5G時代馬拉松大賽VR跑步訓(xùn)練系統(tǒng)

余榮杰,魏超偉,趙紅霞

(江西科技學(xué)院,江西 南昌 330098)

0 引言

隨著5G時代的到來,虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,VR)技術(shù)突破了傳輸、處理、實時性等技術(shù)瓶頸,與新媒體技術(shù)相互結(jié)合,開啟了VR全景直播的新時代。VR全景直播可讓觀眾根據(jù)自己的意愿,控制鏡頭上下左右移動,帶來身臨其境的效果。大量的體育賽事利用5G和VR相結(jié)合的技術(shù),為觀眾帶來前所未有的觀賽體驗。

科研人員將VR技術(shù)融入運動,讓運動融合前沿科技,這將使得運動健身變得更有趣、更科學(xué),極大地激發(fā)了人們的運動興趣和熱情。此外VR技術(shù)融入運動能夠帶來諸多好處。

(1)VR技術(shù)融入運動能夠減少運動傷害。在運動健身中,由于安全意識薄弱或設(shè)施老舊、場地破損等潛在危險,運動者極易受傷。通過在相對安全的場景下使用VR技術(shù),用戶可以任意切換喜愛的運動場景和模式,打破時間、設(shè)施及空間場景等限制因素,有效降低運動風(fēng)險隱患。VR技術(shù)通過采集用戶的運動數(shù)據(jù),可以實時監(jiān)測并指出用戶運動中的錯誤動作,從而提高運動質(zhì)量。

(2)VR技術(shù)融入運動能夠彌補物質(zhì)條件不足的限制因素。在運動健身中,輔助器材能夠增加健身效果,而VR技術(shù)的有效應(yīng)用,可以模擬很多體育器材的真實功能,使運動者獲得更為豐富的視覺感官效果,提高運動的趣味性。

(3)VR技術(shù)融入運動能夠量化用戶的運動健身數(shù)據(jù)。通過設(shè)備連接記錄用戶在運動中產(chǎn)生的心率、移動等數(shù)據(jù),刻畫用戶專屬的運動軌跡,從而更加精準地得出用戶在體育鍛煉過程中消耗的卡路里。這些具有科學(xué)指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù),對于擴大整個運動健身行業(yè)市場規(guī)模將會起到非常重要的作用。此外,VR通過將用戶產(chǎn)生的專屬運動記錄、動作姿態(tài)和健身目標等進行大數(shù)據(jù)比對,能夠更加準確地為用戶量身定制VR運動項目等內(nèi)容[1-2]。

隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展和普及,VR技術(shù)在體育賽事中的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注[3]。馬拉松作為一項參與度廣、觀賞性強的體育賽事,引入VR技術(shù)將為觀眾帶來全新的觀賽體驗。這種融合將使觀眾能夠置身于比賽現(xiàn)場,感受賽事氛圍,從而提高觀眾的互動性和參與感。本文對5G時代馬拉松大賽VR跑步訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用進行了研究。

1 研究現(xiàn)狀

為了得到更好的運動體驗與運動效果,國內(nèi)外專家學(xué)者針對VR技術(shù)與體育健身的結(jié)合,在體育仿真領(lǐng)域?qū)R技術(shù)展開了一系列研究[4]。東北大學(xué)和河北地質(zhì)大學(xué)等高校和研究機構(gòu)在VR滑雪模擬器方面進行了探索和創(chuàng)新,制造出模擬真實滑雪環(huán)境的VR滑雪模擬器。這種模擬器通常配有專業(yè)的滑雪裝備,通過先進的運動傳感技術(shù)和計算機圖形學(xué)技術(shù),使VR滑雪模擬器能夠?qū)崟r生成逼真的雪山場景和滑雪動作,讓用戶感受到真實的滑雪體驗。我國的VR騎行體驗器也是一種結(jié)合VR技術(shù)和室內(nèi)騎行設(shè)備的創(chuàng)新產(chǎn)品,通常配有調(diào)節(jié)阻力、記錄用戶的騎行數(shù)據(jù)以及簡單的社交功能。用戶可以與朋友一起進行虛擬騎行,增加運動的互動性和趣味性。

隨著人們對日常健身需求的增加,我國的VR跑步機也發(fā)展迅猛。它通過VR頭盔和先進的傳感器技術(shù),為用戶提供沉浸式、交互式的跑步體驗。在VR跑步機上,用戶可以選擇各種虛擬環(huán)境進行跑步鍛煉,如戶外山地、沙灘、森林等場景,使得跑步鍛煉不再單調(diào),更加富有樂趣。同時,VR跑步機還可以根據(jù)用戶的運動狀態(tài)實時調(diào)整虛擬環(huán)境的難度,例如增加坡度、改變地形等,從而提供更加個性化的運動挑戰(zhàn)。除了提供豐富的虛擬環(huán)境,VR跑步機還集成了多種傳感器和設(shè)備,能夠?qū)崟r監(jiān)測用戶的心率、步頻、跑步速度等運動數(shù)據(jù),幫助用戶更加科學(xué)、有效地進行跑步鍛煉。同時,一些高端的VR跑步機還提供了社交功能,用戶可以和好友一起進行虛擬跑步比賽或者分享運動數(shù)據(jù),增加運動的社交性和互動性。總體而言,我國VR跑步機將傳統(tǒng)的跑步鍛煉和VR技術(shù)完美結(jié)合,為用戶帶來更加有趣、科學(xué)、個性化的跑步體驗。VR跑步機是健身設(shè)備領(lǐng)域的一項重要創(chuàng)新,也是推動全民健身和健康生活方式的重要手段之一。

2 5G與VR技術(shù)在馬拉松大賽中的應(yīng)用

2.1 5G技術(shù)在馬拉松大賽中的應(yīng)用

5G技術(shù)為馬拉松大賽提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和更低的時延,使得賽事直播更為流暢。同時,5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模連接能力,可以支持更多的設(shè)備同時接入,為VR設(shè)備的普及提供了可能。5G技術(shù)在馬拉松大賽中的應(yīng)用主要包括高清直播和5G穿戴式終端設(shè)備。

首先,在比賽現(xiàn)場中,許多網(wǎng)紅博主進行移動高清直播,將運動員的形象和舉止第一時間傳遞給大眾,讓沒有到場的觀眾也能感受到現(xiàn)場的熱情,并與粉絲進行積極互動。這種高清直播對5G網(wǎng)絡(luò)上下行速率質(zhì)量要求很高。在數(shù)萬人頭攢動的馬拉松現(xiàn)場,網(wǎng)紅博主利用5G網(wǎng)絡(luò)直播的高清畫面也能穩(wěn)定流暢。

其次,運動員佩戴的5G穿戴式終端設(shè)備可以監(jiān)測運動員心率、血壓等指標,并將檢測數(shù)據(jù)實時上傳至本次大賽的監(jiān)控中心。當(dāng)運動員的身體發(fā)生異常情況時,醫(yī)護人員就可在第一時間實施救援。此外,該設(shè)備還為運動員提供導(dǎo)航和音樂等功能。

最后,利用5G+人工智能(artificial intelligence,AI)技術(shù)優(yōu)勢,中國移動全球通將運動員在賽道上的英姿實時上傳云端,并通過AI自動識別選手號碼,生成用戶個人專屬馬拉松視頻日志。中國移動全球通客戶可在完賽后一小時前往“逐馬專區(qū)”,領(lǐng)取專屬視頻,完賽后一個月內(nèi)均可查詢并下載視頻,并可以一鍵轉(zhuǎn)存至中國移動云盤,一鍵設(shè)置為視頻彩鈴。

綜上所述,5G技術(shù)的應(yīng)用為馬拉松大賽提供了更多的可能,不僅提高了直播的畫面質(zhì)量和播放效率,還為運動員提供了更好的監(jiān)測和導(dǎo)航服務(wù),同時也為觀眾提供了更加豐富的觀賽體驗。

2.2 VR技術(shù)在馬拉松大賽中的應(yīng)用

通過VR技術(shù),觀眾可以沉浸地體驗馬拉松比賽現(xiàn)場的氛圍,獲得更真實的觀賽體驗。同時,VR技術(shù)可以提供多角度的觀賽視角,讓觀眾自由選擇觀看角度,提升觀賽的樂趣。

VR技術(shù)在馬拉松大賽中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)虛擬賽道體驗:VR技術(shù)可以構(gòu)建一個虛擬的賽道環(huán)境,讓參賽者和觀眾能夠親身感受比賽的氛圍和場景。這種體驗可以包括賽道的環(huán)境、聲音、視覺效果等,讓參賽者和觀眾更加深入地體驗比賽。

(2)實時互動體驗:VR技術(shù)可以提供實時互動的體驗,讓觀眾能夠與參賽者進行互動。例如,觀眾可以通過VR設(shè)備觀看比賽,同時也可以通過VR技術(shù)進行互動,為參賽者加油、鼓掌等。

(3)全方位直播:VR技術(shù)可以提供全方位的直播體驗,讓觀眾能夠從不同的角度觀看比賽。例如,觀眾可以通過VR設(shè)備觀看比賽的正面、側(cè)面、背面等不同的視角,甚至可以看到參賽者的表情和動作,更加深入地了解比賽的情況。

(4)沉浸式體驗:VR技術(shù)可以提供沉浸式的體驗,讓觀眾能夠更加深入地感受比賽的氛圍和場景。例如,觀眾可以通過VR設(shè)備感受到賽道的環(huán)境、聲音、視覺效果等,甚至可以感受到自己的身體動作和反應(yīng),更加深入地了解比賽的情況。

3 5G時代馬拉松大賽VR跑步訓(xùn)練系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

5G時代馬拉松大賽VR系統(tǒng)由前端采集設(shè)備、5G傳輸網(wǎng)絡(luò)和VR顯示設(shè)備3部分組成。前端采集設(shè)備負責(zé)捕捉賽場實時畫面,5G傳輸網(wǎng)絡(luò)將畫面數(shù)據(jù)傳輸至VR顯示設(shè)備,觀眾通過VR顯示設(shè)備觀看比賽。具體設(shè)計的跑步機整體系統(tǒng)框架如圖1所示。用戶通過手機連接并控制跑步機,登錄應(yīng)用軟件后,可以自由選擇場景、模式;用戶在應(yīng)用軟件中通過按鈕觸發(fā)開始跑步;與跑步速度同步的戶外場景畫面通過手機投影在投影儀屏幕上;跑步機傾斜角度根據(jù)場景中的地形坡度發(fā)生改變,從而為用戶模擬真實戶外場景。在運動過程中,系統(tǒng)通過無線連接的方式連接、接收智能可穿戴設(shè)備反饋的數(shù)據(jù),實現(xiàn)生理信號的實時監(jiān)測,并存入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)不僅可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)幫助用戶建立運動處方,提供運動建議,還可以根據(jù)實時反饋的生理數(shù)據(jù)對既定的運動處方,包括運動強度、跑步速度等方面進行調(diào)整。

圖1 VR跑步機系統(tǒng)框架

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

利用5G網(wǎng)絡(luò)的高速度、低時延、大連接等特性,保障VR視頻的流暢傳輸。

(2)VR視頻編解碼技術(shù)。

對VR視頻進行高效編解碼,降低傳輸帶寬需求,提高畫質(zhì)。

(3)沉浸式交互設(shè)計。

通過多視角切換、實時互動等功能,提升觀眾的沉浸感和參與度。

3.3 應(yīng)用與發(fā)展

2023年4月舉行的武漢馬拉松大賽已實現(xiàn)了5G+VR全景互動直播。觀眾通過手機即可沉浸地體驗比賽現(xiàn)場的氛圍,這是5G時代馬拉松大賽VR系統(tǒng)的一次成功實踐。未來,隨著技術(shù)的進步和普及,大家能夠看到更多的馬拉松賽事采用這種先進的直播方式。

在未來,研究團隊預(yù)期5G時代馬拉松大賽VR系統(tǒng)將在以下幾個方面有所發(fā)展:(1)更高的畫質(zhì)和更流暢的體驗,隨著5G網(wǎng)絡(luò)的進一步升級和VR技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,5G時代馬拉松大賽VR系統(tǒng)將能夠提供更高清的畫質(zhì)、更流暢的觀賽體驗;(2)更多的互動功能,5G時代馬拉松大賽VR系統(tǒng)除了多視角切換,未來還可能引入更多的實時互動功能,如虛擬道具、實時投票等,進一步提升觀眾的參與度;(3)智能化服務(wù):借助人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù),5G時代馬拉松大賽VR系統(tǒng)可以提供更加個性化的推薦服務(wù),如基于用戶觀賽歷史的推薦視角、基于賽事數(shù)據(jù)的預(yù)測分析等。

4 結(jié)語

5G時代馬拉松大賽VR系統(tǒng)的研究和應(yīng)用將為觀眾帶來全新的沉浸式觀賽體驗,提升馬拉松賽事的觀賞性和參與度。同時,這也將推動5G和VR技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用。研究團隊期待在不久的將來,有更多的體育賽事能夠利用這項技術(shù),為觀眾帶來前所未有的觀賽體驗。