鮑曉迪

【摘 要】所謂虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要以互聯(lián)網(wǎng)為依托，利用軟件的形式實現(xiàn)集成技術(shù)，對現(xiàn)實的世界進行模擬，通過動態(tài)的方式完成模擬，在用戶與模擬的環(huán)境之間形成實時的交互關(guān)系?，F(xiàn)階段，受信息技術(shù)發(fā)展的影響，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于競技體育中，例如體操、跳水等，然而在實際的應(yīng)用中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育仿真的應(yīng)用中，仍然存在一定的缺陷，比如在交互性方面仍然存在不足等，為此，文章圍繞虛擬現(xiàn)實技術(shù)與體育仿真，針對其應(yīng)用技術(shù)，提出了幾點建議。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實；體育仿真；應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展于從上世紀(jì)的80年代，主要通過計算機軟、硬件與傳感設(shè)備構(gòu)成的三維信息虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)主要是利用交互技術(shù)、傳感技術(shù)、以及顯示技術(shù)等高科技實現(xiàn)的，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的技術(shù)核心一般是計算機、位置跟蹤裝置、圖像采集裝置、以及顯示裝置等相關(guān)的設(shè)備組成。在具體應(yīng)用中能夠?qū)F(xiàn)實世界的具體環(huán)境進行模擬，給用戶以真實的體驗，體驗具體的環(huán)境交互。因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有交互性以及沉浸性、構(gòu)想性的特點，為此，在各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是高校的體育教學(xué)訓(xùn)練中，為了實現(xiàn)體育的快速發(fā)展，將其與計算機技術(shù)進行結(jié)合是當(dāng)前階段發(fā)展高校體育的重要形式。參與人員通過對外界環(huán)境認(rèn)知的能力，和計算機虛擬環(huán)境信息進行交流，以此實現(xiàn)對參與者思維能力的啟發(fā)。為此，將高校體育與虛擬技術(shù)進行結(jié)合，是提高學(xué)生體育訓(xùn)練水平的重要方法，將學(xué)生的體育學(xué)習(xí)、訓(xùn)練效果實現(xiàn)最佳。但是現(xiàn)階段高校中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育仿真的應(yīng)用中，仍然存在一定的缺陷，為此，文章中針對虛擬現(xiàn)實在體育仿真中的應(yīng)用，對其應(yīng)用方法進行了分析。

一、虛擬現(xiàn)實與體育仿真

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

所謂虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是依托于計算機技術(shù)而來，對現(xiàn)實世界進行模擬的一種實時技術(shù)，也可被成為虛擬環(huán)境?，F(xiàn)實世界一般指代為有真實感的三維立體圖案，不僅可以利用虛擬技術(shù)實現(xiàn)再現(xiàn)，同時也可以通過構(gòu)想形成世界。操作人員可以利用不同的感官以及觸覺進行交互，進而實現(xiàn)身臨其境的感覺，以此也為虛擬現(xiàn)實貢獻了全新的交互渠道。一般情況下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有比較多的輸出形式，以此對不同設(shè)備的進行輸出，同時可以實施碰撞檢查、視點掌控、實時交互等。

（二）體育仿真

當(dāng)前階段競技體育的發(fā)展速度逐漸加快，我國也作為一個體育強國培養(yǎng)了越來越多的體育健兒，為了實現(xiàn)體育更加快速的發(fā)展，將體育訓(xùn)練與信息技術(shù)相結(jié)合，是現(xiàn)階段的必然趨勢，以此更快的實現(xiàn)體育仿真。為了實現(xiàn)體育技術(shù)的信息科學(xué)化，首先需要對體育的相關(guān)知識進行研究，其次相關(guān)人員要深入的研究體育內(nèi)在知識。因為體育仿真具有一定的科學(xué)性，在具體運用時需要利用計算機的模擬技術(shù)，將教師教學(xué)的經(jīng)驗、體育訓(xùn)練方向、學(xué)生訓(xùn)練的過程進行模擬再現(xiàn)，以此實現(xiàn)體育評價的科學(xué)性?，F(xiàn)階段，對體育的仿真系統(tǒng)進行探究，主要可以通過仿真方式、交互仿真的分布以及多媒體仿真等方面進行研究，這一點和對仿真方式以及交互仿真等進行研究的方式存在一定的差異性，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以增強體育仿真的交互感與感知性，受虛擬技術(shù)發(fā)展的影響，體育仿真也會在體育范圍內(nèi)得到十分廣泛的運用。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的影響與特征

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的影響

1.避免體育訓(xùn)練時的事故

在體育訓(xùn)練中難免會存在具有很強對抗性的項目，學(xué)生在進行訓(xùn)練時很容易會受傷，例如拳擊等一些比較激烈的運動項目，學(xué)生在訓(xùn)練時會出現(xiàn)事故，為此一些學(xué)校也為此減少了該類型項目的設(shè)置。為了避免學(xué)生在接受對抗性較強體育練習(xí)時出現(xiàn)事故，可以在訓(xùn)練時結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將訓(xùn)練過程中容易出現(xiàn)的事故避免，在現(xiàn)實世界的模擬下，學(xué)生便可以全力進行練習(xí)，不必?fù)?dān)心在訓(xùn)練過程中會出現(xiàn)事故。除此之外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也可以對學(xué)生的體育訓(xùn)練情況進行檢測，對學(xué)生出現(xiàn)的錯誤進行及時的糾正，以此提升體育訓(xùn)練的效率。

2.減少來自高難度動作的傷害

現(xiàn)階段我國的體育技術(shù)在飛速的發(fā)展，一些對抗性的體育運動其難度指數(shù)也在不斷增加，學(xué)生在訓(xùn)練時便會因為技術(shù)難度高而造成傷害。為了減少學(xué)生在訓(xùn)練中造成的傷害，可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，體育動作進行模擬，以此便可以將一些高難度的動作進行很好的規(guī)避，減少來自高難度工作的傷害。

3.改善體育訓(xùn)練物質(zhì)條件

高校在進行體育訓(xùn)練時，因為物質(zhì)條件的限制，導(dǎo)致學(xué)生的運用訓(xùn)練需求不能得到滿足，為此，學(xué)校在選購其次體育訓(xùn)練器材的同時要考慮資金的問題。所以，一些運動訓(xùn)練項目便會因為資金的問題而被取消，為了解決這一問題，相關(guān)人員便可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生可以在此基礎(chǔ)上利用虛擬技術(shù)進行體育訓(xùn)練，以此獲得多樣化的感官體驗，從根本上解決資金的問題，無需較為龐大的訓(xùn)練場地作為支持。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)核心是對計算機裝備、位置跟蹤裝備、以及顯示、交互裝備等的運用，使用戶獲得豐富的體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)中不僅涵蓋了視覺系統(tǒng)，同時也包括了聽覺系統(tǒng)以及定位系統(tǒng)等，在多功能的系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上構(gòu)成了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身具有較為豐富的特點，然而其中最具代表性的特征主要包含了以下幾點：即多感知性、交互性、構(gòu)想性以及沉浸性四點。

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的多感知性特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅具有計算機技術(shù)的視覺感知性，也具備聽覺、運動、力覺等眾多感知性，盡管計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有很強大的功能性，然而因為其中存在一些制約因素，特別是來自電子傳感方面的限制，決定了當(dāng)前階段的虛擬現(xiàn)實技術(shù)具備了聽覺、力覺、運動等多感知性的特點。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸性感知性特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的沉浸性，也可以被稱作臨場感知，參與人員可以作為主角以真實的狀態(tài)存在于虛擬的環(huán)境下，讓參與人員能夠體會到身臨其境的真實感覺，并且更加深入的投入到虛擬現(xiàn)實世界中。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互性特征

交互性的特征將傳統(tǒng)形式下用戶接收信息的基本模式進行了改變，運用交互性可以保證用戶結(jié)合自身的真實需求，利用專業(yè)的技術(shù)裝備，在虛擬的環(huán)境下實現(xiàn)交流與溝通，也可以將該環(huán)境下的事物進行改變，更加體現(xiàn)真實與自然的感覺。

4.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的構(gòu)想性特征

構(gòu)想性主要是在擴展功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，在此基礎(chǔ)上可以將用戶的想象力進行開發(fā)，將人們的認(rèn)知范圍改變，不管是生活中還是在客觀想象中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)均可以實現(xiàn)，以此也可以激發(fā)人們的想象力。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)具體功能

（一）幫助獲取學(xué)生三維立體信息

獲取學(xué)生的三維立體信息是對運動進行分析的重要內(nèi)容，在分析信息的同時可以將人體在運動時各個關(guān)節(jié)所呈現(xiàn)的角度以信息的形式體現(xiàn)。獲取人體運動信息的需要捕捉學(xué)生的體育動作，隨后利用力學(xué)等對體育動作進行分析?，F(xiàn)階段，在采取運動信息的方式上正在不斷的發(fā)展，已經(jīng)由傳統(tǒng)的機械式轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶攀?，然而在三維信息收集上主要還是采用有緣追蹤的方法。

（二）仿真運動模型的建立

因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)是依托于虛擬數(shù)字的基礎(chǔ)之上，在進行體育虛擬模型建立時主要可以利用以下幾點進行體現(xiàn)：即人體關(guān)節(jié)、骨骼、重心三點。建立仿真運動模型，一般情況下是按照人體關(guān)節(jié)在運動在所呈現(xiàn)的狀態(tài)，再利用計算機的虛擬技術(shù)，對人體運動的科學(xué)方式進行計算，明確各個動作，提升人體模型動作的逼真性，在此基礎(chǔ)上建立仿真運動模型。

（三）體育動作虛擬與現(xiàn)實的比對

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心是對體育的虛擬，為此在其中仿真技術(shù)十分重要。近年來計算機技術(shù)在體育訓(xùn)練中得到了廣泛的應(yīng)用，仿真系統(tǒng)的研究也是相關(guān)人員工作的主要課題，由于體育虛擬仿真可以將不同的體育動作進行虛擬模仿，為此，在體育運動員技術(shù)方面便具有一定的作用。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)對動作差異的比較，運動員可以通過比對，對自身進行評估。

四、虛擬現(xiàn)實在體育仿真中的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于跳水運動

1.獲取參與運動員三維運動信息

所謂人體三維運動信息即在運動狀態(tài)下，人體中的各個關(guān)節(jié)所呈現(xiàn)的坐標(biāo)角度等等信息，從人體的三維運動開始，對跳水運動員的基礎(chǔ)技術(shù)動作進行捕捉，進而采用一定的技術(shù)進行分析，一般采取三維運動信息的方式主要為有源跟蹤的方式，也就是在被跟蹤運動員的人體上設(shè)置反光標(biāo)注點。雖然現(xiàn)階段在運動技術(shù)的捕捉上我國在相關(guān)技術(shù)方面已經(jīng)取得了進步，然而對于三維信息的獲取卻依然使用有源跟蹤的方法，因為當(dāng)前階段跳水等競技體育需要一定的精確性，對于跳水運動員身上所設(shè)置的反光貼在一定程度上會影響其發(fā)揮水平，為此，一般情況在運動員在配合上會存在一定的問題，另外，該信息捕捉方式在體育競技比賽中也不會被廣泛的允許。為此，獲取精確的信息仍然存在一定的困難。為了解決這一問題，相關(guān)人員已經(jīng)提出了建議，可以在跳水比賽中在現(xiàn)場增設(shè)多個攝像設(shè)備，在運動員比賽時對其進行全方位的跟蹤拍攝，在使用相關(guān)的視頻解碼軟件對視頻進行處理，進而獲取運動員三維仿真數(shù)據(jù)。

2.跳水運動員動作三維仿真

對于跳水運動的技術(shù)創(chuàng)新主要是對運動生命線的體現(xiàn)，但是，對于跳水運動技術(shù)的創(chuàng)新，若將人體作為實驗對象，則會為其帶來一定的風(fēng)險。為此，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行應(yīng)用則十分重要。主要的思路可以分為幾個步驟：其一，通過相關(guān)的方程對人體的運動仿真進行計算，在仿真計算的基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)先將該跳水動作進行嘗試，將該動作中難度較高、可能會導(dǎo)致運動員出現(xiàn)傷害之處避免；其二，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實施平滑計算，使虛擬動作更加具備理論化以及程序化；其三，對跳水運動員的比賽視頻進行剪切，利用視頻處理軟件實現(xiàn)跳水運動員的仿真、虛擬動作進行比對，以此分析運動員動作的不足之處。

（二）虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于蹦床運動

1.建立蹦床數(shù)字人體模型

所謂三維數(shù)字人體和數(shù)字人體的概念存在一定的差異性，在本質(zhì)上存在一定區(qū)別。數(shù)字人體進行研究的主體是具有生命體征的人類，研究的環(huán)境也主要為多時空的環(huán)境，在此基礎(chǔ)上對人體進行實時監(jiān)測，并且運用信息技術(shù)進行處理。相反，數(shù)字虛擬人體進行研究的對象則是沒有生命體征的死人，在研究的過程中，將人體進行切割為切片，以影像的形式進行保存，并且運用電子信息技術(shù)將其整合，建設(shè)三維立體結(jié)構(gòu)。運用數(shù)字化的虛擬技術(shù)，可以實現(xiàn)對蹦床虛擬動作的可視化，現(xiàn)階段在相關(guān)的工作上一般是對虛擬可視人的研究，在調(diào)研結(jié)論方面具有一定的局限性，同時這也是數(shù)字人體和數(shù)字化虛擬人的差異所在。二者之間也存在一定的聯(lián)系，對數(shù)字化虛擬人體進行研究，主要是希望在運動員在某個時刻動作尺寸的狀況，在此基礎(chǔ)上便需要數(shù)字化的虛擬研究技術(shù)。因為人體的系統(tǒng)較為龐大，身體中涵蓋了各個細胞，各個細胞在人體中相互作用，而人體和外界的環(huán)境也存在一定的沖突，因為這些變化便為數(shù)字化的虛擬人體研究帶來了一定的限制。在此基礎(chǔ)上相關(guān)人員也對此提出了相關(guān)的建議，即人體模型法，也就是利用基本的骨架、皮膚層以及肌肉層幾個部分構(gòu)成的虛擬人體。

2.蹦床運動員相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取與專業(yè)技術(shù)動作設(shè)計

為了保證蹦床運動中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，其一，需要建立全面、高精度的數(shù)據(jù)庫，為了保證蹦床運動相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對運動員的運動進行數(shù)據(jù)采集，以此為基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)庫，并且在運動員的訓(xùn)練場所內(nèi)部的各個訓(xùn)練角度增設(shè)攝像頭，并且采用傳統(tǒng)的有源跟蹤法，對數(shù)據(jù)進行采集，同時在蹦床運動員身上各部位設(shè)置反光標(biāo)記位置，在蹦床運動員完成動作的同時，場館內(nèi)的攝像頭便會對動作進行記錄，詳細的記錄動作的速度以及位置信息，并且將其錄入計算機，在此基礎(chǔ)上建立蹦床數(shù)據(jù)庫，相關(guān)人員運用具體的軟件對信息進行處理，以此對蹦床運動規(guī)律進行總結(jié)。同時，利用所建立的數(shù)據(jù)庫也可以實現(xiàn)對運動員的評價，糾正運動員的動作，將其不斷的優(yōu)化與完善。通過對蹦床動作的捕捉，可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對其進行比對，以此設(shè)計更加完善的蹦床動作，進而實現(xiàn)對蹦床運動的輔助目的。

（三）虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于其他體育運動

以曲棍球運動為例，曲棍球的訓(xùn)練輔助系統(tǒng)主要是運用攝像設(shè)備進行動作的捕捉，在所捕捉的影像中實時加點處理，以此計算曲棍球的運動員在完成動作時的角度、速度等，相關(guān)人員再將身高、曲棍球技術(shù)水平相當(dāng)?shù)倪\動員參數(shù)進行比對，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)曲棍球動作技術(shù)的模擬，隨后，對運動員的動作進行比較，訓(xùn)練人員及時對有錯誤的動作進行糾正，以此加強運動員的技能水平。除此之外，也可以利用基準(zhǔn)輔助線的形式，對運動員在運動狀態(tài)下的位置變化進行觀察，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立虛擬仿真的曲棍球訓(xùn)練場景以及比賽的情景，這樣運動員便可以實現(xiàn)在虛擬場地中進行練習(xí)，對受傷運動員的恢復(fù)比較有利，也可以避免因為天氣等原因造成的場地造成的練習(xí)限制。另外，對于舉重運動而言，運動員的力量非常重要，然而因為技術(shù)含量也十分重要，所以在進行動作捕捉時則需要對運動員的深蹲、抓舉以及挺舉等動作的發(fā)力節(jié)奏以及順序進行捕捉，再結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)體育仿真。

五、結(jié)束語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，通過軟件集成的方式模擬現(xiàn)實世界，基于動態(tài)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)體育仿真的模擬，并且在虛擬環(huán)境與現(xiàn)實環(huán)境之間實現(xiàn)交互關(guān)系。因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育仿真中得到了廣泛的應(yīng)用，但是在實際的應(yīng)用中仍然存在不足，為此，文章中針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育仿真中的應(yīng)用，從幾方面對其應(yīng)用方式進行了闡述。通過文章中的分析，加強虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用水平，以此推動體育領(lǐng)域的不斷發(fā)展。

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