三维路径动画在体育排球教学中的应用

温州大学城市学院信息工程分院 涂嘉庆

温州市第二十三中学体育组 戴慧芬

排球是体育教育中球类运动的主要课程，同时也是技术复杂度较高的课程，学生对该课程的掌握程度往往很难达到预计目标。多年以来，在排球教学与训练中，教师除了利用表述和演示等较为宏观模糊的方式外，主要采用录像等二维视觉媒体作为技术手段来辅助教学，较少从精确、量化的微观层面分析运动技术并用于指导教学与训练。与传统视觉媒体相比，计算机三维路径动画具有更为清晰的三维特性，可以用量化的方式描述学生在三维空间的位置及运动轨迹，具有传统媒体所无法比拟的优势。本文讨论了如何制作基于三维路径动画的辅助教学平台，辅助完成排球教育中关于移动这一技术难点的教学与训练方法。

1.三维路径动画辅助排球教学与训练的优势

排球移动技术的特点之一是动作数量多、方向路线变化多，这就给移动技术的学习带来困难。在教学中如何让学生快速形成运动表象、建立技术概念是十分重要的，因此示范作用在排球移动教学与训练中显得尤其重要。

以往的直观教学中，除了教师演练外，主要依靠视频的直观演示作为辅助教学的媒体。视频教学具有一定的局限性，学生只能按照视频拍摄的角度进行观看，无法了解人体其他角度的动作技术规格，所以对动作的感知缺乏完整性和准确性。另一方面是单纯靠学生的本体感觉，对于学生的自身能力要求较高，使得大多数学生学习效果不理想。应充分利用学生的视觉、听觉形成动作表象，明确动作的技术结构及技术要领，建立完整的技术概念。

三维路径动画有空间三维运动轨迹，制作完成后在观看时可以达到立体效果，达到立体教学的效果。通过观看优秀排球运动员移动技术的三维路径动画，可以比观看二维视频更快速、更准确地获得外部技术信息，建立完整、清晰的技术概念。同时通过观看错误技术动作的三维路径动画，反馈自身的运动信息，使学生更好地感知身体内部信息，感受自己身体在空间的位置和肢体的运动坐标，从而更快更好地建立动作表象。

图1 三维排球辅助教学系统平台功能关系图

2.三维路径动画辅助教学系统的设计

辅助教学系统的设计在建立在对排球课程教学内容分析的基础上，先是使用三维设计软件构造三维模型，并且用插件将模型导出为X3D格式，然后在X3D编辑器中实现模型的转化，最后使用浏览器完成，平台的功能如图1所示。

(1)人物的建模

人物模型采用多边形建模方法，人体模型的完整性也需要进行划分，如果在展示模块的功能中有对部分人体器官的换转，那么在设计人体的过程中将对部分器官进行调整，以此来适应整体的功能变换，特别需要关注模型的四肢和姿态的变化。

在开始建模之前，需要获得好的参考图片或是绘制的概念图，这对后期的建模有非常重要的作用，参考图片和概念图的质量将直接影响到模型的准确性。同时选择学生日常的形态作为建模的依据可以提高学生对系统的熟悉度和亲密度。

(2)移动线路的设计

移动步法的基础训练主要是为了在实战中的应用，而实际应用中又要根据当时场上的情况快速做出正确的选择，在日常训练中通过反复的练习就是为了将规范动作和基本战术变成队员的一种本能反应。平台针对排球中的移动基本步法：滑步、交叉步、跨步、跑步以及组合步进行了讲解演示，对启动、发力和制动都进行了技术动作分解和演示。

同时，平台还提供了组合训练和基本战术的移动步法演示，例如两人一组、三人一组和四人一组的接、调、扣的线路步法练习，完全可以满足排球教学的需求。

人物运动规律需要考虑预期动作、动作跟随、关联动作以及次要动作等方面，在设计排球移动跑位过程中，这些都是需要提前设计的。平台可以从顶视和透视两个角度进行观察学习，顶视关注人物移动的最合理路径，而透视强调身体各部分如四肢的协调问题。

(3)系统UI的实现

平台功能是基于按钮的形式实现的，按钮的功能主要就在于数据的转换。在X3D中使用节点来创建功能，在根节点Scene下创建Transform空间坐标变换节点、Script脚本节点和Route路由节点。

在Transform节点下，创建Switch开关节点，用于后续的数据转换，这个节点是一个在同一时刻只能显示一个选定的子节点的选择型开关节点。最为关键的便是Shape下的触摸传感器节点TouchSensor的设立，它将是实时交互设计的触发点。脚本节点Script定义了一个包含程序脚本节点的域、事件出口和事件入口及描述了用户自定义制作的检测器和插补器所作的事情。最后的Route节点是作为传递事件的节点，可以对各个节点和域值进行控制、传送和更改处理。当用户在平台点击按钮后，就触发了这个事件，使这个事件处于激活状态，然后通过节点Route，将这个事件的激活状态传递给了脚本节点Script下的指定Field节点，接着便是脚本节点Script下的程序开始运行，让模型按照规划好的路径运动。

3.三维路径动画应用在排球教学中的效果

(1)三维路径动画的直观性实现了排球教学的重难点突破

借助信息技术教学，它能有效的弥补传统教学的不足，化抽象为具体，把难以理解的内容或是不容易观察到的事物，用信息技术手段充分显示出来，调动学生的直视功能，为突破难点创造出良好的条件。

(2)运用计算机动画技术激发了学生的学习兴趣

教育心理学研究表明，学习动机中最现实、最活跃的因素是认识的兴趣，人们在满怀兴趣的状态下所学的一切，常常掌握得迅速而牢固。在排球教学过程中运用三维路径动画辅助教学，实质上是给学生一种新异的刺激，目的在于激发学生的学习兴趣。

(3)三维路径动画有助于教师采用正误对比，及时纠正学生的错误动作

体育教学中为了减少和避免学生在练习中产生错误，通常都示范正确动作的同时指出易犯错误和产生的原因。采用三维路径动画，可以演示错误动作的产生过程和原因，让学生边看边想，自我比较，能够避免许多常见错误动作的发生，这样即可以快速掌握动作，又培养了学生的观察和分析能力。

4.结论

本系统利用三维路径动画辅助排球移动技术的教学和训练是可行和有效的，可以提高学生的课程掌握能力，实现了课堂教育的有效性。如果整套系统可以加入三维立体扫描仪进行学生的运动轨迹采集捕捉，进行研究后将可以更方便的分析学生错误，将更有效的提高教学效率。随着计算机技术的快速发展，体育教育工作者应该尝试运用三维技术辅助教学和训练，提高排球教学训练的科技含量，真正落实教育有效性的问题。

[1]曲毅,李存华.运动捕捉技术在影视动画制作中的应用研究[J].信息技术,2006(11):124-126.

[2]卓丽琴.浅谈排球移动步法的教学[J].宁德师专学报,2005(8).

[3]项蔓.系统仿真在排球多媒体课件中的应用[J].职教与成教.

[4]沈洪,吕小星,朱军.多媒体计算机与虚拟现实技术[M].北京:清华大学出版社,2009:32.

[5]朱继伟,余斌.运用动画手段提升排球技术教学质量初探[J].高教研究,2011(5).