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数字化三维人体运动的计算机仿真
  文章来源:中国科学院院刊 发布时间:2004-05-20 【字号: 小  中  大   

该项目由科技部、国家体育总局、中国科学院、北京市科委联合组织并资助。项目承担单位:计算技术研究所。总体目标是:针对我国在2008年北京奥运会上的(准)优势项目,研究竞技体育运动的数字化三维人体运动的计算机仿真技术,并以蹦床、跳水为例,研制一套基于三维人体运动仿真技术的计算机辅助体育训练系统。旨在实现体育训练方法的两个进步和转变:从传统的以人眼观察为主到基于高精度运动捕捉与分析的人体运动测量方法的转变;从基于经验的方法到基于人体运动模拟与仿真的人体运动分析方法的转变。从而更快更有效地提高我国训练水平和运动成绩,以确保这些项目在北京奥运会上能够冲击金牌并多拿金牌。

主要进展

该项目进展顺利,在三维人体运动仿真与分析方面已经取得多项研究成果,据此研制成功辅助蹦床运动科学训练的计算机软件系统——VHTrampoline。目前该软件已在中国蹦床队试运行,为备战雅典和北京奥运会服务。该软件有别于基于影像解析的体育训练软件,它以数字化三维人体运动的计算机仿真技术、人体运动生物力学数据与真实人体运动数据为基础,以三维方式逼真模拟、设计、分析技术动作,因而具有更强的指导意义。同时,正在将这些成果应用于三维跳水运动辅助训练软件中,这些成果还可以广泛应用于体操等竞技体育运动的科学训练。目前,VHTrampoline软件已具备以下主要功能:

(1)以三维方式逼真模拟技术动作。 通过形象化的方式让运动员更容易、更快速地掌握技术动作要领,从而大幅度地提高运动员整体运动技能水平。这项技术不仅可以用于日常训练,而且还可以用于(国际)裁判培训。

(2)新动作设计与技术动作标准化。可以编辑、修改、设计新动作,通过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,用于教学与(国际)裁判培训,提高比赛成绩。

(3)技术动作分析。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”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。

(4)重心轨迹模拟。可以对运动员的成套技术动作进行分析,模拟出重心轨迹的变化,辅助教练评价运动员的技术动作,由此提高运动员的训练成绩。

(5)模拟结果与训练视频的对比。通过将运动员的训练动作与标准模拟动作显示在同一个屏幕上,并以相同视点、同步对比,可以让教练员与运动员分析动作差异,帮助高水平运动员找出技术缺点并改进,从而提高训练成绩,使得冲击金牌和多拿金牌的目标更具科学依据。

(6)动作编排模拟与设计。从模拟的单个技术动作中,教练可以挑选出需要编排的候选动作,系统将按照教练的意愿模拟编排结果,教练员可以从各种编排结果中挑选最优的编排,从而辅助教练确定备战奥运会的方案。

目前,国际上还没有基于运动仿真分析的体育运动辅助训练软件。在德国汉诺威举办的第23届世界蹦床锦标赛(奥运会资格赛)上,国际体联官员观看了VHTrampoline软件的演示,他们表示希望购买该软件用于蹦床训练与国际裁判培训,并给予了高度关注。同时,该软件于2004年3月参与了CCBN数字奥运主题展览,并于4月参与了国家体育总局组织的体育信息产品展览,受到奥组委和体育部门领导的好评。

此外,三维人体运动的仿真与分析仍然是一个研究难点和热点问题。国内外同行虽然在人体运动模拟方面已有一些结果,但是由于其计算复杂度高或需要人为设定繁琐的参数而难以满足实际需要。项目组在这方面做出了有特色的工作,并已将结果

付诸实际应用。目前,正在向国内外学术会议和刊物提交研究成果,与国内外同行交流,以促使该项研究不断深入。

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