健美操训练中虚拟现实技术的应用探讨①

王晶晶

(武汉体育学院 湖北武汉 430079)

健美操训练中虚拟现实技术的应用探讨①

王晶晶

(武汉体育学院 湖北武汉 430079)

虚拟现实技术在20世纪90年代才被人提出，是一种基于互联网、融合了多种信息技术的新技术，仅十几年，就已渗透到人类的日常生活。文章从虚拟现实技术在健美操训练中的应用现状入手，通过对虚拟现实技术原理的分析，联系健美操训练实际特点，阐述了虚拟现实技术在健美操训练领域的应用，在此基础上，分析实例，进一步对健美操训练虚拟现实训练系统进行结构，就此对虚拟现实技术的未来在体育健身训练领域的发展此进行展望。

健美操训练 虚拟现实 体育系统仿真平台 实际应用

1 概念界定

1.1 虚拟现实

虚拟现实，即VR（Virtual Reality），这一概念是在1989年，由美国VPL Research公司的创始人、著名计算机科学家Jaron Lanier提出。其基本含义如下：(1)使用计算机图形系统，将各种显示及管理等接口仪器统一起来。(2)在电脑上产生，可在人机交互的仿真环境中产生沉浸感的技术。也就是说，虚拟现实是对真实世界的描述，拥有现实世界的框架，又可在虚拟环境中进行人机交互。

1.2 体育系统仿真平台

体育系统仿真平台，即体育仿真支撑环境，是一组软件的集合。这一平台由辅助建模、模型调试和运行支撑等系统构成。通过这些系统的有机结合，在整个仿真周期内可以为用户提供一个模拟现实的体育环境。

2 健美操训练领域虚拟现实技术的应用原理探讨

2.1 建立在虚拟现实技术基础上的健美操系统仿真平台基本架构

健美操系统仿真平台，是一个利用虚拟现实技术，对健美操实现模拟训练而打造的计算机仿真体系，该体系的核心是数据采集、建立三维模型、构建虚拟现实环境。

健美操训练仿真平台核心即其基本结构。即数据采集依托位置方向跟踪以期、数据手套、转换设备、手套输入转换仪器等构成的输入系统。而建立三维模型依靠效果的生成和信号的转换构建所定义的输出系统来完成。健美操虚拟现实训练环境的主要构成有以下几类：其一，用户的使用系统；其二，三维空间处置仪；其三，三维模型的数据库；其四，仿真模拟管理器；其五，电脑和各类反馈设备。

2.2 基于虚拟现实技术——体育系统仿真平台工作原理

2.2.1 数据采集与分析

虚拟现实技术本质上是依托云计算下的大数据生成，即将大量的健美操数据输入到虚拟环境产生器中，通过系统软件对分析这些数据，接着用信号转换器、光栅显示器等进行处理，从而达到想要的虚拟效果。数据分析主要是为了实现以下的功能，即在健美操训练中构建训练虚拟现实的场景和器材，捕获健美操运动员的数据，采集其生理，生化以及心理数据，从而分析数据，进行解构后重组，实现健美操动作重演和展现，从而达到分析训练效果，科学选材的作用。

2.2.2 健美操系统仿真平台基本原理与理论上的应用环境

虚拟现实媒体技术的应用是将健美操的基本动作转化为视频信息，加以标注和解释，在训练过程中，依据教学实际情况，对规定动作重复播出、讲授，再通过教练的正确示范，使学生在大脑中呈现出明确无误的健美操动作，从而能够直观掌握对动作要领，加快学习，促进学生学习、训练的积极性和主动性。同时也能够有效地发现错误，通过对错误动作原因的讨论，针对问题进行高效的纠正。

而在理论上，虚拟现实技术在健美操领域主要可以应用于以下3个方面。

(1)建立虚拟仿真训练模型以及虚拟现实训练环境。

(2)对重点的动作进行模拟。

(3)健美操动作的再创作。

3 健美操训练领域中，虚拟现实技术的应用现状

3.1 健美操训练特点

健美操结合了舞蹈艺术和体育，因而在健美操中，两者的训练内容体系兼而有之。健美操训练包括了三大项内容，每一大项又可以进行分解。三大项有体能综合训练，包括力量、灵活性、耐力；动作技能训练，包括基础动作技能、标准动作和难度动作；健美操整体素质练习，包括健美操融合能力、音乐体验和表现能力、健美运动创造能力、心理素质训练。

3.2 虚拟现实技术数据采集与三维模型构建

使用虚拟现实技术来进行健美操的训练，第一步即要捕获训练者的运动数据。在构建人体骨架上，当前虚拟现实领域普遍采用四元数表示方式来计算关节点的旋转量，通过获取所有关节点的旋转量，再定位其根关节点，通过相对位置，采集到人体运动数据。

在获得大量相关数据之后，建立健美操训练的数据库，通过重组数据，建立关于健美操运动员的三维模型。通俗的讲，该模型为虚拟现实中的运动员，在表现健美操的动作时，可以说，虚拟现实中的模型等于真实运动员。通过对虚拟运动员的分析，将大大提高健美操运动员对自己状态的认知。

3.3 构建健美操系统仿真平台

在健美操训练领域，为切实提高训练效率，可以运用虚拟现实技术，构建健美操系统仿真平台。该平台有3个相互独立又共同运行的分平台构成，即行为动作生成分平台，其作用为依据传感器捕获的数据，在科学性的基础上，重新编排健美操的动作。动作模式设计分平台，就是对健美操的动作模式进行设计。群体队形模式变化模拟分平台，就是依托虚拟现实技构建的仿真模型，通过数据输入，将健美操队形由初始状态变为最终要呈现的状态，虚拟现实环境下，模型队伍变化的方式可以为健美操队形模式设计提供帮助。

4 虚拟现实技术在健美操训练领域前景分析

虚拟现实技术的广泛应用依旧依托以数据库的建立，这将是虚拟现实技术未来着重发展的方向，即追求数据的精确化与精细化。目前，仿真系统可以通过系统内传感器采集的数据，经四元数表示方式运算，由跟踪设备直接记录运动实体的实时数据，并将数据输出，构建仿真动画。

而在健美操领域，未来可实现虚拟训练场地建设。通过收集健美操运动的数据，对其进行设计、改良、再创作，经过教练的设计的严谨、科学、合理的动作组合，确保训练的高效进行，从而构建模拟仿真度高的训练环境，打造健美操系统仿真平台。进一步可以进行训练器具和模拟人员等建构模型，进行虚拟人体在模拟环境中改良、创设与调整健美动作模式。

5 结语

总而言之，虚拟现实正在以摧枯拉朽之势创造着一个新的世界，借用高盛报告中的一句话，从根本上讲，虚拟技术创造了新的，甚至是更直观的方式与计算机互动。虚拟现实技术将为我们提供更大的视野，就健美操训练来说，人们将不再受制于原来训练体系的束缚，意味着，虚拟现实技术的易用属性与广泛的应用潜力，加上体育仿真训练系统广阔的开发、推广和发展前景，这一体系与技术在体育训练领域将会得到巨大的发展。

[1]王琳.基于VR技术的体育健美操仿真系统设计与研究[J].电子设计工程，2017(8)：155-157，162.

[2]张伟.基于VR的健美操仿真系统设计关键技术[J].电子设计工程，2015(19)：83-84，88.

[3]王继康.基于虚拟现实技术的体育教学创新探讨[J].自动化与仪器仪表，2015(5)：118-120.

G831.3

A

2095-2813(2017)08(c)-0046-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2017.24.046

王晶晶（1984，2—），女，河南驻马店人，硕士，讲师，研究方向：健美操、啦啦操、团体操教学与训练。