虛擬現實技術在足球中的應用綜述①

劉秋月 周敏 張矛矛

(中國礦業大學體育學院 江蘇徐州 221116)

虛擬現實技術在足球中的應用綜述①

劉秋月 周敏 張矛矛

(中國礦業大學體育學院 江蘇徐州 221116)

文章主要采用文獻資料法,對國內外相關文獻資料進行歸納總結,分析虛擬現實技術在足球領域的應用現狀及存在的問題。通過分析發現,虛擬現實技術在國外的應用研究較多,用于教學訓練的軟件較為完善;國內研究主要集中在跳水、滑冰、皮劃艇等項目中,在足球中的應用較少。

虛擬現實技術 體育 足球

隨著世界體育事業的蓬勃發展,要想在運動成績上有所突破,就必須將高新科技與運動訓練結合,用科學的手段和技術輔助于運動訓練以經成為世界體育發展的趨勢。VR技術的不斷成熟與完善,為體育事業的發展提供了一個契機,VR技術已經滲透到了很多體育項目中,例如:體育新聞轉播、運動訓練、即時回放、動作仿真等,成為提升競技體育水平的強大“武器”。

足球作為世界性運動,深受大眾的喜愛,2013年廣州恒大獲得“亞洲足球俱樂部冠軍聯賽”讓國人重新看到了中國足球發展的希望。隨著VR技術的不斷發展和完善,已經成功的應用于各個領域,將虛擬現實技術與足球運動結合也成為研究者關注的課題,都希望該技術能夠輔助用于足球的教學和訓練,從而提升運動員的競技水平,提高運動成績,改善中國足球的“萎靡”現狀。主要圍繞虛擬現實技術的發展歷史,在體育領域的應用價值與趨勢以及在足球運動領域中的應用進行闡述,分析虛擬現實技術在足球中的應用現狀及存在的問題,旨在為改善足球發展現狀提供參考意見,為促進足球競技水平的提高,傳播足球運動,擴大中國足球的影響力做貢獻。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本文以虛擬現實技術在足球中的應用為研究對象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過互聯網收集、查閱大量相關資料,在圖書館查閱相關文獻,以及學報、期刊發表的相關論文,為本研究提供了詳細的資料和理論依據。

1.2.2 歸納法

將收集的相關文獻資料進行分析整理,歸納出前人學者在虛擬現實技術領域的貢獻及虛擬現實技術在體育領域的發展現狀和應用現狀。

2 結果與分析

2.1 虛擬現實技術在國外體育領域的應用分析

虛擬現實技術是近些年來隨著計算機技術的發展才出現的,在學科高度分化和計算機技術飛速發展的情況下,虛擬現實技術已經形成了一門學科。目前國內外運用虛擬現實技術在各個領域開發和研究的產品不勝枚舉,其研究成果也受到科研人員甚至商業界的廣泛關注,并積極地將研究成果應用于生產實踐中。在體育領域,虛擬現實技術也有不少運用的實例,在學術研究上也能查到不少的文獻資料,其中包括“虛擬現實技術在高校中的應用研究”[1],在“競技體育中的研究”[2],在排球、體操、跳水、鉛球、健美操中的應用研究等,然而將虛擬現實技術運用到足球運動中,相關的文獻還比較少。

Amusitronix的研究人員開發了VR Baseball,VR Golf,VR Tennis和VR Snow/Skate/Surf等系統[3]。Becker等在Alive系統的修改版本內建立了太極訓練器,這種修改版本后的系統能夠提供與用戶的生活經驗一致的信息。Yang等人設計出了一種基于VR技術的沉浸式訓練系統,基于直覺的交互式方法是其核心思想。Baek等設計出能為受訓者調整出用于給定運動標準的運動參考系統,提供受訓者跟隨參考運動的動作效果分析,并以擊劍手的訓練為例驗證了其系統的算法。2006年的美國網球公開賽首次引入“鷹眼”技術,該技術的正式名稱為“即時回放系統”,是目前世界網球公開賽中最先進的網球裁判輔助設備。主要就是采用了虛擬現實技術在計算機中模擬網球及網球場,并運用攝像機快速地、多角度地對網球運行軌跡進行數據捕獲,然后經過電腦的計算分析將捕獲的數據生成三維圖像,從而準確無誤地模擬出網球的運行軌跡并幫助裁判判斷此球是否出界。

2.2 虛擬現實技術在國內體育領域的應用分析

國內在虛擬技術方面的研究近些年也頗有成效,北京仿真中心、浙江大學等都是國內研究虛擬現實技術的主要科研院所,他們基于虛擬現實技術開發了進行健身的運動器材系統。如虛擬保齡球健身機系統,它是結合三維圖形顯示、動畫、交互式碰撞檢測和圖像處理技術開發成功的一項新產品,有效地縮短了保齡球運行的球道長度,節省了場地資源和經費投入;還有體育仿真中心研發的虛擬健身車等,都是VR技術在健身行業的典型應用。

最具典型的例子要數虛擬現實技術在北京奧運會和上海世博會中的運用。在2008年奧運會期間,從開幕式的彩排演練到比賽前期運動項目的虛擬訓練以及奧運會期間場館內部安保工作的部署等都用到了虛擬現實技術。尤其是利用三維網絡互動平臺構建出了一個逼真的“網上奧林匹克公園”。借助虛擬現實技術,將各種圖片、文字、視頻加入虛擬環境并配以音效和動畫效果,使得奧運場館全景能夠完美的呈現在觀眾面前。而上海的“網上世博會”最別具一格的就是在“網上直播”中應用了虛擬仿真、虛擬交互、網絡在線等手段,增加了互動游戲項目,能讓人們在游覽世博園區的同時身臨其境的感受不同國家展館的特色。

2.3 虛擬現實技術在現代足球發展中的應用分析

Erdal Ylmaz等人以足球網絡游戲為基礎,提出了足球場上虛擬觀眾模型建立及渲染的重要性,并將每一位觀眾作為一個單獨的個體進行研究和渲染。他認為足球場上觀眾的情緒也會影響到球員的狀態和水平,高漲的熱情會讓球員更加沸騰,精力充沛,游戲中對觀眾角色進行建模更能激發游戲者的熱情。足球網絡游戲的發展推進了虛擬現實技術在足球運動中的應用。

景哲等對虛擬現實技術在足球運動中的應用進行了概述。隨著世界各國足球水平的不斷提高,足球水平的差距也在不斷的縮小,僅僅依靠強健的體魄和良好的身體素質已經很難取勝了,而更多的運動員則是依靠教練多年的訓練經驗和科學的訓練手段指導訓練取得優異成績。虛擬現實技術作為一項具有前瞻性的高科技技術,能夠彌補現代足球因訓練條件不足、訓練經費缺乏等一系列問題對足球訓練造成的影響,也避免了高難度,復雜動作對運動員所造成的傷害,能夠打破時間和空間的限制,形象的虛擬人物和場景設計,強調了學習環境的人性化,有利于提高運動員的學習興趣。

朱偉等人以機器人足球比賽為仿真背景,設計出足球陣法仿真虛擬結構模型。文章運用歸納推理,數據建模,模擬假設等方法,針對足球比賽中的陣法進行仿真建模構建出足球陣法仿真模型,該模型通過研究隊員間的默契及配合程度并進行數學分析和實驗,從而得出了不同賽場陣型下的最佳跑位方式。虛擬現實技術在該模型中的運用不僅能夠用簡潔明了的方式向運動員展示各方位運動員跑位的最佳路線,也能強化球員進攻防守協作的力度,提高球隊技戰術的水平。

王靜等人采用人工智能的建模方法建立了虛擬人足球仿真系統的層次結構模型。虛擬比賽環境子系統(對場地、球和虛擬人進行建模),感知系統(虛擬球員對外界的感知)是虛擬人模型低層系統設計的主要部分,而足球仿真系統模型的核心是虛擬人模型。文中主要以理論分析為主,其設計的虛擬球員仿真系統能夠賦予球員認知能力和動作規劃能力,從而提高了虛擬人的靈活性和智能性。

3 結語

虛擬現實技術雖然在我國體育領域運用較為廣泛,但是在足球領域的應用還比較少,多集中在虛擬現實技術的理論應用分析中,而對于虛擬訓練系統的開發及關鍵技術應用較少,應用于實踐指導和教學訓練的仿真系統也比較稀少。足球訓練包括了多種戰術和技術訓練。為了提高運動員的技術水平,足球隊大多都通過反復的觀看球隊的比賽錄像,分析其戰術分布情況,然后對其進行場景重現,采取針對性的訓練。但是,這樣的訓練耗時長,需要的球員人數多,訓練中運動員受傷的概率大,不宜于執行與推廣。因此,尋求一種簡單、快捷、方便且易于執行的教學訓練方法是解決問題的關鍵。

虛擬現實技術與足球運動的結合是一種創新和突破。作為一個新的研究領域,要想獲得成績就需要不斷地創新和提升,才能將虛擬技術更好的服務于體育事業。

[1]景哲,張才成.足球運動中虛擬現實技術的應用[J].民營科技,2011(3):168-168.

[2]張箐,張天馳,等.虛擬現實技術及應用[M].北京:清華大學出版社,2011:4-5,64-66.

[3]Erdal Yllmaz ,Eray Molla,Cansin Ylldiz. Realistic modeling of spectato rbehavior for soccer video games with CUDA[J].Computers & Graphics,2011(35):1063-1069.

G843

A

2095-2813(2014)07(c)-0183-02

劉秋月(1990—),女,湖北襄陽人,在讀碩士研究生,研究方向:體育教育訓練學。

張矛矛(1981—),女,江蘇徐州,博士,副教授,碩士研究生導師,研究方向:體育新聞，民族傳統體育，體育文化。