7.28 计算机虚拟技术在排球训练中的应用
<p>The Application of Computer-Based Virtual Technology in Volleyball Training
计算机虚拟技术在排球训练中的应用</p>
<p>采集运动员的运动数据，利用虚拟现实感知交互模型将数据输入虚拟环境生成单元，在仿真管理模块的控制下进行数据融合。</p>
<p>1 引言
排球作为三大球之一，深受广大群众喜爱。体校作为 培养排球专业人才的重要场所，如何培养后备人才，保证训练质量，是摆在面前的重要任务。长期以来，在我国排球训练的过程中，教师讲解示范和学生练习是我国体育教学和训练中使用最多、存在时间最长的一种。传统的教学模式在三个方面抑制了体育运动：第一，学习兴趣大打折扣；第二，影响培训质量；第三，追求急功近利的短期效果，极大地影响了循序渐进地运动训练模式。
<strong>计算机虚拟技术通过模拟运动员地运动过程，为运动员地运动训练提供规范化地指导和纠正意见。</strong>因此，研究计算机虚拟技术在现代运动训练中的应用具有一定的现实意义。在计算机虚拟技术下，如果运动员有不正确的训练姿势和动作，他将在虚拟场景中得到很好的指导，以及他的标准和规范的运动训练动作。计算机虚拟技术在现代运动训练中的应用，可以为运动员的运动训练提供早期指导，减少运动中意外伤害的可能性。
2 相关工作
研究人员通过研究和实际验证得出结论，在排球训练中加入数字图形图像技术，可以提高运动员在排球训练中掌握技术要领的效率，有效降低排球训练中受伤的概率，提高排球整体训练效果。<strong>目前常用的运动员模拟排球训练系统大致分为基于人工神经网络的传统训练系统和基于机械锻炼装置的训练系统。</strong>
虚拟现实技术的主要特点包括沉浸性和多敏感性。通过运动捕捉数据采集的方式建立初始运动形态数据库，采用偏移修正和设计运动在数据库中的运动映射技术，根据运动员身体参数，结合人体运动公式，检验修改后的动作设计的合理性，采用标准技术、运动拼接的方式编排模拟各个标准技术。在获得一整套全新的标准技术进行动作模拟后，以同屏同步方式与运动员训练动作视频进行对比分析。
3 基于虚拟现实技术的排球运动员模拟训练系统
3.1 系统的框架
<strong>基于虚拟现实技术的运动员模拟排球训练系统由三部分组成：运动模拟排球训练输入单元、虚拟环境生成单元、运动模拟排球训练输出单元。</strong>
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3.2 虚拟现实感知交互模型
该虚拟现实系统可以模拟运动员训练过程中的场景，并记录运动模拟输入单元输入训练中的运动动作及相关数据，通过对运动动作及相关数据的分析，来识别运动员训练过程中的动作是否达到标准，同时还可以对运动员在训练过程中未达到标准的动作进行提示，提高运动员的训练质量。
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3.3 虚拟运动员的三维重建与动作标准动作库的构建
选用3D Studio MAX内置脚本语言MAXScript设计排球运动员模拟训练系统中的虚拟运动员三维重建软件，以指导训练中的运动员，并跟踪运动员训练部位的实时姿态为目的，在排球运动员模拟训练过程中控制标准虚拟运动员实时显示训练动作，同时在用户应用模块中，使用虚拟运动员，<strong>虚拟运动员展示参与训练的运动员的训练动作的运动轨迹。</strong>
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3.3.1 排球训练动作的修正与设计
运动捕捉是建立排球运动训练三维数据库的理想方法。其基本原理是利用传感器跟踪设备完成排球运动训练目标的运动数据记录。
3.3.2 排球训练动作编排仿真
通过对排球运动训练动作的修改和设计，选取固定数量的动作，按特定顺序连接，实现一整套标准技术动作的编排和模拟。
3.4 虚拟现实技术的仿真应用
在VR技术体系的影响下，运动员的排球模拟训练发生了重大的演变。在技术分析的基础上，描述了基于VR技术的运动员模拟排球训练中不同正反馈模块之间的变量关系。
4 实验
为验证本文设计的基于VR技术的运动员排球模拟训练系统的实际应用效果，以某运动员训练馆为研究对象，选取参加不同运动训练项目的120名运动员，利用该系统进行排球模拟训练。
4.1 数据采集测试
本文采用位置和方向传感器采集运动员的运动数据。
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4.2 训练结果比较
在入选的120名运动员中，选取年龄相近、身体素质基本相同的15名运动员，随机分组。第一组采用文献中基于人工神经网络的传统训练系统进行运动训练，第二组采用文献中基于机械运动装置的训练系统进行运动训练，第三组采用本文所述的系统进行运动训练。三组运动员分别采用不同的运动训练系统进行为期八周的训练。
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通过比较运动员对技术动作的掌握情况和掌握效率，对排球训练效果进行比较。
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4.3 成本比较
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在8周的训练后，使用本系统进行运动训练的费用始终为8万元。而使用文献系统的培训费用分别以每周2万元和1.1万元的速度增长。这说明使用该系统进行运动训练的成本较低，更符合实际应用。
5 结论
虚拟现实技术辅助排球训练的研究，对于提高技术水平，优化教学过程，培养人才方面具有深远的影响。在目前的排球训练中，大部分学校仍然采用较为传统的训练方法，少数学校采用多媒体排球训练，而虚拟现实技术几乎没有。但是由于虚拟现实技术的不断发展和完善，虚拟现实技术以自身的优势，逐步受到重视和青睐。</p>