虚拟现实技术在足球中的应用综述①

刘秋月 周敏 张矛矛

(中国矿业大学体育学院 江苏徐州 221116)

虚拟现实技术在足球中的应用综述①

刘秋月 周敏 张矛矛

(中国矿业大学体育学院 江苏徐州 221116)

文章主要采用文献资料法,对国内外相关文献资料进行归纳总结,分析虚拟现实技术在足球领域的应用现状及存在的问题。通过分析发现,虚拟现实技术在国外的应用研究较多,用于教学训练的软件较为完善;国内研究主要集中在跳水、滑冰、皮划艇等项目中,在足球中的应用较少。

虚拟现实技术 体育 足球

随着世界体育事业的蓬勃发展,要想在运动成绩上有所突破,就必须将高新科技与运动训练结合,用科学的手段和技术辅助于运动训练以经成为世界体育发展的趋势。VR技术的不断成熟与完善,为体育事业的发展提供了一个契机,VR技术已经渗透到了很多体育项目中,例如:体育新闻转播、运动训练、即时回放、动作仿真等,成为提升竞技体育水平的强大“武器”。

足球作为世界性运动,深受大众的喜爱,2013年广州恒大获得“亚洲足球俱乐部冠军联赛”让国人重新看到了中国足球发展的希望。随着VR技术的不断发展和完善,已经成功的应用于各个领域,将虚拟现实技术与足球运动结合也成为研究者关注的课题,都希望该技术能够辅助用于足球的教学和训练,从而提升运动员的竞技水平,提高运动成绩,改善中国足球的“萎靡”现状。主要围绕虚拟现实技术的发展历史,在体育领域的应用价值与趋势以及在足球运动领域中的应用进行阐述,分析虚拟现实技术在足球中的应用现状及存在的问题,旨在为改善足球发展现状提供参考意见,为促进足球竞技水平的提高,传播足球运动,扩大中国足球的影响力做贡献。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本文以虚拟现实技术在足球中的应用为研究对象。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

通过互联网收集、查阅大量相关资料,在图书馆查阅相关文献,以及学报、期刊发表的相关论文,为本研究提供了详细的资料和理论依据。

1.2.2 归纳法

将收集的相关文献资料进行分析整理,归纳出前人学者在虚拟现实技术领域的贡献及虚拟现实技术在体育领域的发展现状和应用现状。

2 结果与分析

2.1 虚拟现实技术在国外体育领域的应用分析

虚拟现实技术是近些年来随着计算机技术的发展才出现的,在学科高度分化和计算机技术飞速发展的情况下,虚拟现实技术已经形成了一门学科。目前国内外运用虚拟现实技术在各个领域开发和研究的产品不胜枚举,其研究成果也受到科研人员甚至商业界的广泛关注,并积极地将研究成果应用于生产实践中。在体育领域,虚拟现实技术也有不少运用的实例,在学术研究上也能查到不少的文献资料,其中包括“虚拟现实技术在高校中的应用研究”[1],在“竞技体育中的研究”[2],在排球、体操、跳水、铅球、健美操中的应用研究等,然而将虚拟现实技术运用到足球运动中,相关的文献还比较少。

Amusitronix的研究人员开发了VR Baseball,VR Golf,VR Tennis和VR Snow/Skate/Surf等系统[3]。Becker等在Alive系统的修改版本内建立了太极训练器,这种修改版本后的系统能够提供与用户的生活经验一致的信息。Yang等人设计出了一种基于VR技术的沉浸式训练系统,基于直觉的交互式方法是其核心思想。Baek等设计出能为受训者调整出用于给定运动标准的运动参考系统,提供受训者跟随参考运动的动作效果分析,并以击剑手的训练为例验证了其系统的算法。2006年的美国网球公开赛首次引入“鹰眼”技术,该技术的正式名称为“即时回放系统”,是目前世界网球公开赛中最先进的网球裁判辅助设备。主要就是采用了虚拟现实技术在计算机中模拟网球及网球场,并运用摄像机快速地、多角度地对网球运行轨迹进行数据捕获,然后经过电脑的计算分析将捕获的数据生成三维图像,从而准确无误地模拟出网球的运行轨迹并帮助裁判判断此球是否出界。

2.2 虚拟现实技术在国内体育领域的应用分析

国内在虚拟技术方面的研究近些年也颇有成效,北京仿真中心、浙江大学等都是国内研究虚拟现实技术的主要科研院所,他们基于虚拟现实技术开发了进行健身的运动器材系统。如虚拟保龄球健身机系统,它是结合三维图形显示、动画、交互式碰撞检测和图像处理技术开发成功的一项新产品,有效地缩短了保龄球运行的球道长度,节省了场地资源和经费投入;还有体育仿真中心研发的虚拟健身车等,都是VR技术在健身行业的典型应用。

最具典型的例子要数虚拟现实技术在北京奥运会和上海世博会中的运用。在2008年奥运会期间,从开幕式的彩排演练到比赛前期运动项目的虚拟训练以及奥运会期间场馆内部安保工作的部署等都用到了虚拟现实技术。尤其是利用三维网络互动平台构建出了一个逼真的“网上奥林匹克公园”。借助虚拟现实技术,将各种图片、文字、视频加入虚拟环境并配以音效和动画效果,使得奥运场馆全景能够完美的呈现在观众面前。而上海的“网上世博会”最别具一格的就是在“网上直播”中应用了虚拟仿真、虚拟交互、网络在线等手段,增加了互动游戏项目,能让人们在游览世博园区的同时身临其境的感受不同国家展馆的特色。

2.3 虚拟现实技术在现代足球发展中的应用分析

Erdal Ylmaz等人以足球网络游戏为基础,提出了足球场上虚拟观众模型建立及渲染的重要性,并将每一位观众作为一个单独的个体进行研究和渲染。他认为足球场上观众的情绪也会影响到球员的状态和水平,高涨的热情会让球员更加沸腾,精力充沛,游戏中对观众角色进行建模更能激发游戏者的热情。足球网络游戏的发展推进了虚拟现实技术在足球运动中的应用。

景哲等对虚拟现实技术在足球运动中的应用进行了概述。随着世界各国足球水平的不断提高,足球水平的差距也在不断的缩小,仅仅依靠强健的体魄和良好的身体素质已经很难取胜了,而更多的运动员则是依靠教练多年的训练经验和科学的训练手段指导训练取得优异成绩。虚拟现实技术作为一项具有前瞻性的高科技技术,能够弥补现代足球因训练条件不足、训练经费缺乏等一系列问题对足球训练造成的影响,也避免了高难度,复杂动作对运动员所造成的伤害,能够打破时间和空间的限制,形象的虚拟人物和场景设计,强调了学习环境的人性化,有利于提高运动员的学习兴趣。

朱伟等人以机器人足球比赛为仿真背景,设计出足球阵法仿真虚拟结构模型。文章运用归纳推理,数据建模,模拟假设等方法,针对足球比赛中的阵法进行仿真建模构建出足球阵法仿真模型,该模型通过研究队员间的默契及配合程度并进行数学分析和实验,从而得出了不同赛场阵型下的最佳跑位方式。虚拟现实技术在该模型中的运用不仅能够用简洁明了的方式向运动员展示各方位运动员跑位的最佳路线,也能强化球员进攻防守协作的力度,提高球队技战术的水平。

王静等人采用人工智能的建模方法建立了虚拟人足球仿真系统的层次结构模型。虚拟比赛环境子系统(对场地、球和虚拟人进行建模),感知系统(虚拟球员对外界的感知)是虚拟人模型低层系统设计的主要部分,而足球仿真系统模型的核心是虚拟人模型。文中主要以理论分析为主,其设计的虚拟球员仿真系统能够赋予球员认知能力和动作规划能力,从而提高了虚拟人的灵活性和智能性。

3 结语

虚拟现实技术虽然在我国体育领域运用较为广泛,但是在足球领域的应用还比较少,多集中在虚拟现实技术的理论应用分析中,而对于虚拟训练系统的开发及关键技术应用较少,应用于实践指导和教学训练的仿真系统也比较稀少。足球训练包括了多种战术和技术训练。为了提高运动员的技术水平,足球队大多都通过反复的观看球队的比赛录像,分析其战术分布情况,然后对其进行场景重现,采取针对性的训练。但是,这样的训练耗时长,需要的球员人数多,训练中运动员受伤的概率大,不宜于执行与推广。因此,寻求一种简单、快捷、方便且易于执行的教学训练方法是解决问题的关键。

虚拟现实技术与足球运动的结合是一种创新和突破。作为一个新的研究领域,要想获得成绩就需要不断地创新和提升,才能将虚拟技术更好的服务于体育事业。

[1]景哲,张才成.足球运动中虚拟现实技术的应用[J].民营科技,2011(3):168-168.

[2]张箐,张天驰,等.虚拟现实技术及应用[M].北京:清华大学出版社,2011:4-5,64-66.

[3]Erdal Yllmaz ,Eray Molla,Cansin Ylldiz. Realistic modeling of spectato rbehavior for soccer video games with CUDA[J].Computers & Graphics,2011(35):1063-1069.

G843

A

2095-2813(2014)07(c)-0183-02

刘秋月(1990—),女,湖北襄阳人,在读硕士研究生,研究方向:体育教育训练学。

张矛矛(1981—),女,江苏徐州,博士,副教授,硕士研究生导师,研究方向:体育新闻，民族传统体育，体育文化。