元宇宙背景下基于“5G+VR”的骑行健身系统的设计与实现

摘要：随着科技的发展，虚拟现实和5G（5thGenerationMobileCommunicationTechnology，简称5G）技术已经成为了人们生活的一部分。在此背景下，设计并实现了一个基于5G+VR（VirtualReality，缩写为VR）的骑行健身系统，并详细介绍了系统的设计方案，包括硬件设备的选择、软件系统的架构设计以及用户界面的设计。该系统利用5G技术的高速传输和低延迟特性，结合VR技术，为用户提供了一种全新的健身体验，同时也为相关领域的研究提供了一种新的思路和方法。

关键词：元宇宙第五代移动通信技术虚拟现实技术骑行健身系统

中图分类号：TP393

DesignAndImplementationofACyclingFitnessSystemBasedOn“5G+VR”InTheMetaverseBackground

PENGYuanhaoZHANGYuwei

（JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Nanchang，JiangxiProvince，330000China）

Abstract：Withthedevelopmentoftechnology，virtualrealityand5Gtechnologyhavebecomeapartofpeople'slives.Inthiscontext，thisarticledesignsandimplementsacyclingfitnesssystembasedon5G+VR，andprovidesadetailedintroductiontothesystemdesignscheme，includingtheselectionofhardwaredevices，thearchitecturedesignofsoftwaresystems，andthedesignofuserinterfaces.Thissystemutilizesthehigh-speedtransmissionandlowlatencycharacteristicsof5Gtechnology，combinedwithVRtechnology，toprovideuserswithabrandnewfitnessexperience，andalsoprovidesanewideaandmethodforresearchinrelatedfields.

KeyWords：Metaverse;5G;VR;Cyclingfitnesssystem

随着元宇宙概念的兴起及5G和VR技术的快速发展，虚拟现实在各个领域的应用前景愈发广阔。特别是在健身领域，5G与VR技术的结合，为传统的健身模式带来了全新的变革。骑行运动作为一种受欢迎的有氧运动方式，已经成为现代人追求健康生活方式的重要组成部分。然而，现实中骑行受到了时间、空间和安全等限制。为了解决这些问题，并满足人们对多样化、安全、便捷的健身方式的需求，VR技术为骑行运动提供了全新的解决方案。本文在元宇宙背景下设计并实现了一款基于“5G+VR”技术的骑行健身系统，旨在探讨该系统在元宇宙背景下的潜在价值和应用前景。其结论将为元宇宙的构建和VR技术在健身领域的应用提供有益的参考和启示。

1相关概念界定

1.1元宇宙

元宇宙是一个虚拟的数字生活空间，它是现实世界的映射和超越，并与之交互。在元宇宙中，人们可以通过虚拟化身在一个由计算机生成的三维环境中互动。这个概念在近年来得到了科技界的广泛关注，特别是虚拟现实（VirtualReality，VR）、增强现实（AugmentedReality，AR）和人工智能（ArtificialIntelligence，AI）等技术的发展。元宇宙的研究现状主要集中在两个方面：（1）元宇宙的实现需要高度发达的技术，包括虚拟现实、人工智能、云计算等，但要达到构建一个完全沉浸式的元宇宙，技术还需要一些突破；（2）元宇宙将对社会各个领域产生深远影响，此外，元宇宙提供了新的商业机会，商业界也在积极探索元宇宙的商业模式[1-2]。

总体来说，元宇宙的概念和研究还处于初级阶段，但它已经引起了科技界、商业界和社会各界的广泛关注。随着相关技术的发展和社会的接受度提高，元宇宙有望在未来成为一个重要的社会现象。

1.2“5G＋VR”技术

5G技术是现代通信技术的重要组成部分，不仅提升了网络的性能，还为新兴技术的发展提供了基础。VR技术是现代科技发展的重要成果，不仅改变了人们的娱乐方式，还在教育、医疗、设计等多个领域展现出巨大的应用潜力。

在传统的VR体验中，由于网络的限制，用户可能会遇到图像模糊、延迟卡顿等问题，这些问题严重影响用户体验。而5G网络的出现，对VR内容的实时渲染和传输至关重要。目前，“5G＋VR”技术的研究和应用正在快速发展中。随着技术的不断进步和产业的成熟，“5G+VR”技术有望在未来带来更加丰富和真实的虚拟体验[3-4]。

2VR技术在健身中的优势

2.1提高趣味性和效率

借助VR虚拟现实技术，健身空间无限扩大，健身者可以自由穿梭在不同地域游览欣赏世界名山大川。例如：融合了VR技术的运动如VR跑步、VR骑行等，充满趣味性的视觉刺激感将让你忘却健身的疲劳，告别枯燥，使健身娱乐两不误。同时，虚拟现实可以与多种健身器材相结合，利用VR高度的沉浸感让健身不再局限在健身房中。

2.2提供专业指导和打破单调

在VR虚拟现实设备上，有虚拟教练提供专业的健身指导，可以让大众自主进行科学的锻炼，学习正确标准的姿势，同时享受的是一对一的专人培训，这也降低了健身成本，让健身不再是新人望而却步的运动。对于平时对网络游戏、网络新科技、数据指标感兴趣的人来说，这样的运动方式显然更具吸引力，打破了传统的重复性锻炼模式。

2.3全运动方式和提高健身效率

考虑到VR更多的是一种不同类型的锻炼平台，而不是一种自成一体的锻炼形式，对于那些想尝试的人来说，它被认为是一种安全和合理的选择。使用VR虚拟现实技术可以使健身提高趣味性，改善本身的枯燥感，可以让人们去享受快乐的健身。同时，虚拟现实可以与多种健身器材相结合，利用VR高度的沉浸感让健身不再局限在健身房中。

3VR骑行健身系统的设计

3.1VR骑行健身系统需求分析

3.1.1&nbs254c28abc0da3678a1ae4bc7fd37032cp;调查问卷设计

由于传染性病毒和环境污染等因素，室内运动越来越受到重视。健身自行车作为一种高效的健身设备，成为室内运动的优选之一。然而，传统的健身自行车因为其枯燥的健身方式不能满足人们趣味健身的需求。这是“5G＋VR”R骑行健身系统需要解决的问题。

为了深入了解“5G＋VR”骑行健身系统的使用情况和用户满意度，进行了一项问卷调查。本问卷发放550份，有效问卷为492份，数据具有一定参考意义。

本问卷旨在收集用户对“5G＋VR”骑行健身系统的使用体验、功能需求、满意度等方面的反馈，以便更好地优化产品和服务，为用户提供更优质的健身体验。问卷调查揭示了用户对”5G＋VR”骑行健身系统的积极态度和一些具体的改进建议，为后续的产品升级和市场推广提供了宝贵的信dfc6488fa389849151360d20e43ceeaf息。

3.1.2调查问卷分析

（1）“5G＋VR”骑行健身系统在不同年龄、性别、职业和收入群体中的接受程度和使用情况可能存在差异，需要针对不同群体进行定制化推广和服务。

（2）参与者的健身需求多样化，“5G＋VR”骑行健身系统需要提供多种模式和场景以满足不同需求。

（3）提高参与者对“5G＋VR”技术的认知度是推广“5G＋VR”骑行健身系统的关键，可以通过线上线下宣传、体验活动等方式进行。

（4）优化“5G＋VR”骑行健身系统的功能、画质和互动性，提高用户满意度，有助于增加用户的使用频率和时长。

（5）根据参与者的建议和期望，不断改进和优化”5G＋VR”骑行健身系统，提升用户体验，扩大市场份额。

3.2VR骑行健身系统的设计与实现

3.2.1VR场景构建

在VR骑行健身系统的详细设计中，VR场景构建是非常关键的一环。首先，与传统的骑行相比，VR骑行可以基于VR技术打造沉浸式运动空间，用户面对的不再是白墙或特定的空间场景，而是通过“游戏”的方式，穿越火山、城堡、星空等场景，完成不同阶段的骑行训练，打造更科学、高效的骑行新体验。其次，VR骑行不仅可以提供多样化的骑行场景，还可以提高训练效果。例如：传统单车训练只能在有限的场景中进行，而VR单车可以提供各种虚拟的场景和路线，让骑行者获得不同的体验和挑战。同时，虚拟环境可以让骑行者在训练中更加专注于自己的技能和表现，所以它可以有效提高训练效果。

根据骑行地点的不同，设计不同的骑行场景，本系统的虚拟场景有草地、城市、山地、乡村、雪地等场景。设计过程主要包括地形构建，纹理添加、草地树木放置。利用Unity中的Terrain功能创建地形，结合场景需求添加山川洼地，为地形添加纹理贴图，增加树木和草地，完成地形的制作。

3.2.2交互功能设计

在VR骑行健身系统的详细设计中，交互功能的设计是关键要素之一。首先，高级的VR骑行系统应该具备多样化的交互方式。例如：《VZfit》可能是首款开放的VR健身平台，支持多种具备蓝牙功能的传感器和健身外设，让更多人群可以使用。本系统也可以直接使用Quest和手柄来进行运动。其次，除了基础的操作方式如转向、刹车等，更复杂的交互功能如心肺功能评估、个性化运动干预方案、运动风险控制等也应被考虑进去。例如：运动健康管理设计的智能单车VR健身系统就能实现上述的这些功能。这个系统通过选用家用电磁阻单车作为运动器械硬件，扩展获取运动数据以及实现命令通信数据报文接口，自主研发了科一健康App软件平台，以运动健康管理作为基础，增加了心肺评估、体能训练、VR互动骑行竞技等功能模块。

此外，为了使用户在体验过程中获得更好的沉浸感和娱乐性，VR骑行系统还应提供实时交互的功能。例如：可以实现与三维游戏一样的行走和物理碰撞，可使用方向盘、操纵杆、自行车等实物来进行操作。这样的交互设计不仅增强了运动的趣味性，也有效地提高了用户的锻炼效果。

3.2.3数据监测与反馈

在VR骑行健身系统的详细设计中，数据监测与反馈机制是至关重要的一环。首先，系统需要具备对关键数据的实时采集能力。例如：通过改装传统健身自行车，增加力反馈结构、转向轴、踏板保护装置和传感器安装位置，实现对速度、心率、血氧、转向角度等数据的准确采集。其次，为了保证数据的实时传输，可以采用蓝牙等无线通信技术进行数据传输。同时，也需要保证数据的准确性和可靠性。例如：运动健康管理设计的智能单车VR健身系统，可以实现心肺功能评估、个性化运动干预方案、运动风险控制等功能，其心肺评估结果较为准确可靠，生成的运动方案安全有效。最后，数据监测的目的除了用于用户自身的运动管理和改善外，还可以为用户提供及时的反馈，以提升用户的体验和锻炼效果。例如：当用户骑行速度过快或者心率过高时，系统可以通过振动或者语音提示用户调整骑行状态。此外，通过线上互动游戏竞技娱乐的方式增强现实体验，自主增加运动强度与运动量，达到运动效果，降低运动风险[5]。

4结语

VR骑行健身系统的设计需要综合考虑多个方面，包括硬件设备、软件应用、数据监测与反馈等。首先，需要选择适合的VR设备，如头戴式显示器和手柄等。其次，还需要选择合适的自行车作为运动器械，并对其进行改装以适应VR环境。此外，还需要考虑如何采集用户的生理数据，如心率、血氧等。

随着虚拟现实技术的不断发展，VR骑行健身系统的应用前景十分广阔。在未来，我们可以预见以下发展方向。

（1）更加多样化的应用场景：除了现有的健身、竞技体育和康复训练等领域，VR骑行系统还可被应用于旅游、探险等更多领域，为骑行者提供更加丰富和独特的体验。（2）更加专业化和个性化的趋势：预计未来将涵盖球类及阻力训练等更广泛的领域。通过数据分析和反馈功能，可以为用户提供更加个性化的运动建议和反馈，帮助他们改善运动效果。

参考文献

[1] 赵思琪.元宇宙背景下的游戏设计教学[J].科教文汇，2023（22）：74-77.

[2] 沈丽燕，张紫徽，王勇超，等.基于5G技术的新一代智慧校园探索：以浙江大学的5G新一代智慧校园建设与应用为例[J].现代教育技术，2024，34（3）：116-126.

[3] 王子鑫，许一凡，陈海健，等.沉浸式动感单车系统设计与实现[J].福建电脑，2020，36（6）：136-137.

[4] 李昕.动感单车交互式虚拟骑行健身系统研发[D].杭州：浙江理工大学，2019.

[5]陈玉平，袁海涛，徐玉明.基于运动健康管理模式的VR单车智能健身系统的设计与实现[J].杭州师范大学学报（自然科学版），2021，20（4）：374-380.