浅谈篮球技术三维仿真系统的设计

（陕西学前师范学院体育系,陕西西安,710100）

浅谈篮球技术三维仿真系统的设计

高兴贵

（陕西学前师范学院体育系,陕西西安,710100）

通过计算机技术构建一种模拟的篮球运动，即制作三维的仿真篮球系统。可以把篮球运动员的篮球技术和运动过程信息进行捕捉采集，再通过计算机制作出三维仿真的模拟篮球运动，这些信息通过计算机的整合后形成了一个三维的仿真数据库。

篮球技术；三维仿真；系统；教学

1 虚拟的篮球运动员

本文所论述的主要是“三维数字虚拟人”，这个概念和“数字人体”的概念并不一样。后者主要是以活人为研究对象，它是在不同的时空下，通过计算机建立起来的动态人体系统。对人体进行实时观测，然后通过网络以及计算机的信息整合处理而形成的技术系统。而本文所论述的“数字化虚拟人”是以死人为研究对象的。就好比将人的身体解剖成成千上万的零散的部分，再对这每个部分进行拍照，通过计算机技术把这些部分整合处理，重新构建一个新的人体三维结构。这两者的本质区别正在于此，但是两者又并不是毫无关联，在数字化虚拟技术方面，两者还是有一定的联系。对数字化虚拟人研究主要包括三个方面，一是虚拟可视人，二是虚拟物理人，三是虚拟生物人。就目前来说，虚拟可视人和以活人为研究对象与研究基础的数字人体还是有很大的区别。数字化虚拟人的研究主要是通过计算机，来观测掌握人体系统在一定时间和一定空间内的状况。它的研究是以活人为基础，然而我们都知道，人体是由亿万个细胞组成的，再加上由细胞构成的组织与组织之间，器官和器官之间的相互作用，以及人体与外界环境的相互作用。这个庞大系统中的联系、变化是极其复杂的。而数字化虚拟人显然不能够满足这些研究需要。

有的专家学者提出了人体模型法，它是一种分层构建三维数字人体的方法。即把虚拟人划分为三个部分：基本骨架、肌肉层和皮肤层。其中的人体骨架又分为三个部分：人体重心、关节、骨骼。虚拟人模型的构成也包括了两个方面：虚拟人骨架、虚拟人表面模型。一般来说，我们看到的虚拟人模型就只包含了虚拟人的表面模型一个部分，而并不包括虚拟数字人骨架模型。现在我们所说的虚拟人模型主要由两个部分组成，即骨架和部位，其中部位又包括肌肉、皮肤、服饰三个方面。表面模型的组成包含了53块小的部分，这些小部分之间并不是相互独立的，他们之间有一些小的公共区域。这些小的公共区域的设定是为了使数字人在运动时不致于出现裂缝。全身的关节以及骨骼段整合起来就组成了虚拟人骨架模型。这个模型准确来说应包括54个关节，其中包括一个重心位置。另外还应包括53块骨骼段。这就使得各个部位在各自的关节上可以进行不同方向上的旋转运动，从而就产生了各种各样的动作姿态。这就使得数字虚拟人完成的动作更接近真实的人体动作，显得更加准确和逼真。有人把三维仿真技术运用到了篮球上，而且具有了一定的成效。他们利用相关软件建立了骨骼、人体模型、角色等等。同时制作了虚拟球场等相关环境。仿真篮球运动员的动作，通过输出设备，形成三维的动画。如下图1所示。

2 篮球运动技术动作的捕捉和采集

运动捕捉系统作为一种高新的技术设备，能够及时捕捉并准确测量运动物体在三维空间的运动状况。排布在空间上不同位置、不同角度的视频设备，能够把运动物体的运动轨迹和相关状况记录下来，这种记录是以图像的形式被保存，然后通过计算机图形学，对图像进行处理。从而能够得到不同时间段上，不同物体在空间中的坐标。如下图2所示

我们通常所说的运动捕捉设备一般由四部分构成，包括了传感器、信号捕捉设备、数据传输设备和数据处理设备。传感器是一种跟踪装置，它安装在运动物体上，并固定于某一特定部位，便于采集捕捉运动物体的位置信息。跟踪器的数目越多，那么对运动捕捉就能够越细致。信号捕捉设备是一种硬件设备，它主要对信号进行采集，通过对传感器的识别，形成物体运动轨迹的模拟信号。数据传输设备可以将信号捕捉设备所形成的模拟信号进行转换，使之形成数字信号。并把此数字信号传输进计算机，通过计算机系统进行处理。数据处理设备包含了两个部分，一个是计算机硬件设备，另一个是数据处理软件。它负责处理传进计算机系统的大量数据，并对这些数据进行整合修正。从而才能在此基础上创建三维模型，并且制作相关的动画。

3 篮球运动技术三维仿真数据库

其实在中国篮球协会以及搜狐网、新浪网上都已经建立了相关的篮球数据库。但这些数据库主要是为广大网民提供大众化信息。而且都不能提供篮球的战术分析、球员的动作分解等等相关的视频数据。更没有较为成熟和专业的虚拟篮球场景的设计和动作指导。基于此种情况，我们就有必要把相关的篮球数据进行统一地、有效地、更深层次地管理。形成一个篮球数据库的系统。这个系统应该包括以下四个部分：

图1

3.1数据库

这个所谓的数据库就是在存储设备上，通过计算机的处理，存放海量的篮球数据资源。可以说，它是整个数据库系统的核心。

3.2硬件

硬件是数据库系统的基础，它主要包括了CPU、内存、外存和输入输出设备。他们是数据库中数据资源的物质载体!

3.3软件

软件部分包括了OC、数据库的管理系统以及各种编程语言和应用开发的软件。软件是数据库系统中一个重要的工具和助手。

3.4人

这里所说的人，他包括了数据库的管理员、程序员和操作员。三种人的职责和分工各不相同，数据库管理员在数据库的建立和维护上发挥着关键作用。数据库程序员主要负责开发应用程序的相关工作。他们利用系统提供的高级语言，如C语言、Java语言等开发相关的应用程序。以便于在数据库中创建新的信息、改变已有的信息或者产生数据报表等等。而数据库操作员则只需要通过程序员编写好的程序直接对数据库使用相关命令和具体操作。

关于篮球技术的三维仿真数据库中的数据资源，它的覆盖面应当广泛，比如国内国外的各大高校、各个地区的篮球协会中的优秀运动员的技术动作。把他们进行整合分类，用户通过网站中的搜索即可以查询到他们想要了解的资料。在运动员的投篮、防守、突破、传球以及球队的战术上面都能够实现三维立体的输出演示，是用户能够更加有效地学习。

4 三维仿真技术运用于篮球的意义与价值对于现代的篮球教学与训练来说，三维仿真技术在其中的运用具有极其重要的意义和价值。它能够对篮球运动员的移动、投篮、速度、传球等技术动作进行量化的分析，并把分析结果以表格或者图像的方式完整具体地呈现出来。在此基础上，运动员可以把形成的数据资料和规范的技术动作资料等进行比对，从而找出自身的具体问题。另外，由于篮球学习和训练的实践性很强，往往受到训练场地、天气状况、训练器材、训练经费等各个方面原因的限制，甚至运动员受伤等情况。这些都会导致运动员不能够完成相关的训练。而三维仿真技术的应用能够在一定程度上弥补这些问题。运动员通过具有自主性、选择性和针对性的观看模仿，能够更深层次地发现问题和解决问题。在帮助他们改进技术动作的同时，也提高了教学训练的效率和成果。对于一些高难度动作，教师往往不能够反复而又准确地完成，而三维仿真技术就使得运动员的反复观看和模仿成为可能。

5 结语

篮球技术三维仿真系统的应用，是一种教学上的改革和创新。它不仅能够更加有效地辅助教学，还能够增加运动员的学习热情。在不断提升学员知识与技能的同时，也能够实现对教学信息的及时反馈和管理。为教学训练提供了更加科学、更加有效地环境。随着社会的进步和科技的发展，相信在以后的篮球训练中，三维仿真技术将会运用得更加广泛，其技术也会越来越成熟完善。

[1] 陈健.基于现代计算机信息技术的篮球战术教学软件的研制[J].杭州师范学院大学学报(自然科学版），2006（5）：38-40.

[2] 孙勇超.蹦床运动仿真中虚拟运动员动作编排方法的研究[R].首届智能CAD与数字娱乐学术会议，2003.

[3] 陈健.虚拟现实技术在体育运动技术仿真中的应用[J].体育科学,2006(9):97-101.

Design of 3D simulation system of basketball technique

Gao Xinggui
(Shaanxi Preschool Teachers College Department of physical education,Shaanxi Xi'an,710100)

Through the construction of a simulated basketball computer technology,namely making basketball simulation system of three-dimensional.Can the information technology of basketball and basketball players ofmotion capture,and then through the computer to make simulation of basketball 3D simulation,these information through the computer integration forms a three-dimensional simulation database.

basketball technology;simulation system;teaching