VR體育仿真系統(tǒng)的功能和關(guān)鍵技術(shù)

    視景仿真是21世紀(jì)最有前景的高科技技術(shù)之一，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)，圖形圖象技術(shù)，光學(xué)技術(shù)，控制技術(shù)等多種高科技的結(jié)合，是延伸人類感覺器官的一門科學(xué)，通過對(duì)現(xiàn)實(shí)世界或者是人類想象的虛擬世界進(jìn)行三維建模并實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)，通過頭盔顯示器或者三維投影技術(shù)顯示出來。目前，視景仿真技術(shù)在我國已廣泛應(yīng)用于各種研究領(lǐng)域：軍事演練、城市規(guī)劃仿真、大型工程漫游、名勝古跡虛擬旅游、模擬訓(xùn)練以及交互式娛樂仿真等。今天我們主要談?wù)刅R體育仿真系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能和需要的關(guān)鍵技術(shù)。

    VR體育仿真系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能：

    1、構(gòu)建虛擬訓(xùn)練場景

    根據(jù)具體運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)訓(xùn)練場景有具體要求，比如：虛擬訓(xùn)練場地、虛擬訓(xùn)練器材和虛擬人等的建模。

    2、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)捕獲

    通過傳感器跟蹤設(shè)備直接記錄運(yùn)動(dòng)實(shí)體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并將其用于生成計(jì)算機(jī)動(dòng)畫。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠捕捉到人類(包括訓(xùn)練器械)真實(shí)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，由于生成的運(yùn)動(dòng)基本上是主體人(或器械)運(yùn)動(dòng)的“復(fù)制品”，因而效果非常逼真，且能保證訓(xùn)練的科學(xué)性。

    3、生理生化和心理數(shù)據(jù)采集

    生理生化和心理指標(biāo)是運(yùn)動(dòng)員競技狀態(tài)重要反映，根據(jù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的不同，可以通過各種傳感器和智能化儀器對(duì)運(yùn)動(dòng)員的生理生化數(shù)據(jù)，心理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。比如：生理數(shù)據(jù)的捕獲主要包括對(duì)脈搏、血壓等人體的新陳代謝指標(biāo)和各器官、各系統(tǒng)的機(jī)能指標(biāo)的獲取[9]。

    4、動(dòng)作重演和展現(xiàn)

    動(dòng)作重現(xiàn)是體育系統(tǒng)仿真的重要的要求，傳統(tǒng)的攝像手段在有些條件下并不能順利實(shí)現(xiàn)，比如：帆船帆板訓(xùn)練中訓(xùn)練技術(shù)錄像往往不是很理想;此外，有些甚至更不無法實(shí)現(xiàn)，比如：在尚在進(jìn)行新動(dòng)作創(chuàng)新研究時(shí)，比如：在體操項(xiàng)目中，教練員可以通過對(duì)真實(shí)體操運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，之后再重新編排，使其產(chǎn)生新的技術(shù)動(dòng)作，在利用虛擬體操運(yùn)動(dòng)員精確地重現(xiàn)體操運(yùn)動(dòng)員的體操動(dòng)作，幫助體操運(yùn)動(dòng)員改進(jìn)和創(chuàng)新技術(shù)動(dòng)作，提高技術(shù)水平。

    VR體育仿真系統(tǒng)需要的關(guān)鍵技術(shù)

    1、基于物理和生理的建模

    目前基于VR的體育仿真系統(tǒng)中的人體建模通常是指基于人體物理特性和生理特性的建模，這里人體物理特性是指人體形態(tài)、結(jié)構(gòu)、素質(zhì)、運(yùn)動(dòng)能力和適應(yīng)能力等。生理特性主要包括脈搏、血壓、肺活量等人體的新陳代謝指標(biāo)和各器官、各系統(tǒng)的機(jī)能指標(biāo)。

    2、虛擬人動(dòng)畫

    由上個(gè)世紀(jì)八十年代發(fā)展至今，人體動(dòng)畫經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：運(yùn)動(dòng)學(xué)控制、動(dòng)力學(xué)控制、基于控制器的運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)捕獲。其中運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)具有高效、真實(shí)感強(qiáng)等特點(diǎn)，得到人體動(dòng)畫研究人員的高度重視。

    3、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)捕獲

    運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)是利用傳感器以三維的形式記錄真實(shí)人體的動(dòng)作，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)屏幕上的虛擬人。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠捕捉到人類真實(shí)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，由于生成的運(yùn)動(dòng)基本上是主體人運(yùn)動(dòng)的復(fù)制品，因而效果非常逼真，且能生成許多復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。

    4、實(shí)時(shí)繪制和交互

    由于虛擬體育仿真涉及到虛擬場景和虛擬人（運(yùn)動(dòng)員），在具有虛擬人參與的虛擬體育仿真環(huán)境中，實(shí)時(shí)繪制和交互就顯得格外重要。實(shí)時(shí)繪制技術(shù)分為可見性判斷、層次細(xì)節(jié)、基于圖像的繪制技術(shù)。