基于计算机网络平台的全民健身系统设计

张 威

(淮南联合大学信息与网络中心，安徽淮南 232001)

传统的体育教学模式主要是由锻炼者自行参与，缺少较为科学系统的指导，全民健身难以得到有效展开。在分析当前大众体育需求基础上，结合信息技术构建出全民健身网络指导系统，可根据健身群体差异给予相应指导，从而在全社会范围内提升全民健身效果。全民健身系统建立在计算机网络平台的基础上，通过计算机系统可建立全民健身资料数据库，利用数据库对大众身体状况进行实时更新。当前的健身系统还存在一定问题，因此需要对全民健身系统进行进一步更新完善，并将其应用于实践，提升全民健身效果。

1 系统构建

1.1 系统需求分析

本研究构建的全民健身系统主要为了满足我国大众健身需求，在设计系统过程中应考虑以下问题：

(1)硬件要求较低，系统可以在众多硬件设备上运行，当前智能移动终端设备和家庭电脑在功能以及基本配置上性能不一，基于本系统服务于社会大众，要求该系统应适应普遍的智能设备，可在众多设备上安装运行，避免在部署以及升级过程中出现麻烦。

(2)系统操作界面设计要人性化，应具备一定清晰度。在系统中设置帮助选项，使用者均可在短时间内掌握其使用方法，并可快速找到功能界面模块。在颜色选择上要柔和，简介大方，可体现出个性化特点。

(3)系统需要具备良好的人机交互性，在运行过程中可保持流畅性。在设计过程中应考虑尽可能降低系统运行过程中造成的卡顿现象，有效测出用户健身过程中的身体各项参数，设定的参数主要有运动参数、心率、热量消耗等，可反映出用户的健身效果。

(4)系统应具备一定的娱乐性，通过该系统可实现二维动画和三维动画的人体模型运动控制，兼顾实用性和娱乐性。

(5)将系统与云计算相结合，采用较为顺畅的图像处理技术。以云计算Web服务实现用户客户端与服务器端的有效交互，从而最大限度地提升系统运行效率，降低其运行过程中可能存在的延迟现象[1]。

1.2 系统用例图

通过用例图(图1)反映出系统角色以及系统功能模块。该系统角色主要包括用户和管理员，其中用户指的是社会公众使用者，管理员则是对系统进行管理、更新、维护的人员。用户在该系统中需要首先进行身份注册，注册用户后便可以固定账号及密码进行系统登录。用户进入系统后可通过系统功能进行替身模拟和参数统计，获得健身指导。用户信息均被存储于系统中，用户可将个人信息与其他信息进行对比，共享健身信息。管理员主要是进行系统维护管理和用户管理，并对系统中所有的功能模块进行管理，结合实际需求进行功能维护和用户权限设定[2]。

图1 系统用例图

2 系统开发平台及技术

2.1 系统开发平台

本研究系统主要采用VS.NET和SQL开发系统运行的编程平台。在系统运行过程中克服不兼容现象，在系统构架中采用.NET Framework位置在NET所用通讯协议上，通过.NET Framework开发人员可比较简单地建立其对应的网络应用程序，并通过Web服务器提供系统服务，从而为整个系统生成、部署、扩展及维护等提供较为便捷的途径。

程序部署可选择B/S和C/S两种方式。通过C/S可在客户端模拟出较为流畅的动画效果，具备较为良好的响应能力。B/S结构在部署过程中将数据层、业务逻辑层等集中于服务器部分，该系统以浏览器作为搭载平台，通过B/S结构可有效地实现系统功能。其不足之处在于对浏览器的依赖性较强，响应能力不足，在设计过程中软件无法实现空间模型的有效模拟，用户在使用该系统时体验较差。本研究采用智能客户端，实现本地应用程序与Web之间的交互，并将B/S和C/S两种客户端的优势有效结合在一起，该集成网络具有强大离线能力，可引进高校数据管理功能以及智能网络连接技术，有效提升系统的功能性。本系统平台使用的智能客户端应具备如下功能[3]：

(1)有效调用本地资源，智能客户端可有效利用客户单的硬件设备，与智能终端相连接的硬件组件等均在可使用范围内。

(2)该系统在计算机中断时可有效利用Windows程序的优势，通过Windows窗体与Microsoft.NET.Framework构建出客户端应用程序平台，通过Windows窗体强大的界面组件以及其窗口设计解决DLL的版本冲突问题。

(3)该客户端属于一种充分利用Web服务提供的信息应用程序平台，可调用Web服务器提供系统服务，有效解决客户端与服务器相连可能出现的安全问题，为系统运行提供有效保障。

(4)系统可支持偶尔连接，在离线或在线状态下均可展开工作，有效提升系统灵活性。

(5)客户端可在现有网络服务器的支持下使用网络资源。

(6)客户端可进行安装和卸载，可结合实际需求进行系统更新，与Web程序一样实现部署及更新。

2.2 3D动画处理技术

本研究在进行3D动画处理时采用TaoFramework中的Tao.Platform.Windows.Simple OpenGlControl派生进行MD2的绘制以及处理，通过编写类形式进行MD2文件的处理，制作出动画模型。文件的构建主要包括两个方面：第一部分为文件头，主要包括文件ID号、版本号以及相关模型的起始地址符等；第二部分为文件主体部分，主要包括各种数据，例如文件顶点数据、纹理数据等。将MD2文件组成部分进行拆分处理，主要包括文件头、纹理坐标集合、三维对象组成点集合、组成三角形的点的索引集合、三角形的纹理坐标的索引集合。在进行MD2文件编制过程中首先定义其文件头[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是一种基于关键帧动画的文件，与其相关的关键帧插值数学公式可表达为：

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

(1)

其中，t表示当前时间，0表示开始，1表示结束；p(t)表示t时刻方程值；p0表示起始位置；p1表示结束位置。通过以上程序算法以及关键帧便可编制相应算法。在编制算法过程中将所有物体转化为三角形形式，三角形的三个点在其点坐标集合中均存在对应索引值。通过索引可获得对应纹理坐标值。绘制三角形时首先要根据索引指向集合及其纹理坐标集合中的相应值进行量化处理，之后再进行绘制工作。因此该过程设计缓存过程，需要系统具备缓存硬件和软件基础。

2.3 系统框架结构

本系统采用智能客户端平台进行数据逻辑分析，促使程序高效运行，在运行过程中不需要与系统服务器之间进行频繁沟通通信。根据功能模块，结构框架的构建可分为客户端和服务器端两部分，系统数据处理及存储均由系统自身自动完成，用户易于上手。系统运行及功能扩展均由管理员负责，用户只要在该系统中选择相应操作实现自己需求即可。结合用户实际需求，构建系统数据库、Web服务器、视频采集、动画处理、运动曲线绘制、热量消耗统计等多个模块，其中统数据库、Web服务器位于系统服务器部分，其他模块则位于客户端。系统整体框架见图2[5]。

图2 系统整体框架

图3 客户端功能模块图

3 系统设计与功能实现

由图2可知，该系统主要包括服务器端和客户端两个部分，客户端Windows程序通过ClickOnce发布，服务器则通过Windows程序进行系统编程，并采用同样方式进行系统管理及维护，在实际设计时应分开设计。

3.1 服务器端设计

服务器端的主要功能是进行数据的处理和存储。其后台数据库主要包括用户信息表userTable和用户运动记录表HTable，以及运功过程中消耗热量表CALTable。数据库在进行信息处理时主要通过用户信息表进行管理，该部分用户信息是用户初次进入系统登记后自动生成的，存储于用户信息表中。用户信息表主要包括用户名、密码、性别、年龄、权限、头像、salt等(表1)，用户名和密码是相互对应的，存在一对一关系，其他信息不存在对应关系，若用户名和密码无法对应，用户则无法进入系统。

其他部分字段名可在以上字段名的基础上进行变换，记录用户在运动过程中的各种信息，例如热量消耗表(表2)。

表1 用户信息表

表2 热量消耗表

对于运动情况模块，本着激励用户的原则，实时掌握用户的运动情况，以此为依据制作系统动画模型，对动画模型参数进行有效分析，结合GDI+在窗体中绘制出2D运动无线，根据收集到的参数计算得到用户运动消耗的热量。

3.2 客户端设计

客户端主要对应客户需求，构建出客户端功能模块如图3所示。

(1)视频识别模块。该模块主要通过摄像设备收集用户的运动图像，由图像的不同帧抽取图像进行参数计算，实现对视频文件的有效识别。

(2)2D动画处理模块。通过2D动画处理方式识别用户运动参数，收集视频，设定相应参数，结合实际需求设置各种参数。

(3)3D动画处理模块。对3D视频进行有效识别，得出运动参数，对用户运动的3D参数进行计算，结合实际需求设定视频参数。

(4)运动曲线图。结合系统中的动画模型进行运动参数的控制，通过GDI+在运动曲线图窗体中绘制用户运动曲线，得到运动曲线图。

(5)消耗热量表。根据用户运动参数，在系统显示界面将用户消耗的热量以文字和图片形式展示出来。

(6)系统帮助文档。主要包括系统安装及使用说明书，并对用户在实际使用过程中可能出现的问题进行解答。

系统设计以人性化为主，客户端界面主要包括主界面、登录界面、参数查询界面，客户端使用流程图如图4所示。

图4 客户端使用流程图

4 系统测试

4.1 系统运行环境的设置

在系统确定后要对系统进行功能测试，首先要设定系统的运行环境。为保证系统具有一定实用性，设定试验配置为中下版本，客户端运行配置见表3，服务器端运行配置见表4。

表3 客户端运行配置

表4 服务器端运行配置

4.2 系统测试

采用ClickOnce部署方式，为SmartClient提供简洁可靠的方案，为系统提供自更新程序，通过ClickOnce降低网络部署中系统运行过程工作量，且可通过ClickOnce将执行文件放置于Web页面上，并非简单地将可执行文件放置于硬盘驱动器中。系统会定期在Web页面对可执行文件进行更新检测，用户可在客户端进行软件更新。若用户在客户端计算机上启动旧版本应用程序，系统会弹出提示框，用户可根据提示观察Web服务器动态并进行选择更新。

结合以上部署对系统功能进行测试，验证其实效性。在系统测试中按照系统运行要求，将以上配件并入网络。进入系统登录界面，在登录界面点击进入注册界面，注册成功后便可登录该系统进入主界面。系统主界面包括四部分：用户资料、视频窗口、动画窗口、参数显示栏。其中，用户资料部分主要显示与用户个人的相关信息，视频窗口、动画窗口、参数显示栏则是系统运行过程中用户可点选的功能模块，运行该模块后进行相应运动，并可将得到的数据绘制为曲线图。

系统测试运动曲线图(图5)不仅可显示出运动类型及运动距离等参数，还可得出运动过程消耗的热量，向用户提供个性化推荐服务，用户可通过该系统制定健身训练计划。研究表明，本研究构建的系统具有一定实用性，可满足大众健身需求。

[参考文献]

[1]王定宣,易世君,刘中强,等.全民健身公共服务网络化:一站式信息资源服务平台建设研究[J].山东体育科技,2015(4):110-115.

[2]巢小春.市级公民体质健康数据质量管理控制平台的研究[J].林区教学,2015(9):91-92.

[3]王科飞.全民健身咨询指导云系统的设计与实践[J].安徽体育科技,2017(2):28-32.

[4]赵洪波.全民健身视角下的高校体育网络信息服务平台构建研究[J].辽宁师范大学学报:自然科学版,2016(2):283-288.

[5]赵波.全民健身视角下自贡市青少年健身网络服务平台构建研究[J].当代体育科技,2017(15):175-176.