導(dǎo)語：如何才能寫好一篇生物力學(xué)與仿真技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】仿真技術(shù)；體育教學(xué)；應(yīng)用研究

隨著計算機技術(shù)的進(jìn)步，計算機模擬仿真技術(shù)在多個領(lǐng)域都取得較快的發(fā)展。仿真技術(shù)的大量應(yīng)用，提高了生產(chǎn)和生活的效率。對于體育領(lǐng)域來講，仿真技術(shù)的應(yīng)用使體育科研人員對體育技術(shù)動作有了更科學(xué)的認(rèn)識，對于發(fā)揮運動員最大的動作優(yōu)勢和訓(xùn)練結(jié)構(gòu)提供了有益支持。它可以創(chuàng)造相似的模式訓(xùn)練或?qū)崙?zhàn)環(huán)境、模型化的物理環(huán)境與用戶融為一體，使運動員產(chǎn)生身臨其境的感覺。這種人機和諧的仿真環(huán)境的探索已廣泛展開，諸如可視仿真、多媒體仿真、虛擬現(xiàn)實等等。在實際應(yīng)用中，這些仿真技術(shù)互有偏重，又互為補充。在體育教學(xué)中，往往以多媒體仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。

1仿真技術(shù)概述

仿真技術(shù)是利用計算機技術(shù)建造被研究的真實系統(tǒng)的模型、進(jìn)行模擬實驗研究的一種方法。它是建立在系統(tǒng)科學(xué)、系統(tǒng)識別、控制理論、計算技術(shù)與控制工程基礎(chǔ)上的一門綜合性很強的實驗科學(xué)技術(shù)。應(yīng)用到體育領(lǐng)域，就是通過計算機模擬技術(shù)再現(xiàn)體育教師的教學(xué)經(jīng)驗、教練員的訓(xùn)練意圖、管理者的組織方案和運動員的訓(xùn)練過程，從而達(dá)到對體育系統(tǒng)的解釋、分析、預(yù)測、評價的一種實驗技術(shù)學(xué)科。仿真技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)主要有數(shù)學(xué)建模和運動數(shù)據(jù)的獲取。

虛擬現(xiàn)實及其仿真技術(shù)日益發(fā)揮出越來越大的作用，為高科技在競技體育領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更加廣闊的空間。作為大自然和人類社會的主宰，人體自身的建模處于一個非常重要的位置，已成為人類工程學(xué)、計算機圖形學(xué)、人工生命及生物力學(xué)研究的熱點。

國內(nèi)外的很多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究和探索，建立了人體的數(shù)學(xué)模型，對人體運動分析提供了很大的幫助。代表人物有德國的R??Gawtonski和波蘭的B??Macukow，他們采用經(jīng)典的分析力學(xué)的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)出人體的二階非線性拉氏方程；美國斯坦福大學(xué)的Kane建立了一套新的建模理論，主要基于內(nèi)坐標(biāo)與外坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法；美國的Roberson德國的Wittenburg采用了圖論中理論，建立了樹形多體系統(tǒng)的建模方法；南非的Hazte采用了優(yōu)化結(jié)合同步測量方法，模擬了人體的運動。

1??1建立模型

建立仿真模型是一個復(fù)雜的過程，模型的有效性直接影響著仿真的效果。我們常見的有二維模型和三維模型。他們都是用抽象的數(shù)學(xué)方程來描述系統(tǒng)內(nèi)部變量之間的關(guān)系，從而建立起來的模型。體育運動中運用較多是人體模型，要顯示二維或三維的人體效果，首先要建立人體模型。用計算機進(jìn)行三維建模是目前比較流行的，真實感和逼真度都較好，且可以多角度展示。

人體是由多個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成的復(fù)雜形體，普通的三維攝像機量即多姿態(tài)角不能模擬真實的人體運動，完整人體仿真技術(shù)需要提供所有的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)。因此運動仿真技術(shù)要遠(yuǎn)復(fù)雜于一般的剛體。運動仿真的要素，首先利用相關(guān)設(shè)計軟件建模，即建立三維人體模型，其次是根據(jù)生物力學(xué)和物理學(xué)相關(guān)知識產(chǎn)生模型各關(guān)節(jié)運動的驅(qū)動數(shù)據(jù)。

建模的類型根據(jù)不同的需要有不同的設(shè)計方案。以曲面建模為例，曲面是把人體骨架圍繞起來，曲面由小平面組成，可以表現(xiàn)運動中關(guān)節(jié)處曲面的變化。曲面模型由于計算方便，運算規(guī)則較為成熟，顯示三維效果較好。建模完成后，基本的仿真效果已經(jīng)具備，但是，為了使三維圖像看上去更加真實，最大程度地展現(xiàn)動作軌跡或模擬比賽、教學(xué)場景，還必須對教學(xué)環(huán)境進(jìn)行設(shè)定，例如地理、氣候、教學(xué)設(shè)備、場地等效果。

1??2運動數(shù)據(jù)的獲取

運動仿真系統(tǒng)是將文字、圖像、聲音、動畫和視頻等素材進(jìn)行綜合分析，那么這么多的數(shù)據(jù)是如何獲取的？那就需要專業(yè)的攝像設(shè)備和分析系統(tǒng)。專業(yè)的攝像設(shè)備是捕獲運動數(shù)據(jù)的重要工具，它可以給我們提供第一手真實運動的數(shù)據(jù)資料，這些資料包含了豐富的時間信息，使得人體的運動變化更加逼真。一般都要先對相機參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，通過場景幾何模型建立獲取相機內(nèi)部參數(shù)以及旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣等外部參數(shù)。然后我們通過三維人體運動參數(shù)，根據(jù)人體關(guān)節(jié)點的三維位置信息，并經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而得到人體的關(guān)節(jié)在各個局部坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度信息，人體姿態(tài)的關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)可以直接輸入到三維虛擬模型，進(jìn)行行為驅(qū)動。

在人體圖像運動過程中，關(guān)節(jié)點三維位置會跟隨著運動，把這些點連接起來就會形成人體連續(xù)的、平滑的運動曲線。我們可以根據(jù)運動曲線的連續(xù)性和平滑性來預(yù)測和修改數(shù)據(jù)。如果捕獲的數(shù)據(jù)幀中有關(guān)節(jié)點缺失，可以利用曲線的連續(xù)性對關(guān)節(jié)點位置進(jìn)行估測，如果關(guān)節(jié)點位置偏移較大，在運動曲線上會表現(xiàn)為一個突變，可以根據(jù)運動曲線的平滑性對關(guān)節(jié)點位置進(jìn)行調(diào)整。

2運動仿真技術(shù)在體育教學(xué)中的作用

運動仿真系統(tǒng)可以實現(xiàn)體育訓(xùn)練方法的進(jìn)步和轉(zhuǎn)變。即利用高精度視頻捕捉設(shè)備與分析系統(tǒng)相結(jié)合，更精確地測量人體運動的軌跡，再利用人體運動仿真模擬分析改進(jìn)運動的訓(xùn)練方法，使訓(xùn)練更加有效。運動仿真系統(tǒng)常見的功能主要有動作對比、動作分解和技術(shù)分析。

篇2

水平仰泳運動員技術(shù)特征運動學(xué)研究現(xiàn)在主要有五個大的方向：1.水中阻力和仰泳技術(shù)；2.水中推進(jìn)力和仰泳技術(shù)；3.動作對水方向；4.動作對水攻角；5.動作速度。下面從五個方面進(jìn)行闡述。

一、仰泳技術(shù)

競技仰泳作為僅次于自由泳的古老項目，從第二屆奧運會開始就正式進(jìn)入競技游泳的舞臺，但是早在18世紀(jì)就已有關(guān)于仰泳技術(shù)的記載。最初的仰泳是在游泳中仰臥漂浮作為水中休息，后來發(fā)展到利用兩臂同時在體側(cè)向后劃水，兩腿做蛙泳的蹬夾水的動作，亦稱為“蛙式仰泳”或“反蛙泳”。自1902年出現(xiàn)爬泳技術(shù)后，就開始有人在游仰泳時，采用類似爬泳的兩臂輪流向后劃水的技術(shù)，然后再發(fā)展為將兩腿改為上下踢水的技術(shù)。在此期間，雙臂仰泳、蛙腿蹬夾水，仍在比賽中使用。

直到1912年第五屆奧運會，美國運動員赫布湟爾采用爬式仰泳獲得100米冠軍，證實了爬式仰泳技術(shù)的優(yōu)越性。其他姿勢的仰泳才逐漸從競技游泳中消失，成為實用游泳姿勢來使用。以后，仰泳技術(shù)不斷發(fā)展，經(jīng)歷了水下直臂劃水到曲臂劃水，不轉(zhuǎn)肩到轉(zhuǎn)肩。1986年民主德國運動員馬特斯，采用大屈臂、深劃水、強有力打腿、動作伸展、身體平而高、講究流線型的技術(shù)，獲男子100米仰泳冠軍，并以58.7成績破1分鐘大關(guān)，成為仰泳技術(shù)發(fā)展的轉(zhuǎn)折。由此，奠定了現(xiàn)代仰泳技術(shù)的基礎(chǔ)。

二、流體力學(xué)原理在游泳中的運用

凡涉及水環(huán)境的運動項目，參與者都不可忽視水的一條最為重要的自然屬性――水是可以產(chǎn)生力的一種流體。人在水中游泳時所受的垂直方向的力，有向下的重力和水作用于人體的向上的力。這種向上的力，可以看成是兩部分組成：靜水浮力與動水升力。如人體在靜水中不動，只有靜水浮力，人在水中游進(jìn)時，既有靜水浮力，又有動水升力。

在學(xué)習(xí)游泳技術(shù)的初期，我們首先要掌握的就是人體在水中的漂浮能力，也就是要學(xué)會利用水具有浮力的這一特性。根據(jù)人體密度平均值0.96～1.05克/厘米，可以得知我們?nèi)梭w的密度與水的密度是非常接近的。當(dāng)身體的密度低于或等于水密度的時候，人可以很輕松的漂浮在水面上；而當(dāng)身體的密度高于水密度的時候，人雖不能輕松實現(xiàn)漂浮，但可以通過肺呼吸來控制身體體積的變化，以影響自身的身體密度，實現(xiàn)漂??；但仍有部分人是因為身體密度高于常人，所以即使充分吸氣也無法使身體漂起?？墒沁@也并不表示這一類人群就無法學(xué)習(xí)游泳技術(shù)，這時就需要利用動水升力，通過四肢稍作適當(dāng)?shù)膭幼?，產(chǎn)生動水升力，再加上肺呼吸的配合，也可以使身體實現(xiàn)漂浮。

三、水中阻力與仰泳技術(shù)

在水中移動的任何物體都要受到水的阻礙作用，這個阻礙物體移動的力稱為阻力。影響游泳運動成績的阻力有三種，分別是形狀阻力、波浪阻力和摩擦阻力。

形狀阻力是游泳運動員在水中前進(jìn)時身體形狀引起的阻力。波浪阻力是水面的湍流引起的。人在游進(jìn)時能夠產(chǎn)生弓形波，這些弓形波向后推身體，使前進(jìn)速度下降。摩擦阻力也稱“附著力”。即游泳時粘附表體的水分子與相鄰水層摩擦而產(chǎn)生遞減身體運動的力。

四、世界游泳技術(shù)研究的現(xiàn)狀

CFD計算流體力學(xué)（computational fluid dynamics），是一項流體力學(xué)研究的新技術(shù)，通過計算機仿真技術(shù)實現(xiàn)對流動的精細(xì)、定量、動態(tài)的研究和診斷。根據(jù)資料顯示，目前在美國、德國、日本、法國、澳大利亞等國家都已大量使用了CFD技術(shù)展開了對游泳技術(shù)的模擬仿真研究，以便能夠更深入地了解游泳流動過程及其產(chǎn)生的運動效果。

在配合游泳技術(shù)發(fā)展的同時，一些對游泳技術(shù)有較大幫助的游泳新技術(shù)設(shè)備也被發(fā)明和改進(jìn)。20世紀(jì)末美國等國家已經(jīng)在使用水中步測器（Aquapacer，類似于電子節(jié)拍器）、Matrix速度解析系統(tǒng)（解析比賽和技術(shù)動作等）和游泳之星反劃水掌等設(shè)備來作為輔助運動提高運動成績的工具。澳大利亞也被認(rèn)為是目前世界上最重視應(yīng)用新科技手段幫助運動員訓(xùn)練的國家，如“鯊魚皮泳裝”的問世，帶動和推進(jìn)了游泳運動成績的快速提高。澳大利亞體育學(xué)院下設(shè)的生物力學(xué)、物理療法和按摩、生理、運動心理、運動醫(yī)學(xué)、運動營養(yǎng)和選材部門都配備了高水平的專家進(jìn)行體育科學(xué)研究，他們的運動生物力學(xué)還利用“計算機驅(qū)動分析系統(tǒng)”為澳大利亞高水平運動員提供技術(shù)幫助。

進(jìn)入21世紀(jì)，人們對體育科學(xué)理論知識和各種科學(xué)手段以提高游泳專項成績的探索開展了更加廣泛的研究?，F(xiàn)在，游泳運動已經(jīng)從對營養(yǎng)補劑在體育運動中的關(guān)注點又?jǐn)U大到了對運動技術(shù)方面的革新上，同時，緊密設(shè)備的開發(fā)與研究也進(jìn)入到能夠操控記錄運動訓(xùn)練的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃的水平。

五、我國游泳技術(shù)研究的現(xiàn)狀

我國在開展游泳技術(shù)的理論研究方面起步較晚，20世紀(jì)80年代前，幾乎沒有系統(tǒng)地開展過這方面的實驗性研究。80年代初，我國游泳界開始進(jìn)行了一系列的游泳政策改革措施，通過“走出去，請進(jìn)來”，引進(jìn)國外最新的游泳技術(shù)研究方法和理論，初步形成了新的游泳訓(xùn)練指導(dǎo)思想，并總結(jié)了游泳訓(xùn)練的基本原則，從而帶動我國游泳運動成績的飛躍。

90年代以后，我國科研人員開始利用自行研制的儀器設(shè)備，對游泳運動員進(jìn)行水下技術(shù)拍攝和輔助技術(shù)訓(xùn)練工作，近幾年還跨行業(yè)與清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)合作，從生物動力學(xué)、流體動力學(xué)以及計算機流體力學(xué)和運動訓(xùn)練學(xué)等不同領(lǐng)域?qū)τ斡鞠嚓P(guān)技術(shù)的力學(xué)原理展開深入的研究。

2002年以后，我國科研人員和清華大學(xué)以及北京航空航天大學(xué)計算機流體力學(xué)專家一道，對游泳運動員游進(jìn)過程中減少阻力、增大推進(jìn)力等方面逐步開展了實驗性研究。

通過對文獻(xiàn)資料的查找與閱讀，發(fā)現(xiàn)我國關(guān)于仰泳技術(shù)研究的文獻(xiàn)較少，并且大部分都是以少兒為主，有關(guān)高水平仰泳運動員技術(shù)研究的文獻(xiàn)更是微乎其微。因此，對于高水平仰泳運動員的技術(shù)研究需要加強。在對資料書籍的閱讀過程中發(fā)現(xiàn)，仰泳劃水技術(shù)分為深劃水和淺劃水，推水技術(shù)分為寬推水與窄推水，雖然大部分文獻(xiàn)都強調(diào)深劃水與寬推水的技術(shù)會較好，可是個人認(rèn)為，還是需要因人而議。深劃水需要較好的柔韌性，同時還要具有較大的力量，而寬推水需要的則是核心力量，也與個人的動作習(xí)慣有關(guān)。另外，由于游泳規(guī)則對于仰泳出發(fā)進(jìn)行了改動，也使得仰泳的出發(fā)技術(shù)發(fā)生很大的變化，今后的研究也可以向這個方向進(jìn)行延伸。隨著計算機領(lǐng)域與競技體育之間的相互合作，現(xiàn)在的體育科學(xué)研究已經(jīng)離不開計算機的幫助，因此如何開發(fā)出更加先進(jìn)，并且適合我國游泳技術(shù)研究的軟件及儀器設(shè)備，也是一項重大課題。

參考文獻(xiàn)：

篇3

科技奧運為虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）提供了一個大試驗場。應(yīng)用VR技術(shù)對奧運會各種場館建設(shè)工程項目進(jìn)行仿真，建立虛擬奧運村三維動畫模型，在互聯(lián)網(wǎng)上展示，從而真正做到對奧運會各項工程進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃、建設(shè)、運行和管理。不但如此，VR技術(shù)還能將中華文明、奧運百年歷史、精彩賽事等設(shè)計成三維動畫，建立互聯(lián)網(wǎng)上的奧林匹克虛擬博物館，用戶通過網(wǎng)絡(luò)就可以在虛擬博物館各個展廳中漫游。

【應(yīng)用篇】

在競技體育訓(xùn)練仿真中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠用多種感知方式向參與者（教練、組織者和運動員）演示教練的訓(xùn)練意圖和運動員的訓(xùn)練過程，并且參與者能夠自然地與仿真系統(tǒng)進(jìn)行交互。這類基于VR的競技體育仿真系統(tǒng)能夠提高運動員的科學(xué)訓(xùn)練水平。

團體操虛擬編排

圖1 將一個方隊變成了五個圓環(huán)。

圖2 蹦床模擬系統(tǒng)生成的動作序列。

圖3 虛擬網(wǎng)絡(luò)馬拉松中兩人在賽跑。

圖4 借助于虛擬技術(shù)，人們足不出戶就可以游覽瑞士洛桑的奧林匹克博物館，還可以觀看一些奧運展品。

圖5 可以在虛擬奧運博物館中展示中國古代的體育運動，如射箭（）。

團體操是一種體育和藝術(shù)高度結(jié)合、以體操動作為主的群眾性體育表演項目。它是由幾十人、幾百人甚至成千上萬人，在大的場(館)中通過以體操為主體的各色各樣的體育運動、文藝形式和隊形變化、圖案造型，配以音樂、道具、服裝，乃至背景、場景(舞臺)和燈光等藝術(shù)裝飾所構(gòu)成的體育藝術(shù)性的集體表演項目（見圖1）。

團體操設(shè)計和排練是一件非常煩瑣、耗時的工作。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育仿真中具有很好的應(yīng)用前景，將虛擬人群仿真技術(shù)應(yīng)用于團體操設(shè)計和演練，可以提高設(shè)計和排練質(zhì)量，提高設(shè)計人員和排練人員的工作效率。團體操編排和演練仿真涉及到大量的虛擬人群運動、動作及隊列編排，其關(guān)鍵技術(shù)為大規(guī)模場景的實時繪制技術(shù)、運動建模、路徑規(guī)劃和避免碰撞等。

三維蹦床運動模擬

蹦床運動項目是一種技巧類體育運動項目，并于2000年悉尼奧運會首次被接納為奧運比賽項目，該項目在訓(xùn)練中存在很高的難度和風(fēng)險。中科院計算所開發(fā)的數(shù)字化三維蹦床運動模擬與仿真系統(tǒng)，可以很好地幫助蹦床運動員進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練。

該系統(tǒng)以數(shù)字化三維人體運動的計算機仿真技術(shù)、人體運動生物力學(xué)數(shù)據(jù)和真實人體運動數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以三維方式逼真模擬、設(shè)計蹦床動作，模擬生成成套技術(shù)動作編排，并輔之以人體運動的動力學(xué)原理驗證、分析技術(shù)動作，最后將模擬動作與實際訓(xùn)練動作同屏、同步對比，從而使之具有更強的指導(dǎo)意義(見圖2)。

虛擬網(wǎng)絡(luò)馬拉松

在虛擬馬拉松系統(tǒng)中，個人可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)和屏幕內(nèi)的虛擬場景，借助跑步機或踏步機進(jìn)行健身、娛樂和競技。這樣該系統(tǒng)就不僅僅用于輔助訓(xùn)練，更重要的是它可以成為一種娛樂的方式。

該系統(tǒng)有三個模式: 單機訓(xùn)練、網(wǎng)絡(luò)漫游和網(wǎng)絡(luò)競技。單機訓(xùn)練模式可以通過跑步機等硬件設(shè)備與系統(tǒng)交互，而系統(tǒng)可以對訓(xùn)練時的速度心率等信息予以實時監(jiān)測，同時可以存儲用戶的歷史訓(xùn)練信息。漫游模式中，多個用戶可以在場景中同時漫游，用戶可以從一個場景切換到另一個，走到一些特定的物體前面可以選擇查看物體的詳細(xì)信息。競技模式中，借助于網(wǎng)絡(luò)，運動員還可以進(jìn)行馬拉松比賽，跑到終點后，系統(tǒng)將會根據(jù)用戶所用的時間，給出一個排名(見圖3)。

虛擬自行車比賽

自行車運動作為奧運項目在奧運會中占有一定的地位。但是，處于室外的場地賽和公路自行車項目的訓(xùn)練往往受制于天氣等外界條件。比如，由于自行車運動特點，對其做測試或監(jiān)控往往會受到一定的限制; 此外，還有諸如調(diào)時差訓(xùn)練等的特殊要求。因此，研制具有模擬實際場地信息，又能模擬運動員運動狀況，還可以實時監(jiān)測運動員做功情況的綜合虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)是很重要的，而虛擬自行車系統(tǒng)就可以滿足這方面需求。

此系統(tǒng)的硬件部分是一輛自行車，它包含傳感器或采集卡，能夠?qū)崟r地采集一些數(shù)據(jù)，如角度、角速度以及心率等， 然后將這些數(shù)據(jù)通過串口（或其他接口）送往PC機。軟件模塊根據(jù)接受到的這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自行車在特定場景中的實時模擬。

為了更好地模擬訓(xùn)練和比賽，系統(tǒng)還可以提供分布式仿真的支持，使得多個運動員通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)在同一個場地參加訓(xùn)練和比賽，同時把運動員訓(xùn)練和比賽的數(shù)據(jù)保存下來，以備

統(tǒng)計分析，有利于指導(dǎo)員更好地指導(dǎo)運動員訓(xùn)練和分析對手。

數(shù)字奧運博物館

當(dāng)初在申辦2008奧運會時中國曾提出建立一個“虛擬奧運博物館”的創(chuàng)意，引起了國際奧委會的極大興趣和關(guān)注，從而為中國獲得承辦權(quán)提供了很大的幫助。該計劃得到了國家科技部、教育部、北京市科委的大力支持。 虛擬奧運博物館將是世界上第一個全面介紹多元化背景下奧運歷史和發(fā)展的系統(tǒng)。它將充分表現(xiàn)多元文化對奧運、生活等各方面的影響。2005年，國家自然科學(xué)基金將“虛擬奧運博物館關(guān)鍵技術(shù)研究”和“遠(yuǎn)程沉浸式虛擬奧運博物館關(guān)鍵技術(shù)研究”列為重點項目予以大力支持，這兩個項目的依托單位分別為北京航空航天大學(xué)和浙江大學(xué)。

虛擬奧運博物館的參觀者既可以通過一個智能導(dǎo)游的引導(dǎo)來訪問，也可以通過控制一個虛擬化身(avatar)在虛擬場景中隨意漫游來參觀虛擬奧運博物館。虛擬奧運博物館要實現(xiàn)包括奧運三維信息遠(yuǎn)程服務(wù)、奧運比賽項目的仿真模擬、虛擬奧運藝術(shù)作品展示、歷屆奧運歷史再現(xiàn)、奧運比賽精彩回放、歷屆奧運場館虛擬漫游等(見圖4、圖5)。

虛擬奧運博物館是一個大規(guī)模的分布式虛擬環(huán)境，支持奧運知識的介紹、用戶對體育項目的體驗、奧運場館的虛擬漫游等。它也是一個可以遠(yuǎn)程訪問的系統(tǒng)，支持多種接入設(shè)備，可以是PC機，也可以是像PDA或手機那樣的移動設(shè)備。不同的設(shè)備需要考慮支持不同的交互模式和繪制精度。

一般的博物館通常是靜態(tài)的展示，奧運博物館則有所不同。奧運作為大型的體育運動會，其動態(tài)的元素居多，適合使用計算機技術(shù)進(jìn)行動態(tài)的“活”的展示。

奧運場館的規(guī)劃

與一般的城市建筑規(guī)劃類似，奧運場館的規(guī)劃關(guān)聯(lián)性和前瞻性比較高，所以對可視化技術(shù)的需求也比較迫切。在場館建設(shè)中，規(guī)劃的決策者、設(shè)計者、管理者以及公眾，分別扮演了不同的角色，他們的有效合作是場館規(guī)劃最終成功的前提。VR技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，運用VR技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門、項目開發(fā)商、工程人員及公眾從任意角度，實時互動地看到規(guī)劃效果，更好地掌握場館的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計意圖。這樣，決策者的宏觀決策就會成為場館規(guī)劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達(dá)到的。

【技術(shù)篇】

從上面的介紹可以看到，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用到數(shù)字奧運中會使得數(shù)字奧運大放光彩。當(dāng)然，這里面離不開相關(guān)技術(shù)的支持，如場景的建模與繪制、虛擬人技術(shù)、運動數(shù)據(jù)的捕獲技術(shù)等等。

場景的建模與繪制技術(shù)

在一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，建模與實時繪制往往是最基本的技術(shù)。比如在數(shù)字奧運博物館中，就需要根據(jù)實際獲得的大量多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和實時繪制。

基于幾何的建模和繪制技術(shù)（IBMR）多年的研究歷史，有很多現(xiàn)成的技術(shù)可以直接使用。為了加速繪制，通常使用多層次細(xì)節(jié)模型（LOD）。給定一個物體的不同細(xì)節(jié)層次后，必須決定繪制或者混合其中的哪個層次，常用的度量方法有基于距離的LOD選取和基于投影面積的LOD選取，在不同細(xì)節(jié)層次間來回切換，需要保持連續(xù)過渡。通常人們還希望繪制系統(tǒng)具有一個固定的幀率，使用多細(xì)節(jié)層次和可見性裁剪等技術(shù)可以對場景進(jìn)行固定幀率的繪制。

基于圖像的建模和繪制技術(shù)采用圖像來替代幾何建模，采用圖像空間變換操作來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繪制過程，因此應(yīng)用IBMR技術(shù)是實現(xiàn)實時圖形生成的有效辦法。

為了增強繪制效果，提高真實感，可以使用陰影技術(shù)。使用基于截錐體的方法可以把陰影作為一個紋理四邊形來繪制，從而達(dá)到比較高的效率，但該方式的缺點是產(chǎn)生的陰影看上去像一系列點光源的疊加，而且在一些有限的灰度梯度之間陰影會被量化。研究人員引入分辨率不同的多個陰影圖來解決透視走樣，但算法無法映射到GPU上，并不適合于交互應(yīng)用。

虛擬人技術(shù)

虛擬人運動與控制技術(shù)主要包括: 虛擬人的建模、運動控制、行為動畫及虛擬人群仿真。虛擬人體的建模方法，主要有基于交互式的人體造型方法、基于三維測量的人體重建方法、基于圖像的人體重建方法和人體變形技術(shù)等。在人體變形研究方面，從人體產(chǎn)生形變的原理出發(fā)，主要分為三大類: 由骨骼運動驅(qū)動而產(chǎn)生的變形、由人體肌肉收縮產(chǎn)生的變形、由人體尺寸（如圍度、長度等）參數(shù)改變而引起的變形。

運動控制主要涉及到三個方面的內(nèi)容: 賦予虛擬人運動，主要有關(guān)鍵幀動畫、過程動畫、運動捕捉等; 對虛擬人運動進(jìn)行控制，主要內(nèi)容包括運動修改、運動連接、運動合成、運動重定向、運動路徑規(guī)劃、運動風(fēng)格等; 對運動數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

在個體行為設(shè)計方面，可以使用行為集合選擇的基本原則，即對每一個問題域來說，都存在使智能主體能夠完成其目標(biāo)的行為最小集――基本行為集合，其余的行為可以從這個集合導(dǎo)出。行為動畫的研究是圍繞行為設(shè)計、層次結(jié)構(gòu)和行為選擇決策機制三個方面的內(nèi)容展開的。虛擬人群仿真的研究立足于人類的社會性。在虛擬環(huán)境中，群（Crowd）中可能包含多個組（Group），每個組可以有相同或者不同的行為模式；組中可能包含多個個體（Individual），而個體也可能有相同或者不同的行為模式。

運動數(shù)據(jù)的捕獲技術(shù)

在對體育運動進(jìn)行仿真時，往往離不開捕獲一些相關(guān)的運動數(shù)據(jù)。對于人體的運動，可以由運動捕捉技術(shù)獲得。運動捕捉技術(shù)(MotionCapture)是利用傳感器以三維的形式記錄真實人體的動作，然后由計算機根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)驅(qū)動屏幕上的虛擬人。這種方法的最大優(yōu)點是能夠捕捉到人類(包括訓(xùn)練器械)真實運動的數(shù)據(jù)，由于生成的運動基本上是主體人(或器械)運動的“復(fù)制品”，因而效果非常逼真，且能保證訓(xùn)練的科學(xué)性。

篇4

關(guān)鍵詞： 力量訓(xùn)練 專項力量訓(xùn)練 理念

現(xiàn)代競技體育運動的發(fā)展，極大地推動了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果應(yīng)用于運動訓(xùn)練領(lǐng)域。人們越來越認(rèn)識到運動訓(xùn)練科學(xué)化的重要性。幾乎所有的競技體育項目，無論是以力量為依托的體能類項目，還是以技術(shù)和靈巧為主的非體能類項目，以及那些以技、戰(zhàn)術(shù)配合為特點的集體項目的教練員，均提高了對力量訓(xùn)練的重視程度。其中，“專項力量”是指運動員完成專項技術(shù)時神經(jīng)――肌肉系統(tǒng)表現(xiàn)出的力量。但目前許多運動項目，尤其是一些周期耐力性項目的教練員經(jīng)常采用增加阻力的方式增強運動員的專項力量，例如，田徑投擲項目的投重物練習(xí)，賽艇的劃重艇，游泳的牽拉阻力游，自行車的增加傳動比騎，等等。這些練習(xí)已經(jīng)被歸類于專項力量訓(xùn)練。“專項力量訓(xùn)練”成了在負(fù)重情況下對專項技術(shù)的簡單模仿。這顯然是對力量訓(xùn)練理論和應(yīng)用的研究不夠，對力量訓(xùn)練發(fā)展的新動向缺乏深入了解，訓(xùn)練理念和方法陳舊，影響了力量訓(xùn)練的質(zhì)量和效果。

1.力量訓(xùn)練及專項力量訓(xùn)練釋義及其生物學(xué)背景

力量素質(zhì)是指人體肌肉工作時克服阻力的能力，人運動時，會受到身體重力、空氣和水的阻力、重物負(fù)荷、競技對手的對抗等各種外力，以及肌肉的黏滯性、對抗肌的牽拉等內(nèi)力的阻礙，這就需要人體肌肉收縮產(chǎn)生力量克服各種阻力，完成預(yù)定的體育活動。影響肌肉力量的生物學(xué)因素主要有：肌肉生理橫斷面積、肌纖維的類型、肌肉的初長度及拉力角、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮狀態(tài)及其對肌肉活動的協(xié)調(diào)和控制能力等。力量訓(xùn)練屬于身體訓(xùn)練的范疇，其與技術(shù)訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練一樣是科學(xué)訓(xùn)練所涉及的內(nèi)容之一。力量是一個復(fù)雜的、受多因素影響的素質(zhì)能力，從生理機制上分析，力量主要受神經(jīng)―肌肉系統(tǒng)和能量代謝系統(tǒng)的支配和影響，在人體的自然生長過程中，這種支配和影響又可分為先天遺傳或后天訓(xùn)練兩個方面；從力量素質(zhì)的結(jié)構(gòu)上分析，力量不僅與其他素質(zhì)之間有著密切的聯(lián)系，而且本身又被分為多種擁有相對獨立結(jié)構(gòu)的力量子能力，這些能力之間也存在復(fù)雜的相互影響和作用關(guān)系。目前認(rèn)為力量訓(xùn)練提高肌肉力量改善肌肉功能主要是通過肌肉肥大、改善肌肉神經(jīng)控制、肌纖維類型轉(zhuǎn)變及肌肉代謝能力增強實現(xiàn)的。專項力量訓(xùn)練被認(rèn)為是訓(xùn)練的核心內(nèi)容，是指運動員完成專項技術(shù)時神經(jīng)――肌肉系統(tǒng)表現(xiàn)出的力量。不同的專項對力量素質(zhì)的需要不同，這種需求不僅體現(xiàn)在對某一種力量能力的優(yōu)先需求方面，如快速力量或力量耐力，更多地體現(xiàn)在參與運動的肌肉和肌群的協(xié)調(diào)用力方面，各肌肉和肌群根據(jù)專項技術(shù)的用力特點和順序在運動中樞的支配下形成特定的工作“程式”。力量訓(xùn)練的目的就是使那些參與專項運動的肌肉和肌群的力量得到有效發(fā)展，并使其在工作上符合專項技術(shù)的特點，形成以專項為核心的力量素質(zhì)系統(tǒng)。

2.當(dāng)前力量訓(xùn)練器械的發(fā)展特點

現(xiàn)代體育產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，健身器械已不再是機械零件的簡單組合，而是集電子、機械、光電、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)及自動控制技術(shù)等多學(xué)科知識于一體的新型運動器械。健身者在這些器械上運動，可使訓(xùn)練質(zhì)量大大提高，但也存在著一些不足，主要有：阻力方向與運動形式基本上都是垂直方向；訓(xùn)練模式大都是身體某一環(huán)節(jié)在單個維度上的反復(fù)運動；新型力量訓(xùn)練器可以快速提高肌肉力量，但訓(xùn)練一旦停止，消退得也快，尤其是電刺激力量訓(xùn)練器；對身體動力鏈肌群的訓(xùn)練關(guān)注不夠，器械設(shè)計大多關(guān)注于環(huán)節(jié)訓(xùn)練；雖然將人體工效學(xué)及生物力學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識廣泛應(yīng)用于器械設(shè)計，但涉及個人訓(xùn)練時其參數(shù)不能因人而異地去設(shè)置改變，等等。依據(jù)器械設(shè)計中存在的不足，結(jié)合現(xiàn)代科技理論，力量訓(xùn)練器械將有如下變化：產(chǎn)品類型系列化，標(biāo)準(zhǔn)程度高，更加安全可靠；新材料、新技術(shù)、新工藝應(yīng)用于健身器械的速度加快；訓(xùn)練及健身器械廣泛的適用性與功能的針對性更加有機地結(jié)合；訓(xùn)練器械將是更多學(xué)科共同發(fā)展的結(jié)晶；力量訓(xùn)練系統(tǒng)仿真技術(shù)嶄露頭角。

3.專項力量訓(xùn)練存在的主要問題

3.1專項力量訓(xùn)練多與專項技術(shù)不吻合，不利于專項力量發(fā)展。

我國在跑、跳這類運動項目的體能訓(xùn)練中仍然缺乏對該問題的正確認(rèn)識，偏重基礎(chǔ)力量的發(fā)展，將“跑得快”、“跳得高”視為體能訓(xùn)練的唯一目標(biāo)，而忽視甚至沒有認(rèn)識到專項力量對競技運動水平的重要作用，以致我國運動員在專項力量上明顯“失衡”?，F(xiàn)實中很多教練員把“專項力量”的訓(xùn)練看成是在負(fù)重情況下對專項技術(shù)的簡單模仿。低的負(fù)荷重量顯然不利于肌肉橫斷面的發(fā)展，進(jìn)而影響到“最大力量”乃至“快速力量”的提高。目前，力量訓(xùn)練的主要方式仍然是通常被稱作“杠鈴的訓(xùn)練”的負(fù)重力量訓(xùn)練。

3.2專項力量訓(xùn)練發(fā)展的新動向缺乏深入了解，訓(xùn)練理念和方法陳舊。

杠鈴仍是我國運動訓(xùn)練中主要的力量訓(xùn)練器械。杠鈴從二十世紀(jì)三十年代就傳入我國，對我國體育發(fā)展起了極大的推動作用，幾十年來杠鈴訓(xùn)練方法在我國已形成了一套較完整的訓(xùn)練理論，教練員在實踐中運用自如，得心應(yīng)手。對于新器械訓(xùn)練的理論與方法，仍在研究探索之中，還沒有形成實踐中切實可行能出成績的訓(xùn)練方法。在運動訓(xùn)練實踐中，往往會出現(xiàn)實踐的發(fā)展快于理論的進(jìn)步，運動訓(xùn)練學(xué)的研究，特別是訓(xùn)練指導(dǎo)思想和方法方面的研究，總是忙于總結(jié)實踐經(jīng)驗，缺乏前瞻性的研究。

4.專項力量訓(xùn)練的理念思考

4.1專項力量訓(xùn)練應(yīng)通過特定訓(xùn)練形式發(fā)展主要肌群。

如前所述，專項力量是指直接參加完成專項技術(shù)動作的特定肌群和心理調(diào)控機制協(xié)同工作所產(chǎn)生的克服阻力的能力。因此，在訓(xùn)練過程中要滿足幾個條件：首先，專項中所工作的肌群是力量訓(xùn)練的靶肌群，應(yīng)當(dāng)在力量訓(xùn)練過程中，積極動員其更多的運動單位參與其中。無論采取哪一種運動練習(xí)形式，只要可以動員目標(biāo)肌群的運動單位就可以考慮作為該專項力量訓(xùn)練的內(nèi)容。目標(biāo)肌群確定后，其收縮方式還必須與專項保持一致，即肌肉是等張收縮還是等動收縮，是向心收縮還是離心收縮，從訓(xùn)練的適應(yīng)原理來看，肌肉力量應(yīng)當(dāng)通過“特定形式的負(fù)重抗阻訓(xùn)練”得到增強。例如，一般的杠鈴臥推主要發(fā)展胸大肌等胸廓前部的肌肉，而坐式上推則重點發(fā)展背闊肌和肋間肌等胸廓后部及兩側(cè)的肌群，賽艇和皮劃艇運動員就不能僅以臥推作為發(fā)展上肢力量的手段。

4.2專項力量訓(xùn)練強度應(yīng)盡可能接近專項運動強度。

專項力量訓(xùn)練方案中所設(shè)計的訓(xùn)練內(nèi)容的強度也是應(yīng)該重點考慮的事情，運動強度在專項力量訓(xùn)練中實際上反映出來的是訓(xùn)練阻力的大小。在訓(xùn)練過程中如果一味地增加阻力，這個時候由于運動強度的變化就會導(dǎo)致運動速度降低，肌肉收縮中供能系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，即專項中所需的主要供能系統(tǒng)得不到發(fā)展。例如800米跑中發(fā)揮主要作用的供能系統(tǒng)是乳酸能系統(tǒng)，有的教練員在該項目的專項力量訓(xùn)練中采用800米負(fù)重跑，結(jié)果導(dǎo)致800米的速度急速下降，有氧化系統(tǒng)供能的比例增加，800米運動成績沒有得到預(yù)期效果。專項力量訓(xùn)練應(yīng)該重視練習(xí)過程中肌肉之間和肌群之間的協(xié)作與配合。由于杠鈴負(fù)重練習(xí)在練習(xí)形式和負(fù)荷上均不可能完全與專項技術(shù)一致，因此人們開始從肌肉工作的力度上尋求力量與專項技術(shù)的銜接。

4.3正確對待制約專項力量發(fā)展的先天條件。

力量主要取決于肌肉的生理橫斷面積、肌肉的初長度和肌肉的興奮性。力量是肌肉緊張時所表現(xiàn)出來的一種能力。由于肌肉收縮時的不同情況，肌肉工作可分為動力性工作和靜力性工作，而動力性工作又可分為克制性和退讓性兩種。肌肉力量的這些特點和分類，是我們進(jìn)行力量訓(xùn)練時所必須考慮的因素。在訓(xùn)練中，要根據(jù)不同運動項目的要求對待先天制約條件，如一般運動項目中的運動技術(shù)要求存在關(guān)節(jié)角度效應(yīng)。專項力量訓(xùn)練的動作設(shè)計也會出現(xiàn)關(guān)節(jié)角度效應(yīng)，而劃艇和游泳運動項目的核心技術(shù)沒有存在關(guān)節(jié)角度效應(yīng)，即等動收縮，所以其專項力量訓(xùn)練的要求就是等動練習(xí)。

四、結(jié)語

總之，力量訓(xùn)練在經(jīng)歷了許多變革后，無論從練習(xí)器械上，還是訓(xùn)練方法上都有了較大發(fā)展，這些發(fā)展大大促進(jìn)了專項力量的發(fā)展。但是對于專項力量訓(xùn)練來說卻存在一些共性。即專項力量訓(xùn)練主要有三個方面符合專項的特點：首先，只有參與專項運動的肌肉在力量訓(xùn)練時被調(diào)動起來，肌肉才有可能得到充分鍛煉；其次，只有骨骼肌的工作方式與收縮速度和專項技術(shù)盡可能保持一致，才能夠使肌肉力量朝著專項技術(shù)的方向發(fā)展；最后，只有肌肉或肌群之間的配合與專項技術(shù)特點一致，才能夠?qū)C體各環(huán)節(jié)的肌力整合，形成正確的“用力順序”。

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