体育三维展示技术：以太极拳交互平台为例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周彤 著

图书标签:

• 体育科技
• 虚拟现实
• 增强现实
• 人机交互
• 太极拳
• 运动训练
• 三维展示
• 数字媒体
• 计算机图形学
• 健康科技

出版社： 中国地质大学出版社

ISBN：9787562538516

版次：1

商品编码：12194945

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

页数：201

字数：330000

正文语种：中文

内容简介

　　我们处于一个信息表现形式多样化的时代，多媒体技术的创新正挑战着我们传统的信息传播方式。体育领域也需要新技术的渗入，如何利用多媒体技术辅助传统体育教学和训练，是众多体育组织和单位面临的共同问题。而这个问题的解决又依赖两方面的技术：一是对体育的专业技术要求，特别是对技术动作的表现方式和教学方法的运用；二是能将技术动作进行数字化处理，并能通过多种平台进行展示。因此，寻求一个合理可靠的体育多媒体展示解决方案是目前体育领域的热点与重点。
　　一、为什么要选择太极拳？
　　体育运动项目数量庞大，我们目前还没有能力将所有的体育项目技术动作进行数字化处理。鉴于以下原因，我们选择太极拳作为本课题的研究对象。
　　(1)太极拳是我国民族传统文化重要的组成部分，由于其起源和发展中融入了中国的文化内涵和哲学思想，成为*能体现中国传统思想文化的拳术。太极拳在国内有着广泛的群众基础，伴随中国改革开放的不断推进，太极拳在国外也已不断推广和普及，深受国内外武术爱好者的喜爱。
　　(2)太极拳运动对环境的要求不高，在面积不大的空间即可完成整套动作，这为数字化采集工作带来了极大的便利，同时由于技术动作的特点是"刚柔相济，快慢相间"，也将大大提高动作捕捉的精度和准确度。
　　(3)科技的发展改变了人们认识事物的传统方式，人们更希望愉快地学习，动作捕捉技术的成熟与应用，使人们与计算机的交互有了新的选择，传统的教授和学习太极拳的方式已很难再满足人们的需求。

作者简介

　　周彤，男，1977年生，湖北武汉人，硕士研究生，武汉体育学院副教授，中国体育科学学会会员。主要从事多媒体技术在体育领域中的应用研究，主编教材1部，主持省部级课题2项，厅局级课题3项，在各级学术刊物公开发表多篇学术论文。

内页插图

目录

第一章 太极拳教学发展现状
第一节 太极拳运动发展简史
第二节 太极拳运动特点
第三节 太极拳的发展瓶颈
第四节 展望未来

第二章 人体运动仿真技术现状
第一节 人体运动仿真的应用领域
第二节 计算机模拟人体运动的关键技术
一、人体模型构建技术
二、骨骼与皮肤绑定技术
三、运动控制方法
四、运动捕捉技术

第三章 太极拳动作分析
第一节 受影响关节分析
一、太极拳的基本动作
二、以二十四式太极拳作为代表性的研究对象
三、二十四式太极拳动作中各主要关节部位的活跃情况
第二节 生物力学角度分析

第四章 开发平台应用技术介绍
第一节 Unity3D
第二节 3ds Max建模技术
一、基础建模
二、高级建模
第三节 Kinect开发技术
一、Kinect设备硬件结构
二、Kinect for Windows SDK简介
三、Kinect骨骼追踪技术

第五章 平台设计与实现
第一节 平台设计
一、设计思想
二、设计目标与原则
三、系统的总体结构
四、技术路线
五、接口设计
第二节 平台实现
一、专业太极拳运动数据的采集
二、人体模型的建立
三、脚本编写
四、太极拳学习-反馈功能模块实现
参考文献

前言/序言

　　我们处于一个信息表现形式多样化的时代，多媒体技术的创新正挑战着我们传统的信息传播方式。体育领域也需要新技术的渗入，如何利用多媒体技术辅助传统体育教学和训练，是众多体育组织和单位面临的共同问题。而这个问题的解决又依赖两方面的技术：一是对体育的专业技术要求，特别是对技术动作的表现方式和教学方法的运用；二是能将技术动作进行数字化处理，并能通过多种平台进行展示。因此，寻求一个合理可靠的体育多媒体展示解决方案是目前体育领域的热点与重点。
　　一、为什么要选择太极拳？
　　体育运动项目数量庞大，我们目前还没有能力将所有的体育项目技术动作进行数字化处理。鉴于以下原因，我们选择太极拳作为本课题的研究对象。
　　(1)太极拳是我国民族传统文化重要的组成部分，由于其起源和发展中融入了中国的文化内涵和哲学思想，成为最能体现中国传统思想文化的拳术。太极拳在国内有着广泛的群众基础，伴随中国改革开放的不断推进，太极拳在国外也已不断推广和普及，深受国内外武术爱好者的喜爱。
　　(2)太极拳运动对环境的要求不高，在面积不大的空间即可完成整套动作，这为数字化采集工作带来了极大的便利，同时由于技术动作的特点是“刚柔相济，快慢相间”，也将大大提高动作捕捉的精度和准确度。
　　(3)科技的发展改变了人们认识事物的传统方式，人们更希望愉快地学习，动作捕捉技术的成熟与应用，使人们与计算机的交互有了新的选择，传统的教授和学习太极拳的方式已很难再满足人们的需求。
　　二、本书有什么内容？
　　本书试图介绍新的交互技术和方法，为体育技术动作的学习和研究提出新的思路和解决方案。全书共分5章。第一章是对太极拳的起源及发展的介绍，旨在说明太极拳数字化保护是目前太极拳发展的必然趋势；第二章是对人体模型建模技术、骨骼绑定技术和运动控制方法进行理论介绍，使读者对人体运动仿真技术的研究内容和方向有所认识；第三章是在经过大量文献资料查阅的基础上，综合各方观点对太极拳技术动作从影响关节和生物力学两个方面进行动作分析；第四章是对本研究成果之一的软件平台所需开发技术进行介绍，包括展示平台所需的主要开发引擎Unitv3D、人体模型的搭建以及蒙皮绑定工具3dsMax和人机互动所需的Kinect设备及其开发技术等方面的介绍；第五章是对本课题设计平台的创建过程，以及模型创建和太极拳数字化采集过程进行详细说明，并将本平台核心程序代码进行了说明。
　　三、致谢
　　本书的研究工作得到了武汉体育学院青年教师科研基金的资助。在此笔者要感谢同仁们的帮助和支持；感谢中国地质大学出版社为本书出版付出的辛勤劳动。书中有部分内容参考了有关单位或个人的研究成果，均已在参考文献中列出，在此一并致谢。
　　由于本书追求的目标是介绍当前较新的技术和方法，这给撰写本书增加了难度，鉴于笔者水平有限，虽几经改稿，书中错误和不足之处在所难免，欢迎广大读者不吝赐教。

体育三维展示技术：以太极拳交互平台为例 内容梗概 本书深入探讨了体育三维展示技术的理论基础、核心方法以及在具体应用中的实践探索。聚焦于以太极拳这一极具文化底蕴和动作精妙性的传统体育项目，本书详细阐述了如何利用先进的三维建模、动作捕捉、渲染引擎、交互设计等技术，构建一个集教学、展示、练习、评估为一体的沉浸式太极拳交互平台。 第一部分：理论基石与技术前沿 第一章：体育三维展示技术概述 1.1 体育展示的演进与需求： 回顾体育展示从二维平面到多媒体，再到如今的三维沉浸式体验的演变历程。分析当前体育领域对于更直观、更生动、更个性化展示方式的需求，例如运动技能的精准还原、战术的动态模拟、赛事的回顾与分析等。 1.2 三维展示技术的概念与范畴： 界定三维展示技术的内涵，包括但不限于三维建模、数字人、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）、实时渲染、物理仿真等关键技术。阐述这些技术如何为体育内容带来更强的空间感、真实感和交互性。 1.3 三维技术在体育领域的潜在应用： 广泛探讨三维技术在不同体育项目中的应用前景，如足球战术分析中的球员运动轨迹可视化，篮球比赛中的实时数据叠加与战术演示，游泳训练中的水流模拟与动作纠正，以及体操、跳水等项目中的高难度动作分解与赏析。 1.4 本书的研究范畴与价值： 明确本书聚焦于构建一个具体的太极拳交互平台，以此为切入点，系统性地展示三维技术的集成与创新应用。强调本书的理论价值在于梳理和整合现有技术，实践价值在于提供一个可操作的案例，为未来体育三维展示技术的进一步发展提供参考。 第二章：三维建模与场景构建 2.1 体育运动场景的三维建模方法： 介绍主流的三维建模技术，包括多边形建模、NURBS建模、扫描建模等，并分析其在体育场景构建中的适用性。讨论如何高精度地建模体育场地（如太极擂台、演武场）、器械（如太极剑、太极扇）以及人物模型。 2.2 数字人建模与骨骼绑定： 重点阐述数字人建模的流程，包括模型创建、UV展开、贴图绘制等。深入讲解骨骼绑定（Rigging）技术，这是实现角色动作动态的关键。介绍如何为太极拳人物创建符合人体解剖学的骨骼系统，并设置IK/FK控制器，为后续的动作捕捉数据驱动奠定基础。 2.3 虚拟环境的材质与光照设计： 探讨如何通过PBR（Physically Based Rendering）等材质技术，模拟真实世界中物体表面的光学属性，提升模型的真实感。讲解虚拟场景中的光照系统设计，包括全局光照、阴影投射、反射折射等，以营造富有氛围感的太极练习环境。 2.4 性能优化与资源管理： 讨论在实时渲染场景中，模型面数、贴图分辨率、材质复杂度等对性能的影响。介绍 LOD（Level of Detail）技术、纹理压缩、批量渲染等优化策略，确保平台在不同硬件设备上都能流畅运行。 第三章：动作捕捉与动画合成 3.1 动作捕捉技术原理与类型： 详细介绍光学动作捕捉、惯性动作捕捉、标记点动作捕捉等主流技术。分析不同技术的优缺点，以及在体育运动捕捉中的应用考量，例如精度、自由度、场地要求等。 3.2 太极拳动作的采集与处理： 针对太极拳舒缓、连贯、蕴含内在力量的特点，探讨适合的动作捕捉方案。重点讲解动作数据采集的流程，包括标记点放置、动作录制、数据清理与校准。 3.3 动作数据的驱动与校正： 解释如何将采集到的动作捕捉数据驱动数字人模型，实现动作的实时播放。讨论动作数据在骨骼绑定上的映射关系，以及如何处理数据中的噪点、抖动等不完整性。 3.4 关键帧动画与程序化动画的结合： 除了动作捕捉，还可能需要手动制作一些辅助动画（如表情、身体微调）。介绍关键帧动画的基本原理，以及如何与捕捉数据进行融合。探讨程序化动画在生成重复性动作或复杂身体协调方面的潜力。 第四章：交互设计与用户体验 4.1 沉浸式交互理论： 探讨用户在虚拟环境中的感知、认知和行为规律。分析沉浸感（Immersion）与存在感（Presence）的概念，以及如何通过有效的交互设计来提升用户体验。 4.2 虚拟现实（VR）与增强现实（AR）在体育交互中的应用： 详细介绍VR和AR技术的核心原理，以及它们在体育交互平台中的不同应用方式。例如，VR可以提供完全沉浸式的练习体验，AR则可以将虚拟教练或动作指示叠加到现实环境中。 4.3 基于自然交互的太极拳操作： 设计符合太极拳练习特点的交互方式，例如通过VR手柄模拟双手动作，通过体感设备捕捉身体姿态。探讨手势识别、语音控制等未来可能的交互模式。 4.4 用户界面（UI）与用户体验（UX）设计： 设计简洁直观的UI，方便用户进行模式切换、参数调整、内容选择等操作。注重UX设计，确保用户在使用平台时感到流畅、舒适，并能有效地达成学习和练习目标。 第二部分：以太极拳交互平台为例 第五章：太极拳的动作解析与三维化 5.1 太极拳基本功与套路分析： 深入解析太极拳的几个主要流派（如陈式、杨式、武式等）的典型动作要领，包括身法、步法、手法、眼神、气息等。 5.2 动作的关键帧提取与姿态定义： 针对太极拳的每个招式，识别出关键的姿态点和动作过渡。例如，“起势”的开合，“搂膝拗步”的重心转移与手臂协调。将这些关键姿态作为动作捕捉数据处理和动画合成的依据。 5.3 虚拟教练的动作复现： 如何将采集和处理后的太极拳动作数据，精确地驱动数字人模型，使其能够以高保真度复现教练的动作。关注动作的流畅性、节奏感以及与招式名称的对应。 5.4 动作分解与慢动作回放： 为学习者提供将复杂动作分解成若干阶段的能力，并支持不同速度的慢动作回放，帮助用户深入理解动作细节。 第六章：平台核心功能设计与实现 6.1 交互式教学模块： 6.1.1 动作演示与讲解： 提供多种角度的动作演示，包括三维视角切换、局部放大、动作序列播放等。结合语音讲解、文字提示，深入剖析每个动作的要点。 6.1.2 虚拟教练陪练： 用户可以选择不同的虚拟教练（根据动作风格、熟练度设定），进行一对一的模拟练习。平台可以根据用户的表现提供即时反馈。 6.1.3 套路学习与练习： 支持用户按照标准套路进行练习，平台可以同步播放套路分解，并记录用户的完成度。 6.2 动作捕捉与姿态评估模块： 6.2.1 用户动作捕捉与识别： 利用摄像头或体感设备，捕捉用户的实际动作。通过姿态估计算法，将用户的身体姿态与标准动作进行比对。 6.2.2 实时反馈与纠错： 当用户动作出现偏差时，平台能够即时给出提示，如“手臂抬高”、“重心下移”等。通过可视化方式（如在用户数字人模型上标示错误点），帮助用户理解问题所在。 6.2.3 动作评分与能力评估： 根据用户动作的准确性、流畅性、节奏感等维度，进行量化评分。生成详细的练习报告，帮助用户了解自己的进步情况和需要改进的地方。 6.3 沉浸式练习与环境模拟： 6.3.1 多样化的练习场景： 提供不同风格的练习环境，如室内演武厅、户外山林、江边小径等，营造沉浸式的练习氛围。 6.3.2 互动式环境元素： 引入一些简单的互动元素，如风吹动树叶、水面涟漪等，增强环境的真实感和生动性。 6.3.3 挑战模式与趣味性设计： 加入一些小挑战，如在规定时间内完成特定套路，或在虚拟场景中与虚拟对手进行模拟对练，增加练习的趣味性和动力。 第七章：技术实现与系统架构 7.1 游戏引擎选择与集成： 讨论选用Unity或Unreal Engine等主流游戏引擎的优势，以及如何利用其强大的渲染、物理、脚本等功能来实现平台的核心。 7.2 三维模型导入与优化流程： 详细描述如何将之前构建的三维模型、骨骼动画导入到引擎中，并进行必要的性能优化。 7.3 动作捕捉数据接口与处理： 介绍如何与不同的动作捕捉硬件设备对接，以及如何实时处理和解析捕捉数据。 7.4 交互逻辑与事件驱动： 设计平台的核心交互逻辑，例如用户输入、动作反馈、状态切换等。采用事件驱动的编程模型，确保系统的高响应性和稳定性。 7.5 跨平台部署与兼容性考虑： 探讨平台在不同硬件设备（如PC VR、一体机VR、手机AR）上的部署策略，以及如何保证良好的用户体验。 第八章：应用前景与发展展望 8.1 太极拳教育与推广： 论述该交互平台在传承和推广太极拳文化方面的巨大潜力，尤其是在海外推广和大众普及方面。 8.2 康复训练与健康管理： 探讨将太极拳的康复和养生功效与三维技术相结合，为老年人、慢性病患者提供个性化的康复训练方案。 8.3 体育竞技与科学研究： 展望该技术在分析运动员动作、优化训练方法、开展体育科学研究方面的应用。 8.4 未来发展方向： 8.4.1 更精细的动作捕捉与AI分析： 引入更先进的AI技术，实现更精准的动作识别、意念捕捉，以及更深度的运动模式分析。 8.4.2 社交化与多人互动： 开发多人在线练习模式，用户可以一起练习、交流，增强学习的社交性和趣味性。 8.4.3 深度个性化与自适应学习： 基于用户数据，平台能够为用户量身定制训练计划，实现真正的自适应学习。 8.4.4 拓展至其他体育项目： 将本平台的技术框架和设计理念，迁移应用于其他具有复杂动作和深厚文化底蕴的体育项目。 结论 本书通过对体育三维展示技术的深入剖析，以及以太极拳交互平台这一具体应用的详细阐述，旨在为读者提供一个全面了解和掌握相关技术及其应用价值的平台。我们相信，随着三维技术的不断发展和普及，体育展示将迎来更加辉煌的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实引人注目，那种深邃的蓝色调配上简约的几何图形，立刻让人联想到高科技与传统文化的碰撞。我原本以为这会是一本晦涩难懂的专业技术手册，毕竟“三维展示技术”听起来就足够硬核了，但翻开第一页，那种流畅的叙事节奏和清晰的逻辑结构，瞬间打消了我的顾虑。作者在引言部分巧妙地搭建了一个宏大的背景，将虚拟现实、增强现实这些前沿概念与太极拳这一古老功法联系起来，不是生硬地堆砌术语，而是用一种讲故事的方式，娓娓道来技术如何赋能传统艺术的传承与创新。尤其是关于数据采集和模型构建的部分，作者没有止步于理论探讨，而是结合实际案例，细致地剖析了如何将人体运动的微妙之处，通过传感器和软件转化为可交互的三维数据。这使得即便是对计算机图形学不太熟悉的读者，也能大致领会其技术实现的精妙之处。书中对未来应用场景的展望也十分大胆且富有远见，预示着这种技术不仅能服务于武术爱好者，更可能渗透到康复医学、数字博物馆等多个领域，其前瞻性令人印象深刻。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字风格是那种沉稳而富有洞察力的叙事风格，它不哗众取宠，但每一个论断都建立在坚实的研究基础之上。尤其是在讨论技术伦理与文化保护的章节，我深有感触。作者清醒地认识到，将传统文化数字化，是一柄双刃剑。一方面，技术能有效推广和保存文化遗产；另一方面，过度依赖技术模拟，是否会削弱人们对传统功法中“内在精神”的体悟？书中对这种潜在风险的探讨非常审慎和平衡，提出了“技术是工具，而非目的”的核心理念，强调最终目的是要引导学习者回归身体感知与哲学思考。这种对技术局限性的清醒认知，使得整本书的讨论升华到了一个更高的维度，不再是单纯的技术报告，而更像是一篇关于“数字时代人文传承”的深度思考录。这种对文化责任的担当，让这本书的价值远超出了其技术范畴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排堪称教科书级别的典范，层次分明，逻辑严密，读起来有一种步步深入、豁然开朗的体验。特别欣赏作者在探讨具体交互设计时所展现出的那种匠人精神。他们没有满足于仅仅“展示”太极动作，而是深入挖掘了太极“意、气、形”的内在联系，并试图通过技术手段将其可视化。比如，书中对“气沉丹田”这种内在感觉的外部量化尝试，虽然挑战巨大，但其研究思路和实验设计过程的严谨性，足以让技术人员和武术家都能找到共鸣点。这种跨学科的深度融合，要求作者不仅要精通前沿的3D建模和渲染技术，更要对太极哲理有深刻的理解。我感觉作者团队在研究过程中，一定进行了大量的田野调查和反复的动作捕捉与修正。书中对用户体验（UX）的关注也令人耳目一新，它没有陷入纯粹的技术炫耀，而是始终围绕“学习者能否更好地理解和模仿”这一核心目标进行优化，这一点是很多技术书籍所欠缺的，非常注重实践价值。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我最感到震撼的是书中关于“沉浸式学习环境”的构建讨论。传统的太极教学，很大程度上依赖于口传心授和模仿纠正，效率受限且容易产生偏差。而这本书所描绘的平台，仿佛是为每一个学习者量身定做的一位无声的、永不疲倦的“虚拟名师”。书中详细介绍了如何利用多视角同步录制和高精度骨骼追踪，来捕捉老师示范动作中的细微差别，比如肘部的微调、重心的转移等，这些在传统课堂上很容易被忽略的细节，在三维环境中被清晰地展现出来。更绝妙的是，平台还能实时对比学习者的动作与标准模型之间的误差，并以直观的视觉反馈形式呈现。这种即时、量化的反馈机制，极大地加速了学习曲线。我甚至可以想象，未来人们在家中，戴上VR头显，就能在一个虚拟的太极馆中，与世界顶尖的太极宗师进行“一对一”的对练，这种学习的革命性变革，在这本书里得到了扎实的理论支撑和初步的实践蓝图。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的排版和插图质量也值得称赞。对于一本技术性较强的书籍而言，清晰的图示是理解复杂流程的关键。这本书在关键的技术架构图、数据流向图和软件界面截图上，都采用了高质量的彩色印刷和精确的标注。特别是那些展示三维模型骨骼绑定和运动轨迹渲染效果的图片，色彩过渡自然，细节丰富，让人在视觉上就能感受到技术实现的精细度。很多技术书籍为了节省成本，在这方面常常草草了事，但本书的制作团队显然投入了极大的心血。这种对细节的极致追求，无疑也侧面反映了作者团队在开发他们所介绍的太极交互平台时所秉持的态度——对每一个技术细节都不放过，追求零误差的呈现。总而言之，这是一本内容与形式完美结合的佳作，为相关领域的研究者和爱好者提供了一份兼具学术深度与阅读愉悦感的宝贵资料。