基于Director的体育仿真技术在排球裁判训练中的应用及其实现

郑玉梅　王惠棣　孙洁

摘要：针对排球裁判员虚拟仿真训练系统的开发，运用Adobe Director11、3DS Max2010、After EffectsCS4、Poser 8.0等媒体软件，设计了一套基于Director的虚拟现实仿真方案，该方案利用软件Adobe Director11的集成语言3Dlingo，实现虚拟仿真系统中虚拟裁判的控制以及各种交互式操作，使学习者如临排球比赛现场，执掌高水平比赛判决，大大提高了学生的临场判决能力。

关键词：虚拟现实；体育仿真；裁判员训练；排球

中图分类号：G842文献标识码：A文章编号：1006-2076（2014）02-0095-03

Abstract：Using Adobe Director11， 3DS Max2010， After EffectsCS4，and Poser 8.0，etc. to develop the virtual simulation training system of volleyball referees， this paper designed a set of virtual reality emulation schemes based on Director，made use of 3Dlingo，the integrated language to realize the control and various kinds of interactive operations of the fictitious referee in the fictitious emulation system. It can make the learners experience the volleyball competing scene， wield the high-level match，improve the students approach judgment ability greatly .

Key words： virtual reality；sports emulation； referees training；volleyball

模拟训练是裁判课教学中一种常用的训练手段，但是在实际实施过程中，存在场地、比赛场次、比赛环境等因素的限制。体育仿真技术打破了时空的限制，高仿真的三维立体形式充分模拟出场地的构造、尺寸、比赛场景、比赛实况、运动员情绪、赛场声音等因素，使学员获得身临比赛现场的真实感，对其空间位置、组成有一个全面了解，使抽象问题具体化[1]。高度复杂的交互性，能直接迅速地接受来自处理过程中的反馈和认可，实现学习的游戏化，大大提高学生的参与性和学习乐趣。

1开发平台简介

Poser提供了丰富多彩的人物、动物和其他角色模型， 免去了人体建模的繁琐工作，Poser提供的IK （inverse kinematics）骨骼运动系统，可以轻松快捷地设计人体动作动画，使用Poser的第三方插件Gesture Max，实现poser到3DS Max模型、骨骼、蒙皮、动画、材质与贴图的完美输出。

3DS Max是一款优秀的三维动画造型软件，与仿真软件相比，它更强调造型的视觉效果，其渲染的效果更能给观察者以身临其境之感，它也是目前虚拟现实与仿真中的3D建模、造型工具之一。运用3DS Max可以将设置好的场景、灯光、模型、骨骼动画、材质与贴图等以Shockwave 3D Scene Export（*.W3D）格式输出到Director中进行人机交互式再创作[2]。

AdobeDirector11的“3D行为库”与3D Lingo语言及插件Shockwave 3D、3DPI和Havok，可对场景添加平移、旋转、缩放、控制仿真动画播放、碰撞检测等复杂的交互性，实现三维场景的人机交互式操作[3]。

2交互式仿真系统的实现

2.1虚拟场景

虚拟球场空间、环境、排球比赛场地非常复杂，完全进行三维模拟对系统资源消耗很大，影响交互性的实现，本系统对空间、环境进行简化，运用环场无缝贴图表现，排球场地、网架、裁判站台利用3DS Max2010当中提供的基本几何体模型表现，并处理好各种模型贴图和灯光设置。建好球场空间环境后，导入虚拟裁判员角色（见图1）。

2.2虚拟裁判及其仿真动画的制作

在Poser 8.0中创建一个人体模型和人体骨架模型，然后运用Gesture Max将其材质、贴图以及IK （inverse kinematics）系统导入到3DS Max 2010中。运用Character Studio的biped工具调整人体骨骼位置、大小。添加physique修改器，将人体模型与骨骼模型连接起来，并通过蒙皮点权重的编辑完善骨骼与蒙皮匹配[4]。

虚拟人仿真动画的生成主要有：运动学控制、动力学控制、基于控制器的运动控制和运动捕获[5]。本系统的虚拟裁判仿真动画，是通过收集优秀裁判员的判罚视频资料， 用After EffectsCS4取得关键技术动作时相的关键帧位置及参数，依次在3DS Max中运用手K关键帧技术创建中间关键帧， 由3DS Max自动生成中间帧的方法，完成虚拟裁判各种判决手势的仿真动画。

2.3交互功能的实现

2.3.1两种互动设置方法

场景的交互性是整个虚拟仿真系统的灵魂， AdobeDirector11提供了两种互动设置的方法：一种是运用3D类行为（Action）和触发器相配合设置。用该方法添加交互的步骤是：首先将3D类行为赋予Shockwave3d动画模型，对3D类行为进行设置之后再添加触发器，并对触发器进行设置，这样就可以轻松完成三维交互的设置，无需任何编程的基础，本系统中的摄像机的控制就是运用了这种方法，实现虚拟裁判员的远近控制及观察角度的控制。另一种是通过3D lingo语言来控制shockwavo3d对象。

2.3.2虚拟裁判员动作控制

本系统整体交互设计见图2，主要运用3D lingo完成，例如对虚拟裁判动作速度运用如下代码控制[6]。

运用按钮控制虚拟裁判动作，高仿真的优秀裁判员判决手势，可控的动作速度以任意观察角度、距离，使学员对排球裁判动作的学习更加直观、形象，控制程序见表1。

以上代码，通过点击增速按钮或减速按钮实现对变量gPlayRate的改变，并把这个变量赋给骨骼动画控制语句“bonesplayer.playrate”，从而实现对虚拟裁判动作速度的控制。

2.3.3模拟比赛判决系统

运用键盘控制虚拟裁判的判决手势，对视频播放窗口中随机出现的比赛片断进行判决，交互系统即时给出判罚的正误结果并判分，程序见表2。

以上代码运用二维数组建立视频资料与对应的正确、犯规信息资料库，并在系统重新运行时对资料库进行随机排序处理。系统重新运行后，学员通过键盘控制虚拟裁判员对窗口中正在播放的视频比赛片断进行模拟判决，同时系统对虚拟裁判员做出的判决信息与资料库进行正误比对处理，判断学员对比赛视频裁决的正误，并即时计算成绩，即时显示。程序在Director 内调试成功后，可根据需要制作成exe格式的可运行文件或发布成ShockWave格式。

4结语

4.1AdobeDirector11拥有常用行为库（behavior）、3D行为库（3D behavior）、集成化的lingo及3D lingo语言，利用AdobeDirector11的可视化编程技术进行仿真体育开发，可以大大提高软件开发速度，降低开发难度，增强可视化系统的功能。

4.2仿真系统在裁判培训教学中的应用，使学员在一种身临其境的虚拟环境中进行交互学习， 寓教于乐，学习游戏化，增强学员的临场感觉，提高培训的效率和质量。

4.3本系统具有较好的可扩展性， 在数据库中替换相应的视频资料可以改变仿真环境， 扩展系统功能。以网页形式发布，程序会以ActiveX 控件的格式嵌入网页，该ActiveX 控件可以用 Dreamweaver、Frontpage进行再编辑实现网络应用。

参考文献：

[1]王力军.普通高校排球裁判课教学方法和手段初探[J].辽宁体育科技，2007（2）：30-32.

[2]李祥晨，孙晋海.体育系统仿真[M].北京：北京体育大学，2001：200.

[3]古成中，吴新跃.基于Director的交互式虚拟仿真系统[J].工程设计学报，2007（8）：144.

[4]王军，王琛.3ds Max骨骼动画高级应用技法[M].北京：兵器工业出版社，2006：7.

[5]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，2006（3）：23.

[6]吴权威.3D动画与程序设计学习捷径[M].北京：北京科海电子出版社， 2003：8.