胡 煒

(延安大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 延安 716000)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在難美技能類項(xiàng)群中的應(yīng)用研究

胡 煒

(延安大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 延安 716000)

通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外體育領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀的闡述，并結(jié)合難美技能類項(xiàng)群的項(xiàng)目特征，對(duì)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在跳水、體操、蹦床、藝術(shù)體操、健美操、花樣游泳、花樣滑冰、自由式滑雪(空中技巧)等難美技能類項(xiàng)目中進(jìn)行仿真訓(xùn)練的作用進(jìn)行了詳細(xì)論述。國(guó)內(nèi)外對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育領(lǐng)域中的研究成果已頻繁地出現(xiàn)在各國(guó)備戰(zhàn)世界大賽的訓(xùn)練中。在難美技能類項(xiàng)目中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真訓(xùn)練，具有加快技術(shù)動(dòng)作的創(chuàng)新與提高、獲取人體三維運(yùn)動(dòng)信息、分析訓(xùn)練效果、優(yōu)化動(dòng)作編排、構(gòu)建場(chǎng)景和器材等重要作用。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；難美項(xiàng)群；應(yīng)用

隨著2008年北京奧運(yùn)會(huì)的“科技奧運(yùn)”、“數(shù)字奧運(yùn)”和“人文奧運(yùn)”理念的普及和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以其強(qiáng)大的親和力滲透到體育運(yùn)動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，尤其在競(jìng)技體育訓(xùn)練中已發(fā)揮出了巨大能量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為20世紀(jì)一種新型的信息技術(shù)，其研究成果的應(yīng)用將會(huì)對(duì)競(jìng)技體育的快速發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。及時(shí)跟蹤虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，深入研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育領(lǐng)域中應(yīng)用現(xiàn)狀，轉(zhuǎn)化和利用其他學(xué)科的研究成果為競(jìng)技體育服務(wù)是我國(guó)競(jìng)技體育目前需要迫切解決的一個(gè)新課題。針對(duì)難美技能類的項(xiàng)群特征，研究如何在跳水、蹦床、體操、藝術(shù)體操、健美操、花樣游泳、花樣滑冰、自由式滑雪(空中技巧)等難美技能類項(xiàng)目的訓(xùn)練中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真訓(xùn)練，對(duì)于更好地貫徹“科技奧運(yùn)”、“數(shù)字奧運(yùn)”和“人文奧運(yùn)”的理念，更快更有效地提高我國(guó)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的科技含量，確保這些項(xiàng)目在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中保持絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR)，是最近幾十年才發(fā)展起來(lái)的前沿技術(shù)，它是20世紀(jì)90年代以來(lái)興起的一種新型信息技術(shù)，它利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，便可以進(jìn)入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員。操作者可以通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等與之交互，從而能產(chǎn)生“身臨其境”場(chǎng)景，所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人機(jī)交互提供了新的交互媒體。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)體現(xiàn)了多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，它是伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理和模式識(shí)別、智能接口技術(shù)、生理學(xué)、多傳感器技術(shù)、語(yǔ)音處理和音響等技術(shù)的飛速發(fā)展而出現(xiàn)的一門多學(xué)科的綜合技術(shù)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在難美技能類項(xiàng)群中的應(yīng)用

2.1難美技能類項(xiàng)群的特征

難美技能類項(xiàng)群的共同特點(diǎn)均以運(yùn)動(dòng)員所完成的動(dòng)作難度、優(yōu)美程度、穩(wěn)定性等方面來(lái)評(píng)定成績(jī)。相對(duì)其它項(xiàng)目而言，對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的要求更加高、更加突出，比賽中要取得優(yōu)異的表現(xiàn)就要在動(dòng)作難度、動(dòng)作編排等方面不斷地進(jìn)行創(chuàng)新。但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)性，動(dòng)作難度加大了，編排復(fù)雜了，難免會(huì)加大運(yùn)動(dòng)員受傷的概率，而傷病不僅會(huì)影響到運(yùn)動(dòng)成績(jī)，同時(shí)也是制約運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)壽命的重要因素之一。我國(guó)難美項(xiàng)目目前雖然表現(xiàn)出高超的技術(shù)水平，但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，難美項(xiàng)群各項(xiàng)目的動(dòng)作難度越大、動(dòng)作越復(fù)雜、越驚險(xiǎn)、越新穎、越有獨(dú)創(chuàng)性，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。為了確保難美項(xiàng)目訓(xùn)練的科學(xué)化，減少運(yùn)動(dòng)員受傷的概率，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行對(duì)難美項(xiàng)群的各項(xiàng)目進(jìn)行前瞻性的研究，設(shè)計(jì)創(chuàng)新高難動(dòng)作，對(duì)于確保我國(guó)難美項(xiàng)目技術(shù)發(fā)展的前沿地位具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)在難美技能類項(xiàng)目應(yīng)用功能

2.2.1加快技術(shù)動(dòng)作的創(chuàng)新與提高

難美項(xiàng)目技術(shù)動(dòng)作的創(chuàng)新是該項(xiàng)目發(fā)展的生命線，但在技術(shù)動(dòng)作創(chuàng)新過(guò)程中，如果直接以人來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)難免面臨巨大的傷害風(fēng)險(xiǎn)。因此，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新動(dòng)作研究就具有特別的現(xiàn)實(shí)意義。教練員在技術(shù)創(chuàng)新時(shí)，可以讓虛擬運(yùn)動(dòng)員按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的動(dòng)作編排完成這一新動(dòng)作，從而最大限度地降低運(yùn)動(dòng)員在動(dòng)作創(chuàng)新過(guò)程中的意外受傷概率；對(duì)于新、難動(dòng)作的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,目前一般采用錄像的方式來(lái)學(xué)習(xí),運(yùn)動(dòng)員無(wú)法直接參與訓(xùn)練,獲得感性認(rèn)識(shí)。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,并借助視頻處理軟件將仿真動(dòng)作與實(shí)際動(dòng)作進(jìn)行同屏分屏顯示對(duì)比，幫助教練員和運(yùn)動(dòng)員發(fā)現(xiàn)技術(shù)動(dòng)作中的細(xì)微缺陷，從而使運(yùn)動(dòng)員獲得豐富感性認(rèn)識(shí)，迅速突破動(dòng)作的重點(diǎn)、難點(diǎn)，直至熟練掌握動(dòng)作為止，起到事半功倍的訓(xùn)練效果。我國(guó)跳水項(xiàng)目和蹦床運(yùn)動(dòng)能夠在國(guó)際大賽中取得驕人的成績(jī)，長(zhǎng)期保持國(guó)際絕對(duì)優(yōu)勢(shì)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這些項(xiàng)目中的應(yīng)用有很大的關(guān)系。

2.2.2獲取人體三維運(yùn)動(dòng)信息

人體三維運(yùn)動(dòng)信息是指人體在運(yùn)動(dòng)中各個(gè)關(guān)節(jié)的三維坐標(biāo)及角度等姿態(tài)信息，它是人體三維運(yùn)動(dòng)分析的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，如何合理有精確地捕捉運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)信息是一個(gè)至關(guān)重要的技術(shù)難題，目前我國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)研究所的王兆其研究員提出了基于視頻的無(wú)接觸式人體運(yùn)動(dòng)跟蹤法，他利用在比賽與訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)多道攝像裝置對(duì)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行多角度全方位的視頻描述，通過(guò)視頻處理軟件對(duì)視頻進(jìn)行分割、編碼、疊加、去噪等過(guò)程，以獲得下一步進(jìn)行三維仿真所需的關(guān)鍵點(diǎn)的參數(shù)數(shù)據(jù)(圖1)。在難美項(xiàng)目中教練員根據(jù)采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)再進(jìn)行動(dòng)作的重新編排與設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)出符合該運(yùn)動(dòng)員特點(diǎn)的最優(yōu)動(dòng)作，確保運(yùn)動(dòng)員高難動(dòng)作的儲(chǔ)備量，為教練員臨場(chǎng)比賽的戰(zhàn)術(shù)安排提供了有力保障。

圖1 三維運(yùn)動(dòng)信息采集圖

2.2.3分析訓(xùn)練效果

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行量化分析包括位移、速度、力等，并以圖形方式展示分析結(jié)果。如，將攝取運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練和比賽中的真實(shí)技術(shù)視頻片斷,借助視頻處理軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)員的仿真動(dòng)作與實(shí)際動(dòng)作的同屏分屏顯示對(duì)比，讓教練員和運(yùn)動(dòng)員分析動(dòng)作的差異，發(fā)現(xiàn)技術(shù)動(dòng)作中的細(xì)微缺陷。幫助高水平運(yùn)動(dòng)員找出訓(xùn)練中存在的不足，從而提高訓(xùn)練效果；在此基礎(chǔ)上，還可以對(duì)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作做深層次的

分析，并提出改進(jìn)技術(shù)動(dòng)作的指導(dǎo)性意見(jiàn)。如在單杠的訓(xùn)練過(guò)程中，往往在身體擺至杠下垂直部位的前后或上擺不到支撐部位而回?cái)[時(shí)容易脫手，尤其是做騰空再握、轉(zhuǎn)體和下法等動(dòng)作時(shí)，容易失誤，對(duì)于這些情況可以分析其產(chǎn)生的原因，并提取數(shù)學(xué)模型，結(jié)合計(jì)算機(jī)三維技術(shù)進(jìn)行分析并找出失誤的原因，電腦程序?qū)⒏鶕?jù)這種原因運(yùn)算出所需握力的大小或速度的快慢，并逼真再現(xiàn)該動(dòng)作。

2.2.4優(yōu)化動(dòng)作編排

難美技能類項(xiàng)目所表現(xiàn)的新連接、新編排是這些項(xiàng)目評(píng)分的重要依據(jù)，在比賽中占居著重要的地位。通過(guò)高精度運(yùn)動(dòng)捕捉與分析的人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量方法采集數(shù)據(jù)并建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)動(dòng)作庫(kù)，教練員根據(jù)難美項(xiàng)目的特征、規(guī)則變化、裁判評(píng)分等制勝因素，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行編輯、修改，完善，設(shè)計(jì)出一系列“理想”的新動(dòng)作。在動(dòng)作庫(kù)中提取若干動(dòng)作按照教練的設(shè)想模擬編排動(dòng)作組合，再利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)進(jìn)行模擬和仿真訓(xùn)練，最后從各種編排結(jié)果中挑選出最優(yōu)的動(dòng)作編排，還可以結(jié)合運(yùn)動(dòng)員個(gè)體特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)能力，模擬出適應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)員的最優(yōu)的動(dòng)作編排，從而達(dá)到個(gè)性化、最優(yōu)化的輔助訓(xùn)練的目的。從而輔助教練確定備戰(zhàn)世界大賽的最佳訓(xùn)練方案。

3 結(jié)論與建議

1)國(guó)內(nèi)外對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育領(lǐng)域中的研究已關(guān)泛開(kāi)展，其研究成果頻繁地出現(xiàn)在各國(guó)備戰(zhàn)世界大賽的訓(xùn)練中。在難美項(xiàng)群中運(yùn)用時(shí)體育運(yùn)動(dòng)方面的專家應(yīng)與計(jì)算機(jī)方面的專家合作攜手攻關(guān)，才能發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，真正提高訓(xùn)練和比賽的質(zhì)量。

2)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在難美項(xiàng)群中運(yùn)用的主要作用表現(xiàn)在能加快技術(shù)動(dòng)作的創(chuàng)新與提高、獲取人體三維運(yùn)動(dòng)信息、分析訓(xùn)練效果、優(yōu)化動(dòng)作編排、構(gòu)建場(chǎng)景和器材等方面，這些研究成果的應(yīng)用大大加快了難美技能類項(xiàng)目的創(chuàng)新進(jìn)程。因此總結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在難美項(xiàng)目中研究應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，將其進(jìn)一步推廣到體育領(lǐng)域的其它項(xiàng)目中，并擴(kuò)展到恢復(fù)、選材、運(yùn)動(dòng)服裝等方面進(jìn)行研究，對(duì)促進(jìn)我國(guó)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科學(xué)具有深遠(yuǎn)意義。

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TheApplicationResearchofVirtualRealityTechnologyintheDifficultyandBeautyGroup

>Hu Wei

(College of Physical Education,Yan’an University,Yan’an,716000,Shanxi,China)

Based on virtual reality technology in the field of application of domestic and international sports exposition of the status quo,combined with the difficulty and beauty group and the use of virtual reality technology in diving,gymnastics,trampoline,artistic gymnastics,aerobics,synchronized swimming,figure skating,freestyle skiing (aerials),etc.At home and abroad for the virtual reality technology in the sports in the field of research has frequently appeared in national preparations for the world series of training.The use of virtual reality simulation training in the difficulty and beauty group can accelerate technological innovation and enhance the movement,access to the human body three-dimensional movement of information,analysis training effect,optimize the performance arrangement,build scenes and equipment such as an important role.

virtual reality technology;difficulty and beauty group;application

2009-11-28；

2010-03-09

胡煒(1974-)，男，陜西宜君人，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在體育中的應(yīng)用。

G807.04

A

1672-1365(2010)03-0095-02