章海晨

(南通大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226007)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在散打運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用研究

章海晨

(南通大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226007)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是信息化時(shí)代的一項(xiàng)涉及眾多學(xué)科的高新應(yīng)用技術(shù)，在體育教育訓(xùn)練方面有著廣闊的應(yīng)用前景。文章將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用在散手運(yùn)動(dòng)中，為研究和提高運(yùn)動(dòng)員的技、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練水平提供一定的理論依據(jù)和方法。

散手 虛擬現(xiàn)實(shí) 虛擬人 動(dòng)作捕捉技術(shù)

引言

散手作為中華武術(shù)的一個(gè)分枝，以其“遠(yuǎn)踢、近打、貼身摔”的獨(dú)特技法名揚(yáng)世界武壇。近年來(lái)，隨著散打擂臺(tái)爭(zhēng)霸賽和世界各國(guó)的挑戰(zhàn)賽等系列賽事，使散打運(yùn)動(dòng)不斷發(fā)展和創(chuàng)新，運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)水平也越來(lái)越高，但運(yùn)動(dòng)員要在比賽中尤其是高水平比賽中取勝，已經(jīng)變得相當(dāng)困難，為了能夠保證運(yùn)動(dòng)員在比賽中達(dá)到最佳競(jìng)技狀態(tài)，將平時(shí)的訓(xùn)練水平能夠得到淋漓盡致的發(fā)揮，因而尋求新的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法成為散手運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練新的研究熱點(diǎn)。隨著日新月異的科技發(fā)展，對(duì)體育運(yùn)動(dòng)的發(fā)展也起到推波助瀾的作用。在眾多的媒介中，虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)技術(shù)取得了令人矚目的研究成果，它給用戶帶來(lái)的身臨其境的感受，也為我們研究體育運(yùn)動(dòng)提供了極大的便利。本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在散手運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)用，為研究和提高運(yùn)動(dòng)員的技、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練水平提供了一定的理論依據(jù)和方法。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念、構(gòu)成及特征分析

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR；又譯作靈境、幻真)。研究?jī)?nèi)容涉及到人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、傳感器、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、智能控制、心理學(xué)等，它是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，從而使得在視覺(jué)上產(chǎn)生一種沉浸于這個(gè)環(huán)境的感覺(jué)，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計(jì)算機(jī)很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺(jué)。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類

(1)沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)。使用者必須戴頭盔、帶數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤裝置，用戶可完全沉浸到虛擬世界中，與虛擬世界進(jìn)行交互。(2)簡(jiǎn)易型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是由一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。使用者通過(guò)鍵盤、鼠標(biāo)便可與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。用戶在普通的電腦上，利用鼠標(biāo)和鍵盤，就能真實(shí)地感受到所虛擬的情景。

1.3 虛擬交互設(shè)備的構(gòu)成

為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的充分交換信息，必須設(shè)計(jì)特殊輸入工具和演示設(shè)備，以識(shí)別人的各種輸入命令，且提供相應(yīng)反饋信息，實(shí)現(xiàn)真正的仿真效果。一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計(jì)算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺(jué)系統(tǒng)、以語(yǔ)音識(shí)別、聲音合成與聲音定位為核心的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)，以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備，以及味覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)與力覺(jué)反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。

1.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征分析

(1)多感知性(Multi-Sensory)：多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等幾種。

(2)浸沒(méi)感(Immersion)：浸沒(méi)感又稱臨場(chǎng)感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽(tīng)上去是真的，動(dòng)起來(lái)是真的，甚至聞起來(lái)、嘗起來(lái)等一切感覺(jué)都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺(jué)一樣。

(3)交互性(Interactivity)：指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。

(4)構(gòu)想性(Imagination)：強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

2 武術(shù)散手的動(dòng)作技術(shù)分類及特點(diǎn)分析

2.1 散打運(yùn)動(dòng)技術(shù)技術(shù)的分類

根據(jù)攻防矛盾可將散打技術(shù)分為進(jìn)攻技術(shù)和防守技術(shù)兩大類。根據(jù)技術(shù)表現(xiàn)特點(diǎn)(身體運(yùn)用部位的不同)可將進(jìn)攻技術(shù)分為打法、踢法和摔法三種；防守技術(shù)分為接觸式防守和非接觸式防守。根據(jù)動(dòng)作數(shù)量的不同。散打技術(shù)又可分為單一技術(shù)(基礎(chǔ)技術(shù))和組合技術(shù)。進(jìn)攻技術(shù)可分為單一進(jìn)攻技術(shù)和組合進(jìn)攻技術(shù)，單一進(jìn)攻技術(shù)可分為單一打法、單一踢法、單一摔法，組合進(jìn)攻技術(shù)，根據(jù)運(yùn)用技術(shù)種類不同可分為同類組合技術(shù)和非同類組合技術(shù)；防守技術(shù)可分為單一防守技術(shù)和組合防守技術(shù)。

2.2 散手技術(shù)的動(dòng)作特點(diǎn)分析

散手的動(dòng)作技術(shù)開(kāi)放性、多樣性，是散手在中國(guó)武術(shù)的實(shí)用基礎(chǔ)上不斷融合、兼并了世界各國(guó)的技擊方法整合出來(lái)的一種發(fā)展型的技擊技術(shù)。同時(shí)其動(dòng)作必須簡(jiǎn)單實(shí)用，在激烈精彩的對(duì)抗搏擊競(jìng)賽過(guò)程能充分發(fā)揮運(yùn)動(dòng)員在速度、力量、耐力、柔韌、靈敏等方面的潛力，使比賽更具觀賞性。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在散手運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)用研究

3.1 散手運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的場(chǎng)景的生成

使用Vega生成虛擬現(xiàn)實(shí)，Vega是美國(guó)Multigen-Paradigm公司生產(chǎn)的用于虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)視景仿真、聲音仿真以及其他可視化領(lǐng)域的應(yīng)用軟件。它是一套完整地用于開(kāi)發(fā)交互式、實(shí)時(shí)可視化仿真應(yīng)用的軟件平臺(tái)，其最基本的功能是驅(qū)動(dòng)、控制、管理虛擬場(chǎng)景并支持快速?gòu)?fù)雜的視覺(jué)仿真程序，快速創(chuàng)建各種實(shí)時(shí)交互的三維環(huán)境，快速建立大型沉浸式或非沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)制造出散手虛擬綜合訓(xùn)練或比賽的場(chǎng)景(觀眾的叫喊聲等環(huán)境)，給運(yùn)動(dòng)員真實(shí)的比賽的環(huán)境，這樣可以減少運(yùn)動(dòng)員在比賽中出現(xiàn)失誤，克服不必要的緊張，讓運(yùn)動(dòng)員能夠自我調(diào)節(jié)比賽中的興奮程度，進(jìn)行自我精神快速調(diào)整，同時(shí)也增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員比賽中的自信心。

3.2 運(yùn)用動(dòng)作捕捉技術(shù)(Motion capture)建立散手動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)

散手運(yùn)動(dòng)員穿上數(shù)據(jù)衣或在關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，讓運(yùn)動(dòng)員將散手動(dòng)作一一演練，由動(dòng)作捕捉系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后向用戶提供可以在動(dòng)畫制作中應(yīng)用的數(shù)據(jù)(動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù))，加上視頻資料的采集以及現(xiàn)場(chǎng)拍攝的方式，收集了大量有關(guān)散手的視頻信息，利用VideoStudio將種散手的技術(shù)動(dòng)作特征單元提取出來(lái)，將所有的數(shù)據(jù)分類建立多個(gè)動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)所有數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)識(shí)別后，設(shè)計(jì)師即可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)的虛擬環(huán)境中調(diào)整、控制虛擬人的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)捕捉的實(shí)質(zhì)就是要測(cè)量、跟蹤、記錄物體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡。典型的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備一般由以下幾個(gè)部分組成：傳感器、信號(hào)捕捉設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)中的智能虛擬人的建立

需要用3Dsmax、maya等三維動(dòng)畫軟件制作出三維虛擬人物模型，在計(jì)算機(jī)表示的空間中生成逼真的三維虛擬人，虛擬人是人在計(jì)算機(jī)生成空間(虛擬現(xiàn)實(shí))的幾何特征和行為特征的體現(xiàn)。但虛擬人不是一個(gè)簡(jiǎn)單的聽(tīng)從人的命令的三維人體模型，而是一個(gè)具有心智系統(tǒng)的智能體，它可以根據(jù)外界的信息輸入(現(xiàn)實(shí)人輸入動(dòng)作指令)而得到自己的輸出(虛擬人的動(dòng)作回饋)，這就要求對(duì)虛擬人的智能系統(tǒng)進(jìn)行心智建模，使虛擬人有能夠處理信息的能力，通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行加工、再生從而產(chǎn)生對(duì)事物的反作用的處理。我們將具有情感表達(dá)或目的性操作的虛擬人可稱為智能化虛擬人。

3.4 散手對(duì)練系統(tǒng)的生成

我們將動(dòng)作捕捉系統(tǒng)捕捉到的數(shù)據(jù)需要修正、處理后，再以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與程序驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方式建立虛擬人體，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)和控制虛擬人的運(yùn)動(dòng)，形成虛擬交互式的散手對(duì)練系統(tǒng)。此外，我們讓運(yùn)動(dòng)員根據(jù)不同的對(duì)手的特點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)作模仿，建立多個(gè)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)，讓受訓(xùn)者能夠跟多個(gè)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行模擬訓(xùn)練，適應(yīng)不同對(duì)手的動(dòng)作風(fēng)格，以此提高受訓(xùn)者的適應(yīng)能力和技戰(zhàn)水平。

4 結(jié)語(yǔ)

以虛現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，特別強(qiáng)調(diào)人參與其中的身臨其境的沉浸感，同時(shí)人與虛擬環(huán)境之間可以進(jìn)行多維信息的交互作用，參與者從定性和定量綜合集成的虛擬環(huán)境中可以獲得對(duì)客觀世界中客觀事物的感性和理性的認(rèn)識(shí)，從而深化概念和建造新的構(gòu)想和創(chuàng)意。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為散手運(yùn)動(dòng)提供有效的、嶄新的訓(xùn)練手段，使得受訓(xùn)練者能夠感受到比較真實(shí)的立體視覺(jué)、立體聽(tīng)覺(jué)，與虛擬環(huán)境進(jìn)行自然的交互操作，提供科學(xué)、便利的訓(xùn)練環(huán)境，同時(shí)也為我們研究散手的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律和世界各國(guó)的技擊運(yùn)動(dòng)提供了極大的便利。

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On the Application of Virtual Reality Technology in Sanshou Movement

Zhang Haichen
(College of P.E.,Nantong University,Nantong Jiangsu 226007,China)

Virtual reality technology is an application technology involving multitudinous disciplines in information age,has a bright prospect in sports education and training.The study applies the virtual reality technology into Sanshou sport,for research and improving the athlete's training level of skill and tactics provide certain theoretical basis and methods.

Sanshou Virtual Reality virtual human Motion capture

G85

A

1004—5643(2012)08—0036—02

章海晨(1977～)，男，碩士，講師。研究方向：民族傳統(tǒng)體育。