1、仿真技术在篮球多媒体教材中的应用摘要：本文阐述了仿真技术在篮球教学、训练中应用的意义，仿真技术实现篮球技、战术的三维动画方法，以及可应用于网络的多媒体程序设计。关键词：仿真技术；篮球；应用1.仿真技术在篮球教学、训练中的意义我们知道现代篮球在技、战术与篮球规则的相互促进和制约过程中不断发展和提高，而从事篮球运动普及与提高的教师和教练员并不是每个都是技术拔尖，技术动作也并不都是规范合理的，即使是国手级人物，他们也因退役后在二线而从事教学、训练工作，随着年龄的增长和技术、身体素质的逐渐退化，有时也很难在教学和训练中完成正确的示范动作，通常都是通过学员反复练习和教员不断提示的反馈过程来实现掌握正确技
2、术动作的目的；许多战术内容也较复杂多变，教员一时也很难在许多交叉线条图中分清战术行动方向和行动时机，许多教员都是通过经验阅读和理解战术线路图。仿真技术作为一种崭新的科学技术它给现代篮球教学和训练提供了崭新的理念和教学平台，它不仅打破时空的限制使得我们可以多角度或任意角度地观看和展示科学、合理、规范的优秀篮球运动员的技术动作，也可以连续动态地演示战术配合线路，从而避免了传统篮球教学与训练讲示的缺陷，克服了篮球教材中以静态形式表述动态篮球技术战术内容上的不足。在教学和训练过程中,学员通过直接生动的视听图像有利于清晰形象思维，建立规范合理的技术动作概念，也有利于激发运动员的学习和训练的兴趣和认知主体
3、作用的能力。2.篮球技术动作三维动画的仿真方法篮球技术动作的仿真动画主要是通过三维人体模型的建立；骨骼的建立和关节功能的设定；骨骼和人体模型的蒙皮与绑定，以及角色的设定；虚拟球场空间及环境的制作；优秀篮球运动员的动作仿真；非线性技术动作的组合编辑；三维动画的渲染与输出几个步骤来实现。2.1 三维人体模型的建立3dmax是目前最为流行的三维图形和动画软件，在许多插件的辅助下，它虽具备了较全面的功能，但在人物和角色动画方面仍不如被电影制作广泛应用的Maya软件，我们可以在许多电影中看到Maya的超凡功能。Maya虽然有很强的建模和动画功能，但是在人物建模方面还是比较繁琐。Poser是目前最好的人物
4、造型软件，可以轻松制作出不同形体和模样人物形象。我们可利用软件的特点，用Poser建立人体模型。然后将人体模型导入Maya软件环境，对皮肤材质重新复原。利用Maya强大的毛发仿真和布料仿真功能为人体模型设计发型和服装，服装的花边色彩可轻松地通过服装的UV坐标实现（见图1） 。2.2 骨骼与关节功能的建立人体模型的动画是通过骨骼和关节功能来图 1图 2实现的，建立符合人体功能的骨架和关节是实现仿真动画的关键。首先，以人体模型作为模版分别建立下肢、上肢、躯干的骨骼，然后将下肢骨连接在躯干根骨上，将上肢骨连接在躯干的胸颈骨间，形成完整的人体骨架。其次，建立膝关节和肘关节的动力学IK关节联动手柄，对指
5、、腕和前脚掌进行屈伸约束，创建膝、肘关节定位器和主要关节的操作器并移出人体模型外，以便选择操作（见图2）。2.3 蒙皮与绑定及角色的设定蒙皮和绑定是将人体模型与骨骼连接起来，并受相关骨骼影响的权重设定，它直接关系到骨骼运动对人体表面的变形影响，通过蒙皮点权重的编辑可以完善蒙皮与绑定的效果。角色的设定是为了仅保留人体运动的应有功能，剔出缩放、和部分骨关节的移动和旋转功能，以使动画记录更节省花，动画编辑时更简洁清晰，不受一些不相关因素的影响。另外，角色的设定可有效地记录与保存动画片段，通过非线性编辑功能可作组合、开发出复杂的动画。2.4 虚拟球场空间及环境制作虚拟球场空间和环境是为了给人物仿真动画
6、提供一个虚拟的真实场景，它主要是建模、材质和灯光的连接与运用。球场环境空间建好后，将运动员角色引入。注意关闭不必要的阴影、反射，以减少计算机不必要的运算。2.5 仿真动画的制作通常仿真动画是通过运动捕捉系统，对优秀运动员动作轨迹的记录，然后将动作轨迹附给人物模型实现仿真动画。但是运动捕捉系统的设备和优秀运动员的借用都非常昂贵，这使科研和制作动画的成本难以承受。本文是通过裁剪优秀运动员在比赛中的技术动作片断作为模版进行仿真动画的制作，这些比赛中的技术动作片断由于拍摄角度、距离、遮挡等因素很难直接、完整、清晰的展示技术动作。但将这些技术动作的关键帧作为模版，用虚拟的运动员角色进行模仿，完成后即可在
7、三维的任意角度和距离观看和输出动画（见图3）。2.6 非线性动作组合与编辑非线性编辑可以不受时间限制，分层和混合角色动画序列。在篮球技术动作动画制作时，我们只需制作短小的技术动作片段，然后通过非线性组合编辑，即可创造出完整复杂的技术动作，而这些动画片段可以重复与不同片段组合。例如运球跑：我们只需制作一个图 3图 4跑动周期动画片段，即可在编辑时按需要任意扩展循环周期，并可加快和放慢动画。又例：我们有一个停步跳投和一个体前变向运球动的画片段，在编辑时只需在体前变向运球后加入停步跳投，即可完成变向运球停步跳投的组合技术动作。技术动作变异组合应用是篮球运动重要特征。非线性编辑有利于我们完成和试验各种
8、技术动作组合（见图4）。2.7 三维动画的渲染与输出三维动画的渲染如同在虚拟仿真环境下拍摄影片。首先，我们必须选择或加入一个我们所需的摄像机，摄像机参数可以设定，也可将摄像机的位置角度、镜头的拉伸、光圈的变化等参数制作成动画。其次，根据需要确定渲染影片或图片序列，确定渲染文件的格式和分辨率，以及特殊的宽高比，最后确定输出位置。3. 可应用于网络的多媒体程序设计Flash动画交互程序开发软件是目前网络应用最广泛流行的，它为克服网络速度而牺牲了影像质量，但还是可以接受。因此，在多媒体动画交互程序开发时，要尽可能拆分程序片段（本文所述共拆分六十六个片段），通过交互命令来装载所需程序片段来实现整体互动
9、。3.1 主控接口的设计主控接口主要起交互导航作用，它以篮球教材内容为依据，设置篮球理论篇、篮球技术篇、篮球战术篇、篮球裁判篇四个分接口交互入口（见图5）。3.2 篮球理论篇的设计篮球理论篇以理论内容为依据共设了篮球概述、篮球运动基本特征、篮球运动机能分析、篮球战术配合分析四个分支交互入口（见图6）。3.3 篮球技术篇的设计篮球技术篇共分传球、运球、投篮、突破、防守五大类图 5 图6图7图 4三十五项技术动作，每项技术动作首帧都是技术动作连续图，动画一般都是三个角度的演示，并可在偶数帧暂停，以利于讲解和观摩。为保证影像在Flash环境中播放的流畅性，须将影像格式转换成Flash专用播放格式。另
10、外还编制了五大类技术集锦（见图7）。3.4 篮球战术篇的设计篮球战术篇共设了进攻与防守基础配合、半场整体进攻与防守四大类三十二项内容与战术动画，在十项分类内容中设置了讨论程序，在这个程序中球与十个队员可任意移动摆放，以利于讨论不同战术方法（见图8）。3.5 篮球裁判篇的设计在篮球裁判篇共设了篮球规则、裁判方法、裁判手势、三对三半场比赛规则四大类十八项内容。裁判方法和部分篮球规则采用动画演示，三类三十八个裁判手势（包括报号码）均采用动画演示（见图9）。4.综述虽然虚拟现实与仿真技术是一项新兴的科学技术，它在体育运动中的应用才刚刚开始，有待于我们体育工作者的合作研究与开发，但它在科研、辅助教学设计
11、、模拟与分析等方面已显示出它巨大的潜力。仿真技术在现代篮球技、战术的教学和训练中的应用将有着广阔的空间和不可估量的影响。4.1 辅助教学与设计虚拟仿真技术作为一种崭新的科学技术，它不仅弥补了现代篮球教学方式的不足，同时也丰富了教学手段和方法，现代篮球技、战术复杂多变，教师和教练员在教学和训练时，有时很难用简洁的语言来表达清楚这些复杂变的技战术，用虚拟仿真技术我们可以仿真出世界上最优秀的运动员的三维技术动作。 通过虚拟仿真技术逼真的、形象化的展示技术动作，不但可以让运动员更容易、更快速地掌握技术动作概念，从而促进运动员技术水平提高。建立虚拟仿真人物和虚拟环境。而且可以编辑、修改、设计新动作，通过
12、该工具还可以让教练员设计出自己头脑中“理想”的动作，据此建立标准技术动作库，用于教学、训练与培训。4.2 技术分析与科研可以对技术动作做量化分析，并以图形方式展示分析结果。包括位移、速度、力等。在此基础上，可以对“理想” 的技术动作与运动员技术动作做深层次的分析，并给出运动员改进技术动作的指导性意见。图 9图84.3 战术模拟和分析现代篮球技战术丰富而复杂多变，利用仿真技术教练员可以虚拟对手的战术变化和特点，以直观逼真的3D动画仿真技术展示出来，这样运动员便能很形象，生动的观察到对手的战术特点，从而教练员根据对手的特点，有针对的制定出相应的破解战术和对策，这样在比赛中更容易取得比赛的胜利。目前，尽管虚拟现实与仿真系统的硬设备还比较昂贵，虚拟现实与仿真技术尚未能普及。但是，随着虚拟现实与仿真技术的不断发展和完善，以及硬设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实与仿真技术作为一个新型教学平台，以其自身强大的教学、科研优势和潜力，将会逐渐受到篮球工作者的重视和青睐，最终会在篮球领域广泛应用并发挥其重要作用。参考资料：Poser5软件 Maya6软件 Flash mx软件 3dmax5 软件
