一款運動健身助手的設計與實現

黃永麗

摘要：針對目前市場上的健身App用戶體驗感差，并且存在功能同類化嚴重、盈利模式等問題。設計開發了一款個性化、全方位指導的健身助手。該系統具有完整的軟件功能、良好的用戶界面、運用Firebase云平臺的身份驗證功能和實時數據庫功能，能夠正確地處理和記錄錯誤日志，幫助管理員對系統進行維護。該系統的使用不但能夠幫助用戶建立健身的生活化理念，而且能夠隨時隨地進行運動健身，不受時空的限制，通過該系統提供的健身課程，對運動者進行全方位的指導，學習不同的運動方式，對運動進行計劃，從而提高身體素質和時間利用效率，實現身心健康，促進人們的運動激情，具有較高的使用價值和社會價值。

關鍵詞：Firebase云平臺;健身助手;實時數據庫;Android;運動健身

中圖分類號：TP311.56? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）36-0086-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 項目背景

居家隔離政策期間，所有的公共健身場所和運動場地都關閉。居家的幾個月中，由于無法參與戶外運動，大部分人出現體重一個月急速增加、心理壓力加大等狀況，因此如何實現居家健身成為一個緊迫解決的問題。

如果有一個好的運動健身助手指引我們居家鍛煉，那么上述問題就可以完美解決。目前不同的互聯網公司也開發了形式各異的軟件，通過獲取不同用戶平時的活動量、每天運動軌跡等數據，用不同的形式監控用戶的運動情況，幫助用戶進行健身。然而上述產品功能上存在一定的優劣，用戶的體驗感有待提高，直觀指導也缺乏，大部分軟件功能同類化，而且都存在以營利為目的等問題。如果有一款快捷、免費且可個性化定制運動計劃的健身的助手，用戶只需要點擊相關課程，就可以參與到課程當中進行鍛煉，跟著軟件上的視頻教程進行鍛煉，那么將非常方便有效;既不需要到專業的健身場所，也不需要購買私人教練課程，因此可以節省大量的人力和財力。

2 課題研究的目的與意義

本課題的研究目的在于，通過利用智能手機平臺解決居家健身問題。使用戶方便快捷并且能夠在專業的課程指導下進行健身，用戶點擊所需要的課程就可以參與到課程當中進行鍛煉，而且課程是免費的，既可以節省時間，也不用去買線下昂貴的課程，從而節省大量的課時費用，使健身非常方便有效。另一方面通過軟件，查看自己和朋友的健身情況，來激勵自己運動的激情，幫助用戶建立健身日常化、生活化的理念，隨時隨地進行運動健身，不受時空的限制。通過免費的健身課程對用戶進行全方位的指導，學習不同的運動方式，定制個性化的運動計劃，提高身體素質和時間利用效率，從而實現身心健康，促進人們的運動激情，具有較高的使用價值和社會價值。

同時，體育健身能不斷克服自身的各種障礙，磨煉意志力，同樣可以提升自我，促進人們更加便捷地獲取到健康知識，并促進人們的交流。方便用戶并對用戶進行科學有效的指導是該設計的基本理念，用戶通過運動健身助手的使用，可以提升自己的運動激情和身體素質，使運動成為一種習慣，豐富用戶的生活，從而釋放學習和工作的壓力。因此，該項目具有積極的社會價值和實際的使用價值。

3 國內外研究現狀、發展水平及存在的問題

目前國內在健身助手App研究存在大量的相關研究。邱淑敏等在《健身指導網站評價指標體系的建立和應用研究》中針對健身網站，通過層次分析、法德爾菲等方法建立評價指標體系，該評價體系可以對網站的內容、互動性和影響力等進行評價，該體系也存在一定的局限[1]。趙雷鳴指出目前網絡健身軟件存在實時性、信息繁雜等問題，并提出完善全面健身數據，形成多元化健身服務等觀點[2]。石璞認為，由于用戶對健身類App系統的功能要求各異，通用的健身App很難滿足用戶的不同需求，導致用戶對產品的滿意度下降，目前缺少個性化和創新性的運動健身類App[3];阮威認為在“互聯網+”時代下全民健身產業應與互聯網和智能終端相結合，克服當前存在的場地受限等困境，從而實現跨越式的發展[4]。關于運動健身發展水平現狀的研究還有很多，總體來說運動健身App都存在一些問題。如功能同類化嚴重，不能滿足不同的用戶群體，用戶體驗有待進一步提高和完善，并且采用以營利為目的運營模式。

國外一直比較注重全民健身，也涌現出很多軟件，通過無線網、GPS、藍牙技術等來獲取用戶的運動軌跡信息[5]，對健身數據以量表的形式進行監控管理。在國外，運動健身發展迅速，通過記錄跑步的相關數據，對運動進行監測，來幫助用戶健身減肥[6]，通過智能終端和健身網站服務于不同的用戶。也存在無法針對自己的健身需求進行個性化定制等問題。

4 系統主要功能分析與設計

本研究主要對全民健身助手平臺進行研究、設計和開發。包括以下幾個方面：1）對全民健身平臺的理念進行深入研究，結合新型冠狀病毒肺炎疫情形勢下的居家健身需求，實現擁有5大功能模塊的健身App，對該平臺總體規劃、進行總體框架設計、數據分析和設計、功能模塊和UI界面的設計和實現;2）對于需要在客戶端之間實時同步的移動應用，Firebase是一種高效、低延遲的解決方案。通過Firebase賬號驗證功能進行賬號短信驗證，確保初步登錄真實的用戶訪問后臺，初步避免后臺被刷暴的風險;3）可以通過運動課程選擇不同部位的運動，每種運動還包含初級、中級、高級三個等級，每個等級分兩個階段，每個階段都有30天的鍛煉。在運動中有語音提醒，用戶可以在觀看視頻的同時調整運動姿勢，使用戶了解運動要點。從而使用戶免費獲取課程資源并獲得專業的指導;4）運動報告可以點擊日歷進入運動歷史界面，查看用戶的所有詳細運動的歷史記錄，包括運動名稱、運動時間、運動消耗卡路里等。運動報告還有體重身高設置和體重記錄圖表，用于記錄用戶體重，從而得到用戶體重曲線，使用戶更加直觀地看到自己的健身效果。為了更直觀地展示運動效果，BMI指數圖表用于指明用戶身高體重比例，是否符合健康指標，以此來警醒用戶自身的身體狀況以及體型;5）合理的飲食是健身的重要基礎，所以為用戶提供科學的運動飲食計劃是系統不可或缺的功能，該系統提供了30天的飲食食譜，用戶可選擇自己的飲食習慣;6）為了更大地激發人們的運動激情，可以把自己的運動情況在朋友圈發表，同樣也可以查看朋友圈的動態，獲取別人的運動成果，從而可以實現健身和交友一舉兩得。

通過對人們有關健身助手的需求和功能進行調研，收集基礎數據資料。然后用軟件工程的研究路徑對數據進行分析和建模，并轉化為系統設計和數據結構設計，該系統分為用戶和管理員兩個角色。用戶方面具有的大致功能是登錄注冊、查看飲食計劃、查看運動計劃、做運動、收藏運動、查看運動介紹、跟隨運動視頻進行學習健身、查看報告、設置身高體重、查看運動歷史、查看朋友圈、發布朋友圈動態、查看個人資料、修改設置等功能。管理員方面可以管理后臺中用戶的賬號，管理后臺中用戶發布過的朋友圈的所有信息，也可以查看用戶數量和用戶留存。其用例圖分別如圖1和圖2所示。

5 數據庫的分析與設計

任何項目的開發都離不開數據結構的設計，擁有一個好的數據結構可以提升開發人員效率，使項目邏輯清晰，數據存儲易懂。運動健身App的設計實現與用戶所進行的健身運動和用戶的身份信息數據不可分割，從功能上看，運動健身App對運動數據的處理要有增、刪、改、查的功能，進行數據概念模型設計分析，對數據進行分類、整理，能夠更好地對數據進行描述，使項目里的數據結構更加清晰明了。

本項目的數據概念模型設計包括各種數據的E-R圖的設計以及在數據庫中的表的結構的設計。數據的E-R圖是系統數據實體屬性以及實體之間關系的綜合的展現方式，E-R圖是在數據概念模型上設計的首要任務。數據庫表結構的設計是在E-R圖設計的基礎上對數據概念模型的物理模型的實現。由于數據庫表結構比較復雜，有些關聯表無需進行分析，因此這里僅僅分析項目之中所需的主要的實體信息表。該項目的數據概念模型設計實體關系E-R圖如圖3所示。其中：1）賬戶狀態是判斷賬戶是否有權限登錄的依據，需要包含賬號和密碼信息和用于與云端訪問的UID信息;2）在體重身高性別分別用來保存用戶的身高、體重和性別，男性和女性分別擁有不同的運動數據，從而實現性別不同擁有不同的運動UI和App主界面;3）語言選擇信息和語音選擇用來記錄語言和語音的選擇，通過語言和語音的選擇分別調整App的語言和運動提示語音;4）朋友圈信息主要包含用戶賬戶名稱、用戶發布時間、用戶發布文字以及用戶發布圖片的詳細信息。因為朋友圈數據庫是基于Firebase云平臺的實時數據庫，所以存儲的方式是使用json樹存儲的。包含用戶名、朋友圈發布的時間、分享的文字圖片等信息;5）運動歷史信息是用于在運動歷史頁展現用戶的運動歷史的信息，其主要包括運動名稱、運動等級、運動日期、運動時長、運動所消耗卡路里等;6）定時提醒信息實體模型是用于記錄最近設置的運動定時，其主要包括最近一次設置的時間、最近一次延時設置的時間和類型;7）運動數據實體模型屬于工具類實體模型，系統中所有的地域信息皆是按照省-市-縣三級地域顯示方式，地域實體模型則是提供地域信息的標準化。運動數據實體模型如圖4所示，其中三個臨時變量以json的形式存放臨時數據。

在關系概念模型的基礎上，可進行實體模型的設計。同時，可在實體模型的基礎上，進行數據庫表的設計與實現。根據概念模型設計中的各個實體模型進行數據表的設計。對數據庫表中的字段進行定義和實現。

6 系統的實現

對于前臺用戶，用戶登錄是所有未登錄的用戶所必經的流程，用戶登錄驗證基于Firebase云平臺，主要流程是輸入手機號，點擊發送短信后經過后臺發送短信到相應手機號的手機上，輸入驗證碼后點擊驗證即可驗證，驗證相應手機號成功后，可以進入設置賬號和密碼頁面，對自己的賬號和密碼進行管理，設置成功后進入主頁。主頁用于展示所有功能的頁面。本項目的主頁大致展示了App所有的功能，計劃、鍛煉挑戰、報告、分享和個人資料。主頁界面如圖5所示。1）用戶也可采用匿名登錄的方法不進行驗證而先進行體驗。2）計劃頁：用戶流程大致為查看運動歷史，查看購物清單，勾選購物清單，查看飲食計劃，完成飲食計劃，其界面如圖6所示。3）鍛煉挑戰：用戶可以查看運動歷史，選擇更換挑戰和等級，開始運動，重新開始運動，查看運動圖文介紹，查看運動視頻，運動中，聲音選項開關，暫停運動，繼續運動，退出運動，完成運動，運動反饋等功能。4）用戶可以通過報告頁查看運動日歷、查看自己的運動歷史、增加體重、查看體重圖表、編輯身高體重、查看BMI圖等功能。5）分享頁主要實現登錄用戶查看朋友圈、發送朋友圈動態以及對朋友圈信息進行評論等功能。

由于本項目后臺是基于Firebase云平臺開發的，后臺管理員管理界面如圖7所示。該界面為Firebase云平臺的界面，管理員可以查看App的用戶使用量曲線、用戶留存，可以管理用戶手機賬號、用戶朋友圈等信息。

7 小結與展望

經過對各個模塊使用不同的測試用例和不同的測試方法，證明該健身項目的設計完全符合用戶的需求，此系統具有完整的軟件功能，良好的用戶界面，能夠正確地處理和記錄錯誤日志，幫助管理員對系統進行維護。

該系統運用Firebase云平臺的身份驗證功能和實時數據庫功能，進行賬號短信驗證，確保合法的用戶訪問后臺，初步避免后臺被刷爆的風險。為了確保用戶能夠獲取可靠的、穩定健身服務，該系統采用分層的系統架構，訪問內容使用分發的方式來提高數據的傳輸率和響應速度。通過該健身助手App的使用，能夠幫助用戶建立健身生活化的理念，隨時隨地進行運動健身，不受區域和時間的限制，通過健身課程可以自主學習不同的運動方式，依據自己的實際情況對運動進行個性化設置和規劃，來提高自身身體素質和時間利用率，從而實現身心健康，促進人們的運動激情，具有較高的使用價值和社會價值。

隨著人們生活質量的提高，人們對健康的渴望，運動健身助手將成為人們日常不可或缺的一部分。下一步希望通過加入體感技術，來對用戶運動姿勢進行糾正和指導，并使系統功?能更加完善。如何獲得iOS等多個系統平臺上的支持將是下一步的研究工作目標。

參考文獻：

[1] 邱淑敏，江崇民，武東明.健身指導網站評價指標體系的建立和應用研究[J].體育與科學，2012，33（6）：81-87.

[2] 趙雷鳴.全民健身網絡信息資源服務現狀及對策的研究[J].體育科技文獻通報，2012，20（12）：19-21.

[3] 石璞.不同類型大學生對運動健身類APP的選擇研究——以北京體育大學學生為例[J].體育世界（學術版），2016（2）：56-57.

[4] 阮威."互聯網+"時代下運動型APP產品與全民健身的融合發展與創新[C].中國福建福州：2015年中國體育產業與體育用品業發展論壇，2015.

[5] 2014年全民健身活動狀況調查公報（下）——（2015年11月16日）[N].中國體育報，2015-11-18（4）.

[6] 孫娟，王岳.我國公民體育鍛煉意識的提升路徑[J].體育學刊，2016，23（2）：52-56.

【通聯編輯：謝媛媛】