虚拟现实在体育仿真中的应用综述

鲍晓迪

【摘 要】所谓虚拟现实技术主要以互联网为依托，利用软件的形式实现集成技术，对现实的世界进行模拟，通过动态的方式完成模拟，在用户与模拟的环境之间形成实时的交互关系。现阶段，受信息技术发展的影响，虚拟现实技术已经被广泛应用于竞技体育中，例如体操、跳水等，然而在实际的应用中，虚拟现实技术在体育仿真的应用中，仍然存在一定的缺陷，比如在交互性方面仍然存在不足等，为此，文章围绕虚拟现实技术与体育仿真，针对其应用技术，提出了几点建议。

【关键词】虚拟现实；体育仿真；应用

虚拟现实技术发展于从上世纪的80年代，主要通过计算机软、硬件与传感设备构成的三维信息虚拟环境。虚拟现实技术的实现主要是利用交互技术、传感技术、以及显示技术等高科技实现的，虚拟现实技术的技术核心一般是计算机、位置跟踪装置、图像采集装置、以及显示装置等相关的设备组成。在具体应用中能够将现实世界的具体环境进行模拟，给用户以真实的体验，体验具体的环境交互。因为虚拟现实技术具有交互性以及沉浸性、构想性的特点，为此，在各个领域中得到了广泛的应用，尤其是高校的体育教学训练中，为了实现体育的快速发展，将其与计算机技术进行结合是当前阶段发展高校体育的重要形式。参与人员通过对外界环境认知的能力，和计算机虚拟环境信息进行交流，以此实现对参与者思维能力的启发。为此，将高校体育与虚拟技术进行结合，是提高學生体育训练水平的重要方法，将学生的体育学习、训练效果实现最佳。但是现阶段高校中的虚拟现实技术在体育仿真的应用中，仍然存在一定的缺陷，为此，文章中针对虚拟现实在体育仿真中的应用，对其应用方法进行了分析。

一、虚拟现实与体育仿真

（一）虚拟现实技术概述

所谓虚拟现实技术主要是依托于计算机技术而来，对现实世界进行模拟的一种实时技术，也可被成为虚拟环境。现实世界一般指代为有真实感的三维立体图案，不仅可以利用虚拟技术实现再现，同时也可以通过构想形成世界。操作人员可以利用不同的感官以及触觉进行交互，进而实现身临其境的感觉，以此也为虚拟现实贡献了全新的交互渠道。一般情况下，虚拟现实技术有比较多的输出形式，以此对不同设备的进行输出，同时可以实施碰撞检查、视点掌控、实时交互等。

（二）体育仿真

当前阶段竞技体育的发展速度逐渐加快，我国也作为一个体育强国培养了越来越多的体育健儿，为了实现体育更加快速的发展，将体育训练与信息技术相结合，是现阶段的必然趋势，以此更快的实现体育仿真。为了实现体育技术的信息科学化，首先需要对体育的相关知识进行研究，其次相关人员要深入的研究体育内在知识。因为体育仿真具有一定的科学性，在具体运用时需要利用计算机的模拟技术，将教师教学的经验、体育训练方向、学生训练的过程进行模拟再现，以此实现体育评价的科学性。现阶段，对体育的仿真系统进行探究，主要可以通过仿真方式、交互仿真的分布以及多媒体仿真等方面进行研究，这一点和对仿真方式以及交互仿真等进行研究的方式存在一定的差异性，在虚拟现实技术的基础上，可以增强体育仿真的交互感与感知性，受虚拟技术发展的影响，体育仿真也会在体育范围内得到十分广泛的运用。

二、虚拟现实技术应用的影响与特征

（一）虚拟现实技术应用的影响

1.避免体育训练时的事故

在体育训练中难免会存在具有很强对抗性的项目，学生在进行训练时很容易会受伤，例如拳击等一些比较激烈的运动项目，学生在训练时会出现事故，为此一些学校也为此减少了该类型项目的设置。为了避免学生在接受对抗性较强体育练习时出现事故，可以在训练时结合虚拟现实技术，将训练过程中容易出现的事故避免，在现实世界的模拟下，学生便可以全力进行练习，不必担心在训练过程中会出现事故。除此之外，虚拟现实技术也可以对学生的体育训练情况进行检测，对学生出现的错误进行及时的纠正，以此提升体育训练的效率。

2.减少来自高难度动作的伤害

现阶段我国的体育技术在飞速的发展，一些对抗性的体育运动其难度指数也在不断增加，学生在训练时便会因为技术难度高而造成伤害。为了减少学生在训练中造成的伤害，可以运用虚拟现实技术，体育动作进行模拟，以此便可以将一些高难度的动作进行很好的规避，减少来自高难度工作的伤害。

3.改善体育训练物质条件

高校在进行体育训练时，因为物质条件的限制，导致学生的运用训练需求不能得到满足，为此，学校在选购其次体育训练器材的同时要考虑资金的问题。所以，一些运动训练项目便会因为资金的问题而被取消，为了解决这一问题，相关人员便可以运用虚拟现实技术，学生可以在此基础上利用虚拟技术进行体育训练，以此获得多样化的感官体验，从根本上解决资金的问题，无需较为庞大的训练场地作为支持。

（二）虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术的基础核心是对计算机装备、位置跟踪装备、以及显示、交互装备等的运用，使用户获得丰富的体验。虚拟现实技术中不仅涵盖了视觉系统，同时也包括了听觉系统以及定位系统等，在多功能的系统功能基础上构成了虚拟现实系统。虚拟现实技术本身具有较为丰富的特点，然而其中最具代表性的特征主要包含了以下几点：即多感知性、交互性、构想性以及沉浸性四点。

1.虚拟现实技术的多感知性特征

虚拟现实技术不仅具有计算机技术的视觉感知性，也具备听觉、运动、力觉等众多感知性，尽管计算机虚拟现实技术具有很强大的功能性，然而因为其中存在一些制约因素，特别是来自电子传感方面的限制，决定了当前阶段的虚拟现实技术具备了听觉、力觉、运动等多感知性的特点。

2.虚拟现实技术的沉浸性感知性特征

虚拟现实技术中的沉浸性，也可以被称作临场感知，参与人员可以作为主角以真实的状态存在于虚拟的环境下，让参与人员能够体会到身临其境的真实感觉，并且更加深入的投入到虚拟现实世界中。

3.虚拟现实技术的交互性特征

交互性的特征将传统形式下用户接收信息的基本模式进行了改变，运用交互性可以保证用户结合自身的真实需求，利用专业的技术装备，在虚拟的环境下实现交流与沟通，也可以将该环境下的事物进行改变，更加体现真实与自然的感觉。

4.虚拟现实技术的构想性特征

构想性主要是在扩展功能的基础上实现的，在此基础上可以将用户的想象力进行开发，将人们的认知范围改变，不管是生活中还是在客观想象中，利用虚拟现实技术均可以实现，以此也可以激发人们的想象力。

三、虚拟现实技术具体功能

（一）帮助获取学生三维立体信息

获取学生的三维立体信息是对运动进行分析的重要内容，在分析信息的同时可以将人体在运动时各个关节所呈现的角度以信息的形式体现。获取人体运动信息的需要捕捉学生的体育动作，随后利用力学等对体育动作进行分析。现阶段，在采取运动信息的方式上正在不断的发展，已经由传统的机械式转变为电磁式，然而在三维信息收集上主要还是采用有缘追踪的方法。

（二）仿真运动模型的建立

因为虚拟现实技术是依托于虚拟数字的基础之上，在进行体育虚拟模型建立时主要可以利用以下几点进行体现：即人体关节、骨骼、重心三点。建立仿真运动模型，一般情况下是按照人体关节在运动在所呈现的状态，再利用计算机的虚拟技术，对人体运动的科学方式进行计算，明确各个动作，提升人体模型动作的逼真性，在此基础上建立仿真运动模型。

（三）体育动作虚拟与现实的比对

虚拟现实技术的核心是对体育的虚拟，为此在其中仿真技术十分重要。近年来计算机技术在体育训练中得到了广泛的应用，仿真系统的研究也是相关人员工作的主要课题，由于体育虚拟仿真可以将不同的体育动作进行虚拟模仿，为此，在体育运动员技术方面便具有一定的作用。运用虚拟现实技术可以实现对动作差异的比较，运动员可以通过比对，对自身进行评估。

四、虚拟现实在体育仿真中的应用

（一）虚拟现实应用于跳水运动

1.获取参与运动员三维运动信息

所谓人体三维运动信息即在运动状态下，人体中的各个关节所呈现的坐标角度等等信息，从人体的三维运动开始，对跳水运动员的基础技术动作进行捕捉，进而采用一定的技术进行分析，一般采取三维运动信息的方式主要为有源跟踪的方式，也就是在被跟踪运动员的人体上设置反光标注点。虽然现阶段在运动技术的捕捉上我国在相关技术方面已经取得了进步，然而对于三维信息的获取却依然使用有源跟踪的方法，因为当前阶段跳水等竞技体育需要一定的精确性，对于跳水运动员身上所设置的反光贴在一定程度上会影响其发挥水平，为此，一般情况在运动员在配合上会存在一定的问题，另外，该信息捕捉方式在体育竞技比赛中也不会被广泛的允许。为此，获取精确的信息仍然存在一定的困难。为了解决这一问题，相关人员已经提出了建议，可以在跳水比赛中在现场增设多个摄像设备，在运动员比赛时对其进行全方位的跟踪拍摄，在使用相关的视频解码软件对视频进行处理，进而获取运动员三维仿真数据。

2.跳水运动员动作三维仿真

对于跳水运动的技术创新主要是对运动生命线的体现，但是，对于跳水运动技术的创新，若将人体作为实验对象，则会为其带来一定的风险。为此，对虚拟现实技术进行应用则十分重要。主要的思路可以分为几个步骤：其一，通过相关的方程对人体的运动仿真进行计算，在仿真计算的基础上，利用虚拟现实技术先将该跳水动作进行尝试，将该动作中难度较高、可能會导致运动员出现伤害之处避免；其二，利用神经网络实施平滑计算，使虚拟动作更加具备理论化以及程序化；其三，对跳水运动员的比赛视频进行剪切，利用视频处理软件实现跳水运动员的仿真、虚拟动作进行比对，以此分析运动员动作的不足之处。

（二）虚拟现实应用于蹦床运动

1.建立蹦床数字人体模型

所谓三维数字人体和数字人体的概念存在一定的差异性，在本质上存在一定区别。数字人体进行研究的主体是具有生命体征的人类，研究的环境也主要为多时空的环境，在此基础上对人体进行实时监测，并且运用信息技术进行处理。相反，数字虚拟人体进行研究的对象则是没有生命体征的死人，在研究的过程中，将人体进行切割为切片，以影像的形式进行保存，并且运用电子信息技术将其整合，建设三维立体结构。运用数字化的虚拟技术，可以实现对蹦床虚拟动作的可视化，现阶段在相关的工作上一般是对虚拟可视人的研究，在调研结论方面具有一定的局限性，同时这也是数字人体和数字化虚拟人的差异所在。二者之间也存在一定的联系，对数字化虚拟人体进行研究，主要是希望在运动员在某个时刻动作尺寸的状况，在此基础上便需要数字化的虚拟研究技术。因为人体的系统较为庞大，身体中涵盖了各个细胞，各个细胞在人体中相互作用，而人体和外界的环境也存在一定的冲突，因为这些变化便为数字化的虚拟人体研究带来了一定的限制。在此基础上相关人员也对此提出了相关的建议，即人体模型法，也就是利用基本的骨架、皮肤层以及肌肉层几个部分构成的虚拟人体。

2.蹦床运动员相关数据的获取与专业技术动作设计

为了保证蹦床运动中数据的准确性，其一，需要建立全面、高精度的数据库，为了保证蹦床运动相关数据的准确性，需要对运动员的运动进行数据采集，以此为基础建立数据库，并且在运动员的训练场所内部的各个训练角度增设摄像头，并且采用传统的有源跟踪法，对数据进行采集，同时在蹦床运动员身上各部位设置反光标记位置，在蹦床运动员完成动作的同时，场馆内的摄像头便会对动作进行记录，详细的记录动作的速度以及位置信息，并且将其录入计算机，在此基础上建立蹦床数据库，相关人员运用具体的软件对信息进行处理，以此对蹦床运动规律进行总结。同时，利用所建立的数据库也可以实现对运动员的评价，纠正运动员的动作，将其不断的优化与完善。通过对蹦床动作的捕捉，可以运用虚拟现实技术对其进行比对，以此设计更加完善的蹦床动作，进而实现对蹦床运动的辅助目的。

（三）虚拟现实应用于其他体育运动

以曲棍球运动为例，曲棍球的训练辅助系统主要是运用摄像设备进行动作的捕捉，在所捕捉的影像中实时加点处理，以此计算曲棍球的运动员在完成动作时的角度、速度等，相关人员再将身高、曲棍球技术水平相当的运动员参数进行比对，在此基础上实现曲棍球动作技术的模拟，随后，对运动员的动作进行比较，训练人员及时对有错误的动作进行纠正，以此加强运动员的技能水平。除此之外，也可以利用基准辅助线的形式，对运动员在运动状态下的位置变化进行观察，结合虚拟现实技术建立虚拟仿真的曲棍球训练场景以及比赛的情景，这样运动员便可以实现在虚拟场地中进行练习，对受伤运动员的恢复比较有利，也可以避免因为天气等原因造成的场地造成的练习限制。另外，对于举重运动而言，运动员的力量非常重要，然而因为技术含量也十分重要，所以在进行动作捕捉时则需要对运动员的深蹲、抓举以及挺举等动作的发力节奏以及顺序进行捕捉，再结合虚拟现实技术实现体育仿真。

五、结束语

综上所述，虚拟现实技术在计算机技术的基础上应用于各个领域中，通过软件集成的方式模拟现实世界，基于动态的基础上实现体育仿真的模拟，并且在虚拟环境与现实环境之间实现交互关系。因为虚拟现实技术在体育仿真中得到了广泛的应用，但是在实际的应用中仍然存在不足，为此，文章中针对虚拟现实技术在体育仿真中的应用，从几方面对其应用方式进行了阐述。通过文章中的分析，加强虚拟现实技术的应用水平，以此推动体育领域的不断发展。

参考文献：

[1]纪庆革，潘志庚，李祥晨.虚拟现实在体育仿真中的应用综述[J].计算机辅助设计与图形学学报，2015，11：1333-1338+1457.

[2]陈健，姚颂平.虚拟现实技术在体育运动技术仿真中的应用[J].體育科学，2016，09：34-39.

[3]陈健，姚颂平.虚拟现实技术在体育运动技术仿真中的应用[J].体育科技文献通报，2015，12：87.

[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，2012，02：56-59.

[5]鲁竞新.虚拟现实在体育仿真中的应用探析[J].才智，2015，11：64.

[6]王晶，倪剑虹.计算机虚拟现实技术在现代体育中的应用[J].煤炭技术，2015，06：238-240.

[7]郝帅.虚拟现实在仿真中的应用研究[J].电脑与电信，2015，09：48-49.

[8]白海军，高云丽.计算机虚拟现实技术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，2013，03：105-107+112.

[9]王宏宇.谈在体育训练仿真中虚拟现实技术的应用[J].吉林体育学院学报，2015，02：61+108.

[10]徐兰君，张爱军，吴涛.虚拟现实技术及其在排球教学中的应用展望[J].通化师范学院学报，2015，04：95-97.