淺談籃球技術三維仿真系統的設計

（陜西學前師范學院體育系,陜西西安,710100）

淺談籃球技術三維仿真系統的設計

高興貴

（陜西學前師范學院體育系,陜西西安,710100）

通過計算機技術構建一種模擬的籃球運動，即制作三維的仿真籃球系統?？梢园鸦@球運動員的籃球技術和運動過程信息進行捕捉采集，再通過計算機制作出三維仿真的模擬籃球運動，這些信息通過計算機的整合后形成了一個三維的仿真數據庫。

籃球技術；三維仿真；系統；教學

1 虛擬的籃球運動員

本文所論述的主要是“三維數字虛擬人”，這個概念和“數字人體”的概念并不一樣。后者主要是以活人為研究對象，它是在不同的時空下，通過計算機建立起來的動態人體系統。對人體進行實時觀測，然后通過網絡以及計算機的信息整合處理而形成的技術系統。而本文所論述的“數字化虛擬人”是以死人為研究對象的。就好比將人的身體解剖成成千上萬的零散的部分，再對這每個部分進行拍照，通過計算機技術把這些部分整合處理，重新構建一個新的人體三維結構。這兩者的本質區別正在于此，但是兩者又并不是毫無關聯，在數字化虛擬技術方面，兩者還是有一定的聯系。對數字化虛擬人研究主要包括三個方面，一是虛擬可視人，二是虛擬物理人，三是虛擬生物人。就目前來說，虛擬可視人和以活人為研究對象與研究基礎的數字人體還是有很大的區別。數字化虛擬人的研究主要是通過計算機，來觀測掌握人體系統在一定時間和一定空間內的狀況。它的研究是以活人為基礎，然而我們都知道，人體是由億萬個細胞組成的，再加上由細胞構成的組織與組織之間，器官和器官之間的相互作用，以及人體與外界環境的相互作用。這個龐大系統中的聯系、變化是極其復雜的。而數字化虛擬人顯然不能夠滿足這些研究需要。

有的專家學者提出了人體模型法，它是一種分層構建三維數字人體的方法。即把虛擬人劃分為三個部分：基本骨架、肌肉層和皮膚層。其中的人體骨架又分為三個部分：人體重心、關節、骨骼。虛擬人模型的構成也包括了兩個方面：虛擬人骨架、虛擬人表面模型。一般來說，我們看到的虛擬人模型就只包含了虛擬人的表面模型一個部分，而并不包括虛擬數字人骨架模型?，F在我們所說的虛擬人模型主要由兩個部分組成，即骨架和部位，其中部位又包括肌肉、皮膚、服飾三個方面。表面模型的組成包含了53塊小的部分，這些小部分之間并不是相互獨立的，他們之間有一些小的公共區域。這些小的公共區域的設定是為了使數字人在運動時不致于出現裂縫。全身的關節以及骨骼段整合起來就組成了虛擬人骨架模型。這個模型準確來說應包括54個關節，其中包括一個重心位置。另外還應包括53塊骨骼段。這就使得各個部位在各自的關節上可以進行不同方向上的旋轉運動，從而就產生了各種各樣的動作姿態。這就使得數字虛擬人完成的動作更接近真實的人體動作，顯得更加準確和逼真。有人把三維仿真技術運用到了籃球上，而且具有了一定的成效。他們利用相關軟件建立了骨骼、人體模型、角色等等。同時制作了虛擬球場等相關環境。仿真籃球運動員的動作，通過輸出設備，形成三維的動畫。如下圖1所示。

2 籃球運動技術動作的捕捉和采集

運動捕捉系統作為一種高新的技術設備，能夠及時捕捉并準確測量運動物體在三維空間的運動狀況。排布在空間上不同位置、不同角度的視頻設備，能夠把運動物體的運動軌跡和相關狀況記錄下來，這種記錄是以圖像的形式被保存，然后通過計算機圖形學，對圖像進行處理。從而能夠得到不同時間段上，不同物體在空間中的坐標。如下圖2所示

我們通常所說的運動捕捉設備一般由四部分構成，包括了傳感器、信號捕捉設備、數據傳輸設備和數據處理設備。傳感器是一種跟蹤裝置，它安裝在運動物體上，并固定于某一特定部位，便于采集捕捉運動物體的位置信息。跟蹤器的數目越多，那么對運動捕捉就能夠越細致。信號捕捉設備是一種硬件設備，它主要對信號進行采集，通過對傳感器的識別，形成物體運動軌跡的模擬信號。數據傳輸設備可以將信號捕捉設備所形成的模擬信號進行轉換，使之形成數字信號。并把此數字信號傳輸進計算機，通過計算機系統進行處理。數據處理設備包含了兩個部分，一個是計算機硬件設備，另一個是數據處理軟件。它負責處理傳進計算機系統的大量數據，并對這些數據進行整合修正。從而才能在此基礎上創建三維模型，并且制作相關的動畫。

3 籃球運動技術三維仿真數據庫

其實在中國籃球協會以及搜狐網、新浪網上都已經建立了相關的籃球數據庫。但這些數據庫主要是為廣大網民提供大眾化信息。而且都不能提供籃球的戰術分析、球員的動作分解等等相關的視頻數據。更沒有較為成熟和專業的虛擬籃球場景的設計和動作指導?；诖朔N情況，我們就有必要把相關的籃球數據進行統一地、有效地、更深層次地管理。形成一個籃球數據庫的系統。這個系統應該包括以下四個部分：

圖1

3.1數據庫

這個所謂的數據庫就是在存儲設備上，通過計算機的處理，存放海量的籃球數據資源?？梢哉f，它是整個數據庫系統的核心。

3.2硬件

硬件是數據庫系統的基礎，它主要包括了CPU、內存、外存和輸入輸出設備。他們是數據庫中數據資源的物質載體!

3.3軟件

軟件部分包括了OC、數據庫的管理系統以及各種編程語言和應用開發的軟件。軟件是數據庫系統中一個重要的工具和助手。

3.4人

這里所說的人，他包括了數據庫的管理員、程序員和操作員。三種人的職責和分工各不相同，數據庫管理員在數據庫的建立和維護上發揮著關鍵作用。數據庫程序員主要負責開發應用程序的相關工作。他們利用系統提供的高級語言，如C語言、Java語言等開發相關的應用程序。以便于在數據庫中創建新的信息、改變已有的信息或者產生數據報表等等。而數據庫操作員則只需要通過程序員編寫好的程序直接對數據庫使用相關命令和具體操作。

關于籃球技術的三維仿真數據庫中的數據資源，它的覆蓋面應當廣泛，比如國內國外的各大高校、各個地區的籃球協會中的優秀運動員的技術動作。把他們進行整合分類，用戶通過網站中的搜索即可以查詢到他們想要了解的資料。在運動員的投籃、防守、突破、傳球以及球隊的戰術上面都能夠實現三維立體的輸出演示，是用戶能夠更加有效地學習。

4 三維仿真技術運用于籃球的意義與價值對于現代的籃球教學與訓練來說，三維仿真技術在其中的運用具有極其重要的意義和價值。它能夠對籃球運動員的移動、投籃、速度、傳球等技術動作進行量化的分析，并把分析結果以表格或者圖像的方式完整具體地呈現出來。在此基礎上，運動員可以把形成的數據資料和規范的技術動作資料等進行比對，從而找出自身的具體問題。另外，由于籃球學習和訓練的實踐性很強，往往受到訓練場地、天氣狀況、訓練器材、訓練經費等各個方面原因的限制，甚至運動員受傷等情況。這些都會導致運動員不能夠完成相關的訓練。而三維仿真技術的應用能夠在一定程度上彌補這些問題。運動員通過具有自主性、選擇性和針對性的觀看模仿，能夠更深層次地發現問題和解決問題。在幫助他們改進技術動作的同時，也提高了教學訓練的效率和成果。對于一些高難度動作，教師往往不能夠反復而又準確地完成，而三維仿真技術就使得運動員的反復觀看和模仿成為可能。

5 結語

籃球技術三維仿真系統的應用，是一種教學上的改革和創新。它不僅能夠更加有效地輔助教學，還能夠增加運動員的學習熱情。在不斷提升學員知識與技能的同時，也能夠實現對教學信息的及時反饋和管理。為教學訓練提供了更加科學、更加有效地環境。隨著社會的進步和科技的發展，相信在以后的籃球訓練中，三維仿真技術將會運用得更加廣泛，其技術也會越來越成熟完善。

[1] 陳健.基于現代計算機信息技術的籃球戰術教學軟件的研制[J].杭州師范學院大學學報(自然科學版），2006（5）：38-40.

[2] 孫勇超.蹦床運動仿真中虛擬運動員動作編排方法的研究[R].首屆智能CAD與數字娛樂學術會議，2003.

[3] 陳健.虛擬現實技術在體育運動技術仿真中的應用[J].體育科學,2006(9):97-101.

Design of 3D simulation system of basketball technique

Gao Xinggui
(Shaanxi Preschool Teachers College Department of physical education,Shaanxi Xi'an,710100)

Through the construction of a simulated basketball computer technology,namely making basketball simulation system of three-dimensional.Can the information technology of basketball and basketball players ofmotion capture,and then through the computer to make simulation of basketball 3D simulation,these information through the computer integration forms a three-dimensional simulation database.

basketball technology;simulation system;teaching