足球传接球运动仿真系统设计

张 栋（宝鸡文理学院，陕西宝鸡，721013）

足球传接球运动仿真系统设计

张 栋
（宝鸡文理学院，陕西宝鸡，721013）

本文以虚拟现实技术为基础，采用认知建模方法设计出足球传接球运动仿真系统，并设计系统的层次结构模型，分别就领地知识、行动指导、通讯协议进行了详细分析，在此基础上完成仿真系统设计，最后经编程验证具有较好的仿真效果，该系统设计具有一定的可行性。

虚拟现实技术；足球传接球；仿真系统

0 引言

虚拟现实技术是多种技术的结合体，充分融合了动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术，已然成为人工智能化发展领域关注的焦点，而足球运动作为现代体育运动的大项，对于虚拟现实技术的迫切需求已经越来越凸显，利用此技术来生成虚拟足球运动员，让其来模仿真实足球运动员的行为动作，已然成为了虚拟人足球的重要研究课题，而足球传接球作为其中重要内容，也必然受到特别关注。基于此，本文就以虚拟现实技术为基础，就其在足球传接球仿真系统中的应用与实践进行了具体研究。

1 仿真系统结构模型设计

基于虚拟现实技术的足球传接运动仿真系统设计的根本功能需求在于通过虚拟人对真实足球运动的模拟，创造一个虚拟的环境，让人们获得视觉和感知上的沉浸感，因此，该系统是一个涉及多个虚拟足球人的系统，其具体包含虚拟足球人相互间的互动、协商、对抗及实时推理、学习等。虚拟足球员之间的认知协作，是整个足球运动对中各个运动员共同努力，团结互助的基础上，促进局部问题的认知，从而实现足球传接。

本文足球传接仿真系统中，虚拟足球人的行为可划分为确定和非确定性两种行为，其中，相对简单的发球、带球、对抗等可预先进行设定，以提升运行效率，而相对复杂的足球动作如传球、接球则应结合具体场景的不同由认知层决定动作序列。本文运用认知建模方法进行系统涉及，将知识和指示赋予虚拟足球人，尤其依据认知模型实现后续行动的判定；同时，行为层分为高级和低级两层，前者是指较为简单的行为，而后者特质需借助认知层实现决策的繁杂的行为，也即目标导向行为，由此，该系统的层次结构模型具体如图1所示。

2 虚拟系统中虚拟足球人传接球认知模型构建

2.1 领地知识表达

领地知识是虚拟足球人世界思维动态知识，其在为自己的行为对世界所产生的效应进行推理时，需要特定的前提条件和结果效应，且需要具备战略知识，而情景算法可以有效表达虚拟足球人的领地知识，并为其提供关于虚拟世界的内部模型的基本语义。

足球传接球仿真系统中所应用的流主要是球员的信息、球的信息，其具体涉两者的坐标位置、当前速度、运动方向，在需求传接球中，虚拟足球人、传接球技术动作行为都由前提条件公理及效应公理界定。

2.1.1 前提条件公理

图1 虚拟足球传接运动仿真系统结构

前提条件公理是在封闭世界内进行假设，设定特定行动发生的充分必要条件。在足球传接运动中，虚拟足球人在进行决策推理行为搜索时，须借助相关尝试剔除情景树子集，这时须为其提供相关的前提条件公理，如虚拟足球人是处于运动状态的，接球动作仅当本队球员传球时发生，而球员在未有传球行为存在时，通过有意识的接球动作迷惑对方，这种情形发生时当且仅当己方处于控球状态中。

2.1.2 效应公理

效应公理是对流产生的效应是动作完成后的效用，以传球为例予以说明，该动作有效体现球员间的协作，传球动作执行后，传球员的属相发生相应改变，此时，在没有评判标准的前提下，如若让虚拟足球人去准确判定，将很难实现，因此许给其一些基本的领地知识，但每个目标点的评价标准各异，加大了工作量，影响系统的时效性，因此，需要给传接球动作定义效应公理。

2.2 行为指导

依据上述领地知识及感知信息，可实现虚拟球员行为的指导，可分为预订及目标导向行为两种，且各有利弊，前者响应时效快，动作单一，且存在动作响应规则集，而后者则是在特定动作发生够，自动搜寻动作序列，且呈现多样化，动作较为逼真，但响应效率慢。因此，本文采用结合两者有点，采用复合行为进行角色目标概要规划，简化了动作控制的复杂性。

2.3 通信协议

仿真系统设计时须运用一个大小限制的队列数据结构来模拟虚拟足球人之间的通讯，新收到的命令防治队尾，并结合队列的大小设定一定的延迟值，如若队列长度超过一定限制就要抛弃旧的命令。用一个特定的线程，每间隔一段时间从队列中获取队列头的命令，当时间延迟值达到预测值时，就发送给所要通讯的虚拟足球传接运动员。

3 仿真系统的实现

为了使仿真系统具有良好的可扩展性和可维护性,将其分为实体模块、态势模块、策略模块和视图模块四个模块进行类图设计，结合此设计在根据仿真程序的类图设计,在vc++6.0平台上利用OPenGL图形库编程实现虚拟足球运动员传接球的仿真。

仿真结果表明该足球传接球仿真系统能够满足实现了了真实的足球运动员传接球动态仿真，完全能够满足实时交互性的要求，验证了该软件的可行性。

4 结语

虚拟现实技术的应用能够大幅度提升生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量，在此优势不断凸显的背景下，基于此技术的人工智能化发展成为了必然发展趋势，由此，本文利用虚拟现实技术设计的足球传接球仿真系统具有重要的现实意义，其能够创造人为的虚拟环境，通过虚拟足球人的足球传接球动作的模拟，实现具有三维真实感的足球运动员传接球的动态仿真。

[1]陆颖隽. 虚拟现实技术在数字图书馆的应用研究[D].武汉大学,2013.

[2]王维. 虚拟人运动规划与运动合成关键技术研究[D].国防科学技术大学,2011.

[3]熊帅. 光电经纬仪虚拟现实仿真平台设计及关键技术研究[D].中国科学院研究生院（光电技术研究所）,2013.

Design of soccer ball motion simulation system

Zhang Dong
（Baoji University of Arts and Sciences,Shanxi Baoji,721013）

This paper based on virtual reality technology, and choose cognitive modeling approach as the basis, and design hierarchy model of system,repectivly, makes detailed anlysis about the territory knowledge, operational guidance, communication protocols ,complyed with these to complete simulation system,finally has a good simulation results verified by the program, the system design is feasible.

Virtual reality technology;Football pass ;simulation system

TP391.9

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