计算机仿真学在足球领域的应用

时间：2021-04-02 10:23:51 所属分类：计算机应用 浏览量:

计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在一定实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。高效、安全、不受环境条件约束、可改变时间、比例等是其最大优点。现在的竞技体育正在向高、难、精、尖迅速发展，随着现代科技的

　　计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在一定实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。高效、安全、不受环境条件约束、可改变时间、比例等是其最大优点。现在的竞技体育正在向高、难、精、尖迅速发展，随着现代科技的进步，体育竞技单纯地依靠运动员自身刻苦训练和提升技能已很难再在比赛中获得理想成绩，运动员们愈来愈多地开始相信科学，依靠科学技术获取更科学更安全更高效的成果。计算机仿真学作为新兴的科学技术，应用在体育领域多个竞技中，相比于传统体育训练方式计算机仿真学显示出了自己独有的优势。

　　1 研究目的

　　将计算机仿真学技术的应用在足球领域，可以发掘运动员的潜能，制定出更科学合理的战术，为运动员提供科学的安全保障。运用计算机仿真学技术来模拟足球训练的全过程，从足球场地、运动员、战术、技能等各方面进行仿真测试。更加直观地看到运动员或者战术存在的问题，找到问题根源，制定相对措施，从而达到更高的训练效果，取得更好的比赛成绩。通过计算机仿真学的虚拟展示，制定科学、合理、规范的足球训练流程，更加直观地展示战术特点。让足球运动员可以多角度的进行学习掌握，并依据需求随时转换角度或进行时间的转换，也有利于教练看到形象的动态的训练方法在实战中的展示。计算机仿真技术可以通过设计整体战术相关条件，建立数据模型得到最好结论。对结论进行分析，得出的结论如果是需要改变队员训练方法和体能标准可以获得更好的成绩，就以此为理论支持，在实际训练中加强运动员的个人训练。如得出的结论是现有的战术已经落后不足以达到提升竞技能力的结论，就在现有足球战术方面进行改革提升。最后依据最新结论，设计新的竞技条件和模型，进行仿真模拟，借此用在实训当中去。

　　2 研究对象

　　研究足球运动员、足球场地、教练员、战术应用。计算机仿真学技术研究足球运动员的训练，可以避免高难度技术动作带来的伤害，通过对动作的分析设计出更科学更安全的技术。通过对技术动作的分解和多角度展示，也可以让运动员发现技能动作运用过程中存在问题和改进之处。让足球运动员在掌握技术的同时具备更科学的竞技状态，提高足球运动员的技术水平，战术水准，训练效果。计算机仿真学技术在研究足球场地运用过程中，可以创造出全新的足球训练场地，弥补足球训练条件不足的缺陷，有利于现实教学与运动训练技术相结合。足球运动场的模拟，能够为足球训练提供更安全的环境。计算机仿真学关于教练员的研究，可以通过“虚拟现实” 技术在足球训练中的运用，让教练员站在更高的层次去多角度进行观看分析，找到训练和实战中存在问题，发现更好的训练方法。一些教练员无法完成的示范性动作，可以通过仿真教学进行正确展示，让运动员反复观看学习练习。通过针对性的训练，提高训练效果，在竞技比赛中获得更好的成绩。计算机仿真学还可以对足球战术的应用进行研究模拟，相比于传统的战术研究，仿真模拟展示，可以有更多的角度，更多的变换，通过回放等形式让运动员更能直观形象多角度的去学习研究。通过不同战术的展现，来观摩竞赛效果。还可将对方球队战术进行变化，通过研究找到科学的防御战术。通过足球竞赛的虚拟演示，可以找到合适的科学的进攻战术。

　　3 研究方法

　　3.1 框架设计法通过计算机程序设计框架。比如足球战术仿真，就是将不同战术分解为小的模块来进行实现。例如将足球战术分为: 2-3-5、全攻全守、9-0-1、4-3-2-1 等，再将战术进行动作分解为补位、围抢、造越位、全队防守等模块。总的方法就是将足球竞技的仿真按照大、小、细的原则进行设计，即先设定大的框架，再分成小的分类，最后将细节进行模块化。通过模块化的组合变换达到整体变化。

　　3.2 仿真三维模型法将足球场地、器械、运动员、教练员、裁判等设置仿真模型。通过对优秀足球运动员的训练动作采集，建立人物模型，并对各人物模型的肤色、服饰、骨骼等进行模拟复原。足球场地、器械等按比例进行还原。此方法就是通过对实际的足球竞技的研究，将足球竞技中所使用到的场地、器械和参与的人员建立模型。再将每个模型进行多角度多方面的采集，达到可以多视角的观看演示效果。

　　3.3 角色设定法将人物模型与肢体骨骼进行连接，使骨骼运动对人体模型表面发生联动变形影响，完善绑定效果。人物角色的设定进保有运动功能，无关不必要的功能不用显示，可以让画面更简单，动画编辑更明了，减少不必要因素影响。将人物角色设定保存相应的动画片段，利用变换的动画与流畅的战术相配合。角色设定就是将运动员的骨骼与人物模型相连接，通过皮肤、服饰等不同赋予每个模型仿真身份，使得动画效果更加逼真，也更加容易区分不同角色展现出的不同效果，有针对性地进行学习。

　　4 足球战术实战模拟动态编辑

　　足球比赛仿真设计，需要多人同步动画。将足球战术按不同战术来分类，根据战术线路图和世界足球强队的先进战术配合相关资料进行模拟，通过动画形式进行虚拟再现。这样就可以利用动态的三位图像从不同角度观察模仿优秀足球运动员的站位及技术动作，更加生动形象地理解足球战术。利用计算机技术对多位虚拟足球运动员进行足球战术动作编辑。通过移动、旋转等不断调整运动员的站位，每个运动员的动作变换关键帧要正确，这样才能保证多人同时运动。通过调整战术场景的变换位置，可以从不同角度来转换运动员的动作和位置。在多人动作完成是，需要将骨骼动画呈现出来。对足球战术进行初步动态编辑后，再细化编辑，让运动员的足球战术配合更加同步和流畅，人物形象更加鲜明生动。最后一步进行角色设定，让整个动画变得完全真实。

　　5 虚拟演示

　　将足球战术分别进行虚拟演示，表达方法有: 教练员利用不同的虚拟战术发布足球战术练习及训练项目，让运动员更加形象的看到虚拟环境下展现出来的战术效果，技能动作效果; 教练员也可改变对方球队战术，运动员可以看到在对方球队战术特点，以根据对方的变化来制定相应对策，生动形象的动画，可以让运动员理解更加深刻; 足球也可根据教练员的想法进行随意变换，制定不同的战术来应对; 对于优秀足球运动员的技能动作也可以分别进行动画显示，可以通过快进、慢动作、暂停等来一步步让运动员进行学习观摩，来制定反击动作。

　　6 研究结果与对策

　　6.1 研究结果计算机仿真学在足球领域的应用，对于足球运动员和教练员来说，就是真实仿真、直观、多角度、多变换。虚拟展示可以模拟对之前的比赛进行模拟，不仅可以更加直观细致地发现比赛中存在的不足，更可以通过变换战术、技能动作等看到可能存在的其他结果。也可通过改变对方球队的战术、技能动作、角色等来预测实战中可能出现的问题及应对策略。计算机仿真学在足球领域的应用是一项新兴的科学技术，通过与足球竞技运动者之间的合作，不断地研究更新，现已在足球运动的教学、训练、竞技比赛中表现出很大潜力。通过仿真模拟技术，可以让足球战术得到科学提升，让运动员的技能动作更安全高效，可以制定更加有针对性的进攻和防守策略。仿真模拟技术的应用还可以利用虚拟让更多的新战术、新技能动作、新训练方法提前进行演示，对存在的不足和危险提前进行防范和改善。通过计算机仿真学的应用可以使足球竞技得到不断完善和提升。

　　6.2 对策通过虚拟场景的演示，看到目前足球竞技中存在的战术、运动员技能动作、教练员训练方法等方面存在的问题，对现有足球战术、技能动作、训练方法进行完善优化，将提升后的技术在仿真学中进行不断更新，与现实相结合同步提升。通过对虚拟场景的观看，发现计算机仿真学技术中存在的缺陷与实际不符之处，随时对虚拟场景、人物、器械等进行修改，不断进行完善，使计算机仿真学技术的应用能够给足球竞技带来更高的指导作用。伴随科技的发展让足球竞技也变得越来越复杂，竞技要求不断提高，这就要求计算机仿真学在足球领域的研究要加快脚步，同时还要加深层次和细节研究。比如可以通过对技能动作的步骤分析，通过数据、图形等形式进行结果展示，包括不同角色的不同站位、速度、力量等，创造出更多的“高超” 技能动作，为运动员的训练提供更科学的技术指导。

　　7 前景展望

　　由于足球竞技的自身特点，现有的计算机仿真学在足球领域的应用研究比较侧重框架模拟，比如建立形象生动的仿真场景、足球运动员技能动作特点、战术的应用等。相对来说这些应用到的计算机技术较简单，容易处理，对于模拟足球运动员的心理和身体变化等智能方面的研究较少。随着足球竞技运动的不断发展改进，对战术、运动员的技能、心理素质、体能等要求的不断提高，计算机仿真学的应用也会进行更深层次的研究。现在计算机仿真学在足球领域的应用受到技术、物力、财力等影响，还未达到普及能力，随着社会经济的发展，国家和社会对足球竞技的重视，在将来实现计算机仿真学在足球领域的普及是可能和有现实意义的。计算机仿真学作为一项新兴科技教学平台，也会得到更多的青少年喜爱，当它展现出强大的教学、研究优势、潜力后相信会在不久的将来得到广泛应用。

　　参考文献:

　　[1]陶运三.体育学实验研究领域热点问题的聚类分析与展望———以 2005-2013 年国内十五类体育期刊文献计量学统计为例[J].体育与科学，2015，36( 03) : 114-120.

　　[2]王运武，陈琳.仿真在教育中的应用初探[A].中国自动化学会系统仿真专业委员会、中国系统仿真学会仿真技术应用专业委员会.第 13 届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C].中国自动化学会系统仿真专业委员会、中国系统仿真学会仿真技术应用专业委员会: 中国自动化学会系统仿真专业委员会，2011: 5.

　　《计算机仿真学在足球领域的应用》来源：《科技风》，作者：艾依来提·阿合尼亚孜

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