虚拟现实技术在散打运动中的应用研究

章海晨

(南通大学体育科学学院，江苏 南通 226007)

虚拟现实技术在散打运动中的应用研究

章海晨

(南通大学体育科学学院，江苏 南通 226007)

虚拟现实技术是信息化时代的一项涉及众多学科的高新应用技术，在体育教育训练方面有着广阔的应用前景。文章将虚拟现实技术运用在散手运动中，为研究和提高运动员的技、战术训练水平提供一定的理论依据和方法。

散手 虚拟现实 虚拟人 动作捕捉技术

引言

散手作为中华武术的一个分枝，以其“远踢、近打、贴身摔”的独特技法名扬世界武坛。近年来，随着散打擂台争霸赛和世界各国的挑战赛等系列赛事，使散打运动不断发展和创新，运动员的运动水平也越来越高，但运动员要在比赛中尤其是高水平比赛中取胜，已经变得相当困难，为了能够保证运动员在比赛中达到最佳竞技状态，将平时的训练水平能够得到淋漓尽致的发挥，因而寻求新的运动训练方法成为散手运动训练新的研究热点。随着日新月异的科技发展，对体育运动的发展也起到推波助澜的作用。在众多的媒介中，虚拟现实(Virtual Reality)技术取得了令人瞩目的研究成果，它给用户带来的身临其境的感受，也为我们研究体育运动提供了极大的便利。本文将虚拟现实技术在散手运动中的运用，为研究和提高运动员的技、战术训练水平提供了一定的理论依据和方法。

1 虚拟现实技术概念、构成及特征分析

1.1 虚拟现实技术概念

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR；又译作灵境、幻真)。研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等，它是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。

1.2 虚拟现实系统的分类

(1)沉浸型虚拟现实系统，是一套比较复杂的系统。使用者必须戴头盔、带数据手套等传感跟踪装置，用户可完全沉浸到虚拟世界中，与虚拟世界进行交互。(2)简易型虚拟现实系统，是由一台普通的计算机系统组成。使用者通过键盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。用户在普通的电脑上，利用鼠标和键盘，就能真实地感受到所虚拟的情景。

1.3 虚拟交互设备的构成

为了实现人机之间的充分交换信息，必须设计特殊输入工具和演示设备，以识别人的各种输入命令，且提供相应反馈信息，实现真正的仿真效果。一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统，以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。

1.4 虚拟现实技术的特征分析

(1)多感知性(Multi-Sensory)：多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

(2)浸没感(Immersion)：浸没感又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。

(3)交互性(Interactivity)：指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

(4)构想性(Imagination)：强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

2 武术散手的动作技术分类及特点分析

2.1 散打运动技术技术的分类

根据攻防矛盾可将散打技术分为进攻技术和防守技术两大类。根据技术表现特点(身体运用部位的不同)可将进攻技术分为打法、踢法和摔法三种；防守技术分为接触式防守和非接触式防守。根据动作数量的不同。散打技术又可分为单一技术(基础技术)和组合技术。进攻技术可分为单一进攻技术和组合进攻技术，单一进攻技术可分为单一打法、单一踢法、单一摔法，组合进攻技术，根据运用技术种类不同可分为同类组合技术和非同类组合技术；防守技术可分为单一防守技术和组合防守技术。

2.2 散手技术的动作特点分析

散手的动作技术开放性、多样性，是散手在中国武术的实用基础上不断融合、兼并了世界各国的技击方法整合出来的一种发展型的技击技术。同时其动作必须简单实用，在激烈精彩的对抗搏击竞赛过程能充分发挥运动员在速度、力量、耐力、柔韧、灵敏等方面的潜力，使比赛更具观赏性。

3 虚拟现实技术在散手运动中的运用研究

3.1 散手运动训练的场景的生成

使用Vega生成虚拟现实，Vega是美国Multigen-Paradigm公司生产的用于虚拟现实、实时视景仿真、声音仿真以及其他可视化领域的应用软件。它是一套完整地用于开发交互式、实时可视化仿真应用的软件平台，其最基本的功能是驱动、控制、管理虚拟场景并支持快速复杂的视觉仿真程序，快速创建各种实时交互的三维环境，快速建立大型沉浸式或非沉浸式的虚拟现实系统。利用该系统制造出散手虚拟综合训练或比赛的场景(观众的叫喊声等环境)，给运动员真实的比赛的环境，这样可以减少运动员在比赛中出现失误，克服不必要的紧张，让运动员能够自我调节比赛中的兴奋程度，进行自我精神快速调整，同时也增强运动员比赛中的自信心。

3.2 运用动作捕捉技术(Motion capture)建立散手动作数据库

散手运动员穿上数据衣或在关键部位设置跟踪器，让运动员将散手动作一一演练，由动作捕捉系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后向用户提供可以在动画制作中应用的数据(动作数据库)，加上视频资料的采集以及现场拍摄的方式，收集了大量有关散手的视频信息，利用VideoStudio将种散手的技术动作特征单元提取出来，将所有的数据分类建立多个动作数据库，当所有数据被计算机识别后，设计师即可以在计算机内的虚拟环境中调整、控制虚拟人的运动。运动捕捉的实质就是要测量、跟踪、记录物体在三维空间中的运动轨迹。典型的运动捕捉设备一般由以下几个部分组成：传感器、信号捕捉设备、数据传输设备、数据处理设备。

3.3 虚拟现实中的智能虚拟人的建立

需要用3Dsmax、maya等三维动画软件制作出三维虚拟人物模型，在计算机表示的空间中生成逼真的三维虚拟人，虚拟人是人在计算机生成空间(虚拟现实)的几何特征和行为特征的体现。但虚拟人不是一个简单的听从人的命令的三维人体模型，而是一个具有心智系统的智能体，它可以根据外界的信息输入(现实人输入动作指令)而得到自己的输出(虚拟人的动作回馈)，这就要求对虚拟人的智能系统进行心智建模，使虚拟人有能够处理信息的能力，通过对信息进行加工、再生从而产生对事物的反作用的处理。我们将具有情感表达或目的性操作的虚拟人可称为智能化虚拟人。

3.4 散手对练系统的生成

我们将动作捕捉系统捕捉到的数据需要修正、处理后，再以数据驱动与程序驱动相结合的方式建立虚拟人体，以此来实现和控制虚拟人的运动，形成虚拟交互式的散手对练系统。此外，我们让运动员根据不同的对手的特点进行动作模仿，建立多个优秀运动员的动作数据库，让受训者能够跟多个运动员进行模拟训练，适应不同对手的动作风格，以此提高受训者的适应能力和技战水平。

4 结语

以虚现实技术创建的虚拟环境，特别强调人参与其中的身临其境的沉浸感，同时人与虚拟环境之间可以进行多维信息的交互作用，参与者从定性和定量综合集成的虚拟环境中可以获得对客观世界中客观事物的感性和理性的认识，从而深化概念和建造新的构想和创意。虚拟现实技术为散手运动提供有效的、崭新的训练手段，使得受训练者能够感受到比较真实的立体视觉、立体听觉，与虚拟环境进行自然的交互操作，提供科学、便利的训练环境，同时也为我们研究散手的运动变化规律和世界各国的技击运动提供了极大的便利。

[1]王兆其.虚拟人行为交互方法研究[J].系统仿真学报，2001(13).

[2]惠 志.3D游戏引擎在虚拟展示中的应用研究[D].华中科技大学，2005.

[3]乔凤杰.试述武术散手的技术规格[J].中国体育科技，2000(7).

[4]秦念阳，李代勇.散手战术的训练[J].成都体育学院学报，2000(3).

[5]刘鹏远.虚拟操作训练系统中的人机交互技术研究[J].系统仿真学报，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，硕士，讲师。研究方向：民族传统体育。