元宇宙背景下基于“5G+VR”的騎行健身系統的設計與實現

摘要：隨著科技的發展，虛擬現實和5G（5thGenerationMobileCommunicationTechnology，簡稱5G）技術已經成為了人們生活的一部分。在此背景下，設計并實現了一個基于5G+VR（VirtualReality，縮寫為VR）的騎行健身系統，并詳細介紹了系統的設計方案，包括硬件設備的選擇、軟件系統的架構設計以及用戶界面的設計。該系統利用5G技術的高速傳輸和低延遲特性，結合VR技術，為用戶提供了一種全新的健身體驗，同時也為相關領域的研究提供了一種新的思路和方法。

關鍵詞：元宇宙第五代移動通信技術虛擬現實技術騎行健身系統

中圖分類號：TP393

DesignAndImplementationofACyclingFitnessSystemBasedOn“5G+VR”InTheMetaverseBackground

PENGYuanhaoZHANGYuwei

（JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Nanchang，JiangxiProvince，330000China）

Abstract：Withthedevelopmentoftechnology，virtualrealityand5Gtechnologyhavebecomeapartofpeople'slives.Inthiscontext，thisarticledesignsandimplementsacyclingfitnesssystembasedon5G+VR，andprovidesadetailedintroductiontothesystemdesignscheme，includingtheselectionofhardwaredevices，thearchitecturedesignofsoftwaresystems，andthedesignofuserinterfaces.Thissystemutilizesthehigh-speedtransmissionandlowlatencycharacteristicsof5Gtechnology，combinedwithVRtechnology，toprovideuserswithabrandnewfitnessexperience，andalsoprovidesanewideaandmethodforresearchinrelatedfields.

KeyWords：Metaverse;5G;VR;Cyclingfitnesssystem

隨著元宇宙概念的興起及5G和VR技術的快速發展，虛擬現實在各個領域的應用前景愈發廣闊。特別是在健身領域，5G與VR技術的結合，為傳統的健身模式帶來了全新的變革。騎行運動作為一種受歡迎的有氧運動方式，已經成為現代人追求健康生活方式的重要組成部分。然而，現實中騎行受到了時間、空間和安全等限制。為了解決這些問題，并滿足人們對多樣化、安全、便捷的健身方式的需求，VR技術為騎行運動提供了全新的解決方案。本文在元宇宙背景下設計并實現了一款基于“5G+VR”技術的騎行健身系統，旨在探討該系統在元宇宙背景下的潛在價值和應用前景。其結論將為元宇宙的構建和VR技術在健身領域的應用提供有益的參考和啟示。

1相關概念界定

1.1元宇宙

元宇宙是一個虛擬的數字生活空間，它是現實世界的映射和超越，并與之交互。在元宇宙中，人們可以通過虛擬化身在一個由計算機生成的三維環境中互動。這個概念在近年來得到了科技界的廣泛關注，特別是虛擬現實（VirtualReality，VR）、增強現實（AugmentedReality，AR）和人工智能（ArtificialIntelligence，AI）等技術的發展。元宇宙的研究現狀主要集中在兩個方面：（1）元宇宙的實現需要高度發達的技術，包括虛擬現實、人工智能、云計算等，但要達到構建一個完全沉浸式的元宇宙，技術還需要一些突破；（2）元宇宙將對社會各個領域產生深遠影響，此外，元宇宙提供了新的商業機會，商業界也在積極探索元宇宙的商業模式[1-2]。

總體來說，元宇宙的概念和研究還處于初級階段，但它已經引起了科技界、商業界和社會各界的廣泛關注。隨著相關技術的發展和社會的接受度提高，元宇宙有望在未來成為一個重要的社會現象。

1.2“5G＋VR”技術

5G技術是現代通信技術的重要組成部分，不僅提升了網絡的性能，還為新興技術的發展提供了基礎。VR技術是現代科技發展的重要成果，不僅改變了人們的娛樂方式，還在教育、醫療、設計等多個領域展現出巨大的應用潛力。

在傳統的VR體驗中，由于網絡的限制，用戶可能會遇到圖像模糊、延遲卡頓等問題，這些問題嚴重影響用戶體驗。而5G網絡的出現，對VR內容的實時渲染和傳輸至關重要。目前，“5G＋VR”技術的研究和應用正在快速發展中。隨著技術的不斷進步和產業的成熟，“5G+VR”技術有望在未來帶來更加豐富和真實的虛擬體驗[3-4]。

2VR技術在健身中的優勢

2.1提高趣味性和效率

借助VR虛擬現實技術，健身空間無限擴大，健身者可以自由穿梭在不同地域游覽欣賞世界名山大川。例如：融合了VR技術的運動如VR跑步、VR騎行等，充滿趣味性的視覺刺激感將讓你忘卻健身的疲勞，告別枯燥，使健身娛樂兩不誤。同時，虛擬現實可以與多種健身器材相結合，利用VR高度的沉浸感讓健身不再局限在健身房中。

2.2提供專業指導和打破單調

在VR虛擬現實設備上，有虛擬教練提供專業的健身指導，可以讓大眾自主進行科學的鍛煉，學習正確標準的姿勢，同時享受的是一對一的專人培訓，這也降低了健身成本，讓健身不再是新人望而卻步的運動。對于平時對網絡游戲、網絡新科技、數據指標感興趣的人來說，這樣的運動方式顯然更具吸引力，打破了傳統的重復性鍛煉模式。

2.3全運動方式和提高健身效率

考慮到VR更多的是一種不同類型的鍛煉平臺，而不是一種自成一體的鍛煉形式，對于那些想嘗試的人來說，它被認為是一種安全和合理的選擇。使用VR虛擬現實技術可以使健身提高趣味性，改善本身的枯燥感，可以讓人們去享受快樂的健身。同時，虛擬現實可以與多種健身器材相結合，利用VR高度的沉浸感讓健身不再局限在健身房中。

3VR騎行健身系統的設計

3.1VR騎行健身系統需求分析

3.1.1&nbs254c28abc0da3678a1ae4bc7fd37032cp;調查問卷設計

由于傳染性病毒和環境污染等因素，室內運動越來越受到重視。健身自行車作為一種高效的健身設備，成為室內運動的優選之一。然而，傳統的健身自行車因為其枯燥的健身方式不能滿足人們趣味健身的需求。這是“5G＋VR”R騎行健身系統需要解決的問題。

為了深入了解“5G＋VR”騎行健身系統的使用情況和用戶滿意度，進行了一項問卷調查。本問卷發放550份，有效問卷為492份，數據具有一定參考意義。

本問卷旨在收集用戶對“5G＋VR”騎行健身系統的使用體驗、功能需求、滿意度等方面的反饋，以便更好地優化產品和服務，為用戶提供更優質的健身體驗。問卷調查揭示了用戶對”5G＋VR”騎行健身系統的積極態度和一些具體的改進建議，為后續的產品升級和市場推廣提供了寶貴的信dfc6488fa389849151360d20e43ceeaf息。

3.1.2調查問卷分析

（1）“5G＋VR”騎行健身系統在不同年齡、性別、職業和收入群體中的接受程度和使用情況可能存在差異，需要針對不同群體進行定制化推廣和服務。

（2）參與者的健身需求多樣化，“5G＋VR”騎行健身系統需要提供多種模式和場景以滿足不同需求。

（3）提高參與者對“5G＋VR”技術的認知度是推廣“5G＋VR”騎行健身系統的關鍵，可以通過線上線下宣傳、體驗活動等方式進行。

（4）優化“5G＋VR”騎行健身系統的功能、畫質和互動性，提高用戶滿意度，有助于增加用戶的使用頻率和時長。

（5）根據參與者的建議和期望，不斷改進和優化”5G＋VR”騎行健身系統，提升用戶體驗，擴大市場份額。

3.2VR騎行健身系統的設計與實現

3.2.1VR場景構建

在VR騎行健身系統的詳細設計中，VR場景構建是非常關鍵的一環。首先，與傳統的騎行相比，VR騎行可以基于VR技術打造沉浸式運動空間，用戶面對的不再是白墻或特定的空間場景，而是通過“游戲”的方式，穿越火山、城堡、星空等場景，完成不同階段的騎行訓練，打造更科學、高效的騎行新體驗。其次，VR騎行不僅可以提供多樣化的騎行場景，還可以提高訓練效果。例如：傳統單車訓練只能在有限的場景中進行，而VR單車可以提供各種虛擬的場景和路線，讓騎行者獲得不同的體驗和挑戰。同時，虛擬環境可以讓騎行者在訓練中更加專注于自己的技能和表現，所以它可以有效提高訓練效果。

根據騎行地點的不同，設計不同的騎行場景，本系統的虛擬場景有草地、城市、山地、鄉村、雪地等場景。設計過程主要包括地形構建，紋理添加、草地樹木放置。利用Unity中的Terrain功能創建地形，結合場景需求添加山川洼地，為地形添加紋理貼圖，增加樹木和草地，完成地形的制作。

3.2.2交互功能設計

在VR騎行健身系統的詳細設計中，交互功能的設計是關鍵要素之一。首先，高級的VR騎行系統應該具備多樣化的交互方式。例如：《VZfit》可能是首款開放的VR健身平臺，支持多種具備藍牙功能的傳感器和健身外設，讓更多人群可以使用。本系統也可以直接使用Quest和手柄來進行運動。其次，除了基礎的操作方式如轉向、剎車等，更復雜的交互功能如心肺功能評估、個性化運動干預方案、運動風險控制等也應被考慮進去。例如：運動健康管理設計的智能單車VR健身系統就能實現上述的這些功能。這個系統通過選用家用電磁阻單車作為運動器械硬件，擴展獲取運動數據以及實現命令通信數據報文接口，自主研發了科一健康App軟件平臺，以運動健康管理作為基礎，增加了心肺評估、體能訓練、VR互動騎行競技等功能模塊。

此外，為了使用戶在體驗過程中獲得更好的沉浸感和娛樂性，VR騎行系統還應提供實時交互的功能。例如：可以實現與三維游戲一樣的行走和物理碰撞，可使用方向盤、操縱桿、自行車等實物來進行操作。這樣的交互設計不僅增強了運動的趣味性，也有效地提高了用戶的鍛煉效果。

3.2.3數據監測與反饋

在VR騎行健身系統的詳細設計中，數據監測與反饋機制是至關重要的一環。首先，系統需要具備對關鍵數據的實時采集能力。例如：通過改裝傳統健身自行車，增加力反饋結構、轉向軸、踏板保護裝置和傳感器安裝位置，實現對速度、心率、血氧、轉向角度等數據的準確采集。其次，為了保證數據的實時傳輸，可以采用藍牙等無線通信技術進行數據傳輸。同時，也需要保證數據的準確性和可靠性。例如：運動健康管理設計的智能單車VR健身系統，可以實現心肺功能評估、個性化運動干預方案、運動風險控制等功能，其心肺評估結果較為準確可靠，生成的運動方案安全有效。最后，數據監測的目的除了用于用戶自身的運動管理和改善外，還可以為用戶提供及時的反饋，以提升用戶的體驗和鍛煉效果。例如：當用戶騎行速度過快或者心率過高時，系統可以通過振動或者語音提示用戶調整騎行狀態。此外，通過線上互動游戲競技娛樂的方式增強現實體驗，自主增加運動強度與運動量，達到運動效果，降低運動風險[5]。

4結語

VR騎行健身系統的設計需要綜合考慮多個方面，包括硬件設備、軟件應用、數據監測與反饋等。首先，需要選擇適合的VR設備，如頭戴式顯示器和手柄等。其次，還需要選擇合適的自行車作為運動器械，并對其進行改裝以適應VR環境。此外，還需要考慮如何采集用戶的生理數據，如心率、血氧等。

隨著虛擬現實技術的不斷發展，VR騎行健身系統的應用前景十分廣闊。在未來，我們可以預見以下發展方向。

（1）更加多樣化的應用場景：除了現有的健身、競技體育和康復訓練等領域，VR騎行系統還可被應用于旅游、探險等更多領域，為騎行者提供更加豐富和獨特的體驗。（2）更加專業化和個性化的趨勢：預計未來將涵蓋球類及阻力訓練等更廣泛的領域。通過數據分析和反饋功能，可以為用戶提供更加個性化的運動建議和反饋，幫助他們改善運動效果。

參考文獻

[1] 趙思琪.元宇宙背景下的游戲設計教學[J].科教文匯，2023（22）：74-77.

[2] 沈麗燕，張紫徽，王勇超，等.基于5G技術的新一代智慧校園探索：以浙江大學的5G新一代智慧校園建設與應用為例[J].現代教育技術，2024，34（3）：116-126.

[3] 王子鑫，許一凡，陳海健，等.沉浸式動感單車系統設計與實現[J].福建電腦，2020，36（6）：136-137.

[4] 李昕.動感單車交互式虛擬騎行健身系統研發[D].杭州：浙江理工大學，2019.

[5]陳玉平，袁海濤，徐玉明.基于運動健康管理模式的VR單車智能健身系統的設計與實現[J].杭州師范大學學報（自然科學版），2021，20（4）：374-380.