健美操訓練中虛擬現實技術的應用探討①

王晶晶

(武漢體育學院 湖北武漢 430079)

健美操訓練中虛擬現實技術的應用探討①

王晶晶

(武漢體育學院 湖北武漢 430079)

虛擬現實技術在20世紀90年代才被人提出，是一種基于互聯網、融合了多種信息技術的新技術，僅十幾年，就已滲透到人類的日常生活。文章從虛擬現實技術在健美操訓練中的應用現狀入手，通過對虛擬現實技術原理的分析，聯系健美操訓練實際特點，闡述了虛擬現實技術在健美操訓練領域的應用，在此基礎上，分析實例，進一步對健美操訓練虛擬現實訓練系統進行結構，就此對虛擬現實技術的未來在體育健身訓練領域的發展此進行展望。

健美操訓練 虛擬現實 體育系統仿真平臺 實際應用

1 概念界定

1.1 虛擬現實

虛擬現實，即VR（Virtual Reality），這一概念是在1989年，由美國VPL Research公司的創始人、著名計算機科學家Jaron Lanier提出。其基本含義如下：(1)使用計算機圖形系統，將各種顯示及管理等接口儀器統一起來。(2)在電腦上產生，可在人機交互的仿真環境中產生沉浸感的技術。也就是說，虛擬現實是對真實世界的描述，擁有現實世界的框架，又可在虛擬環境中進行人機交互。

1.2 體育系統仿真平臺

體育系統仿真平臺，即體育仿真支撐環境，是一組軟件的集合。這一平臺由輔助建模、模型調試和運行支撐等系統構成。通過這些系統的有機結合，在整個仿真周期內可以為用戶提供一個模擬現實的體育環境。

2 健美操訓練領域虛擬現實技術的應用原理探討

2.1 建立在虛擬現實技術基礎上的健美操系統仿真平臺基本架構

健美操系統仿真平臺，是一個利用虛擬現實技術，對健美操實現模擬訓練而打造的計算機仿真體系，該體系的核心是數據采集、建立三維模型、構建虛擬現實環境。

健美操訓練仿真平臺核心即其基本結構。即數據采集依托位置方向跟蹤以期、數據手套、轉換設備、手套輸入轉換儀器等構成的輸入系統。而建立三維模型依靠效果的生成和信號的轉換構建所定義的輸出系統來完成。健美操虛擬現實訓練環境的主要構成有以下幾類：其一，用戶的使用系統；其二，三維空間處置儀；其三，三維模型的數據庫；其四，仿真模擬管理器；其五，電腦和各類反饋設備。

2.2 基于虛擬現實技術——體育系統仿真平臺工作原理

2.2.1 數據采集與分析

虛擬現實技術本質上是依托云計算下的大數據生成，即將大量的健美操數據輸入到虛擬環境產生器中，通過系統軟件對分析這些數據，接著用信號轉換器、光柵顯示器等進行處理，從而達到想要的虛擬效果。數據分析主要是為了實現以下的功能，即在健美操訓練中構建訓練虛擬現實的場景和器材，捕獲健美操運動員的數據，采集其生理，生化以及心理數據，從而分析數據，進行解構后重組，實現健美操動作重演和展現，從而達到分析訓練效果，科學選材的作用。

2.2.2 健美操系統仿真平臺基本原理與理論上的應用環境

虛擬現實媒體技術的應用是將健美操的基本動作轉化為視頻信息，加以標注和解釋，在訓練過程中，依據教學實際情況，對規定動作重復播出、講授，再通過教練的正確示范，使學生在大腦中呈現出明確無誤的健美操動作，從而能夠直觀掌握對動作要領，加快學習，促進學生學習、訓練的積極性和主動性。同時也能夠有效地發現錯誤，通過對錯誤動作原因的討論，針對問題進行高效的糾正。

而在理論上，虛擬現實技術在健美操領域主要可以應用于以下3個方面。

(1)建立虛擬仿真訓練模型以及虛擬現實訓練環境。

(2)對重點的動作進行模擬。

(3)健美操動作的再創作。

3 健美操訓練領域中，虛擬現實技術的應用現狀

3.1 健美操訓練特點

健美操結合了舞蹈藝術和體育，因而在健美操中，兩者的訓練內容體系兼而有之。健美操訓練包括了三大項內容，每一大項又可以進行分解。三大項有體能綜合訓練，包括力量、靈活性、耐力；動作技能訓練，包括基礎動作技能、標準動作和難度動作；健美操整體素質練習，包括健美操融合能力、音樂體驗和表現能力、健美運動創造能力、心理素質訓練。

3.2 虛擬現實技術數據采集與三維模型構建

使用虛擬現實技術來進行健美操的訓練，第一步即要捕獲訓練者的運動數據。在構建人體骨架上，當前虛擬現實領域普遍采用四元數表示方式來計算關節點的旋轉量，通過獲取所有關節點的旋轉量，再定位其根關節點，通過相對位置，采集到人體運動數據。

在獲得大量相關數據之后，建立健美操訓練的數據庫，通過重組數據，建立關于健美操運動員的三維模型。通俗的講，該模型為虛擬現實中的運動員，在表現健美操的動作時，可以說，虛擬現實中的模型等于真實運動員。通過對虛擬運動員的分析，將大大提高健美操運動員對自己狀態的認知。

3.3 構建健美操系統仿真平臺

在健美操訓練領域，為切實提高訓練效率，可以運用虛擬現實技術，構建健美操系統仿真平臺。該平臺有3個相互獨立又共同運行的分平臺構成，即行為動作生成分平臺，其作用為依據傳感器捕獲的數據，在科學性的基礎上，重新編排健美操的動作。動作模式設計分平臺，就是對健美操的動作模式進行設計。群體隊形模式變化模擬分平臺，就是依托虛擬現實技構建的仿真模型，通過數據輸入，將健美操隊形由初始狀態變為最終要呈現的狀態，虛擬現實環境下，模型隊伍變化的方式可以為健美操隊形模式設計提供幫助。

4 虛擬現實技術在健美操訓練領域前景分析

虛擬現實技術的廣泛應用依舊依托以數據庫的建立，這將是虛擬現實技術未來著重發展的方向，即追求數據的精確化與精細化。目前，仿真系統可以通過系統內傳感器采集的數據，經四元數表示方式運算，由跟蹤設備直接記錄運動實體的實時數據，并將數據輸出，構建仿真動畫。

而在健美操領域，未來可實現虛擬訓練場地建設。通過收集健美操運動的數據，對其進行設計、改良、再創作，經過教練的設計的嚴謹、科學、合理的動作組合，確保訓練的高效進行，從而構建模擬仿真度高的訓練環境，打造健美操系統仿真平臺。進一步可以進行訓練器具和模擬人員等建構模型，進行虛擬人體在模擬環境中改良、創設與調整健美動作模式。

5 結語

總而言之，虛擬現實正在以摧枯拉朽之勢創造著一個新的世界，借用高盛報告中的一句話，從根本上講，虛擬技術創造了新的，甚至是更直觀的方式與計算機互動。虛擬現實技術將為我們提供更大的視野，就健美操訓練來說，人們將不再受制于原來訓練體系的束縛，意味著，虛擬現實技術的易用屬性與廣泛的應用潛力，加上體育仿真訓練系統廣闊的開發、推廣和發展前景，這一體系與技術在體育訓練領域將會得到巨大的發展。

[1]王琳.基于VR技術的體育健美操仿真系統設計與研究[J].電子設計工程，2017(8)：155-157，162.

[2]張偉.基于VR的健美操仿真系統設計關鍵技術[J].電子設計工程，2015(19)：83-84，88.

[3]王繼康.基于虛擬現實技術的體育教學創新探討[J].自動化與儀器儀表，2015(5)：118-120.

G831.3

A

2095-2813(2017)08(c)-0046-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2017.24.046

王晶晶（1984，2—），女，河南駐馬店人，碩士，講師，研究方向：健美操、啦啦操、團體操教學與訓練。