足球領域計算機仿真學的應用
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摘要:計算機仿真技術應用領域廣泛，近年來對足球競技的戰(zhàn)術研究也更加深入，為實戰(zhàn)提供有效的理論支持，通過計算機仿真技術可以達到預測和估計戰(zhàn)術狀況和運動員體能情況，找到優(yōu)化戰(zhàn)術和提高運動員體能的有效方法和理論基礎。
關鍵詞:計算機仿真學;足球;應用
計算機仿真技術是利用計算機科學和技術的成果建立被仿真系統(tǒng)的模型，并在一定實驗條件下對模型進行動態(tài)實驗的一門綜合性技術。高效、安全、不受環(huán)境條件約束、可改變時間、比例等是其最大優(yōu)點?，F(xiàn)在的競技體育正在向高、難、精、尖迅速發(fā)展，隨著現(xiàn)代科技的進步，體育競技單純地依靠運動員自身刻苦訓練和提升技能已很難再在比賽中獲得理想成績，運動員們愈來愈多地開始相信科學，依靠科學技術獲取更科學更安全更高效的成果。計算機仿真學作為新興的科學技術，應用在體育領域多個競技中，相比于傳統(tǒng)體育訓練方式計算機仿真學顯示出了自己獨有的優(yōu)勢。
1研究目的
將計算機仿真學技術的應用在足球領域，可以發(fā)掘運動員的潛能，制定出更科學合理的戰(zhàn)術，為運動員提供科學的安全保障。運用計算機仿真學技術來模擬足球訓練的全過程，從足球場地、運動員、戰(zhàn)術、技能等各方面進行仿真測試。更加直觀地看到運動員或者戰(zhàn)術存在的問題，找到問題根源，制定相對措施，從而達到更高的訓練效果，取得更好的比賽成績。通過計算機仿真學的虛擬展示，制定科學、合理、規(guī)范的足球訓練流程，更加直觀地展示戰(zhàn)術特點。讓足球運動員可以多角度的進行學習掌握，并依據(jù)需求隨時轉(zhuǎn)換角度或進行時間的轉(zhuǎn)換，也有利于教練看到形象的動態(tài)的訓練方法在實戰(zhàn)中的展示。計算機仿真技術可以通過設計整體戰(zhàn)術相關條件，建立數(shù)據(jù)模型得到最好結(jié)論。對結(jié)論進行分析，得出的結(jié)論如果是需要改變隊員訓練方法和體能標準可以獲得更好的成績，就以此為理論支持，在實際訓練中加強運動員的個人訓練。如得出的結(jié)論是現(xiàn)有的戰(zhàn)術已經(jīng)落后不足以達到提升競技能力的結(jié)論，就在現(xiàn)有足球戰(zhàn)術方面進行改革提升。最后依據(jù)最新結(jié)論，設計新的競技條件和模型，進行仿真模擬，借此用在實訓當中去。
2研究對象
研究足球運動員、足球場地、教練員、戰(zhàn)術應用。計算機仿真學技術研究足球運動員的訓練，可以避免高難度技術動作帶來的傷害，通過對動作的分析設計出更科學更安全的技術。通過對技術動作的分解和多角度展示，也可以讓運動員發(fā)現(xiàn)技能動作運用過程中存在問題和改進之處。讓足球運動員在掌握技術的同時具備更科學的競技狀態(tài)，提高足球運動員的技術水平，戰(zhàn)術水準，訓練效果。計算機仿真學技術在研究足球場地運用過程中，可以創(chuàng)造出全新的足球訓練場地，彌補足球訓練條件不足的缺陷，有利于現(xiàn)實教學與運動訓練技術相結(jié)合。足球運動場的模擬，能夠為足球訓練提供更安全的環(huán)境。計算機仿真學關于教練員的研究，可以通過“虛擬現(xiàn)實”技術在足球訓練中的運用，讓教練員站在更高的層次去多角度進行觀看分析，找到訓練和實戰(zhàn)中存在問題，發(fā)現(xiàn)更好的訓練方法。一些教練員無法完成的示范性動作，可以通過仿真教學進行正確展示，讓運動員反復觀看學習練習。通過針對性的訓練，提高訓練效果，在競技比賽中獲得更好的成績。計算機仿真學還可以對足球戰(zhàn)術的應用進行研究模擬，相比于傳統(tǒng)的戰(zhàn)術研究，仿真模擬展示，可以有更多的角度，更多的變換，通過回放等形式讓運動員更能直觀形象多角度的去學習研究。通過不同戰(zhàn)術的展現(xiàn)，來觀摩競賽效果。還可將對方球隊戰(zhàn)術進行變化，通過研究找到科學的防御戰(zhàn)術。通過足球競賽的虛擬演示，可以找到合適的科學的進攻戰(zhàn)術。
3研究方法
3．1框架設計法
通過計算機程序設計框架。比如足球戰(zhàn)術仿真，就是將不同戰(zhàn)術分解為小的模塊來進行實現(xiàn)。例如將足球戰(zhàn)術分為:2-3-5、全攻全守、9-0-1、4-3-2-1等，再將戰(zhàn)術進行動作分解為補位、圍搶、造越位、全隊防守等模塊?？偟姆椒ň褪菍⒆闱蚋偧嫉姆抡姘凑沾?、小、細的原則進行設計，即先設定大的框架，再分成小的分類，最后將細節(jié)進行模塊化。通過模塊化的組合變換達到整體變化。
3．2仿真三維模型法
將足球場地、器械、運動員、教練員、裁判等設置仿真模型。通過對優(yōu)秀足球運動員的訓練動作采集，建立人物模型，并對各人物模型的膚色、服飾、骨骼等進行模擬復原。足球場地、器械等按比例進行還原。此方法就是通過對實際的足球競技的研究，將足球競技中所使用到的場地、器械和參與的人員建立模型。再將每個模型進行多角度多方面的采集，達到可以多視角的觀看演示效果。3．3角色設定法將人物模型與肢體骨骼進行連接，使骨骼運動對人體模型表面發(fā)生聯(lián)動變形影響，完善綁定效果。人物角色的設定進保有運動功能，無關不必要的功能不用顯示，可以讓畫面更簡單，動畫編輯更明了，減少不必要因素影響。將人物角色設定保存相應的動畫片段，利用變換的動畫與流暢的戰(zhàn)術相配合。角色設定就是將運動員的骨骼與人物模型相連接，通過皮膚、服飾等不同賦予每個模型仿真身份，使得動畫效果更加逼真，也更加容易區(qū)分不同角色展現(xiàn)出的不同效果，有針對性地進行學習。
4足球戰(zhàn)術實戰(zhàn)模擬動態(tài)編輯
足球比賽仿真設計，需要多人同步動畫。將足球戰(zhàn)術按不同戰(zhàn)術來分類，根據(jù)戰(zhàn)術線路圖和世界足球強隊的先進戰(zhàn)術配合相關資料進行模擬，通過動畫形式進行虛擬再現(xiàn)。這樣就可以利用動態(tài)的三位圖像從不同角度觀察模仿優(yōu)秀足球運動員的站位及技術動作，更加生動形象地理解足球戰(zhàn)術。利用計算機技術對多位虛擬足球運動員進行足球戰(zhàn)術動作編輯。通過移動、旋轉(zhuǎn)等不斷調(diào)整運動員的站位，每個運動員的動作變換關鍵幀要正確，這樣才能保證多人同時運動。通過調(diào)整戰(zhàn)術場景的變換位置，可以從不同角度來轉(zhuǎn)換運動員的動作和位置。在多人動作完成是，需要將骨骼動畫呈現(xiàn)出來。對足球戰(zhàn)術進行初步動態(tài)編輯后，再細化編輯，讓運動員的足球戰(zhàn)術配合更加同步和流暢，人物形象更加鮮明生動。最后一步進行角色設定，讓整個動畫變得完全真實。
5虛擬演示
將足球戰(zhàn)術分別進行虛擬演示，表達方法有:教練員利用不同的虛擬戰(zhàn)術足球戰(zhàn)術練習及訓練項目，讓運動員更加形象的看到虛擬環(huán)境下展現(xiàn)出來的戰(zhàn)術效果，技能動作效果;教練員也可改變對方球隊戰(zhàn)術，運動員可以看到在對方球隊戰(zhàn)術特點，以根據(jù)對方的變化來制定相應對策，生動形象的動畫，可以讓運動員理解更加深刻;足球也可根據(jù)教練員的想法進行隨意變換，制定不同的戰(zhàn)術來應對;對于優(yōu)秀足球運動員的技能動作也可以分別進行動畫顯示，可以通過快進、慢動作、暫停等來一步步讓運動員進行學習觀摩，來制定反擊動作。
6研究結(jié)果與對策
6．1研究結(jié)果
計算機仿真學在足球領域的應用，對于足球運動員和教練員來說，就是真實仿真、直觀、多角度、多變換。虛擬展示可以模擬對之前的比賽進行模擬，不僅可以更加直觀細致地發(fā)現(xiàn)比賽中存在的不足，更可以通過變換戰(zhàn)術、技能動作等看到可能存在的其他結(jié)果。也可通過改變對方球隊的戰(zhàn)術、技能動作、角色等來預測實戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的問題及應對策略。計算機仿真學在足球領域的應用是一項新興的科學技術，通過與足球競技運動者之間的合作，不斷地研究更新，現(xiàn)已在足球運動的教學、訓練、競技比賽中表現(xiàn)出很大潛力。通過仿真模擬技術，可以讓足球戰(zhàn)術得到科學提升，讓運動員的技能動作更安全高效，可以制定更加有針對性的進攻和防守策略。仿真模擬技術的應用還可以利用虛擬讓更多的新戰(zhàn)術、新技能動作、新訓練方法提前進行演示，對存在的不足和危險提前進行防范和改善。通過計算機仿真學的應用可以使足球競技得到不斷完善和提升。
6．2對策
通過虛擬場景的演示，看到目前足球競技中存在的戰(zhàn)術、運動員技能動作、教練員訓練方法等方面存在的問題，對現(xiàn)有足球戰(zhàn)術、技能動作、訓練方法進行完善優(yōu)化，將提升后的技術在仿真學中進行不斷更新，與現(xiàn)實相結(jié)合同步提升。通過對虛擬場景的觀看，發(fā)現(xiàn)計算機仿真學技術中存在的缺陷與實際不符之處，隨時對虛擬場景、人物、器械等進行修改，不斷進行完善，使計算機仿真學技術的應用能夠給足球競技帶來更高的指導作用。伴隨科技的發(fā)展讓足球競技也變得越來越復雜，競技要求不斷提高，這就要求計算機仿真學在足球領域的研究要加快腳步，同時還要加深層次和細節(jié)研究。比如可以通過對技能動作的步驟分析，通過數(shù)據(jù)、圖形等形式進行結(jié)果展示，包括不同角色的不同站位、速度、力量等，創(chuàng)造出更多的“高超”技能動作，為運動員的訓練提供更科學的技術指導。
7前景展望
由于足球競技的自身特點，現(xiàn)有的計算機仿真學在足球領域的應用研究比較側(cè)重框架模擬，比如建立形象生動的仿真場景、足球運動員技能動作特點、戰(zhàn)術的應用等。相對來說這些應用到的計算機技術較簡單，容易處理，對于模擬足球運動員的心理和身體變化等智能方面的研究較少。隨著足球競技運動的不斷發(fā)展改進，對戰(zhàn)術、運動員的技能、心理素質(zhì)、體能等要求的不斷提高，計算機仿真學的應用也會進行更深層次的研究?，F(xiàn)在計算機仿真學在足球領域的應用受到技術、物力、財力等影響，還未達到普及能力，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，國家和社會對足球競技的重視，在將來實現(xiàn)計算機仿真學在足球領域的普及是可能和有現(xiàn)實意義的。計算機仿真學作為一項新興科技教學平臺，也會得到更多的青少年喜愛，當它展現(xiàn)出強大的教學、研究優(yōu)勢、潛力后相信會在不久的將來得到廣泛應用。
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作者：依來提·阿合尼亞孜艾 單位：新疆體育職業(yè)技術學院
