牛童
（武汉体育学院 研究生院，湖北 武汉 430079）
摘要：Vicon动态采集系统是一种当下比较新型的研究设备，它可以捕捉物体在各个时空的细微动作，并通过系统将之转化成固定模型，可以提供物体在各个时空的准确参数，如位置、角度力量等指标，将该系统运用于体育领域，对改进体育训练的方法和手段，提高教练员的训练水平和运动员的动作技能起重要的作用。
关键词：vicon动态采集系统；体育领域；应用
引言：为了更高、更强、更快的竞技体育目标，运动员要不断挑战和提高自己以提升速度和力量，必须要有刻苦的训练和科学的训练方法手段。现在，竞技运动员成绩提高的方法越来越依赖科学技术，尤其是运动捕捉技术和体育系统仿真。经过大量研究表明，运动员在训练中使用先进的科学技术，可以尽快掌握技术要领，提高训练效率，减少他们受伤的可能，促进我国竞技体育事业的健康发展。本文阐述了vicon动态采集系统在体育领域中的应用研究情况，为其在体育运动中的应用奠定理论基础，提高运动员的竞技水平。
1.vicon动态采集系统概述
1.1 vicon动态采集系统的定义
vicon动态采集系统是借助运动捕捉系统，对运动员的技术动作、战术配合及运动物体的三维运动轨迹进行实时捕捉和数字解析的一种高新技术。vicon动态采集系统是一种用于准确测量运动物体在三维空间运动状况的高技术设备，其原理基于计算机图形学，借助排布在空间中的数个视频捕捉设备(跟踪器)，将运动物体的运动状况是以图像的形式记录下来,通过计算机处理，得到不同时间计量单位上不同物体的空间坐标。从而它可以帮助教练员和运动员对技、战术运用做出评价，还可以监控整个运动训练和比赛过程，辅助裁判决策判断。
1.2 vicon动态采集系统的组成
运动捕捉设备一般由传感器、信号捕捉设备、数据传输设备、数据处理设备等四个部分组成。
传感器：它是固定在运动物体特定部位的跟踪装置，向系统提供物体运动的位置信息，其跟踪器的数目取决于运动捕捉的细致程度。
信号捕捉设备：它是负责采集、识别传感器获得的有关运动轨迹的模拟信号的硬件设备。它在机械系统中是一块捕捉电信号的线路板,在光学系统中则是高分辨率红外摄像机。
数据传输设备：旨在将信号捕捉设备获得的模拟信号转化为数字信号并将其快速准确地传输到计算机系统供其处理。
数据处理设备：它由计算机硬件设备和数据处理软件两部分构成，负责对数据传输设备传来的大量数据进行修正、以此进行三维模型建模以及动画制作，形成评价内容,服务于运动员、教练员、裁判员和体育决策部门。
1.3 vicon动态采集系统的工作原理
一般运动捕捉系统分为传感器、信号捕捉、数据传输、数据处理几个部分。其中传感器作为跟踪装置被排布在运动物体特定部位之上负责将物体运动的准确位置信息传递给系统信号捕捉设备在机械式、光学式、声学式动作捕捉系统中硬件模块不同，机械式运动捕捉系统中的信号捕捉设备为一块线路板，而光学式运动捕捉设备中的信号捕促设备是一台红外摄像机，信号捕捉的功能是采集和识别传感器传递的运动轨迹，数据传输设备负责以数字信号对信号捕捉设备传递的模拟信号进行转化并准确向上级计算机系统传输 。运动捕捉系统的数据处理设备分为两部分，即计算机硬件设备、 数据处理软件。 数据处理设备负责修正各单位传输来的相关数据声并根据数据建立三维模型、 制作运动动画。
2．Vicon动态采集系统在体育教学和运动训练中的应用
vicon动态采集系统可以捕捉运动员的动作， 进行量化分析， 研究改进的方法，还可以把运动员的动作捕捉下来，与优秀运动员的动作进行对比分析，进而帮助运动员进行训练。因此，目前运动捕捉技术在体育教学和训练中，尤其是在高尔夫球、举重、蹦床等封闭式项目中得到了广泛的应用。
2．1vicon动态采集系统在体育教学中的应用
2．1.1在体育教学资源制作中的应用
vicon动态采集系统具有能够捕捉人体真实的运动情况，提供运动轨迹和量化数据，提供多个视角及调整捕捉文件的播放速度的特点。 在高校体育教学中使用vicon动态采集系统能够使体育教学摆脱纯粹依靠经验的状态，进入科学化、数字化的时代，有利于学生对体育动作的理解和学习，而不仅仅是单纯的模仿，有利于学生运动技能的掌握，从而提高教学的质量和效率。
高校体育教学目前常用的多媒体资源多是技术影片和动画，技术动画的示范真实性与动画的制作者水平有很大关系，即使动画制作高手费时费力的制作某项技术动画， 也很难实现摄影机在短时间内拍摄的视频效果，一般的体育工作者就更难以胜任了。目前体育教学中常用的多媒体资源是影片和动画，不能对画面中的示范者和摄像机进行操控，学习者只能按照资源展示的视角和距离以及示范者展示的角度和距离来观察技术动作，不能随意观察特定技术动作的便利角度，致使学习者与资源间的交互较为被动，而vicon动态采集系统具有实时捕捉三维空间内的动作轨迹，并将动作量化为精确的数据。
2．1.2在辅助体育教学训练中的应用
在现阶段的高校体育教学中，学习者主要基于对教师动作示范的记忆而自己练习，只有当教师发现学生的错误时才能有效的纠正，这种方法效率低且不利于学生学习。Vicon动态采集系统可以先后将教师与学生的动作轨迹捕捉下来，及时向学生提供相应的反馈信息，其中为学生提供的反馈信息主要包括两个方面：一是学生所做的动作与要求完成动作的对比信息，二是如何改正错误动作使之尽可能接近标准动作的信息。这样能够起到促进学生纠正错误动作的作用，提高学习质量。
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2.2Vicon动态采集系统在运动训练中的应用
2.2.1高尔夫
高尔夫最基本的原则就是将一颗球自发球台起， 以击球方式直至其进洞为止，挥杆动作是否标准直接关系到击球的距离与效果，所以挥杆动作的练习便成为提高高尔夫球员水平的关键。传统的高尔夫球教学主要利用镜面等手段根据教练的纠正指导来达到提高挥杆动作标准性的目的。这种方法只能依靠球员自身的感觉与教练的观察来分析技术动作，球员无法看清自身挥杆动作的完整过程，也不能准确比较其挥杆动作与标准动作的差异，因此很难纠正其动作的缺点和不足，不易提高球员的挥杆水平。欧美日等发达国家，在教学和训练中已经普遍采用运动捕捉等技术使高尔夫教学直观化、智能化，从而使运动诊断技术达到定量水平。GolfSense是全球首款便携式 Golf 动作辅助训练系统，该系统能实现精准的动作捕捉和数据分析，让用户从各个角度精确地分析自己的挥杆动作。随着高尔夫球运动在国内的普及与推广，特别是一些高校己经将高尔夫球的教学纳入正规的体育课堂，高尔夫教学与练习的方法得到众多教师、教练、学员的关注。
2.2.2举重
举重是我国的传统优势项目之一，从文献调研来看，目前通过vicon动态采集系统采集举重动作，并通过计算机自动完成举重技术诊断已经成为主流方法。王全会等利用 Qualisys 运动捕捉设备完成了对陕西男子举重抓举动作技术的研究；伍勰利用vicon 红外光学捕捉系统, 同步采集抓举动作的三维运动学及地面反作用力数据，快速再现抓举动作的三维棍图与一系列相关的技术指标 (人体重心、杠铃中心轨迹、各关节角的运动变化、运动各阶段时间比等)。
3.Vicon动态采集系统在现代体育中的作用
vicon动态采集系统可以捕捉运动员的动作，便于进行量化分析，有助于人们结合人体生理学、物理学原理研究改进的方法，使体育训练摆脱纯粹依靠经验的状态，进入科学化、数字化的状态。它还可以把成绩差的运动员的动作捕捉下来，将其与优秀运动员的动作进行对比分析，从而帮助其训练，为科学训练提供准确的定量依据和量化的训练指标，从而成为提高运动水平和成绩、实现体育科研的科学依据。
3.1运动数据的捕捉
Vicon动态采集系统中的传感器不仅能感知物体运动，还可对许多变量进行精确的测量；它不仅能捕捉运动位置、速度、加速度、反应时间、距离、力、力矩、爆发力、屈曲-伸展、内收-外展、旋转和用户定义的角度，而且能够捕捉人类(包括训练器械)运动的真实数据，这是其最大优点。通常这些传感器或发射器都很不显眼、适于佩带,有些甚至还能向塔式天线发送信息，然后再由这些天线进行转播。由于其生成的运动模式基本上是主体人或器械运动的“复制品”因而效果非常逼真，人们借助这些数据可创建动态的数据模型。
3.2生理生化指标的捕获
Vicon动态采集系统(通过传感器)不仅能够捕获运动位置、运动速度、运动员反应时间、空间位置力矩、运动距离等运动数据，实际上还能捕捉生理生化以及运动心理等指标，如肌电图、心率、脉搏等指标，以及体育比赛和一般的模拟或数字数据，从而为同步动画制作或外部设备控制输出实时数据。它广泛用于竞走、自行车、滑冰、划船等运动项目。
3.3运动监控
Vicon动态采集系统不仅可以在比赛中有效地监控运动员包括对手的情况，而且可以精确实时地计测日常训练的基本运动特征。人们可通过分析数据找出差别、修正不良习惯、提高训练水平；同时还可设计出一些有效的训练动作，采用一些有效的辅助训练手段，以改正不合理的技术动作、促进运动成绩的提高。例如，耐克公司推出的微型心率监测器用于体育监测，一旦运动员的心率超过或低于预定范围，它就会向运动员发出嘟嘟的警告声，提醒运动员减速或加速。
3.4辅助裁判决断
在比赛中，由于人眼观察和大脑反应的速度跟不上对象的运动速度，因而裁判员出现漏判甚至错判的情况在所难免。而运动捕捉技术在许多场合承担了裁判员之职。例如，在温布尔登网球公开赛中使用传感器,来分析球是否出界。其做法是在球场四周覆盖条窄窄的带电铜传感器带，然后在上面覆盖一层导电聚合物,这些传感器嵌入球场的三个区域(边界内5厘米处、边界上面和边界外35厘米处)；同时,使用的网球上也有导电物质。只要球击中球场，传感器就会把数据传输给电脑，电脑会计算出网球的确切位置。这些数据会传给裁判，同时也会传输到电视屏幕上。
小结
Vicon动态采集系统已经渗透到我国动漫动画、影视以及游戏等多种领域。其在体育运动中的运用最为广泛深入。vicon动态采集系统可对体育运动员的生理生化进行实时监测，并准确捕捉运动员的训练过程，帮助提升运动员的训练水平以及加快运动员运动过程的恢复。
（1）在体育教学应用中基于vicon动态采集系统等技术发展起来的虚拟现实体育教学与训练方法，该方法运用动作捕捉系统采集人体运动数据，并将其用于生成虚拟人动画，效果非常逼真，且能保证训练的科学性。
(2）为体育运动训练手段带来变革，提高技术动作的效率和质量、辅助难度动作创新、进行错误动作诊断分析。
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[6]吴琼.运动捕捉数据辅助训练的应用研究[D].首都师范大学,2007.
作者简介：牛童（1994-），男，山西临汾人，武汉市洪山区武汉体育学院 研究生院 硕士生
论文作者:牛童
论文发表刊物:《知识－力量》2018年1月下
论文发表时间:2018/4/25
标签：动作论文; 运动员论文; 采集系统论文; 动态论文; 设备论文; 体育论文; 传感器论文; 《知识－力量》2018年1月下论文;