基于計算機網絡平臺的全民健身系統設計

張 威

(淮南聯合大學信息與網絡中心，安徽淮南 232001)

傳統的體育教學模式主要是由鍛煉者自行參與，缺少較為科學系統的指導，全民健身難以得到有效展開。在分析當前大眾體育需求基礎上，結合信息技術構建出全民健身網絡指導系統，可根據健身群體差異給予相應指導，從而在全社會范圍內提升全民健身效果。全民健身系統建立在計算機網絡平臺的基礎上，通過計算機系統可建立全民健身資料數據庫，利用數據庫對大眾身體狀況進行實時更新。當前的健身系統還存在一定問題，因此需要對全民健身系統進行進一步更新完善，并將其應用于實踐，提升全民健身效果。

1 系統構建

1.1 系統需求分析

本研究構建的全民健身系統主要為了滿足我國大眾健身需求，在設計系統過程中應考慮以下問題：

(1)硬件要求較低，系統可以在眾多硬件設備上運行，當前智能移動終端設備和家庭電腦在功能以及基本配置上性能不一，基于本系統服務于社會大眾，要求該系統應適應普遍的智能設備，可在眾多設備上安裝運行，避免在部署以及升級過程中出現麻煩。

(2)系統操作界面設計要人性化，應具備一定清晰度。在系統中設置幫助選項，使用者均可在短時間內掌握其使用方法，并可快速找到功能界面模塊。在顏色選擇上要柔和，簡介大方，可體現出個性化特點。

(3)系統需要具備良好的人機交互性，在運行過程中可保持流暢性。在設計過程中應考慮盡可能降低系統運行過程中造成的卡頓現象，有效測出用戶健身過程中的身體各項參數，設定的參數主要有運動參數、心率、熱量消耗等，可反映出用戶的健身效果。

(4)系統應具備一定的娛樂性，通過該系統可實現二維動畫和三維動畫的人體模型運動控制，兼顧實用性和娛樂性。

(5)將系統與云計算相結合，采用較為順暢的圖像處理技術。以云計算Web服務實現用戶客戶端與服務器端的有效交互，從而最大限度地提升系統運行效率，降低其運行過程中可能存在的延遲現象[1]。

1.2 系統用例圖

通過用例圖(圖1)反映出系統角色以及系統功能模塊。該系統角色主要包括用戶和管理員，其中用戶指的是社會公眾使用者，管理員則是對系統進行管理、更新、維護的人員。用戶在該系統中需要首先進行身份注冊，注冊用戶后便可以固定賬號及密碼進行系統登錄。用戶進入系統后可通過系統功能進行替身模擬和參數統計，獲得健身指導。用戶信息均被存儲于系統中，用戶可將個人信息與其他信息進行對比，共享健身信息。管理員主要是進行系統維護管理和用戶管理，并對系統中所有的功能模塊進行管理，結合實際需求進行功能維護和用戶權限設定[2]。

圖1 系統用例圖

2 系統開發平臺及技術

2.1 系統開發平臺

本研究系統主要采用VS.NET和SQL開發系統運行的編程平臺。在系統運行過程中克服不兼容現象，在系統構架中采用.NET Framework位置在NET所用通訊協議上，通過.NET Framework開發人員可比較簡單地建立其對應的網絡應用程序，并通過Web服務器提供系統服務，從而為整個系統生成、部署、擴展及維護等提供較為便捷的途徑。

程序部署可選擇B/S和C/S兩種方式。通過C/S可在客戶端模擬出較為流暢的動畫效果，具備較為良好的響應能力。B/S結構在部署過程中將數據層、業務邏輯層等集中于服務器部分，該系統以瀏覽器作為搭載平臺，通過B/S結構可有效地實現系統功能。其不足之處在于對瀏覽器的依賴性較強，響應能力不足，在設計過程中軟件無法實現空間模型的有效模擬，用戶在使用該系統時體驗較差。本研究采用智能客戶端，實現本地應用程序與Web之間的交互，并將B/S和C/S兩種客戶端的優勢有效結合在一起，該集成網絡具有強大離線能力，可引進高校數據管理功能以及智能網絡連接技術，有效提升系統的功能性。本系統平臺使用的智能客戶端應具備如下功能[3]：

(1)有效調用本地資源，智能客戶端可有效利用客戶單的硬件設備，與智能終端相連接的硬件組件等均在可使用范圍內。

(2)該系統在計算機中斷時可有效利用Windows程序的優勢，通過Windows窗體與Microsoft.NET.Framework構建出客戶端應用程序平臺，通過Windows窗體強大的界面組件以及其窗口設計解決DLL的版本沖突問題。

(3)該客戶端屬于一種充分利用Web服務提供的信息應用程序平臺，可調用Web服務器提供系統服務，有效解決客戶端與服務器相連可能出現的安全問題，為系統運行提供有效保障。

(4)系統可支持偶爾連接，在離線或在線狀態下均可展開工作，有效提升系統靈活性。

(5)客戶端可在現有網絡服務器的支持下使用網絡資源。

(6)客戶端可進行安裝和卸載，可結合實際需求進行系統更新，與Web程序一樣實現部署及更新。

2.2 3D動畫處理技術

本研究在進行3D動畫處理時采用TaoFramework中的Tao.Platform.Windows.Simple OpenGlControl派生進行MD2的繪制以及處理，通過編寫類形式進行MD2文件的處理，制作出動畫模型。文件的構建主要包括兩個方面：第一部分為文件頭，主要包括文件ID號、版本號以及相關模型的起始地址符等；第二部分為文件主體部分，主要包括各種數據，例如文件頂點數據、紋理數據等。將MD2文件組成部分進行拆分處理，主要包括文件頭、紋理坐標集合、三維對象組成點集合、組成三角形的點的索引集合、三角形的紋理坐標的索引集合。在進行MD2文件編制過程中首先定義其文件頭[4]：

//md2 header

Typedef stuct

{

Int ident;

Int version;

Int skinwidth

Int skindeiight;

Int framesize;

Int num_skins;

Int num_xyz;

Int num_st;

Int num_tris;

Int num_alcmds;

Int num_frames;

Int ofs_skins;

Int ofs_st;

Int ofs_frames;

Int ofs_glcmds;

Int ofs_end;

}md2_t;

MD2是一種基于關鍵幀動畫的文件，與其相關的關鍵幀插值數學公式可表達為：

p(t)=p(0)+t(p1-p0).

(1)

其中，t表示當前時間，0表示開始，1表示結束；p(t)表示t時刻方程值；p0表示起始位置；p1表示結束位置。通過以上程序算法以及關鍵幀便可編制相應算法。在編制算法過程中將所有物體轉化為三角形形式，三角形的三個點在其點坐標集合中均存在對應索引值。通過索引可獲得對應紋理坐標值。繪制三角形時首先要根據索引指向集合及其紋理坐標集合中的相應值進行量化處理，之后再進行繪制工作。因此該過程設計緩存過程，需要系統具備緩存硬件和軟件基礎。

2.3 系統框架結構

本系統采用智能客戶端平臺進行數據邏輯分析，促使程序高效運行，在運行過程中不需要與系統服務器之間進行頻繁溝通通信。根據功能模塊，結構框架的構建可分為客戶端和服務器端兩部分，系統數據處理及存儲均由系統自身自動完成，用戶易于上手。系統運行及功能擴展均由管理員負責，用戶只要在該系統中選擇相應操作實現自己需求即可。結合用戶實際需求，構建系統數據庫、Web服務器、視頻采集、動畫處理、運動曲線繪制、熱量消耗統計等多個模塊，其中統數據庫、Web服務器位于系統服務器部分，其他模塊則位于客戶端。系統整體框架見圖2[5]。

圖2 系統整體框架

圖3 客戶端功能模塊圖

3 系統設計與功能實現

由圖2可知，該系統主要包括服務器端和客戶端兩個部分，客戶端Windows程序通過ClickOnce發布，服務器則通過Windows程序進行系統編程，并采用同樣方式進行系統管理及維護，在實際設計時應分開設計。

3.1 服務器端設計

服務器端的主要功能是進行數據的處理和存儲。其后臺數據庫主要包括用戶信息表userTable和用戶運動記錄表HTable，以及運功過程中消耗熱量表CALTable。數據庫在進行信息處理時主要通過用戶信息表進行管理，該部分用戶信息是用戶初次進入系統登記后自動生成的，存儲于用戶信息表中。用戶信息表主要包括用戶名、密碼、性別、年齡、權限、頭像、salt等(表1)，用戶名和密碼是相互對應的，存在一對一關系，其他信息不存在對應關系，若用戶名和密碼無法對應，用戶則無法進入系統。

其他部分字段名可在以上字段名的基礎上進行變換，記錄用戶在運動過程中的各種信息，例如熱量消耗表(表2)。

表1 用戶信息表

表2 熱量消耗表

對于運動情況模塊，本著激勵用戶的原則，實時掌握用戶的運動情況，以此為依據制作系統動畫模型，對動畫模型參數進行有效分析，結合GDI+在窗體中繪制出2D運動無線，根據收集到的參數計算得到用戶運動消耗的熱量。

3.2 客戶端設計

客戶端主要對應客戶需求，構建出客戶端功能模塊如圖3所示。

(1)視頻識別模塊。該模塊主要通過攝像設備收集用戶的運動圖像，由圖像的不同幀抽取圖像進行參數計算，實現對視頻文件的有效識別。

(2)2D動畫處理模塊。通過2D動畫處理方式識別用戶運動參數，收集視頻，設定相應參數，結合實際需求設置各種參數。

(3)3D動畫處理模塊。對3D視頻進行有效識別，得出運動參數，對用戶運動的3D參數進行計算，結合實際需求設定視頻參數。

(4)運動曲線圖。結合系統中的動畫模型進行運動參數的控制，通過GDI+在運動曲線圖窗體中繪制用戶運動曲線，得到運動曲線圖。

(5)消耗熱量表。根據用戶運動參數，在系統顯示界面將用戶消耗的熱量以文字和圖片形式展示出來。

(6)系統幫助文檔。主要包括系統安裝及使用說明書，并對用戶在實際使用過程中可能出現的問題進行解答。

系統設計以人性化為主，客戶端界面主要包括主界面、登錄界面、參數查詢界面，客戶端使用流程圖如圖4所示。

圖4 客戶端使用流程圖

4 系統測試

4.1 系統運行環境的設置

在系統確定后要對系統進行功能測試，首先要設定系統的運行環境。為保證系統具有一定實用性，設定試驗配置為中下版本，客戶端運行配置見表3，服務器端運行配置見表4。

表3 客戶端運行配置

表4 服務器端運行配置

4.2 系統測試

采用ClickOnce部署方式，為SmartClient提供簡潔可靠的方案，為系統提供自更新程序，通過ClickOnce降低網絡部署中系統運行過程工作量，且可通過ClickOnce將執行文件放置于Web頁面上，并非簡單地將可執行文件放置于硬盤驅動器中。系統會定期在Web頁面對可執行文件進行更新檢測，用戶可在客戶端進行軟件更新。若用戶在客戶端計算機上啟動舊版本應用程序，系統會彈出提示框，用戶可根據提示觀察Web服務器動態并進行選擇更新。

結合以上部署對系統功能進行測試，驗證其實效性。在系統測試中按照系統運行要求，將以上配件并入網絡。進入系統登錄界面，在登錄界面點擊進入注冊界面，注冊成功后便可登錄該系統進入主界面。系統主界面包括四部分：用戶資料、視頻窗口、動畫窗口、參數顯示欄。其中，用戶資料部分主要顯示與用戶個人的相關信息，視頻窗口、動畫窗口、參數顯示欄則是系統運行過程中用戶可點選的功能模塊，運行該模塊后進行相應運動，并可將得到的數據繪制為曲線圖。

系統測試運動曲線圖(圖5)不僅可顯示出運動類型及運動距離等參數，還可得出運動過程消耗的熱量，向用戶提供個性化推薦服務，用戶可通過該系統制定健身訓練計劃。研究表明，本研究構建的系統具有一定實用性，可滿足大眾健身需求。

[參考文獻]

[1]王定宣,易世君,劉中強,等.全民健身公共服務網絡化:一站式信息資源服務平臺建設研究[J].山東體育科技,2015(4):110-115.

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[4]趙洪波.全民健身視角下的高校體育網絡信息服務平臺構建研究[J].遼寧師范大學學報:自然科學版,2016(2):283-288.

[5]趙波.全民健身視角下自貢市青少年健身網絡服務平臺構建研究[J].當代體育科技,2017(15):175-176.