摘要：論述了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的概念、特點(diǎn)及仿真設(shè)計(jì)的一般流程，提出了目前將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于體育教育與體育科研中存在的問(wèn)題，分析了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于體育教學(xué)與科研中的發(fā)展前景及重要作用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；體育教學(xué)；體育科研

前言

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、評(píng)估、預(yù)測(cè)等方面。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)所建立的模型包含了實(shí)際系統(tǒng)對(duì)象之間的內(nèi)在聯(lián)系和客觀(guān)規(guī)律， 通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)可以研究系統(tǒng)內(nèi)在因素的相互關(guān)系。在體育科學(xué)研究領(lǐng)域，隨著系統(tǒng)仿真技術(shù)及相關(guān)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互融合與推動(dòng)， 加上以人體或其運(yùn)動(dòng)為核心的不同領(lǐng)域的強(qiáng)烈需求的推動(dòng)， 虛擬人體及其運(yùn)動(dòng)成為當(dāng)前研究發(fā)展的熱點(diǎn)[1]。因此，將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用在體育科學(xué)領(lǐng)域?qū)w育科學(xué)研究將會(huì)產(chǎn)生重要的影響， 它將成為體育教學(xué)和比賽訓(xùn)練中重要的輔助手段。

1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)概述

1.1 計(jì)算機(jī)仿真的概念

計(jì)算機(jī)仿真 （Computer Simulation）是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)學(xué)建模方法建立被仿真的系統(tǒng)模型，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的一門(mén)綜合性技術(shù)。

按照計(jì)算機(jī)類(lèi)型分類(lèi)可將計(jì)算機(jī)仿真分為：模擬仿真、混合仿真以及數(shù)字仿真三種。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度以及處理能力都在不斷的提高，數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)逐步取代了模擬計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)字模擬混合仿真，因此目前計(jì)算機(jī)仿真通常是指數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真。其主要特征是：實(shí)現(xiàn)方便、易于修改、費(fèi)用低、精度高、運(yùn)算速度快、實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠。

1.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)反應(yīng)周期長(zhǎng)，而且難以觀(guān)察、試驗(yàn)或消耗巨額資金的自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)、人口結(jié)構(gòu)、生理、育種、導(dǎo)彈、軍事、國(guó)防等系統(tǒng)，可以在短期容易實(shí)現(xiàn)的模型上進(jìn)行分析、試驗(yàn)后預(yù)報(bào)結(jié)果。例如，中醫(yī)診斷系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)育種專(zhuān)家系統(tǒng)。

在工程系統(tǒng)方面，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)或預(yù)研，可以在實(shí)物試驗(yàn)之前對(duì)系統(tǒng)的研究方案進(jìn)行論證，達(dá)到優(yōu)化方案以及系統(tǒng)參數(shù)的目的；分析系統(tǒng)響應(yīng)與參數(shù)關(guān)系指導(dǎo)調(diào)試工作；分析系統(tǒng)的工作狀態(tài)，改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)，以提高系統(tǒng)的性能和運(yùn)行效率。

在非工程系統(tǒng)方面，對(duì)企業(yè)管理、經(jīng)濟(jì)分析、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、商品銷(xiāo)售等也都可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。例如，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以建立商品生產(chǎn)和公司經(jīng)營(yíng)與市場(chǎng)預(yù)測(cè)模型。

1.3 計(jì)算機(jī)仿真的流程

計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程，概括地說(shuō)包括“數(shù)學(xué)建?！保坝?jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)”，“實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析”三個(gè)基本的部分。也就是說(shuō)計(jì)算機(jī)仿真不只是單一對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，它需要包含從數(shù)學(xué)建模到反復(fù)實(shí)驗(yàn)再到結(jié)果分析的全過(guò)程。完整的計(jì)算機(jī)仿真過(guò)程通常包括以下步驟：

（1） 問(wèn)題的描述。通過(guò)問(wèn)題描述明確計(jì)算機(jī)仿真的對(duì)象、目的以及基礎(chǔ)需求。再根據(jù)研究的目的及需求，確定計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的規(guī)模、約束條件等問(wèn)題。

（2） 建立原始數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是針對(duì)參照某種事物系統(tǒng)的特征或數(shù)量依存關(guān)系，采用數(shù)學(xué)語(yǔ)言，概括地或近似地表述出的一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)仿真是一門(mén)基于模型的新技術(shù)，數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確程度對(duì)仿真結(jié)果的可信度起著非常關(guān)鍵的作用，這一步驟非常重要。原始數(shù)學(xué)模型也被稱(chēng)為是第一次建模。

（3） 建立仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算特點(diǎn)、仿真方式、計(jì)算方法和精度要求，將原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為能夠用計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。這類(lèi)模型稱(chēng)作仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，也被稱(chēng)為二次建模。

（4） 編程并調(diào)試。將仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型編制程序，并進(jìn)行調(diào)試。

（5） 仿真實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（6） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和模型的驗(yàn)證。反復(fù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后，對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行分析和驗(yàn)證，選出最優(yōu)方案或者找出最優(yōu)值，并將結(jié)果與實(shí)際發(fā)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，檢驗(yàn)仿真系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確度。

2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在體育科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在體育學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，在理論教學(xué)中可以通過(guò)應(yīng)用仿真多媒體課件來(lái)豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)難以理解的理論知識(shí)的理解，提高教學(xué)質(zhì)量；另一方面，在術(shù)科教學(xué)過(guò)程中，目前大多通過(guò)教師的示范來(lái)完成課堂教學(xué)內(nèi)容的講解，但由于教師年齡的增長(zhǎng)或是教師技能掌握程度不同，有時(shí)很難在教學(xué)和訓(xùn)練中完成正確規(guī)范的示范動(dòng)作，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有一定的影響，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)后的效果也難以真實(shí)評(píng)價(jià)。如果我們可以應(yīng)用多媒體仿真技術(shù)、可視化仿真技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)一些仿真軟件，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行認(rèn)知和練習(xí)，可以對(duì)學(xué)生提升學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的效果起到一定的推動(dòng)作用。

2.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊， 其中一個(gè)重要的領(lǐng)域就是利用計(jì)算機(jī)模擬某個(gè)系統(tǒng)或某種現(xiàn)象的過(guò)程， 進(jìn)行系統(tǒng)分析， 過(guò)程控制。 例如，呂坤如的《計(jì)算機(jī)仿真人體二維運(yùn)動(dòng)圖解設(shè)計(jì)技術(shù)在體育中的應(yīng)用》等研究。

將系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)仿真模型，再通過(guò)計(jì)算機(jī)程序得到數(shù)學(xué)模型解的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與驗(yàn)證從而達(dá)到計(jì)算機(jī)仿真的目的，這種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)很流行。例如，魏文儀，伍勰的《跳遠(yuǎn)起跳的計(jì)算機(jī)模擬》較好地反映了起跳動(dòng)作的技術(shù)關(guān)鍵， 為跳遠(yuǎn)起跳技術(shù)分析開(kāi)辟一個(gè)新的方法。還有房杰的《運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)乒乓球碰撞的研究》，朱雄軍，韓凝的《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)診斷中可視化計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用研究》等論文都對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有一定的指導(dǎo)作用。

3 存在的問(wèn)題與展望

將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于體育教學(xué)與科研領(lǐng)域中，是需要滿(mǎn)足一定條件的，目前還存在一些值得思考的問(wèn)題。首先由于體育術(shù)科教學(xué)內(nèi)容本身的復(fù)雜性，目前還沒(méi)有針對(duì)體育術(shù)科教學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)仿真軟件。其次，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的專(zhuān)業(yè)性與復(fù)雜性，使得體育教師和體育科研人員在應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)時(shí)存在一定的困難等。這些問(wèn)題的解決還需要科研人員能夠?qū)Ⅲw育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)更好的結(jié)合起來(lái)，例如計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員能夠掌握某些體育學(xué)科的知識(shí)，或是體育科研人員和計(jì)算機(jī)技術(shù)專(zhuān)業(yè)人員更好的合作。

仿真技術(shù)不只是對(duì)某一個(gè)動(dòng)作或現(xiàn)象單純的模擬，而是通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)內(nèi)在因素的相互關(guān)系，分析系統(tǒng)的可行性，預(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，或作為預(yù)研手段為真實(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行奠定基礎(chǔ)等。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展對(duì)體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和體育科學(xué)研究帶來(lái)新的契機(jī)，對(duì)體育科學(xué)研究與訓(xùn)練模式的發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生重要的影響。因此如何將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)更好的應(yīng)用在體育教學(xué)與科研中是值得思考和研究的，這一技術(shù)的應(yīng)用研究對(duì)體育教育和指導(dǎo)體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練都將起到積極的推動(dòng)作用。

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作者簡(jiǎn)介：王麗麗（1982—），女，碩士研究生，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘。