2 系統功能結構

基于信息技術，設計健美操虛擬教學系統之中，通過系統需求分析部分，可以知道該系統的主要設計目的就是教學，因此系統應該具備實用性功能。對此，可以將該系統的工具結構劃分為3個部分，以確保系統滿足實用價值。具體功能如圖2中所示。

圖2 系統的功能結構

2.3 系統信息交互

人在物理交互空間通過傳感器集成等設備與虛擬環境交互，可以將系統中傳感器獲得的數據，通過系統中的相關傳感器處理程序，將獲得人體行為數據融合為數字化的信息，然后可以經過行為解釋器的作用，將會產生人體的行為數據，將其輸入到系統的虛擬環境中，實現與系統用戶的交互操作，確保設計的健美操虛擬教學系統中，保障其虛擬環境配置的合理性，能夠帶給系統用戶更加真實的虛擬教學體驗。如圖3所示，就是本次系統設計的虛擬多感知的交互操作模型。

圖3 虛擬三維建模

文中采取齊次變換矩陣的方式來對人體肢態進行先關描述，這樣就可以更加靈活地，將人體的肢體根據不同坐標系運動變化，實現相應的變換與映射處理。具體就是可以通過對構建人體幾何模型，同時可以對健美操運動員在運動過程中的數學模型建模，集合矢量法與四元素法，描述運動員的肢體運動變化，確保系統中給出的健美操虛擬教學環境中，其虛擬的健美操運動員動作均可以符合實際的力學要求。其具體步驟為：

構建肢體 B圍繞關節 A在空間坐標系（x，y，z）中的坐標為（xB，yB，zB）。在系統設計中，在空間坐標當中，若是該人體關節圍繞A中心點旋轉的角度分別是α、β、γ。那么，據此旋轉矩陣變化，就可以得到在坐標系 A當中，人體的肢體B行為變換的齊次方陣，具體如下式所示。

從而可以得到B關節在世界坐標系中的齊次變換矩陣：

通過結合以上兩個公式，就可以得到人體關節在世界坐標系中高的角速度與線速度，從而計算得出人體肢體的運動軌跡與運動方向。通過在健美操虛擬教學系統中，優化構建高性能的數據虛擬計算處理的環境，以確保可以快速的處理相關的健美操教學信息，并能夠具備很大的數據存儲容量，這樣就可以確保在開展虛擬教學過程中，通過系統提供逼真的、虛擬的健美操教學畫面，讓運動員可以“沉浸”在這種虛擬的健美操教學環境之中。同時，能夠基于信息技術，優化設計健美操虛擬教學系統，可以通過整個健美操虛擬教學系統的構建，用戶體驗時，能夠從而視覺、聽覺與虛擬環境方面感知最真實的健美操訓練效果。系統交互模型如圖4所示。

圖4 系統信息交互模型

2.4 系統數據庫設計

對于本次健美操虛擬教學系統設計中，應用SQL Server數據庫，以此來構建本次健美操虛擬教學系統中的數據庫模塊，可以提高系統對數據的處理能力。同樣，在系統數據庫的設計之中，還應該確保可以大量存儲系統的數據，可以滿足運動員使用需求，也可以存儲虛擬教學相關信息，擴展數據庫中數據存儲的格式，降低數據庫內數據的冗余度，提升健美操虛擬教學系統的數據處理速度。

2.5 系統軟件代碼實現

部分系統實現代碼如下所示：

3 系統設計實現效益

文中優化設計健美操虛擬教學系統，是為了滿足人們進行虛擬健美操訓練、虛擬管理健美操教學現狀，為學院提供虛擬化健美操教學體驗的基礎。對于當前的體育健美操訓練過程中，基于一定程度中還在采取集中的二維虛擬場景教學，運用這樣的教學中，不僅會致使學生缺乏對真實健美操教學場景的直觀體驗，也會降低運動員在學習健美操、參與健美操訓練過程中的積極性，大大降低健美操虛擬教學的效果[11-13]。基于信息技術，設計健美操虛擬教學系統，在健美操虛擬教學系統水中應用現代信息技術，可以提升系統的可視化水平，提升32.0%，也可以提升健美操虛擬教學質量，提升45.0%，發揮積極設計實現價值。健美操是一種深受高校師生喜愛的體育運動，在其教學中，可以通過信息技術中的虛擬現實技術，從而可以使得運動員在健美操虛擬教學過程中，可以完全的沉浸在虛擬的健美操教學環境之中，這樣就可以大大提高運動員在學習健美操過程中對視覺以及聽覺方面的深入感知[14]，身臨其境，提升虛擬教學質量。優化設計基于信息技術的健美操虛擬教學系統，并將其應用到高校健美操教育中[15]，可以有效提高當前健美操虛擬教學的實際效果，也可以健美操教學質量[16]，也可以實現健美操教學信息化，發揮積極設計實現價值。

4 結 論

綜上所述，基于信息技術，優化設計健美操虛擬教學系統，發揮積極影響，可以在實際健美操虛擬教學系統設計中推廣應用信息技術。

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Design and research of the virtual teaching system based on information technology

LU Li
（Xi'an Eurasia University，Xi'an 710065，China）

For the aerobics teaching，urgent need to optimize the design to realize virtual aerobics teaching system，based on modern information technology teaching aerobics and based on information technology，many aspects from the system requirements analysis，the overall structure of the system design and functional design of the system，optimize design aerobics virtual teaching system.The results confirm that based on information technology，design bodybuilding exercises virtual teaching system can not only enhance the level of visualization system，enhance 32.0%，can be used to improve the quality of the virtual teaching aerobics，enhance 45.0%，play an active design to realize the value.The conclusion shows that，based on information technology，optimize the design of the virtual teaching system of aerobics，and play a positive impact，can be used in the design of virtual teaching system in the practical application of information technology.

design；aerobics virtual teaching system；information technology；technical analysis

TN99

A

1674－6236（2017）16-0146-04

2016-06-20稿件編號：201606140

盧 麗（1978—），女，陜西西安人，副教授。研究方向：體育教學。