一款运动健身助手的设计与实现

黄永丽

摘要：针对目前市场上的健身App用户体验感差，并且存在功能同类化严重、盈利模式等问题。设计开发了一款个性化、全方位指导的健身助手。该系统具有完整的软件功能、良好的用户界面、运用Firebase云平台的身份验证功能和实时数据库功能，能够正确地处理和记录错误日志，帮助管理员对系统进行维护。该系统的使用不但能够帮助用户建立健身的生活化理念，而且能够随时随地进行运动健身，不受时空的限制，通过该系统提供的健身课程，对运动者进行全方位的指导，学习不同的运动方式，对运动进行计划，从而提高身体素质和时间利用效率，实现身心健康，促进人们的运动激情，具有较高的使用价值和社会价值。

关键词：Firebase云平台;健身助手;实时数据库;Android;运动健身

中图分类号：TP311.56      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）36-0086-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 项目背景

居家隔离政策期间，所有的公共健身场所和运动场地都关闭。居家的几个月中，由于无法参与户外运动，大部分人出现体重一个月急速增加、心理压力加大等状况，因此如何实现居家健身成为一个紧迫解决的问题。

如果有一个好的运动健身助手指引我们居家锻炼，那么上述问题就可以完美解决。目前不同的互联网公司也开发了形式各异的软件，通过获取不同用户平时的活动量、每天运动轨迹等数据，用不同的形式监控用户的运动情况，帮助用户进行健身。然而上述产品功能上存在一定的优劣，用户的体验感有待提高，直观指导也缺乏，大部分软件功能同类化，而且都存在以营利为目的等问题。如果有一款快捷、免费且可个性化定制运动计划的健身的助手，用户只需要点击相关课程，就可以参与到课程当中进行锻炼，跟着软件上的视频教程进行锻炼，那么将非常方便有效;既不需要到专业的健身场所，也不需要购买私人教练课程，因此可以节省大量的人力和财力。

2 课题研究的目的与意义

本课题的研究目的在于，通过利用智能手机平台解决居家健身问题。使用户方便快捷并且能够在专业的课程指导下进行健身，用户点击所需要的课程就可以参与到课程当中进行锻炼，而且课程是免费的，既可以节省时间，也不用去买线下昂贵的课程，从而节省大量的课时费用，使健身非常方便有效。另一方面通过软件，查看自己和朋友的健身情况，来激励自己运动的激情，帮助用户建立健身日常化、生活化的理念，随时随地进行运动健身，不受时空的限制。通过免费的健身课程对用户进行全方位的指导，学习不同的运动方式，定制个性化的运动计划，提高身体素质和时间利用效率，从而实现身心健康，促进人们的运动激情，具有较高的使用价值和社会价值。

同时，体育健身能不断克服自身的各种障碍，磨炼意志力，同样可以提升自我，促进人们更加便捷地获取到健康知识，并促进人们的交流。方便用户并对用户进行科学有效的指导是该设计的基本理念，用户通过运动健身助手的使用，可以提升自己的运动激情和身体素质，使运动成为一种习惯，丰富用户的生活，从而释放学习和工作的压力。因此，该项目具有积极的社会价值和实际的使用价值。

3 国内外研究现状、发展水平及存在的问题

目前国内在健身助手App研究存在大量的相关研究。邱淑敏等在《健身指导网站评价指标体系的建立和应用研究》中针对健身网站，通过层次分析、法德尔菲等方法建立评价指標体系，该评价体系可以对网站的内容、互动性和影响力等进行评价，该体系也存在一定的局限[1]。赵雷鸣指出目前网络健身软件存在实时性、信息繁杂等问题，并提出完善全面健身数据，形成多元化健身服务等观点[2]。石璞认为，由于用户对健身类App系统的功能要求各异，通用的健身App很难满足用户的不同需求，导致用户对产品的满意度下降，目前缺少个性化和创新性的运动健身类App[3];阮威认为在“互联网+”时代下全民健身产业应与互联网和智能终端相结合，克服当前存在的场地受限等困境，从而实现跨越式的发展[4]。关于运动健身发展水平现状的研究还有很多，总体来说运动健身App都存在一些问题。如功能同类化严重，不能满足不同的用户群体，用户体验有待进一步提高和完善，并且采用以营利为目的运营模式。

国外一直比较注重全民健身，也涌现出很多软件，通过无线网、GPS、蓝牙技术等来获取用户的运动轨迹信息[5]，对健身数据以量表的形式进行监控管理。在国外，运动健身发展迅速，通过记录跑步的相关数据，对运动进行监测，来帮助用户健身减肥[6]，通过智能终端和健身网站服务于不同的用户。也存在无法针对自己的健身需求进行个性化定制等问题。

4 系统主要功能分析与设计

本研究主要对全民健身助手平台进行研究、设计和开发。包括以下几个方面：1）对全民健身平台的理念进行深入研究，结合新型冠状病毒肺炎疫情形势下的居家健身需求，实现拥有5大功能模块的健身App，对该平台总体规划、进行总体框架设计、数据分析和设计、功能模块和UI界面的设计和实现;2）对于需要在客户端之间实时同步的移动应用，Firebase是一种高效、低延迟的解决方案。通过Firebase账号验证功能进行账号短信验证，确保初步登录真实的用户访问后台，初步避免后台被刷暴的风险;3）可以通过运动课程选择不同部位的运动，每种运动还包含初级、中级、高级三个等级，每个等级分两个阶段，每个阶段都有30天的锻炼。在运动中有语音提醒，用户可以在观看视频的同时调整运动姿势，使用户了解运动要点。从而使用户免费获取课程资源并获得专业的指导;4）运动报告可以点击日历进入运动历史界面，查看用户的所有详细运动的历史记录，包括运动名称、运动时间、运动消耗卡路里等。运动报告还有体重身高设置和体重记录图表，用于记录用户体重，从而得到用户体重曲线，使用户更加直观地看到自己的健身效果。为了更直观地展示运动效果，BMI指数图表用于指明用户身高体重比例，是否符合健康指标，以此来警醒用户自身的身体状况以及体型;5）合理的饮食是健身的重要基础，所以为用户提供科学的运动饮食计划是系统不可或缺的功能，该系统提供了30天的饮食食谱，用户可选择自己的饮食习惯;6）为了更大地激发人们的运动激情，可以把自己的运动情况在朋友圈发表，同样也可以查看朋友圈的动态，获取别人的运动成果，从而可以实现健身和交友一举两得。

通过对人们有关健身助手的需求和功能进行调研，收集基础数据资料。然后用软件工程的研究路径对数据进行分析和建模，并转化为系统设计和数据结构设计，该系统分为用户和管理员两个角色。用户方面具有的大致功能是登录注册、查看饮食计划、查看运动计划、做运动、收藏运动、查看运动介绍、跟随运动视频进行学习健身、查看报告、设置身高体重、查看运动历史、查看朋友圈、发布朋友圈动态、查看个人资料、修改设置等功能。管理员方面可以管理后台中用户的账号，管理后台中用户发布过的朋友圈的所有信息，也可以查看用户数量和用户留存。其用例图分别如图1和图2所示。

5 数据库的分析与设计

任何项目的开发都离不开数据结构的设计，拥有一个好的数据结构可以提升开发人员效率，使项目逻辑清晰，数据存储易懂。运动健身App的设计实现与用户所进行的健身运动和用户的身份信息数据不可分割，从功能上看，运动健身App对运动数据的处理要有增、删、改、查的功能，进行数据概念模型设计分析，对数据进行分类、整理，能够更好地对数据进行描述，使项目里的数据结构更加清晰明了。

本项目的数据概念模型设计包括各种数据的E-R图的设计以及在数据库中的表的结构的设计。数据的E-R图是系统数据实体属性以及实体之间关系的综合的展现方式，E-R图是在数据概念模型上设计的首要任务。数据库表结构的设计是在E-R图设计的基础上对数据概念模型的物理模型的实现。由于数据库表结构比较复杂，有些关联表无需进行分析，因此这里仅仅分析项目之中所需的主要的实体信息表。该项目的数据概念模型设计实体关系E-R图如图3所示。其中：1）账户状态是判断账户是否有权限登录的依据，需要包含账号和密码信息和用于与云端访问的UID信息;2）在体重身高性别分别用来保存用户的身高、体重和性别，男性和女性分别拥有不同的运动数据，从而实现性别不同拥有不同的运动UI和App主界面;3）语言选择信息和语音选择用来记录语言和语音的选择，通过语言和语音的选择分别调整App的语言和运动提示语音;4）朋友圈信息主要包含用户账户名称、用户发布时间、用户发布文字以及用户发布图片的详细信息。因为朋友圈数据库是基于Firebase云平台的实时数据库，所以存储的方式是使用json树存储的。包含用户名、朋友圈发布的时间、分享的文字图片等信息;5）运动历史信息是用于在运动历史页展现用户的运动历史的信息，其主要包括运动名称、运动等级、运动日期、运动时长、运动所消耗卡路里等;6）定时提醒信息实体模型是用于记录最近设置的运动定时，其主要包括最近一次设置的时间、最近一次延时设置的时间和类型;7）运动数据实体模型属于工具类实体模型，系统中所有的地域信息皆是按照省-市-县三级地域显示方式，地域实体模型则是提供地域信息的标准化。运动数据实体模型如图4所示，其中三个临时变量以json的形式存放临时数据。

在关系概念模型的基础上，可进行实体模型的设计。同时，可在实体模型的基础上，进行数据库表的设计与实现。根据概念模型设计中的各个实体模型进行数据表的设计。对数据库表中的字段进行定义和实现。

6 系统的实现

对于前台用户，用户登录是所有未登录的用户所必经的流程，用户登录验证基于Firebase云平台，主要流程是输入手机号，点击发送短信后经过后台发送短信到相应手机号的手机上，输入验证码后点击验证即可验证，验证相应手机号成功后，可以进入设置账号和密码页面，对自己的账号和密码进行管理，设置成功后进入主页。主页用于展示所有功能的页面。本项目的主页大致展示了App所有的功能，计划、锻炼挑战、报告、分享和个人资料。主页界面如图5所示。1）用户也可采用匿名登录的方法不进行验证而先进行体验。2）计划页：用户流程大致为查看运动历史，查看购物清单，勾选购物清单，查看饮食计划，完成飲食计划，其界面如图6所示。3）锻炼挑战：用户可以查看运动历史，选择更换挑战和等级，开始运动，重新开始运动，查看运动图文介绍，查看运动视频，运动中，声音选项开关，暂停运动，继续运动，退出运动，完成运动，运动反馈等功能。4）用户可以通过报告页查看运动日历、查看自己的运动历史、增加体重、查看体重图表、编辑身高体重、查看BMI图等功能。5）分享页主要实现登录用户查看朋友圈、发送朋友圈动态以及对朋友圈信息进行评论等功能。

由于本项目后台是基于Firebase云平台开发的，后台管理员管理界面如图7所示。该界面为Firebase云平台的界面，管理员可以查看App的用户使用量曲线、用户留存，可以管理用户手机账号、用户朋友圈等信息。

7 小结与展望

经过对各个模块使用不同的测试用例和不同的测试方法，证明该健身项目的设计完全符合用户的需求，此系统具有完整的软件功能，良好的用户界面，能够正确地处理和记录错误日志，帮助管理员对系统进行维护。

该系统运用Firebase云平台的身份验证功能和实时数据库功能，进行账号短信验证，确保合法的用户访问后台，初步避免后台被刷爆的风险。为了确保用户能够获取可靠的、稳定健身服务，该系统采用分层的系统架构，访问内容使用分发的方式来提高数据的传输率和响应速度。通过该健身助手App的使用，能够帮助用户建立健身生活化的理念，随时随地进行运动健身，不受区域和时间的限制，通过健身课程可以自主学习不同的运动方式，依据自己的实际情况对运动进行个性化设置和规划，来提高自身身体素质和时间利用率，从而实现身心健康，促进人们的运动激情，具有较高的使用价值和社会价值。

随着人们生活质量的提高，人们对健康的渴望，运动健身助手将成为人们日常不可或缺的一部分。下一步希望通过加入体感技术，来对用户运动姿势进行纠正和指导，并使系统功 能更加完善。如何获得iOS等多个系统平台上的支持将是下一步的研究工作目标。

参考文献：

[1] 邱淑敏，江崇民，武东明.健身指导网站评价指标体系的建立和应用研究[J].体育与科学，2012，33（6）：81-87.

[2] 赵雷鸣.全民健身网络信息资源服务现状及对策的研究[J].体育科技文献通报，2012，20（12）：19-21.

[3] 石璞.不同类型大学生对运动健身类APP的选择研究——以北京体育大学学生为例[J].体育世界（学术版），2016（2）：56-57.

[4] 阮威."互联网+"时代下运动型APP产品与全民健身的融合发展与创新[C].中国福建福州：2015年中国体育产业与体育用品业发展论坛，2015.

[5] 2014年全民健身活动状况调查公报（下）——（2015年11月16日）[N].中国体育报，2015-11-18（4）.

[6] 孙娟，王岳.我国公民体育锻炼意识的提升路径[J].体育学刊，2016，23（2）：52-56.

【通联编辑：谢媛媛】