計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在大學(xué)體育教學(xué)中的應(yīng)用

河南藝術(shù)職業(yè)學(xué)院 趙兮

運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景教學(xué)的模式，將學(xué)生引入虛擬場(chǎng)景進(jìn)行學(xué)習(xí)，無(wú)論是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還是加強(qiáng)學(xué)生體育競(jìng)技比賽的適應(yīng)性都是一種新的教學(xué)模式。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠模擬教師的活動(dòng)機(jī)能和學(xué)生的活動(dòng)機(jī)能，能夠?qū)⒔虒W(xué)和學(xué)生的學(xué)引入一個(gè)虛擬的空間進(jìn)行融合，為大學(xué)體育教學(xué)工作帶來新的體驗(yàn)。

隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)隨著時(shí)代迅速的發(fā)展，在高校里各個(gè)文化課和專業(yè)課都開展了計(jì)算機(jī)仿真的相關(guān)課程，并且很多的課程都使用上了交互式的可視化多媒體教學(xué)設(shè)備。體育課作為一種傳統(tǒng)的教學(xué)課程，主要的教學(xué)方式就是依靠體育教師手把手的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)和課堂上的練習(xí)。但是千篇一律的教學(xué)方式和當(dāng)今大學(xué)生強(qiáng)烈的追求新鮮事物的心理無(wú)法融合在一起，學(xué)生感覺體育課學(xué)習(xí)是一種負(fù)擔(dān)，體育教師覺得學(xué)生對(duì)體育課教學(xué)不夠重視，高強(qiáng)度的體育訓(xùn)練和學(xué)生們有限的身體素質(zhì)之間缺乏一種更科學(xué)、更合理和更新穎的教學(xué)模式來使之相結(jié)合。因此，傳統(tǒng)的體育課程的教學(xué)模式需要?jiǎng)?chuàng)新，也就需要一種更科學(xué)、更合理和更新穎的教學(xué)模式來提高學(xué)生的身體素質(zhì)和學(xué)習(xí)體育的興趣[1]。

1 當(dāng)前在體育教學(xué)工作中開展計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究的目的和意義

隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)隨著時(shí)代迅速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)重要的組成部分已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)行業(yè)，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。在高校里各個(gè)文化課和專業(yè)課都開展了計(jì)算機(jī)仿真的相關(guān)課程，并且很多的課程都使用上了交互式的可視化多媒體教學(xué)設(shè)備。

在體育教學(xué)過程中，教師的教學(xué)技能、學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果、教學(xué)場(chǎng)所和教學(xué)器材是體育教學(xué)的主要組成部分。這幾個(gè)部分的有效結(jié)合，才能達(dá)到有效的學(xué)習(xí)效果。由于學(xué)生和學(xué)生之間也存在著差異，興趣愛好、身體素質(zhì)、特長(zhǎng)、適應(yīng)能力也都不一樣，所以對(duì)于體育教師而言如何了解學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、身體素質(zhì)的強(qiáng)弱、適應(yīng)能力等都是在體育教學(xué)中非常重要的。

大學(xué)生作為高校體育教學(xué)的主體部分，如何系統(tǒng)了解和訓(xùn)練學(xué)生是很重要的。傳統(tǒng)的體育教學(xué)都是體育教師自主的教學(xué)，學(xué)生被動(dòng)的接受。一堂體育課下來，學(xué)生如果只是認(rèn)為體育課在身心上是一種摧殘，沒有本質(zhì)上的收獲，課堂教學(xué)質(zhì)量就很難得到體現(xiàn)。在這樣的情況下，就需要改進(jìn)這種教學(xué)方法，找到一種新的能夠提高教學(xué)質(zhì)量的方法。

玩過“FIVA”“足球經(jīng)理”“實(shí)況足球”“NBA”這類體育競(jìng)技游戲的人應(yīng)該都清楚，這些游戲完全模擬了足球比賽的一些場(chǎng)景，這些游戲操作都是在模擬真實(shí)的比賽和訓(xùn)練的場(chǎng)景，游戲玩家能夠切身的感受到球員們精湛的技術(shù)和奮力拼搏的精神還有模擬的現(xiàn)場(chǎng)觀眾的吶喊聲，真的是熱血沸騰如親臨感受。對(duì)于喜歡體育項(xiàng)目和體育競(jìng)技游戲的玩家而言，雖然自身沒有機(jī)會(huì)參加現(xiàn)實(shí)中的體育競(jìng)技比賽，也可以在游戲中操控根據(jù)虛擬的球員和虛擬的游戲場(chǎng)景來親身體驗(yàn)一下體育競(jìng)技帶來的樂趣，感受一下虛擬的體育競(jìng)技場(chǎng)面。一些相關(guān)的部門也定期會(huì)舉辦一些體育競(jìng)技游戲比賽，讓更多的玩家參與其中，既宣傳了游戲項(xiàng)目，又宣傳了體育競(jìng)技項(xiàng)目[2]。

2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相關(guān)案例

在查閱計(jì)算機(jī)仿真文獻(xiàn)資料的過程中，本人還查閱到了利用計(jì)算機(jī)仿真的一些相關(guān)的案例。

以鄂州體育中心新區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，進(jìn)行了可視化的計(jì)算機(jī)三維仿真。利用航空照片取得鄂州體育中心新區(qū)的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)建立三維地面模型；結(jié)合處理后的衛(wèi)星照片正射影像圖作為貼圖附于地形表面，模擬體育中心的地形、地貌。運(yùn)用建模動(dòng)畫及后期制作軟件構(gòu)建了體育中心規(guī)劃設(shè)計(jì)的三維動(dòng)態(tài)仿真。結(jié)果表明計(jì)算機(jī)三維仿真在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的運(yùn)用比傳統(tǒng)圖紙和模型的形式更加適合與公眾進(jìn)行交流并得到更加真實(shí)、直觀的反饋。

北京市體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式定義為按照目前的發(fā)展趨勢(shì)繼續(xù)發(fā)展的模式進(jìn)行仿真模擬分析。把符合2008-2012年北京體育產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)情況的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入仿真模型，體育組織管理投入比例為0.17，體育健身休閑投入比例為0.13，體育場(chǎng)館管理投入比例為0.04，體育服務(wù)活動(dòng)投入比例為0.15，體育用品制造投入比例為0.08，體育用品銷售投入比例為0.35，體育場(chǎng)館建筑投入比例為0.07，用以北京市體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)模型仿真[3]。

呂坤如[4]《計(jì)算機(jī)仿真人體二維運(yùn)動(dòng)圖解設(shè)計(jì)技術(shù)在體育中的應(yīng)用》；房潔[5]《運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)乒乓球碰撞的研究》；朱雄軍[6]等《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)診斷中可視化計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用研究》等論文，都說明了計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)在體育教學(xué)和體育訓(xùn)練中能起到很大的作用。鑒于以上的例子，高校的體育教學(xué)在通過傳統(tǒng)的教師教學(xué)和學(xué)生的訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，還可以適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用一些計(jì)算機(jī)仿真的設(shè)備和手段來輔助體育教學(xué)的課堂效果。

3 體育教學(xué)中的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

體育教學(xué)分為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)就是在室外進(jìn)行實(shí)際的體育訓(xùn)練。理論教學(xué)就可以利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)來模擬理論上的教學(xué)方法，通過模擬人在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過程中的一些動(dòng)作，來加深學(xué)生從理論上的理解。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)在體育教學(xué)過程中可以有效的把教師和學(xué)生引進(jìn)一個(gè)“真實(shí)”的空間，這個(gè)“真實(shí)”的空間雖然是個(gè)虛擬的，但是這個(gè)虛擬的空間能夠更好的達(dá)到真實(shí)的效果，傳統(tǒng)的體育教學(xué)方式很難將學(xué)生引入正常的教學(xué)軌道上，體育教師一味的教，學(xué)生的水品參差不齊和興趣愛好各不相同，成績(jī)好壞差別也很大，這個(gè)時(shí)候找到一種新的教學(xué)方法，將體育教學(xué)引入計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，用虛擬的教學(xué)方式增強(qiáng)教師和學(xué)生的互動(dòng)，讓體育課的授課模式如同玩電競(jìng)游戲，這樣在一定程度上可以提高體育課的上課效果，教師和學(xué)生都可以受益。比如說太極拳，學(xué)生通過理論教學(xué)了解太極拳的一招一式如何來做，要達(dá)到一個(gè)什么樣的效果。這時(shí)候就可以通過計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)來了解太極拳的詳細(xì)的招式。這個(gè)時(shí)候就需要計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)模擬一個(gè)或若干個(gè)人體打太極拳的模型，這個(gè)模型能夠很真實(shí)并非常準(zhǔn)確的模擬人在打太極拳的一招一式，并且能夠反復(fù)的演練，來加深學(xué)生們的印象，這是在戶外訓(xùn)練達(dá)不到的效果。這樣，學(xué)生們通過這種反復(fù)的觀看和反復(fù)的演練，甚至在計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)里可以模擬一個(gè)或若干個(gè)對(duì)手，學(xué)生們可以和它們“對(duì)打”，找到自己的不足。通過從理論上加深理解，然后將這些理論知識(shí)予以實(shí)踐，起到理論和實(shí)踐相結(jié)合的效果。

體育教師在給學(xué)生示范動(dòng)作的時(shí)候，由于每個(gè)教師都有各自不同的特點(diǎn)，年輕教師和年長(zhǎng)教師在示范體育教學(xué)動(dòng)作的時(shí)候也會(huì)存在著差異，比如武術(shù)、太極拳、羽毛球等，這個(gè)時(shí)候需要對(duì)學(xué)生有一個(gè)統(tǒng)一的動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)，在此就需要用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的模擬體育教師標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)姿勢(shì)，需要準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型模擬人的動(dòng)作，同時(shí)也是要求人的動(dòng)作的準(zhǔn)確性，比如：動(dòng)作是否到位，姿勢(shì)是否正確，有沒有變形，同時(shí)在數(shù)學(xué)模型里反應(yīng)人體動(dòng)作的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以達(dá)到仿真的準(zhǔn)確性，之后是要求能夠準(zhǔn)確展示給學(xué)生們，讓學(xué)生了解動(dòng)作要領(lǐng)以達(dá)到教學(xué)的目的。比如，在武術(shù)教學(xué)過程中學(xué)生每做過的一個(gè)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)要能夠做出反饋，來提醒學(xué)生武術(shù)動(dòng)作做的是否到位。之后針對(duì)羽毛球、乒乓球等技巧型技能教學(xué)而言，學(xué)生需要領(lǐng)會(huì)如何準(zhǔn)確地做到發(fā)球和接球，還有發(fā)球和接球的準(zhǔn)確性，打球質(zhì)量的好壞都需要仿真系統(tǒng)給出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和結(jié)論。

在學(xué)生對(duì)體育教學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)之后，教師可以讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)階段，可以用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)模擬一些如體育達(dá)標(biāo)測(cè)試的場(chǎng)景對(duì)學(xué)生進(jìn)行考試，對(duì)于乒乓球、羽毛球、籃球、足球、排球、網(wǎng)球等體育項(xiàng)目而言，需要培養(yǎng)體育比賽型選手時(shí)，可以在平時(shí)教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)模擬演練，可以用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)建立一個(gè)虛擬現(xiàn)場(chǎng)比賽的場(chǎng)所，引導(dǎo)學(xué)生在平時(shí)的教學(xué)和訓(xùn)練環(huán)境中就能夠感受到體育比賽的現(xiàn)場(chǎng)氛圍，以便能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可感受到模擬比賽場(chǎng)景的刺激，通過平時(shí)的模擬訓(xùn)練，就可以讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)的比賽環(huán)境中不會(huì)過于緊張而影響比賽發(fā)揮，真正做到功夫下在平時(shí)。針對(duì)學(xué)生的身體健康狀況，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)也能夠給出準(zhǔn)確的信息反應(yīng)。如果學(xué)生在體育課上出現(xiàn)了受傷狀況，需要及時(shí)了解受傷部位的情況，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)也能夠根據(jù)系統(tǒng)模擬信號(hào)給出受傷部位的模擬圖像，讓教師和學(xué)生了解其受傷的嚴(yán)重程度以及是否還能繼續(xù)比賽等狀況。

4 體育教學(xué)中的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵部分

4.1 建立模型

建立模型是計(jì)算機(jī)仿真的基礎(chǔ)，首先要運(yùn)用二維或三維軟件將要仿真的模型加以建立，包括運(yùn)動(dòng)員，運(yùn)動(dòng)員的每個(gè)身體關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況動(dòng)，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的真實(shí)情況，包括天氣（什么季節(jié)、是否下雪、下雨、刮風(fēng)等）、溫度（正常、偏冷、偏熱等）、訓(xùn)練環(huán)境（普通訓(xùn)練、國(guó)內(nèi)比賽、世界大賽等），此類型的仿真都要能夠涉及到，然后在模型中插入聲音，使其更加逼真。

4.2 通過實(shí)際訓(xùn)練得到運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)

在建立模型的基礎(chǔ)上，我們需要把模型導(dǎo)入到仿真軟件中給模型輸入?yún)?shù)，這些參數(shù)來源于真實(shí)的比賽訓(xùn)練。這就需要在實(shí)際的比賽中根據(jù)實(shí)際情況用專業(yè)的動(dòng)作捕捉攝影攝像設(shè)備進(jìn)行獲取，在獲取過程中要根據(jù)專業(yè)需要得到人體每個(gè)部位如何活動(dòng)，活動(dòng)的具體范圍是多少，活動(dòng)的是否到位，有沒有錯(cuò)誤，是不是很準(zhǔn)確，能不能代表一般普通人的水平，同時(shí)還要注意獲取數(shù)據(jù)的人群的類型，年輕人、老人、小孩、男人、女人等，這是在獲得數(shù)據(jù)時(shí)很重要的地方。將這些數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后要形成準(zhǔn)確的仿真運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖像，通過仿真運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖像最終形成運(yùn)動(dòng)仿真曲線。

4.3 對(duì)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)

我們需要根據(jù)實(shí)際情況和計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際分析，得出學(xué)生訓(xùn)練或比賽時(shí)的動(dòng)作的準(zhǔn)確性和計(jì)算機(jī)仿真的準(zhǔn)確性，是否存在誤差及誤差是多少。因?yàn)橛?jì)算機(jī)仿真只是一個(gè)理想狀態(tài)中的仿真，眾所周知在體育訓(xùn)練過程中的環(huán)節(jié)是很復(fù)雜的，只有通過計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)際訓(xùn)練或比賽的真實(shí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，才能最終得出真實(shí)結(jié)論。

4.4 計(jì)算機(jī)仿真軟件應(yīng)用中應(yīng)該注意的事項(xiàng)

雖然計(jì)算機(jī)仿真軟件能夠幫助教師們?cè)诮虒W(xué)過程中解決很多問題，但是得到的信息和數(shù)據(jù)往往是一種理想狀態(tài)下的情況，但是在某些特殊情況下，下雨、刮風(fēng)或者下雪天，還包括體育器材是否老化影響使用，學(xué)生和教師的身體素質(zhì)和疲勞強(qiáng)度等都存在著差異，所以有些測(cè)試數(shù)據(jù)和信息是否準(zhǔn)確，可能還需要教師團(tuán)隊(duì)們來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，看是否存在問題，最終得出結(jié)果的還得是教師自己。所以在仿真設(shè)備投入使用前，一定要仿真試驗(yàn)和真實(shí)試驗(yàn)相結(jié)合，確定沒有問題了再投入使用，最終靠任課教師自己得出結(jié)論才是比較準(zhǔn)確的。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)如今，體育競(jìng)技比賽已經(jīng)不再單純的是依靠吃苦耐勞就能夠取得成功，而是需要更科學(xué)、更合理、更人性化的技術(shù)手段去完成，體育教育行業(yè)也是如此。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在高校開展還有一定難度，需要具備一定的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的人力、物力和更適合仿真技術(shù)運(yùn)用的場(chǎng)所，為了提高高校的科學(xué)的體育教育和體育技能競(jìng)賽的成績(jī)，同時(shí)也為了科學(xué)的培養(yǎng)體育技術(shù)人才，我們一定要努力提高科學(xué)技術(shù)，努力培養(yǎng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的人才，讓計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)和體育教育產(chǎn)業(yè)能夠結(jié)合起來以達(dá)到共贏的目的。