健美操训练中虚拟现实技术的应用探讨

（陕西青年职业学院,西安,710068）

健美操训练中虚拟现实技术的应用探讨

孙 晋

（陕西青年职业学院,西安,710068）

文章分析了虚拟现实技术在健美操训练中的应用。首先对虚拟现实技术进行了分析，其具有沉浸性、交互性、构想性；然后阐述了基于虚拟现实的体育仿真系统的三维建模过程，由输入系统、输出系统、虚拟环境产生器三部分组成，最后阐述了虚拟体操训练系统在健美操训练中的应用。

健美操训练；虚拟现实技术；仿真

0 引言

在健美操、跳水等体育项目的训练中，利用虚拟现实技术构建体育系统仿真，可以实现由传统训练中的肉眼观察到传感器的精密捕捉，由传统上基于经验的教学到模拟仿真技术动作并对其进行分析的两个过程的转变，提高了运动员的训练效果，减少运动员受伤害的程度，提高了我国体育的竞技水平。虚拟现实技术的应用对于运动员的学习能力有激发作用，开辟了现代竞技体育技术动作训练的新途径，本文主要探讨了虚拟现实技术在健美操训练中的应用。

1 虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality），简称VR，是通过计算机技术建立十分逼真的一种虚拟环境。该技术以沉浸性、交互性、构想性为基本特征，是一种计算机高级人机交互界面。其特征如图1所示。该技术主要应用了计算机技术，并综合利用了计算机三维图形技术、多媒体技术、仿真技术、多传感器技术、并行处理技术等，对人的感官功能进行模拟，包括人的视觉、触觉、听觉等，产生一种人为的虚拟环境。在这个虚拟环境中，用户可以和计算机系统进行实时交互，并且这种交互是通过身体、语言等方式进行的，就会营造出一种多维拟人化的空间，这样人就会沉浸在这种计算机生成的虚拟境界。虚拟现实既是演示媒体，又是设计工具，它能够以视觉形式来展示人们的思想即虚拟现实的构想性。

图1 虚拟现实技术特性

虚拟现实技术的原理就是通过传感器采集的原始数据经过处理之后产生行为数据，然后将行为数据输入虚拟环境和用户进行交互，来自虚拟环境的一些信息最后再反馈给传感器。

2 基于虚拟现实技术的体育系统仿真

2.1三维建模

基于虚拟现实技术的体育系统仿真，要对运动员的三维模型以及运动场景的三维模型进行构建。在该系统中的三维模型是指三维实体模型，是根据实体进行模型构建的过程。对这些模型进行构建时可以应用建模软件完成，常用建模软件有:Maya、3damax、AutoCAD等。采用这些软件构建三维模型时，首先要画出物体的二维矢量图，然后再按照该矢量图进行三维建模，其具体过程如图1所示。

图2 三维建模过程

2.2体育系统仿真组成

基于虚拟现实技术的的体育系统仿真由三部分构成，包括输入系统、虚拟环境产生器、输出系统三部分。其系统组成如图3所示。输入系统由位置方向跟踪器、数据手套、手套输入控制、转换器等装置组成。虚拟环境产生器由用户系统、三维处理器、三维模型数据库、仿真管理器、高性能计算机、I/O端口、图形卡、触觉力觉等反馈装置等组成。输出系统由信号转换器（RGH-NISC）和效果产生器(光栅显示器)组成。在输出系统中，用户能够感受到十分真实的立体视觉、立体听觉，可以和虚拟环境进行自然的交互，用户像身临其境一样，完全沉浸在虚拟环境中。

图3 基于虚拟现实技术的体育系统仿真结构图

该系统经过输入系统如数据手套等装置获取原始数据，将其输入到虚拟环境产生器中，通过计算机软件对这些数据进行分析，最后这些数据信息经过信号转换器、光栅显示器等达到想要的虚拟效果。该系统具有以下几方面的功能，包括构建训练场景和器材、捕获运动数据、采集生理生化和心理数据、重演和展现动作、分析训练效果、科学选材等。

3 虚拟现实技术在健美操训练中的应用

健美操是舞蹈艺术和体育的结合，其训练内容体系具有双重性。训练内容体系包括三大项内容和十二项具体内容。三大项内容包括动作技术训练、身体素质训练、健美综合素质练习。动作技术训练包括基本动作技术、操化动作和难度动作；身体素质训练包括力量、柔韧性、耐力；健美综合素质练习包括健美操整合能力、音乐感受及表现能力、健美操创编能力、心理素质训练。虚拟现实技术主要应用在健美操的动作技术训练中，其具体的应用如下所述。

3.1运用虚拟现实技术构建虚拟体操训练系统

在该训练系统中，首先要对真实体操运动员的构建三维模型，使构建的虚拟运动员的模型重新精确地再现真实体操运动员的动作，然后进行技术技术分析对比，这样体操运动员就会发现自己的问题，从而对技术动作进行改进，提高他们的技术水平。体操运动员同时也可以观看虚拟的体操运动员在接触虚拟的体育器材时是如何改变他们的动作的。虚拟仿真技术作为一种新兴的科学技术，其在健美操训练中的应用主要有以下五方面：1）构建建立虚拟仿真运动员模型和训练虚拟环境 ；2）对技术动作进行虚拟仿真； 3）设计新的健美操动作和技术动作标准化； 4）对运动员的技术动作进行分析；5）模拟赛场环境，加强训练。

3.2构建大型健美操操演练仿真系统

运用虚拟现实技术构建大型健美操操演练仿真系统，可以提高演练效果。该系统有三个子系统组成，分别为行为动作生成子系统、队形图案设计子系统、团体操队形图案变化仿真子系统。行为动作生成子系统的作用就是根据能够根据传感器捕捉的数据对健美操的动作进行编辑设计。队形图案设计子系统的主要作用就是对健美操的队形图案进行设计。健美操操队形图案变化仿真系统的作用就是对构建的虚拟人模型的队形进行变化，由初始队形变化到目标队形，对虚拟模型的路径进行规划，实现基于事件驱动的健美操队形图案的变化仿真。

4 结束语

本文介绍了虚拟现实技术的原理、体育系统仿真的工作原理及其在健美操训练中的应用。随着虚拟现实技术的不断发展，其在竞技体育仿真中的应用也将越来越广泛，将进一步训练过程中的科技含量,利于运动员水平的提高。通过上述分析可知，基于VR的体育仿真系统一定会在竞技体育的训练、选材、比赛等过程中发挥越来越重要的作用。所以,要及时关注虚拟现实技术的最新发展方向,关注其在体育训练中的应用情况。

[1] 王爽.虚拟现实技术在体育教学和训练中的应用[J].陕西教育,2012(3):116.

[2] 董新军,刁在箴.国际健美操2005版新规则变化的主要特点及竞技性展望[J].广州体育学院,2005,(3).

孙晋，男，陕西西安人，讲师，研究方向：体育教育与训练

Application of aerobics training in virtual reality technology

Sun Jin
(SHANXI YOUTH VOCATIONAL COLLEGE,Xi'an,710068)

This paper analyzes the virtual reality technology in aerobics training.First,virtual reality technology is analyzed,it has immersive,interactive,conceived of;then describes the three-dimensional modeling based virtual reality simulation system in the process of sports,from the input system,the output system,the virtual environment is composed of three parts Finally,elaborated virtual gymnastics training system in the aerobics training.

aerobics training;virtual reality technology;simulation