基于虚拟技术的高校体育训练研究

徐建平

(福建信息职业技术学院 基础教学部,福州 350003)

基于虚拟技术的高校体育训练研究

徐建平

(福建信息职业技术学院 基础教学部,福州 350003)

主要研究虚拟技术在高校体育训练中的应用，通过对虚拟技术的主要功能分析和具体应用研究，提出基于虚拟技术的体育训练创新措施，主要包括：虚拟与现实对比、构建超现实训练环境、技能学习与训练相结合和异地互动训练等.

虚拟技术；体育训练；互动训练

随着计算机技术的快速发展，虚拟技术的应用也越来越广泛.“虚拟现实”技术是基于一系列高新技术如多功能传感技术、三维计算机图形学技术、交互接口技术以及高清晰度显示技术等建立的，技术核心包括相关软件和硬件，包括计算机设备、图像采集设备、位置跟踪、交互以及显示设备[1].主要是通过使用传感器捕捉现实场景，并通过计算机系统模拟和再现，该技术的特点包括感知性、构想性、交互性以及沉浸性，利用计算机环境对很多工作重现，还可以对现实世界进行模拟，实现物理和功能上的环境和事物.

计算机技术自21世纪之后就开始高速发展，而且也具备了逐步成熟的模拟现实场景技术，并且在各行各业都有所应用.可以预见，必将能大量应用在高校体育训练这一领域.参与者利用自身感知和认知外界事物的能力，交流与计算机虚拟环境中的相关信息，能极大的促进和启发参与者的思维能力，有利于参与者获取事物周围的全方位信息[2].所以，在这样的虚拟条件下运动员能得到很好的训练和学习，不仅有利于运动员的全身心投入，而且能把运动员感官系统的功能最大限度地发挥出来，最优化运动员理想的训练效果和学习效果.

1 虚拟技术功能

1.1 构建仿真运动数字人体模型

在研究虚拟现实技术的过程中，起到重要支撑作用的虚拟数字人.在虚拟现实系统中，虚拟人体模型利用了三类节点方法，分别为人体关节、重心以及骨骼段.中科院研究员孙勇超等对三维数字人体模型进行了分层构建，把虚拟人体构建为3个结构层，分别为肌肉、皮肤和骨架，并在此基础上对虚拟数字人进行研究和构建，人体骨架层又可分为3部分，分别为关节部分、人体重心以及骨骼部分.总的来说，虚拟人模型是由表面模型和骨架模型共同构成的[3].在虚拟数字人模型中，无论是哪一个部位，围绕各自的关节都能按照一定的自由度实现各种运动，并利用人体运动和计算机图形学的相关方法，计算出模型部位进行各类运动的方向和位置，对模型的姿势动作进行规范和确定，能使模型动作的逼真度和形象度得到极大的提升，与真实人体的运动姿态和动作更加接近.

1.2 对比分析虚实技术动作

在仿真领域，计算机分析和仿真人体运动项目一直备受关注，在分析和研究运动技术的过程中，仿真技术的作用相当重要.不管是什么项目，虚拟仿真运动员都可以对其标准动作进行精确的模仿，有利于运动员对理想动作从不同方位和不同角度体会细节上的变化，有益于完善和提高运动员自身的技术.我们依据采集到的运动动作数据，并把运动数据通过三维人体动画的形式显示出来，这就是所谓的“虚”动作.我们把对运动员现实动作进行记录的视频记为“实”动作[4].通过将虚实技术的特殊处理，保持观察仿真动作以及视频运动显示视角和视点的一致，在同一块屏幕上同时显示两者，可以更加准确和直观地显示观察效果.

1.3 获取运动员三维信息

在人体三维运动的研究和分析过程中，其关键和基础是三维立体信息，包括在人体进行运动的全过程中，人体从不同角度通过骨骼关节展示的三维坐标以及人体姿态等信息，如图1所示.要想获取人体运动三维信息，首先要动态捕捉运动员的技术动作，然后再进行科学的分析和整理.在视频基础上进行的人体运动追踪法是无接触式的，由国家科学院研究员王兆奇首先提出，针对粘贴特殊标识点存在的弊端和技术难题，提出了较好的解决方案.这种运动追踪法是通过把多套视频捕捉设备布置在运动员比赛现场或训练场所，对运动员的运动全程进行全方位和多角度的捕捉.然后利用专业软件对所有捕捉的运动视频进行各类技术处理，把各类参数数据提供到后续的三维仿真人体运动研究中[5].

图1 人体手臂运动过程角度姿势示意图

图2 虚拟技术在体育各领域中的应用

2 虚拟技术在高校体育训练中的应用

虚拟技术在体育训练中的应用如图2所示.

2.1 应用到健美操训练中

作为一种运动，健美操集合了古典舞蹈、音乐以及现代体操的因素，不仅仅是一项体育运动，从艺术上来说又是一种表演，所以健美操有比较严谨的技术动作要求，在运动时不仅要对肢体动作进行协调，同时还要保持舞蹈动作的艺术感和优美感.健美操在传统的训练过程中，针对相关的技术动作，教练进行语言描述和展示，从运动者的角度来说，技术动作的具体做法和要领即便能完全掌握，但是自我感悟不深，学习和训练过程都较为机械化.但是在训练中引入计算机虚拟技术，从视频上模拟出健美操基本和高难度的动作，并通过具体的技术动作形态指导，把训练方式展现在运动者面前[6].针对同一技术动作还可以进行回放，教练还可以在回放的同时进行示范，提供给运动者对技术动作的进一步掌握.运动者越多地掌握动作细节，就越能取得更好的自我感悟效果，使运动者更好地了解健美操的艺术内涵，使体育训练的效率得到显著提高.

2.2 应用到跳水训练中

在我国，跳水是优势型的体育项目，也深得游泳爱好者的喜欢.计算机虚拟技术的使用可以全方位的展现运动者跳水动作的各种细节，在标注时使用了三维坐标，有利于跳水三维数据处理系统的构建.利用传感器捕捉运动员的跳水动作，并与三维运动的标准坐标进行对比分析，对运动员的技术掌握情况进行细节上的研究，易于运动员对自己不足的了解，并进行进一步的完善和纠正.

2.3 应用到篮球训练中

在篮球训练中，传统的训练方式是教练进行示范和讲解，但是目前在课堂训练和课件制作中，也逐渐引入了虚拟现实技术.不仅可以教授知识，同时还可以教授技能和动作.首先进行模拟库的构建，通过仪器把虚拟场景显示给运动员.计算机可以全程监控整个训练过程，所以运动员可以依据个人状况调整训练进度和难度[7].在篮球训练中，通过虚拟计算机技术的利用，可以捕捉运动员的每个动作，根据运动员的技术理解，教练员可以以举例的方法把技术动作错误告知运动员，对其训练的失误问题进行纠正.同时虚拟技术还可以演示战术配合，通过展示以往经典的配合战术，把配合动作中的突出技术在视频中标记出来，有助于运动者观察各个运动细节.因材施教，把差异化培养和个性化训练真正体现出来.

2.4 应用到排球训练中

等同于健美操的训练，排球体育训练在传统训练中也是通过教练示范技术动作，并对技战术进行讲解和演示.针对技术动作，运动者只能进行肉眼的观察，无法对运动过程中的手脚运动和身体协调细节进行捕捉，从而降低训练的效果.而且与健美操相比，排球具有较大的运动量，教练在示范指导类似的“大球”运动会损耗较多的体力，无法进行重复的演示，对于一部分运动者来说，运动技巧无法短时间内全面的掌握.在排球运动训练过程中，引用计算机虚拟技术，可以通过视频演示，对动作进行回放，尤其可以慢动作，特写地展示排球击打过程中的细节动作，并且可以分解演示各个动作.此外，还可以使用虚拟现实技术编辑相关的技战术演练，把状况出现时的各种应对措施提供给运动者，并捕捉运动状态中运动员的肢体语言，使团队协作效果得到提高，训练效果得到提升.

3 基于虚拟技术的体育训练创新措施

3.1 虚拟与现实对比

在体育训练中，其中一项重要内容就是经过训练，使运动员的技术动作得到完善，实现实际化和标准化的动作.在运动员体育素养的提高中，这种方式也较为有效.伴随逐渐提升的计算机技术，很多国家都构建了虚拟计算机系统，进行体育动作的仿真和模拟.一方面来说，这种系统可以具体的分析运动员的训练动作，把动作中的瑕疵找出来进行进一步的改善和提升.

教练也可以把标准的体育动作添加到系统中，在训练之前，运动员可以对规定动作进行了解和学习.在实际训练中，虚拟现实技术的使用还可以把运动员的不足和缺点都查找出来，不仅有助于运动员深刻的认知自身的动作完成情况，还有助于提升师生间的信息交流，有助于高校体育训练的提升.

3.2 构建超现实训练环境

通过计算机把想象的环境构建出来，使使用者身临其境是虚拟现实技术的特点所在.在高校体育训练中，通过这种技术的使用，根据环境的不同可以相应的对运动员进行训练，使运动员的适应能力得到提升[8].同时，训练环境的新鲜感也能使运动员的兴趣得到激发，通过对神经系统的刺激，使运动员的体育水平得到提升.从另一方面来说，在高校举办体育赛事之前，训练环境的构建在集中训练中也具有重要的作用.经常会有体育交流赛等赛事在高校间举办，从一定程度上来说，运动员的主场优势能使双方体育水平差距拉大.在一定意义上能辅助提升运动员的士气.

3.3 技能学习与训练相结合

对于运动员来说，虚拟现实技术构建了一个环境和空间，有助于训练与技能学习的直接交互.运动员通过计算机的虚拟现实技术可以担当虚拟环境中的角色，有助于对技能的学习和训练，系统提供的反馈信息有助于对运动员训练的持久性和积极性进行激发，进而提升运动员掌握和提高技术动作的能力.目前，虚拟现实技术通过网络系统特性的使用还可以对自身功能进行完善，在同一个虚拟环境中可以实现异地多人的交流、训练和学习，能有效地帮助高校体育技术的训练互长以及团体体育项目的训练.

3.4 异地互动训练

异地交互训练由于虚拟现实技术的交互性而得到了保障.从目前来说，一些高校基本上还是维持了传统的竞技科目，暂时还没有接触到较为先进的项目.通过这种异地交互的推广可以使高校的整体体育训练水平得到提升，同时还可以使训练的项目得到增加.相比于其他学校的体育训练，可以取其精华去其糟粕，与运动员的训练实际相结合，找寻最佳的训练方式.高校间的运动员也可以进行切磋训练，通过比较使训练热情得到激发，训练质量得到提升.

4 结论

在体育项目的开展过程中，体育训练是其中一项重要方式，从运动者的角度来说，能有效提升技术动作，更好地掌握技战术配合.通过应用虚拟现实技术可以化动作讲解为视频信息，还可以进行回放和细节讲解.这样不仅可以教授知识，还可以同时教授动作和技能.所以，计算机虚拟技术的使用，不仅有助于运动者掌握运动细节，还能使体育训练效率得到有效提升.

[1] 王建辉，李登月.利用“虚拟现实”技术辅助高校体育教学的探讨[J].岁月(下旬刊),2012(2):36-38.

[2] 王忠孝，王忠祥.虚拟现实技术在继续教育中的运用研究——以体育课程为例[J].继续教育研究,2010(11):69-70.

[3] 张涛.现代体育训练中的计算机虚拟技术应用探讨[J].电子测试，2013(11):264-265.

[4] 胡炜.虚拟现实技术在难美技能类项群中的应用研究[J].吉林体育学院学报，2010(3):95-97.

[5] 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.

[6] 张伟东，孟凡会，白海军，等.普通高校体育教辅开放平台的设计与应用[J].黑龙江八一农垦大学学报,2012(4):88-91.

[7] 王建辉,杨俊,孙立新.计算机“虚拟现实”技术在高校体育训练中的应用研究[J].北华航天工业学院学报,2012(4):54-59.

[8] 王晶,倪剑虹.计算机虚拟现实技术在现代体育中的应用[J].煤炭技术,2011(6):32-37.

[责任编辑 王新奇]

Research on College Physical Training Based on Virtual Technology

XU Jian-ping

(Department of Basic Teaching, Fujian Polytechnic of Information Technology，Fuzhou 350003, China)

In this paper, application of virtual technology in college physical training is mainly studied. Through the main function analysis of virtual technology and its application research, the sports training innovative measures based on virtual technology are finally put forward, which mainly including contrast between virtual and reality, constructing the super realistic training environment, combination of skills learning and training, and interactive training in different places and so on.

virtual technology; physical training; Interactive training

1008-5564(2016)05-0093-04

2016-02-22

徐建平(1970—)，男，湖南攸县人，福建信息职业技术学院基础教学部副教授，硕士，主要从事高校体育教育、社会体育研究.

G807.4

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