張 威

(淮南聯(lián)合大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)中心，安徽淮南 232001)

傳統(tǒng)的體育教學(xué)模式主要是由鍛煉者自行參與，缺少較為科學(xué)系統(tǒng)的指導(dǎo)，全民健身難以得到有效展開。在分析當前大眾體育需求基礎(chǔ)上，結(jié)合信息技術(shù)構(gòu)建出全民健身網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)系統(tǒng)，可根據(jù)健身群體差異給予相應(yīng)指導(dǎo)，從而在全社會范圍內(nèi)提升全民健身效果。全民健身系統(tǒng)建立在計算機網(wǎng)絡(luò)平臺的基礎(chǔ)上，通過計算機系統(tǒng)可建立全民健身資料數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)庫對大眾身體狀況進行實時更新。當前的健身系統(tǒng)還存在一定問題，因此需要對全民健身系統(tǒng)進行進一步更新完善，并將其應(yīng)用于實踐，提升全民健身效果。

1 系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)需求分析

本研究構(gòu)建的全民健身系統(tǒng)主要為了滿足我國大眾健身需求，在設(shè)計系統(tǒng)過程中應(yīng)考慮以下問題：

(1)硬件要求較低，系統(tǒng)可以在眾多硬件設(shè)備上運行，當前智能移動終端設(shè)備和家庭電腦在功能以及基本配置上性能不一，基于本系統(tǒng)服務(wù)于社會大眾，要求該系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)普遍的智能設(shè)備，可在眾多設(shè)備上安裝運行，避免在部署以及升級過程中出現(xiàn)麻煩。

(2)系統(tǒng)操作界面設(shè)計要人性化，應(yīng)具備一定清晰度。在系統(tǒng)中設(shè)置幫助選項，使用者均可在短時間內(nèi)掌握其使用方法，并可快速找到功能界面模塊。在顏色選擇上要柔和，簡介大方，可體現(xiàn)出個性化特點。

(3)系統(tǒng)需要具備良好的人機交互性，在運行過程中可保持流暢性。在設(shè)計過程中應(yīng)考慮盡可能降低系統(tǒng)運行過程中造成的卡頓現(xiàn)象，有效測出用戶健身過程中的身體各項參數(shù)，設(shè)定的參數(shù)主要有運動參數(shù)、心率、熱量消耗等，可反映出用戶的健身效果。

(4)系統(tǒng)應(yīng)具備一定的娛樂性，通過該系統(tǒng)可實現(xiàn)二維動畫和三維動畫的人體模型運動控制，兼顧實用性和娛樂性。

(5)將系統(tǒng)與云計算相結(jié)合，采用較為順暢的圖像處理技術(shù)。以云計算Web服務(wù)實現(xiàn)用戶客戶端與服務(wù)器端的有效交互，從而最大限度地提升系統(tǒng)運行效率，降低其運行過程中可能存在的延遲現(xiàn)象[1]。

1.2 系統(tǒng)用例圖

通過用例圖(圖1)反映出系統(tǒng)角色以及系統(tǒng)功能模塊。該系統(tǒng)角色主要包括用戶和管理員，其中用戶指的是社會公眾使用者，管理員則是對系統(tǒng)進行管理、更新、維護的人員。用戶在該系統(tǒng)中需要首先進行身份注冊，注冊用戶后便可以固定賬號及密碼進行系統(tǒng)登錄。用戶進入系統(tǒng)后可通過系統(tǒng)功能進行替身模擬和參數(shù)統(tǒng)計，獲得健身指導(dǎo)。用戶信息均被存儲于系統(tǒng)中，用戶可將個人信息與其他信息進行對比，共享健身信息。管理員主要是進行系統(tǒng)維護管理和用戶管理，并對系統(tǒng)中所有的功能模塊進行管理，結(jié)合實際需求進行功能維護和用戶權(quán)限設(shè)定[2]。

圖1 系統(tǒng)用例圖

2 系統(tǒng)開發(fā)平臺及技術(shù)

2.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

本研究系統(tǒng)主要采用VS.NET和SQL開發(fā)系統(tǒng)運行的編程平臺。在系統(tǒng)運行過程中克服不兼容現(xiàn)象，在系統(tǒng)構(gòu)架中采用.NET Framework位置在NET所用通訊協(xié)議上，通過.NET Framework開發(fā)人員可比較簡單地建立其對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，并通過Web服務(wù)器提供系統(tǒng)服務(wù)，從而為整個系統(tǒng)生成、部署、擴展及維護等提供較為便捷的途徑。

程序部署可選擇B/S和C/S兩種方式。通過C/S可在客戶端模擬出較為流暢的動畫效果，具備較為良好的響應(yīng)能力。B/S結(jié)構(gòu)在部署過程中將數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層等集中于服務(wù)器部分，該系統(tǒng)以瀏覽器作為搭載平臺，通過B/S結(jié)構(gòu)可有效地實現(xiàn)系統(tǒng)功能。其不足之處在于對瀏覽器的依賴性較強，響應(yīng)能力不足，在設(shè)計過程中軟件無法實現(xiàn)空間模型的有效模擬，用戶在使用該系統(tǒng)時體驗較差。本研究采用智能客戶端，實現(xiàn)本地應(yīng)用程序與Web之間的交互，并將B/S和C/S兩種客戶端的優(yōu)勢有效結(jié)合在一起，該集成網(wǎng)絡(luò)具有強大離線能力，可引進高校數(shù)據(jù)管理功能以及智能網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，有效提升系統(tǒng)的功能性。本系統(tǒng)平臺使用的智能客戶端應(yīng)具備如下功能[3]：

(1)有效調(diào)用本地資源，智能客戶端可有效利用客戶單的硬件設(shè)備，與智能終端相連接的硬件組件等均在可使用范圍內(nèi)。

(2)該系統(tǒng)在計算機中斷時可有效利用Windows程序的優(yōu)勢，通過Windows窗體與Microsoft.NET.Framework構(gòu)建出客戶端應(yīng)用程序平臺，通過Windows窗體強大的界面組件以及其窗口設(shè)計解決DLL的版本沖突問題。

(3)該客戶端屬于一種充分利用Web服務(wù)提供的信息應(yīng)用程序平臺，可調(diào)用Web服務(wù)器提供系統(tǒng)服務(wù)，有效解決客戶端與服務(wù)器相連可能出現(xiàn)的安全問題，為系統(tǒng)運行提供有效保障。

(4)系統(tǒng)可支持偶爾連接，在離線或在線狀態(tài)下均可展開工作，有效提升系統(tǒng)靈活性。

(5)客戶端可在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的支持下使用網(wǎng)絡(luò)資源。

(6)客戶端可進行安裝和卸載，可結(jié)合實際需求進行系統(tǒng)更新，與Web程序一樣實現(xiàn)部署及更新。

2.2 3D動畫處理技術(shù)

本研究在進行3D動畫處理時采用TaoFramework中的Tao.Platform.Windows.Simple OpenGlControl派生進行MD2的繪制以及處理，通過編寫類形式進行MD2文件的處理，制作出動畫模型。文件的構(gòu)建主要包括兩個方面：第一部分為文件頭，主要包括文件ID號、版本號以及相關(guān)模型的起始地址符等；第二部分為文件主體部分，主要包括各種數(shù)據(jù)，例如文件頂點數(shù)據(jù)、紋理數(shù)據(jù)等。將MD2文件組成部分進行拆分處理，主要包括文件頭、紋理坐標集合、三維對象組成點集合、組成三角形的點的索引集合、三角形的紋理坐標的索引集合。在進行MD2文件編制過程中首先定義其文件頭[4]：

//md2 header

Typedef stuct

{

Int ident;

Int version;

Int skinwidth

Int skindeiight;

Int framesize;

Int num_skins;

Int num_xyz;

Int num_st;

Int num_tris;

Int num_alcmds;

Int num_frames;

Int ofs_skins;

Int ofs_st;

Int ofs_frames;

Int ofs_glcmds;

Int ofs_end;

}md2_t;

MD2是一種基于關(guān)鍵幀動畫的文件，與其相關(guān)的關(guān)鍵幀插值數(shù)學(xué)公式可表達為：

p(t)=p(0)+t(p1-p0).

(1)

其中，t表示當前時間，0表示開始，1表示結(jié)束；p(t)表示t時刻方程值；p0表示起始位置；p1表示結(jié)束位置。通過以上程序算法以及關(guān)鍵幀便可編制相應(yīng)算法。在編制算法過程中將所有物體轉(zhuǎn)化為三角形形式，三角形的三個點在其點坐標集合中均存在對應(yīng)索引值。通過索引可獲得對應(yīng)紋理坐標值。繪制三角形時首先要根據(jù)索引指向集合及其紋理坐標集合中的相應(yīng)值進行量化處理，之后再進行繪制工作。因此該過程設(shè)計緩存過程，需要系統(tǒng)具備緩存硬件和軟件基礎(chǔ)。

2.3 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用智能客戶端平臺進行數(shù)據(jù)邏輯分析，促使程序高效運行，在運行過程中不需要與系統(tǒng)服務(wù)器之間進行頻繁溝通通信。根據(jù)功能模塊，結(jié)構(gòu)框架的構(gòu)建可分為客戶端和服務(wù)器端兩部分，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及存儲均由系統(tǒng)自身自動完成，用戶易于上手。系統(tǒng)運行及功能擴展均由管理員負責，用戶只要在該系統(tǒng)中選擇相應(yīng)操作實現(xiàn)自己需求即可。結(jié)合用戶實際需求，構(gòu)建系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器、視頻采集、動畫處理、運動曲線繪制、熱量消耗統(tǒng)計等多個模塊，其中統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器位于系統(tǒng)服務(wù)器部分，其他模塊則位于客戶端。系統(tǒng)整體框架見圖2[5]。

圖2 系統(tǒng)整體框架

圖3 客戶端功能模塊圖

3 系統(tǒng)設(shè)計與功能實現(xiàn)

由圖2可知，該系統(tǒng)主要包括服務(wù)器端和客戶端兩個部分，客戶端Windows程序通過ClickOnce發(fā)布，服務(wù)器則通過Windows程序進行系統(tǒng)編程，并采用同樣方式進行系統(tǒng)管理及維護，在實際設(shè)計時應(yīng)分開設(shè)計。

3.1 服務(wù)器端設(shè)計

服務(wù)器端的主要功能是進行數(shù)據(jù)的處理和存儲。其后臺數(shù)據(jù)庫主要包括用戶信息表userTable和用戶運動記錄表HTable，以及運功過程中消耗熱量表CALTable。數(shù)據(jù)庫在進行信息處理時主要通過用戶信息表進行管理，該部分用戶信息是用戶初次進入系統(tǒng)登記后自動生成的，存儲于用戶信息表中。用戶信息表主要包括用戶名、密碼、性別、年齡、權(quán)限、頭像、salt等(表1)，用戶名和密碼是相互對應(yīng)的，存在一對一關(guān)系，其他信息不存在對應(yīng)關(guān)系，若用戶名和密碼無法對應(yīng)，用戶則無法進入系統(tǒng)。

其他部分字段名可在以上字段名的基礎(chǔ)上進行變換，記錄用戶在運動過程中的各種信息，例如熱量消耗表(表2)。

表1 用戶信息表

表2 熱量消耗表

對于運動情況模塊，本著激勵用戶的原則，實時掌握用戶的運動情況，以此為依據(jù)制作系統(tǒng)動畫模型，對動畫模型參數(shù)進行有效分析，結(jié)合GDI+在窗體中繪制出2D運動無線，根據(jù)收集到的參數(shù)計算得到用戶運動消耗的熱量。

3.2 客戶端設(shè)計

客戶端主要對應(yīng)客戶需求，構(gòu)建出客戶端功能模塊如圖3所示。

(1)視頻識別模塊。該模塊主要通過攝像設(shè)備收集用戶的運動圖像，由圖像的不同幀抽取圖像進行參數(shù)計算，實現(xiàn)對視頻文件的有效識別。

(2)2D動畫處理模塊。通過2D動畫處理方式識別用戶運動參數(shù)，收集視頻，設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，結(jié)合實際需求設(shè)置各種參數(shù)。

(3)3D動畫處理模塊。對3D視頻進行有效識別，得出運動參數(shù)，對用戶運動的3D參數(shù)進行計算，結(jié)合實際需求設(shè)定視頻參數(shù)。

(4)運動曲線圖。結(jié)合系統(tǒng)中的動畫模型進行運動參數(shù)的控制，通過GDI+在運動曲線圖窗體中繪制用戶運動曲線，得到運動曲線圖。

(5)消耗熱量表。根據(jù)用戶運動參數(shù)，在系統(tǒng)顯示界面將用戶消耗的熱量以文字和圖片形式展示出來。

(6)系統(tǒng)幫助文檔。主要包括系統(tǒng)安裝及使用說明書，并對用戶在實際使用過程中可能出現(xiàn)的問題進行解答。

系統(tǒng)設(shè)計以人性化為主，客戶端界面主要包括主界面、登錄界面、參數(shù)查詢界面，客戶端使用流程圖如圖4所示。

圖4 客戶端使用流程圖

4 系統(tǒng)測試

4.1 系統(tǒng)運行環(huán)境的設(shè)置

在系統(tǒng)確定后要對系統(tǒng)進行功能測試，首先要設(shè)定系統(tǒng)的運行環(huán)境。為保證系統(tǒng)具有一定實用性，設(shè)定試驗配置為中下版本，客戶端運行配置見表3，服務(wù)器端運行配置見表4。

表3 客戶端運行配置

表4 服務(wù)器端運行配置

4.2 系統(tǒng)測試

采用ClickOnce部署方式，為SmartClient提供簡潔可靠的方案，為系統(tǒng)提供自更新程序，通過ClickOnce降低網(wǎng)絡(luò)部署中系統(tǒng)運行過程工作量，且可通過ClickOnce將執(zhí)行文件放置于Web頁面上，并非簡單地將可執(zhí)行文件放置于硬盤驅(qū)動器中。系統(tǒng)會定期在Web頁面對可執(zhí)行文件進行更新檢測，用戶可在客戶端進行軟件更新。若用戶在客戶端計算機上啟動舊版本應(yīng)用程序，系統(tǒng)會彈出提示框，用戶可根據(jù)提示觀察Web服務(wù)器動態(tài)并進行選擇更新。

結(jié)合以上部署對系統(tǒng)功能進行測試，驗證其實效性。在系統(tǒng)測試中按照系統(tǒng)運行要求，將以上配件并入網(wǎng)絡(luò)。進入系統(tǒng)登錄界面，在登錄界面點擊進入注冊界面，注冊成功后便可登錄該系統(tǒng)進入主界面。系統(tǒng)主界面包括四部分：用戶資料、視頻窗口、動畫窗口、參數(shù)顯示欄。其中，用戶資料部分主要顯示與用戶個人的相關(guān)信息，視頻窗口、動畫窗口、參數(shù)顯示欄則是系統(tǒng)運行過程中用戶可點選的功能模塊，運行該模塊后進行相應(yīng)運動，并可將得到的數(shù)據(jù)繪制為曲線圖。

系統(tǒng)測試運動曲線圖(圖5)不僅可顯示出運動類型及運動距離等參數(shù)，還可得出運動過程消耗的熱量，向用戶提供個性化推薦服務(wù)，用戶可通過該系統(tǒng)制定健身訓(xùn)練計劃。研究表明，本研究構(gòu)建的系統(tǒng)具有一定實用性，可滿足大眾健身需求。

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