虛擬現實技術在散打運動中的應用研究

章海晨

(南通大學體育科學學院，江蘇 南通 226007)

虛擬現實技術在散打運動中的應用研究

章海晨

(南通大學體育科學學院，江蘇 南通 226007)

虛擬現實技術是信息化時代的一項涉及眾多學科的高新應用技術，在體育教育訓練方面有著廣闊的應用前景。文章將虛擬現實技術運用在散手運動中，為研究和提高運動員的技、戰術訓練水平提供一定的理論依據和方法。

散手 虛擬現實 虛擬人 動作捕捉技術

引言

散手作為中華武術的一個分枝，以其“遠踢、近打、貼身摔”的獨特技法名揚世界武壇。近年來，隨著散打擂臺爭霸賽和世界各國的挑戰賽等系列賽事，使散打運動不斷發展和創新，運動員的運動水平也越來越高，但運動員要在比賽中尤其是高水平比賽中取勝，已經變得相當困難，為了能夠保證運動員在比賽中達到最佳競技狀態，將平時的訓練水平能夠得到淋漓盡致的發揮，因而尋求新的運動訓練方法成為散手運動訓練新的研究熱點。隨著日新月異的科技發展，對體育運動的發展也起到推波助瀾的作用。在眾多的媒介中，虛擬現實(Virtual Reality)技術取得了令人矚目的研究成果，它給用戶帶來的身臨其境的感受，也為我們研究體育運動提供了極大的便利。本文將虛擬現實技術在散手運動中的運用，為研究和提高運動員的技、戰術訓練水平提供了一定的理論依據和方法。

1 虛擬現實技術概念、構成及特征分析

1.1 虛擬現實技術概念

虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR；又譯作靈境、幻真)。研究內容涉及到人工智能、計算機科學、電子學、傳感器、計算機圖形學、智能控制、心理學等，它是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，從而使得在視覺上產生一種沉浸于這個環境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環境及事物的內在變化，并能與之發生“交互”作用，使人和計算機很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。

1.2 虛擬現實系統的分類

(1)沉浸型虛擬現實系統，是一套比較復雜的系統。使用者必須戴頭盔、帶數據手套等傳感跟蹤裝置，用戶可完全沉浸到虛擬世界中，與虛擬世界進行交互。(2)簡易型虛擬現實系統，是由一臺普通的計算機系統組成。使用者通過鍵盤、鼠標便可與虛擬環境進行交互。用戶在普通的電腦上，利用鼠標和鍵盤，就能真實地感受到所虛擬的情景。

1.3 虛擬交互設備的構成

為了實現人機之間的充分交換信息，必須設計特殊輸入工具和演示設備，以識別人的各種輸入命令，且提供相應反饋信息，實現真正的仿真效果。一個完整的虛擬現實系統由虛擬環境、以高性能計算機為核心的虛擬環境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統，以方位跟蹤器、數據手套和數據衣為主體的身體方位姿態跟蹤設備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統等功能單元構成。

1.4 虛擬現實技術的特征分析

(1)多感知性(Multi-Sensory)：多感知是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知功能。由于相關技術，特別是傳感技術的限制，目前虛擬現實技術所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。

(2)浸沒感(Immersion)：浸沒感又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創建的三維虛擬環境中，該環境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現實世界中的感覺一樣。

(3)交互性(Interactivity)：指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度(包括實時性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

(4)構想性(Imagination)：強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現真實存在的環境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。

2 武術散手的動作技術分類及特點分析

2.1 散打運動技術技術的分類

根據攻防矛盾可將散打技術分為進攻技術和防守技術兩大類。根據技術表現特點(身體運用部位的不同)可將進攻技術分為打法、踢法和摔法三種；防守技術分為接觸式防守和非接觸式防守。根據動作數量的不同。散打技術又可分為單一技術(基礎技術)和組合技術。進攻技術可分為單一進攻技術和組合進攻技術，單一進攻技術可分為單一打法、單一踢法、單一摔法，組合進攻技術，根據運用技術種類不同可分為同類組合技術和非同類組合技術；防守技術可分為單一防守技術和組合防守技術。

2.2 散手技術的動作特點分析

散手的動作技術開放性、多樣性，是散手在中國武術的實用基礎上不斷融合、兼并了世界各國的技擊方法整合出來的一種發展型的技擊技術。同時其動作必須簡單實用，在激烈精彩的對抗搏擊競賽過程能充分發揮運動員在速度、力量、耐力、柔韌、靈敏等方面的潛力，使比賽更具觀賞性。

3 虛擬現實技術在散手運動中的運用研究

3.1 散手運動訓練的場景的生成

使用Vega生成虛擬現實，Vega是美國Multigen-Paradigm公司生產的用于虛擬現實、實時視景仿真、聲音仿真以及其他可視化領域的應用軟件。它是一套完整地用于開發交互式、實時可視化仿真應用的軟件平臺，其最基本的功能是驅動、控制、管理虛擬場景并支持快速復雜的視覺仿真程序，快速創建各種實時交互的三維環境，快速建立大型沉浸式或非沉浸式的虛擬現實系統。利用該系統制造出散手虛擬綜合訓練或比賽的場景(觀眾的叫喊聲等環境)，給運動員真實的比賽的環境，這樣可以減少運動員在比賽中出現失誤，克服不必要的緊張，讓運動員能夠自我調節比賽中的興奮程度，進行自我精神快速調整，同時也增強運動員比賽中的自信心。

3.2 運用動作捕捉技術(Motion capture)建立散手動作數據庫

散手運動員穿上數據衣或在關鍵部位設置跟蹤器，讓運動員將散手動作一一演練，由動作捕捉系統捕捉跟蹤器位置，再經過計算機處理后向用戶提供可以在動畫制作中應用的數據(動作數據庫)，加上視頻資料的采集以及現場拍攝的方式，收集了大量有關散手的視頻信息，利用VideoStudio將種散手的技術動作特征單元提取出來，將所有的數據分類建立多個動作數據庫，當所有數據被計算機識別后，設計師即可以在計算機內的虛擬環境中調整、控制虛擬人的運動。運動捕捉的實質就是要測量、跟蹤、記錄物體在三維空間中的運動軌跡。典型的運動捕捉設備一般由以下幾個部分組成：傳感器、信號捕捉設備、數據傳輸設備、數據處理設備。

3.3 虛擬現實中的智能虛擬人的建立

需要用3Dsmax、maya等三維動畫軟件制作出三維虛擬人物模型，在計算機表示的空間中生成逼真的三維虛擬人，虛擬人是人在計算機生成空間(虛擬現實)的幾何特征和行為特征的體現。但虛擬人不是一個簡單的聽從人的命令的三維人體模型，而是一個具有心智系統的智能體，它可以根據外界的信息輸入(現實人輸入動作指令)而得到自己的輸出(虛擬人的動作回饋)，這就要求對虛擬人的智能系統進行心智建模，使虛擬人有能夠處理信息的能力，通過對信息進行加工、再生從而產生對事物的反作用的處理。我們將具有情感表達或目的性操作的虛擬人可稱為智能化虛擬人。

3.4 散手對練系統的生成

我們將動作捕捉系統捕捉到的數據需要修正、處理后，再以數據驅動與程序驅動相結合的方式建立虛擬人體，以此來實現和控制虛擬人的運動，形成虛擬交互式的散手對練系統。此外，我們讓運動員根據不同的對手的特點進行動作模仿，建立多個優秀運動員的動作數據庫，讓受訓者能夠跟多個運動員進行模擬訓練，適應不同對手的動作風格，以此提高受訓者的適應能力和技戰水平。

4 結語

以虛現實技術創建的虛擬環境，特別強調人參與其中的身臨其境的沉浸感，同時人與虛擬環境之間可以進行多維信息的交互作用，參與者從定性和定量綜合集成的虛擬環境中可以獲得對客觀世界中客觀事物的感性和理性的認識，從而深化概念和建造新的構想和創意。虛擬現實技術為散手運動提供有效的、嶄新的訓練手段，使得受訓練者能夠感受到比較真實的立體視覺、立體聽覺，與虛擬環境進行自然的交互操作，提供科學、便利的訓練環境，同時也為我們研究散手的運動變化規律和世界各國的技擊運動提供了極大的便利。

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[5]劉鵬遠.虛擬操作訓練系統中的人機交互技術研究[J].系統仿真學報，2005(5).

On the Application of Virtual Reality Technology in Sanshou Movement

Zhang Haichen
(College of P.E.,Nantong University,Nantong Jiangsu 226007,China)

Virtual reality technology is an application technology involving multitudinous disciplines in information age,has a bright prospect in sports education and training.The study applies the virtual reality technology into Sanshou sport,for research and improving the athlete's training level of skill and tactics provide certain theoretical basis and methods.

Sanshou Virtual Reality virtual human Motion capture

G85

A

1004—5643(2012)08—0036—02

章海晨(1977～)，男，碩士，講師。研究方向：民族傳統體育。