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虚拟现实(VR)技术在武术训练中的应用研究
时间:2015-12-20    评论:0
    来源:第三维度
    作者:自明,董艳国,张巧生
    单位:黑龙江八一农垦大学军事体育部
        黑龙江八一农垦大学理学院

    摘要:虚拟现实技术近年来在广泛应用于航空航天、影视制作、医学实习、建筑设计、军事训练、娱乐游戏等领域的同时,该技术在武术训练中也已得到了应用。运用此技术,可以减少运动损伤和客观条件不足带来的影响,满足武术训练中各项情景化及自然交互性的要求。研究旨在丰富武术训练手段和提高训练成效,为广大武术教练员和运动员提供借鉴。

    虚拟现实(VR)技术近年来在许多学科取得了前所未有的研究成果,推进了军事、医学、航空、协同设计等研究领域的发展,比如军事仿真、虚拟手术、大型体育场馆协同设计。

    计算机虚拟现实技术在武术训练中的应用,被看作是现代竞技武术训练的一次革命性发展[1]。计算机虚拟现实技术之所以能够在武术训练中得到应用,是因为它可以将武术运动中一 些难度系数较高和运动员很难完成的武术动作,进行反复多次的完美呈现。尽管该技术在武术训练中得到了一定程度应用,但在实践运用过程中依然存在着诸多不足。研究将对虚拟现实技术在武术训练中的的应用展开全面的探究和分析。

    1 虚拟现实技术在武术训练中应用的必要性

    1.1 减少或避免武术训练过程中意外的发生

    武术作为中华民族的优秀文化遗产,包含内容丰富。套路作为其主要运动形式,具有攻防技击性的特点,尤其是对练内容更为突出。因此在武术训练过程中,意外伤害往往在所难免,导致在一些武术教练员和运动员在项目练习的选择上,对这些攻击性强的内容,往往避而远之,不去练习。使得一些优秀的武术内容得不到很好的传承,对于弘扬中国武术文化是非常不利的。通过计算机虚拟现实技术对具有较大安全威胁的内容进行模拟,从而让运动员从计算机的虚拟世界中体会这些内容的练习过程,然后让运动员在对虚拟训练场景有所体会的基础上,进行真实的训练可以有意识的对容易发生的运动伤害进行防范,从而减少或者避免武术训练中意外事故的发生。

    1.2 减少武术高难动作练习过程中运动损伤的发生

    现代竞技武术动作具有高、难、新、美的运动特点,其中“难”指的是套路中的难度动作。随着武术运动技术的发展,自选项目动作的难度系数也越来越高。如:从过去的旋飞脚 360 度接马步到现在的 720度接竖叉等动作,足以说明动作难度的发展程度。难度动作系数的增加的同时也增加了训练过程中运动损伤发生的可能性。通过计算机虚拟现实技术可以对难度动作进行虚拟动作实验,让运动员全面地分析这些高难度动作在练习过程中的危险性,提前预见,达到高标准、不受伤完成高难度动作的目的。

    1.3 弥补场地设施条件不足给运动员带来的学习与感官上的缺陷

    武术运动员的训练场地,往往局限在空间较小的场馆之中,而竞赛时的场地通常又会在一些大的体育馆中进行,运动员需要较强的适应能力来适应环境变化带来的影响。计算机虚拟现实技术具有交互性以及构想性的特点,其可以模拟现实世界中所不存在的场景与现象,把接下来要进行的比赛场地进行模拟,使运动员提前在感官上适应场地变化带来的影响,帮助运动员切身体会那些由于物质条件不足所带来的学习与感官上的缺陷。

    2 虚拟现实技术在武术训练中的应用分析

    虚拟现实技术应用于武术训练是科学技术发展所产生的新形式,区别于传统的训练方式,虚拟现实技术的优势非常明显。在计算机虚拟现实技术应用系统中,按照项目分析和方案设计等流程完成武术运动的训练。 在武术运动的训练过程中,计算机虚拟现实技术可以采集运动员的人体三维信息,而且在采集信息的同时对人体进行三维仿真。

    运动员人体的三维信息包括了在运动员运动训练的过程中,其动作信息都能够被全面的展现出来, 包括了每个关节点的三维坐标以及角度等信息,与此同时还可以对运动员的动作进行补捉以及分析, 从而实现对运动训练的指导。

    现在在采集三维信息方面的方法主要有有源跟踪法[2],如图 1,该方法需要在武术运动员的身体上贴上反光标签。


图1 采用光学设备捕捉运动数据

    一直以来采集运动员动作信息的主要方法始终是有源跟踪法, 而三维信息捕捉技术从传统的机械捕捉技术已经发展成为现在的电磁捕捉技术。有源跟踪法始终在武术训练中占有着重要的地位,对于运动员的动作三维信息进行捕捉。但是该种方法由于需要在运动员身体上加上标签,在一定程度上又影响了运动员运动水平的正常发挥。

    由此可见准确清晰的采集运动员动作的三位信息已经成为一大难题。计算机虚拟现实技术的诞生有效地解决了这个难题,通过在运动现场设置了多个方位的摄像头来对武术运动员的武术动作进行全方位的观察,进而全面的采集运动员的信息,然后再对所捕捉到的镜头进行处理,从而获得相关的三维仿真数据来建立虚拟的世界,把真实的运动场景模拟出来,如图 2 所示。


图2 全方位武术运动数据采集

    武术运动员的三维仿真是利用计算机技术模拟武术运动员的人体动作,从而体现出不同程度的动作。三维仿真技术主要的作用在于不仅实现了动作以及技术的创新,而且还可以减少甚至避免伤害意外的发生,可以把武术运动员对高难度动作的设想变成具有直观性以及生动性的三维仿真动作。

    在从动作设想转变为三维仿真动作的过程中,其关键在于根据动力学原理来对高难动作的各个部位的受力情况进行计算,从而分析运动员在难度动作完成过程中其每个身体部位的承受能力。此外,该项技术还可以应用到运动员平时训练的过程中,帮助教练合理安排训练次序,从最有效地降低运动受伤的风险,同时最大限度的提高运动员的体能并把运动技能发挥到最佳效果。

    该项技术可以计算运动员的神经再造功能,对动作以及程序进行编写,促进运动员基于自身的身体实际情况来提高与创新运动技能水平。除了上述的应用以外,还可以通过三维仿真技术来对所采集的训练视

    频进行简单的处理,从而对武术套路运动员完成动作过程中某些瞬间即逝的细节动作缺陷及时予以发现,然后进行完善,从而创造更加完美的武术动作。

    3 结语

    计算机虚拟现实技术在武术训练过程中得到了很好的应用,并取得了一定的效果,但是在程序设计、硬件支持和训练推广等方面依然存在着诸多不足。随着武术运动发展的需要,计算机虚拟现实技术将与武术训练发展紧密相连,二者相互促进、相互依存。通过运用该项新技术,武术训练的技术水平将得到不断地提高与改善,将促进武术训练的长远发展。 计算机虚拟现实技术的发展,实现了武术训练的全新改革,逐渐成为各武术队训练的常用手段。从一定的角度而言,计算机虚拟现实技术为实现现代竞技武术训练可持续发展带来了强大的推动力。对于我国武术文化和竞技武术的传播与发展,具有极为重要的意义。

    参考文献:

    [1] 王爽.虚拟现实技术在体育教学和训练中的应用[J].陕西教育:高教版,2012(3):116.

    [2] 李岩,董菲.体育(武术)教学仿真系统的设计[J].山东体育学院学报,2008,24(9):94-96.

    [3] 康楠.虚拟现实技术在高等教育中的发展应用[J].知识经济,2011(1):123-124.

    [4] 王建辉,杨俊,孙立新.计算机“虚拟现实”技术在高校体育训练中的应用研究[J]. 北华航天工业学院学报, 2012,22(2):56-58.

    [5] 余鸿飞,韩海军.高校高水平运动队应用虚拟现实技术的必要性和可行性分析[J].新西部,2007(16):244-245.

    [6] 余千春. 虚拟现实技术在高校散打教学中的应用研究[J].长春理工大学学报,2013(4):231-233.

    [7] 张伟东,孟凡会,白海军,等.普通高校体育教辅开放平台的设计与应用[J]. 黑龙江八一农垦大学学报,2012,24(4):88-91.

    [8] 白海军,高云丽.计算机虚拟现实技术(VR)在高校体育训练中的应用研究[J].黑龙江八一农垦大学学报,2013,25(3): 105-107.
标签:武术训练体育
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