室內單車健身仿真室外環境的設計與實現

王汝印 李程 伍寒玲

摘? 要： 健身是一種很好的放松與消遣的生活方式，單車騎行存在很多優勢，但是室外騎單車存在著很多風險與弊端，需要考慮環境、安全等一系列的問題，因此通常人們會選擇環境更好一點、安全系數更高一點的室內單車。通過室內單車仿真室外環境的設計，使健身運動愛好者在室內騎行單車的感覺就像是置身室外環境一樣。競技數據實時傳輸，運動數據實時匯報，身體狀況實時監測等，使鍛煉身體的同時，增加了娛樂休閑的效果。

關鍵詞： 室內單車; 室內健身; 仿真; 趣味性; 真實性

中圖分類號：TP391.9? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）01-48-03

Abstract： Fitness is a good way of relaxation and recreation. Cycling has many advantages， but there are many risks and disadvantages in outdoor cycling. A lot of problems such as environment and safety need to be considered. Therefore， indoor cycling will usually be chosen for its better environment and higher safety factor. The design of indoor cycling fitness with outdoor environment simulation makes fitness enthusiasts ride bicycles indoors as if they were in the outdoor environment. Real-time transmission of competitive data， real-time reporting of motion data， real-time monitoring of physical condition， etc. can increase the effect of entertainment and leisure while exercising.

Key words： indoor cycling; indoor fitness; simulation; interest; authenticity

0 引言

現在是物資豐富的時代，在人們的基本需求得到滿足后，必然有更高的追求。當代大學生已不再滿足于傳統的教育內容和課外活動，他們更看重對生活水平有所提高的物質。追求更加時尚、新奇、和刺激的新興內容[1]，比如對健康的追求，對生活的享受，更輕松的工作等等。人們對健康開始重視，健身意識普遍增強，這在一定程度上刺激了健身行業的迅猛發展[2]。這給室內單車健身工具的發展提供了機遇，促使健身愛好者、室內單車、人類健康三者緊密協調、和諧統一，建立起大范圍內、全方位發揮作用的安全、實用、便利的健身輔具。在“互聯網+”新業態下，具有信息通信技術、虛擬現實技術以及傳感技術等智能化功能的室內單車的推出迎合了社會的需要。

1 室內單車健身仿真室外環境的需求分析

室內健身器材的設計在我國已經出現了多種精細化的服務行業[3]，健身器材從過去的產品單一，逐漸適應市場消費的多樣性，其趣味性直接影響人們的運動熱情和運動積極性[4]，因此在產品設計的要素中，更加注重產品的附加價值，也就是對產品的色彩、材質、造型、功能等更加重視[2]。越來越多的人希望能夠在健身過程中得到更多的收獲，培養現代理念，得到享受等[5]。而這些要求是當前室內健身還不能滿足的，單車健身用的是大家耳熟能詳的健身工具，由于在室外騎單車來健身天氣因素不可控，并且安全得不到保證，大部分騎單車健身愛好者由室外轉向了室內。而室內健身并沒有室外那么開闊的視野和優美的環境，健身者會感覺很枯燥無味。我們通過室內單車健身室外仿真環境的設計，為健身愛好者提供一個視覺和整體感覺上更加舒適的運動環境，使健身愛好者通過參加體育活動進行健身，鍛煉身體，愉悅身心，不僅能夠提升人們的身體素質，還能夠滿足人們的精神需求[6]，在系統功能實現上我們遵循以上原則。

2 室內單車健身仿真室外環境的系統設計

2.1 功能模塊設計

根據具體需求，我們設計了如圖1所示功能模塊。

2.1.1 數據管理模塊

將轉速傳感器安裝到單車后輪花鼓上，通過轉動后輪來激活傳感器，通過騎行速度的快慢不同，傳感器監測到的信息也會有所不同，將獲取到的健身數據通過無線藍牙設備無線傳輸到電腦，電腦將接收傳過來的數據保存到數據庫。通過分析運動的頻率、時間以及運動過程中每個時段的平均速度來解析運動人員的身體狀況。

2.1.2 仿真環境管理

把獲取的健身數據進行解析，同時將制作出的VR視頻與信息數據進行同步，通過運動的快慢調整播放設備播放畫面的快慢，從而實現“情景交融”的效果，同時將數據庫獲得的數據進行處理與分析，通過專門設計的視頻播放設備將運動的公里數、消耗的卡路里及運動的距離等數據信息顯示在播放設備上。

2.2 流程分析

數據采集系統包括無線傳感設備和傳感器，負責采集單車健身時的實時數據，包括單車運動的速度，時間等等，然后將采集到的信息處理后實時地通過數據傳遞系統傳遞給電腦，再經過電腦上的數據處理系統進一步處理，解析出各種信息，分析出單車的運動狀態，然后情景模擬系統根據數據處理結果，模擬出真實室外場景。同時，情景模擬系統也會根據此時的路況信息，把數據反饋給電腦，然后經過數據傳遞系統與控制系統，控制自行車的參數，具體健身仿真室外環境流程如圖2所示。

2.3 數據庫的設計

根據系統需求，我們設計了數據庫，表結構中包括管理用戶表、用戶信息表、數據信息表，管理用戶表包括用戶賬號、昵稱、密碼、密保問題等，用戶信息表包括用戶的基本個人信息（包括年齡、身高、體重等），以及根據個人信息分析出基本初始身體狀況（如BMI等），數據信息表包括運動時長、運動距離、消耗的卡路里等，在表與表之間加上外鍵約束，重要信息使用Md5加密存儲。

3 系統實現

硬件實現：速度傳感器、無線藍牙設備;

前端實現：Html5、bootstarp、Ajax、JQuery;

后端實現：Spring、SpringMvc、Mybatis、poi;

數據庫實現：Mysql+Redis;

環境部署：Windows。

3.1 基于速度傳感器的數據采集

當傳感器的旋轉機構在外驅動作用下旋轉時，會帶動永久磁鐵旋轉，穿過霍爾元件的磁場將產生周期性變化，引起霍爾元件輸出電壓變化，通過后續電路處理，形成穩定的脈沖電壓信號，作為車速傳感器的輸出信號。

3.2 基于無線藍牙設備的數據傳輸

藍牙技術規定每一對設備之間進行藍牙通訊時，必須一個為主角色，另一為從角色，才能進行通信，通信時，必須由主端進行查找，發起配對，建鏈成功后，雙方即可收發數據。一個藍牙設備以主模式發起呼叫時，需要知道對方的藍牙地址，配對密碼等信息，配對完成后，可直接發起呼叫。它是一種短距的無線通訊技術，電子裝置彼此可以透過藍牙而連接起來，省去了傳統的電線。透過芯片上的無線接收器，配有藍牙技術的電子產品能夠在十公尺的距離內彼此相通，傳輸速度可以達到每秒鐘1兆字節。

3.3 基于Poi的表格生成與導入

從系統中將運動信息按要求格式生成Excel表格導出檢索數據，避免自己制作表格所浪費的時間，也可以使用Poi將以往的運動信息存儲在Excel表格中直接導入存儲到數據庫中。

3.4 基于Redis的高速緩存

Redis是一個開源的，高性能的key-value系統，可以用來緩存或存儲數據。Redis數據可以持久化，并支持多種數據類型能對關系型數據庫起到很好的補充作用。

4 結束語

目前市場上還沒有普及室內單車健身仿真室外環境的設計，我們根據需求設計了基于室內單車健身的仿真環境。通過轉速傳感器來監測運動情況并獲取數據，基于虛擬現實的仿真環境，以及通過運動速度控制虛擬場景的相對移動速度，沒有外出騎單車存在的安全問題，同時體驗到室外騎行的感受，增加騎單車的趣味性。在當前提倡“全民健身”的大背景下，我們相信本系統的實現具有極大的應用價值。

參考文獻（References）：

[1] 李東.健身娛樂運動在體育教學中的重要性[J].河南農業，2016.33：30-31

[2] 吳桂芬.室內健身器材的趣味性研究[D].武漢理工大學，2013.

[3] 黎倩.室內健身空間設計的研究與應用[D].吉林體育學院，2017.

[4] 付璐，褚瑞琪.室內健身器材設計的“時尚”[J].設計，2017.20：122-124

[5] 陳猛.城市化背景下室內健身運動對人全面發展影響的分析[D].山東師范大學，2012.

[6] 鄭瑞，潘紹偉，金玉.中美兩國體育健身娛樂業現狀比較研究[J].遼寧體育科技，2008.2：16-18