基于X3D的篮球辅助教学平台设计

【摘 要】本文介绍了一个基于X3D技术的篮球辅助教学平台的设计与实现,该教学系统主要使用虚拟现实技术和二维三维动画技术来实现篮球战术和技术动作的多方位展示,使技术动作更加直观,辅助学生学习技术动作和战术配合,从而解决了中学篮球教学中的教育有效性问题.

【关 键 词】体育教育；篮球；X3D；教育有效性

0引言

伴随着现代竞技体育的迅速发展和科技日新月异的更新,三维图形技术开始越来越受到人们普遍的关注,其直观真实的视觉感受使得虚拟现实技术应用在体育教学中也取得了广泛应用[1].篮球在传统体育项目中属于难度较大,教学比较困难的运动项目之一,这便需要一种更直观有效的教学方式和手段.传统的篮球教学主要是通过教师的讲解和示范来进行,教师不能全方位的示范展示,而且利用普通图文讲解的方式并不能让学生很好的理解和掌握篮球动作和战术.

将虚拟现实技术运用到篮球的课件制作和课堂教学中,学生就可以更加直观地学习技术动作的完整过程,而且由于这种过程是用计算机控制的,所以学生可以通过调整速度、不断地、反复地、有选择地从不同角度观看甚至亲临现场参与动作过程.

X3D标准是XML标准与3D标准的有机结合,X3D被定义为可交互操作,可扩展,跨平台的网络3D内容标准[2].Web3D联盟发布的国际标准X3D具有的高度可扩展性,使开发人员可以根据自己的需求来扩展其功能,同时X3D整合了Ja3D、流媒体、XML等先进技术,X3D为互联网3D图形的应用提供一个有益的选择.

1辅助教学平台的优势

计算机辅助教学能够通过计算机图形、声音和动画等相结合使复杂的教学内容变的直观易懂,真正能够做到因材施教.但是,由于2D平面的素材可能不足以展示课程内容,特别是在体育课程这种演示难度较大的课程中更难每个角度都观察到运动员动作,可以利用虚拟现实语言和相关3D软件相配合开发出一个三维的篮球辅助教学平台,利用对虚拟人物动画的控制,来全方位地展示相关篮球技术动作和一些常用的篮球战术,相比于现在的教学方式,能够大大提升学生上课的兴趣,还能避免学生们在日常练习中没有必要的受伤,从而使学生们能够更加清楚直接地学习并掌握篮球这项运动[3].

在教学中,学生还可以根据自己的意愿选择技术动作进行模拟练习,也可以根据模型库里面的虚拟人的技术要求进行身体语言交流.体育辅助教学系统不仅能弥补现代教学训练条件的不足（比如在教学训练中,往往因为天气、场地、器材、经费等方面的原因,从而使一些教学和训练课无法进行）,而且还能避免高难度和复杂的技术动作所带来的运动伤害,甚至能彻底打破空间、时间的限制,足不出户就可以观看全世界优秀运动员的技战术和世界著名教练员的技术指导和体验现代体育理念

2篮球辅助教学平台的设计实现

篮球辅助教学系统主要使用虚拟现实技术和三维建模以及三维动画技术,将篮球课堂中难以表达的各种技术动作和基本的篮球战术以虚拟现实的手法放到体育教学平台中展示出来,方便中小学篮球课堂教学和学习.系统主要由虚拟人物角色、虚拟篮球场景、角色模拟篮球技术动作相关动画、篮球战术的模拟和一个用于对外开放的体育辅助教学平台构成.

2.1人体模型建立

人体建模最重要的一点就是掌握好身体各部位的比例,以免最后做出来的模型缺少真实感.因此在正式开始建模之前,需要获取角度和清晰度都非常好的人体三视参考图,它往往能够影响模型最后的效果和逼真程度.无论是通过照相机获取的照片还是网上下来的参考图片,往往都不能当作标准参考图使用在Maya软件中,需要将在Photoshop软件中处理后,使图片比例符合一定的真实性才能开始的建模工作.

2.2骨骼绑定

好的动画在于角色可以做出的动作,而能够做出丰富动作的角色则由模型和骨骼来共同决定,所以模型的骨骼的设置十分重要.复杂的角色动画在制作之前都离不开3个部分：皮肤服装、骨骼和控制器；其中控制器控制骨骼,骨骼控制皮肤服装的变化[4].骨骼设置的重点在于骨骼的搭建要符合皮肤服装的纹理,而骨骼与控制器之间的配合则决定了角色能够做出动作的流畅程度.在布线与骨骼都合理的情况下,人物能够做出的细节动作就越多越丰富,在排除模型影响的情况下拥有一副优秀的骨骼控制系统则是决定人物动作流畅自然的基本保证.

2.3篮球技术动作制作

在拥有了一个完全绑定好的人物模型后,接下来就可以开始角色动画的制作.例如,进行投篮技术动作制作时,在开始投篮动画的制作之前,首先需要分析投篮的技术规范,即分析在投篮动作中身体的各个骨骼和部位是如何相互协调做出投篮动作的.然后可以在Maya软件中调整人物模型相应参数,得到合适的参数值,使整个投篮动作显得自然真实,就能够得到想要的投篮教学动画效果.

2.4篮球战术制作

篮球训练以及比赛中教练通常使用战术板指挥,系统战术模块模仿这一习惯采用俯视图的形式,以点对点的状态来模拟篮球进攻与防守中的几个基本战术.利用对点的路径动画设计以及脚本控制,配合文字实时显示战术板内容,来呈现一个直观且美观的篮球战术模拟课堂.

首先,使用利用flash制作出多套合理的篮球战术模拟,并且加以文字层和脚本控制层的配合,将复杂的篮球战术一目了然的呈现在眼前.制作好各套篮球战术后,利用脚本控制,点击二级导航的某个战术项目,则会播放相应战术的影片剪辑,达到篮球战术教学课堂的目的.然后,对界面进行完善和美化,使用顶视图投射点模拟篮球运动员,改变背景颜色使其更符合课堂教学的概念.

2.5后期制作

后期制作主要包括将做好的动画渲染导出、将人物模型及场景模型导出为.x3d格式[5],在X3D编辑器中进行编辑,创建节点和光源,以及篮球战术以顶视图形式用flash软件制作,最后利用X3D技术在体育辅助教学平台中实现,就可以发布到网页中进行展示,方便学生在线浏览.

3结论

系统设计了三维篮球运动场,完成篮球基础技术动作和战术的动画制作和演示,搭建了一个具有美观性的可扩展体育辅助教学平台.针对中小学篮球课堂教学的三维体育辅助教学平台目前在国内使用较少,而利用三维动画辅助篮球的教学和训练是可行和有效的,可以提高学生的课程掌握能力,提高篮球教学训练的科技含量,实现课堂教育的有效性.

【参考文献】

[1]张新荣,葛超.三维动画技术在体育教学训练中的发展趋势[J].辽宁体育科技,2006（1）.

[2]李涛,朱海莲.基于虚拟环境模拟篮球战术的动态展示[J].宁波教育学院学报,2008（12）.

[3]杨眉.基于X3D和Ja的虚拟人体运动仿真的研究[J].软件导刊,2009（9）.

[4]李磊.体育解析系统中虚拟人动作的编辑、修改及视频合成[D].河北工业大学,2005.

[5]王雪.基于JaScript实现X3D三维空间信息的交互式表达[J].计算机与网络,2009（2）.

[责任编辑：丁艳]