體育三維展示技術：以太極拳交互平颱為例 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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周彤 著

圖書標籤:

• 體育科技
• 虛擬現實
• 增強現實
• 人機交互
• 太極拳
• 運動訓練
• 三維展示
• 數字媒體
• 計算機圖形學
• 健康科技

齣版社： 中國地質大學齣版社

ISBN：9787562538516

版次：1

商品編碼：12194945

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-12-01

用紙：膠版紙

頁數：201

字數：330000

正文語種：中文

內容簡介

　　我們處於一個信息錶現形式多樣化的時代，多媒體技術的創新正挑戰著我們傳統的信息傳播方式。體育領域也需要新技術的滲入，如何利用多媒體技術輔助傳統體育教學和訓練，是眾多體育組織和單位麵臨的共同問題。而這個問題的解決又依賴兩方麵的技術：一是對體育的專業技術要求，特彆是對技術動作的錶現方式和教學方法的運用；二是能將技術動作進行數字化處理，並能通過多種平颱進行展示。因此，尋求一個閤理可靠的體育多媒體展示解決方案是目前體育領域的熱點與重點。
　　一、為什麼要選擇太極拳？
　　體育運動項目數量龐大，我們目前還沒有能力將所有的體育項目技術動作進行數字化處理。鑒於以下原因，我們選擇太極拳作為本課題的研究對象。
　　(1)太極拳是我國民族傳統文化重要的組成部分，由於其起源和發展中融入瞭中國的文化內涵和哲學思想，成為*能體現中國傳統思想文化的拳術。太極拳在國內有著廣泛的群眾基礎，伴隨中國改革開放的不斷推進，太極拳在國外也已不斷推廣和普及，深受國內外武術愛好者的喜愛。
　　(2)太極拳運動對環境的要求不高，在麵積不大的空間即可完成整套動作，這為數字化采集工作帶來瞭極大的便利，同時由於技術動作的特點是"剛柔相濟，快慢相間"，也將大大提高動作捕捉的精度和準確度。
　　(3)科技的發展改變瞭人們認識事物的傳統方式，人們更希望愉快地學習，動作捕捉技術的成熟與應用，使人們與計算機的交互有瞭新的選擇，傳統的教授和學習太極拳的方式已很難再滿足人們的需求。

作者簡介

　　周彤，男，1977年生，湖北武漢人，碩士研究生，武漢體育學院副教授，中國體育科學學會會員。主要從事多媒體技術在體育領域中的應用研究，主編教材1部，主持省部級課題2項，廳局級課題3項，在各級學術刊物公開發錶多篇學術論文。

內頁插圖

目錄

第一章 太極拳教學發展現狀
第一節 太極拳運動發展簡史
第二節 太極拳運動特點
第三節 太極拳的發展瓶頸
第四節 展望未來

第二章 人體運動仿真技術現狀
第一節 人體運動仿真的應用領域
第二節 計算機模擬人體運動的關鍵技術
一、人體模型構建技術
二、骨骼與皮膚綁定技術
三、運動控製方法
四、運動捕捉技術

第三章 太極拳動作分析
第一節 受影響關節分析
一、太極拳的基本動作
二、以二十四式太極拳作為代錶性的研究對象
三、二十四式太極拳動作中各主要關節部位的活躍情況
第二節 生物力學角度分析

第四章 開發平颱應用技術介紹
第一節 Unity3D
第二節 3ds Max建模技術
一、基礎建模
二、高級建模
第三節 Kinect開發技術
一、Kinect設備硬件結構
二、Kinect for Windows SDK簡介
三、Kinect骨骼追蹤技術

第五章 平颱設計與實現
第一節 平颱設計
一、設計思想
二、設計目標與原則
三、係統的總體結構
四、技術路綫
五、接口設計
第二節 平颱實現
一、專業太極拳運動數據的采集
二、人體模型的建立
三、腳本編寫
四、太極拳學習-反饋功能模塊實現
參考文獻

前言/序言

　　我們處於一個信息錶現形式多樣化的時代，多媒體技術的創新正挑戰著我們傳統的信息傳播方式。體育領域也需要新技術的滲入，如何利用多媒體技術輔助傳統體育教學和訓練，是眾多體育組織和單位麵臨的共同問題。而這個問題的解決又依賴兩方麵的技術：一是對體育的專業技術要求，特彆是對技術動作的錶現方式和教學方法的運用；二是能將技術動作進行數字化處理，並能通過多種平颱進行展示。因此，尋求一個閤理可靠的體育多媒體展示解決方案是目前體育領域的熱點與重點。
　　一、為什麼要選擇太極拳？
　　體育運動項目數量龐大，我們目前還沒有能力將所有的體育項目技術動作進行數字化處理。鑒於以下原因，我們選擇太極拳作為本課題的研究對象。
　　(1)太極拳是我國民族傳統文化重要的組成部分，由於其起源和發展中融入瞭中國的文化內涵和哲學思想，成為最能體現中國傳統思想文化的拳術。太極拳在國內有著廣泛的群眾基礎，伴隨中國改革開放的不斷推進，太極拳在國外也已不斷推廣和普及，深受國內外武術愛好者的喜愛。
　　(2)太極拳運動對環境的要求不高，在麵積不大的空間即可完成整套動作，這為數字化采集工作帶來瞭極大的便利，同時由於技術動作的特點是“剛柔相濟，快慢相間”，也將大大提高動作捕捉的精度和準確度。
　　(3)科技的發展改變瞭人們認識事物的傳統方式，人們更希望愉快地學習，動作捕捉技術的成熟與應用，使人們與計算機的交互有瞭新的選擇，傳統的教授和學習太極拳的方式已很難再滿足人們的需求。
　　二、本書有什麼內容？
　　本書試圖介紹新的交互技術和方法，為體育技術動作的學習和研究提齣新的思路和解決方案。全書共分5章。第一章是對太極拳的起源及發展的介紹，旨在說明太極拳數字化保護是目前太極拳發展的必然趨勢；第二章是對人體模型建模技術、骨骼綁定技術和運動控製方法進行理論介紹，使讀者對人體運動仿真技術的研究內容和方嚮有所認識；第三章是在經過大量文獻資料查閱的基礎上，綜閤各方觀點對太極拳技術動作從影響關節和生物力學兩個方麵進行動作分析；第四章是對本研究成果之一的軟件平颱所需開發技術進行介紹，包括展示平颱所需的主要開發引擎Unitv3D、人體模型的搭建以及濛皮綁定工具3dsMax和人機互動所需的Kinect設備及其開發技術等方麵的介紹；第五章是對本課題設計平颱的創建過程，以及模型創建和太極拳數字化采集過程進行詳細說明，並將本平颱核心程序代碼進行瞭說明。
　　三、緻謝
　　本書的研究工作得到瞭武漢體育學院青年教師科研基金的資助。在此筆者要感謝同仁們的幫助和支持；感謝中國地質大學齣版社為本書齣版付齣的辛勤勞動。書中有部分內容參考瞭有關單位或個人的研究成果，均已在參考文獻中列齣，在此一並緻謝。
　　由於本書追求的目標是介紹當前較新的技術和方法，這給撰寫本書增加瞭難度，鑒於筆者水平有限，雖幾經改稿，書中錯誤和不足之處在所難免，歡迎廣大讀者不吝賜教。

體育三維展示技術：以太極拳交互平颱為例 內容梗概 本書深入探討瞭體育三維展示技術的理論基礎、核心方法以及在具體應用中的實踐探索。聚焦於以太極拳這一極具文化底蘊和動作精妙性的傳統體育項目，本書詳細闡述瞭如何利用先進的三維建模、動作捕捉、渲染引擎、交互設計等技術，構建一個集教學、展示、練習、評估為一體的沉浸式太極拳交互平颱。 第一部分：理論基石與技術前沿 第一章：體育三維展示技術概述 1.1 體育展示的演進與需求： 迴顧體育展示從二維平麵到多媒體，再到如今的三維沉浸式體驗的演變曆程。分析當前體育領域對於更直觀、更生動、更個性化展示方式的需求，例如運動技能的精準還原、戰術的動態模擬、賽事的迴顧與分析等。 1.2 三維展示技術的概念與範疇： 界定三維展示技術的內涵，包括但不限於三維建模、數字人、虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混閤現實（MR）、實時渲染、物理仿真等關鍵技術。闡述這些技術如何為體育內容帶來更強的空間感、真實感和交互性。 1.3 三維技術在體育領域的潛在應用： 廣泛探討三維技術在不同體育項目中的應用前景，如足球戰術分析中的球員運動軌跡可視化，籃球比賽中的實時數據疊加與戰術演示，遊泳訓練中的水流模擬與動作糾正，以及體操、跳水等項目中的高難度動作分解與賞析。 1.4 本書的研究範疇與價值： 明確本書聚焦於構建一個具體的太極拳交互平颱，以此為切入點，係統性地展示三維技術的集成與創新應用。強調本書的理論價值在於梳理和整閤現有技術，實踐價值在於提供一個可操作的案例，為未來體育三維展示技術的進一步發展提供參考。 第二章：三維建模與場景構建 2.1 體育運動場景的三維建模方法： 介紹主流的三維建模技術，包括多邊形建模、NURBS建模、掃描建模等，並分析其在體育場景構建中的適用性。討論如何高精度地建模體育場地（如太極擂颱、演武場）、器械（如太極劍、太極扇）以及人物模型。 2.2 數字人建模與骨骼綁定： 重點闡述數字人建模的流程，包括模型創建、UV展開、貼圖繪製等。深入講解骨骼綁定（Rigging）技術，這是實現角色動作動態的關鍵。介紹如何為太極拳人物創建符閤人體解剖學的骨骼係統，並設置IK/FK控製器，為後續的動作捕捉數據驅動奠定基礎。 2.3 虛擬環境的材質與光照設計： 探討如何通過PBR（Physically Based Rendering）等材質技術，模擬真實世界中物體錶麵的光學屬性，提升模型的真實感。講解虛擬場景中的光照係統設計，包括全局光照、陰影投射、反射摺射等，以營造富有氛圍感的太極練習環境。 2.4 性能優化與資源管理： 討論在實時渲染場景中，模型麵數、貼圖分辨率、材質復雜度等對性能的影響。介紹 LOD（Level of Detail）技術、紋理壓縮、批量渲染等優化策略，確保平颱在不同硬件設備上都能流暢運行。 第三章：動作捕捉與動畫閤成 3.1 動作捕捉技術原理與類型： 詳細介紹光學動作捕捉、慣性動作捕捉、標記點動作捕捉等主流技術。分析不同技術的優缺點，以及在體育運動捕捉中的應用考量，例如精度、自由度、場地要求等。 3.2 太極拳動作的采集與處理： 針對太極拳舒緩、連貫、蘊含內在力量的特點，探討適閤的動作捕捉方案。重點講解動作數據采集的流程，包括標記點放置、動作錄製、數據清理與校準。 3.3 動作數據的驅動與校正： 解釋如何將采集到的動作捕捉數據驅動數字人模型，實現動作的實時播放。討論動作數據在骨骼綁定上的映射關係，以及如何處理數據中的噪點、抖動等不完整性。 3.4 關鍵幀動畫與程序化動畫的結閤： 除瞭動作捕捉，還可能需要手動製作一些輔助動畫（如錶情、身體微調）。介紹關鍵幀動畫的基本原理，以及如何與捕捉數據進行融閤。探討程序化動畫在生成重復性動作或復雜身體協調方麵的潛力。 第四章：交互設計與用戶體驗 4.1 沉浸式交互理論： 探討用戶在虛擬環境中的感知、認知和行為規律。分析沉浸感（Immersion）與存在感（Presence）的概念，以及如何通過有效的交互設計來提升用戶體驗。 4.2 虛擬現實（VR）與增強現實（AR）在體育交互中的應用： 詳細介紹VR和AR技術的核心原理，以及它們在體育交互平颱中的不同應用方式。例如，VR可以提供完全沉浸式的練習體驗，AR則可以將虛擬教練或動作指示疊加到現實環境中。 4.3 基於自然交互的太極拳操作： 設計符閤太極拳練習特點的交互方式，例如通過VR手柄模擬雙手動作，通過體感設備捕捉身體姿態。探討手勢識彆、語音控製等未來可能的交互模式。 4.4 用戶界麵（UI）與用戶體驗（UX）設計： 設計簡潔直觀的UI，方便用戶進行模式切換、參數調整、內容選擇等操作。注重UX設計，確保用戶在使用平颱時感到流暢、舒適，並能有效地達成學習和練習目標。 第二部分：以太極拳交互平颱為例 第五章：太極拳的動作解析與三維化 5.1 太極拳基本功與套路分析： 深入解析太極拳的幾個主要流派（如陳式、楊式、武式等）的典型動作要領，包括身法、步法、手法、眼神、氣息等。 5.2 動作的關鍵幀提取與姿態定義： 針對太極拳的每個招式，識彆齣關鍵的姿態點和動作過渡。例如，“起勢”的開閤，“摟膝拗步”的重心轉移與手臂協調。將這些關鍵姿態作為動作捕捉數據處理和動畫閤成的依據。 5.3 虛擬教練的動作復現： 如何將采集和處理後的太極拳動作數據，精確地驅動數字人模型，使其能夠以高保真度復現教練的動作。關注動作的流暢性、節奏感以及與招式名稱的對應。 5.4 動作分解與慢動作迴放： 為學習者提供將復雜動作分解成若乾階段的能力，並支持不同速度的慢動作迴放，幫助用戶深入理解動作細節。 第六章：平颱核心功能設計與實現 6.1 交互式教學模塊： 6.1.1 動作演示與講解： 提供多種角度的動作演示，包括三維視角切換、局部放大、動作序列播放等。結閤語音講解、文字提示，深入剖析每個動作的要點。 6.1.2 虛擬教練陪練： 用戶可以選擇不同的虛擬教練（根據動作風格、熟練度設定），進行一對一的模擬練習。平颱可以根據用戶的錶現提供即時反饋。 6.1.3 套路學習與練習： 支持用戶按照標準套路進行練習，平颱可以同步播放套路分解，並記錄用戶的完成度。 6.2 動作捕捉與姿態評估模塊： 6.2.1 用戶動作捕捉與識彆： 利用攝像頭或體感設備，捕捉用戶的實際動作。通過姿態估計算法，將用戶的身體姿態與標準動作進行比對。 6.2.2 實時反饋與糾錯： 當用戶動作齣現偏差時，平颱能夠即時給齣提示，如“手臂抬高”、“重心下移”等。通過可視化方式（如在用戶數字人模型上標示錯誤點），幫助用戶理解問題所在。 6.2.3 動作評分與能力評估： 根據用戶動作的準確性、流暢性、節奏感等維度，進行量化評分。生成詳細的練習報告，幫助用戶瞭解自己的進步情況和需要改進的地方。 6.3 沉浸式練習與環境模擬： 6.3.1 多樣化的練習場景： 提供不同風格的練習環境，如室內演武廳、戶外山林、江邊小徑等，營造沉浸式的練習氛圍。 6.3.2 互動式環境元素： 引入一些簡單的互動元素，如風吹動樹葉、水麵漣漪等，增強環境的真實感和生動性。 6.3.3 挑戰模式與趣味性設計： 加入一些小挑戰，如在規定時間內完成特定套路，或在虛擬場景中與虛擬對手進行模擬對練，增加練習的趣味性和動力。 第七章：技術實現與係統架構 7.1 遊戲引擎選擇與集成： 討論選用Unity或Unreal Engine等主流遊戲引擎的優勢，以及如何利用其強大的渲染、物理、腳本等功能來實現平颱的核心。 7.2 三維模型導入與優化流程： 詳細描述如何將之前構建的三維模型、骨骼動畫導入到引擎中，並進行必要的性能優化。 7.3 動作捕捉數據接口與處理： 介紹如何與不同的動作捕捉硬件設備對接，以及如何實時處理和解析捕捉數據。 7.4 交互邏輯與事件驅動： 設計平颱的核心交互邏輯，例如用戶輸入、動作反饋、狀態切換等。采用事件驅動的編程模型，確保係統的高響應性和穩定性。 7.5 跨平颱部署與兼容性考慮： 探討平颱在不同硬件設備（如PC VR、一體機VR、手機AR）上的部署策略，以及如何保證良好的用戶體驗。 第八章：應用前景與發展展望 8.1 太極拳教育與推廣： 論述該交互平颱在傳承和推廣太極拳文化方麵的巨大潛力，尤其是在海外推廣和大眾普及方麵。 8.2 康復訓練與健康管理： 探討將太極拳的康復和養生功效與三維技術相結閤，為老年人、慢性病患者提供個性化的康復訓練方案。 8.3 體育競技與科學研究： 展望該技術在分析運動員動作、優化訓練方法、開展體育科學研究方麵的應用。 8.4 未來發展方嚮： 8.4.1 更精細的動作捕捉與AI分析： 引入更先進的AI技術，實現更精準的動作識彆、意念捕捉，以及更深度的運動模式分析。 8.4.2 社交化與多人互動： 開發多人在綫練習模式，用戶可以一起練習、交流，增強學習的社交性和趣味性。 8.4.3 深度個性化與自適應學習： 基於用戶數據，平颱能夠為用戶量身定製訓練計劃，實現真正的自適應學習。 8.4.4 拓展至其他體育項目： 將本平颱的技術框架和設計理念，遷移應用於其他具有復雜動作和深厚文化底蘊的體育項目。 結論 本書通過對體育三維展示技術的深入剖析，以及以太極拳交互平颱這一具體應用的詳細闡述，旨在為讀者提供一個全麵瞭解和掌握相關技術及其應用價值的平颱。我們相信，隨著三維技術的不斷發展和普及，體育展示將迎來更加輝煌的未來。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實引人注目，那種深邃的藍色調配上簡約的幾何圖形，立刻讓人聯想到高科技與傳統文化的碰撞。我原本以為這會是一本晦澀難懂的專業技術手冊，畢竟“三維展示技術”聽起來就足夠硬核瞭，但翻開第一頁，那種流暢的敘事節奏和清晰的邏輯結構，瞬間打消瞭我的顧慮。作者在引言部分巧妙地搭建瞭一個宏大的背景，將虛擬現實、增強現實這些前沿概念與太極拳這一古老功法聯係起來，不是生硬地堆砌術語，而是用一種講故事的方式，娓娓道來技術如何賦能傳統藝術的傳承與創新。尤其是關於數據采集和模型構建的部分，作者沒有止步於理論探討，而是結閤實際案例，細緻地剖析瞭如何將人體運動的微妙之處，通過傳感器和軟件轉化為可交互的三維數據。這使得即便是對計算機圖形學不太熟悉的讀者，也能大緻領會其技術實現的精妙之處。書中對未來應用場景的展望也十分大膽且富有遠見，預示著這種技術不僅能服務於武術愛好者，更可能滲透到康復醫學、數字博物館等多個領域，其前瞻性令人印象深刻。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的排版和插圖質量也值得稱贊。對於一本技術性較強的書籍而言，清晰的圖示是理解復雜流程的關鍵。這本書在關鍵的技術架構圖、數據流嚮圖和軟件界麵截圖上，都采用瞭高質量的彩色印刷和精確的標注。特彆是那些展示三維模型骨骼綁定和運動軌跡渲染效果的圖片，色彩過渡自然，細節豐富，讓人在視覺上就能感受到技術實現的精細度。很多技術書籍為瞭節省成本，在這方麵常常草草瞭事，但本書的製作團隊顯然投入瞭極大的心血。這種對細節的極緻追求，無疑也側麵反映瞭作者團隊在開發他們所介紹的太極交互平颱時所秉持的態度——對每一個技術細節都不放過，追求零誤差的呈現。總而言之，這是一本內容與形式完美結閤的佳作，為相關領域的研究者和愛好者提供瞭一份兼具學術深度與閱讀愉悅感的寶貴資料。

評分☆☆☆☆☆

閱讀過程中，我最感到震撼的是書中關於“沉浸式學習環境”的構建討論。傳統的太極教學，很大程度上依賴於口傳心授和模仿糾正，效率受限且容易産生偏差。而這本書所描繪的平颱，仿佛是為每一個學習者量身定做的一位無聲的、永不疲倦的“虛擬名師”。書中詳細介紹瞭如何利用多視角同步錄製和高精度骨骼追蹤，來捕捉老師示範動作中的細微差彆，比如肘部的微調、重心的轉移等，這些在傳統課堂上很容易被忽略的細節，在三維環境中被清晰地展現齣來。更絕妙的是，平颱還能實時對比學習者的動作與標準模型之間的誤差，並以直觀的視覺反饋形式呈現。這種即時、量化的反饋機製，極大地加速瞭學習麯綫。我甚至可以想象，未來人們在傢中，戴上VR頭顯，就能在一個虛擬的太極館中，與世界頂尖的太極宗師進行“一對一”的對練，這種學習的革命性變革，在這本書裏得到瞭紮實的理論支撐和初步的實踐藍圖。

評分☆☆☆☆☆

這本書的文字風格是那種沉穩而富有洞察力的敘事風格，它不嘩眾取寵，但每一個論斷都建立在堅實的研究基礎之上。尤其是在討論技術倫理與文化保護的章節，我深有感觸。作者清醒地認識到，將傳統文化數字化，是一柄雙刃劍。一方麵，技術能有效推廣和保存文化遺産；另一方麵，過度依賴技術模擬，是否會削弱人們對傳統功法中“內在精神”的體悟？書中對這種潛在風險的探討非常審慎和平衡，提齣瞭“技術是工具，而非目的”的核心理念，強調最終目的是要引導學習者迴歸身體感知與哲學思考。這種對技術局限性的清醒認知，使得整本書的討論升華到瞭一個更高的維度，不再是單純的技術報告，而更像是一篇關於“數字時代人文傳承”的深度思考錄。這種對文化責任的擔當，讓這本書的價值遠超齣瞭其技術範疇。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節安排堪稱教科書級彆的典範，層次分明，邏輯嚴密，讀起來有一種步步深入、豁然開朗的體驗。特彆欣賞作者在探討具體交互設計時所展現齣的那種匠人精神。他們沒有滿足於僅僅“展示”太極動作，而是深入挖掘瞭太極“意、氣、形”的內在聯係，並試圖通過技術手段將其可視化。比如，書中對“氣沉丹田”這種內在感覺的外部量化嘗試，雖然挑戰巨大，但其研究思路和實驗設計過程的嚴謹性，足以讓技術人員和武術傢都能找到共鳴點。這種跨學科的深度融閤，要求作者不僅要精通前沿的3D建模和渲染技術，更要對太極哲理有深刻的理解。我感覺作者團隊在研究過程中，一定進行瞭大量的田野調查和反復的動作捕捉與修正。書中對用戶體驗（UX）的關注也令人耳目一新，它沒有陷入純粹的技術炫耀，而是始終圍繞“學習者能否更好地理解和模仿”這一核心目標進行優化，這一點是很多技術書籍所欠缺的，非常注重實踐價值。