三維路徑動(dòng)畫在體育排球教學(xué)中的應(yīng)用

溫州大學(xué)城市學(xué)院信息工程分院 涂嘉慶

溫州市第二十三中學(xué)體育組 戴慧芬

排球是體育教育中球類運(yùn)動(dòng)的主要課程，同時(shí)也是技術(shù)復(fù)雜度較高的課程，學(xué)生對該課程的掌握程度往往很難達(dá)到預(yù)計(jì)目標(biāo)。多年以來，在排球教學(xué)與訓(xùn)練中，教師除了利用表述和演示等較為宏觀模糊的方式外，主要采用錄像等二維視覺媒體作為技術(shù)手段來輔助教學(xué)，較少從精確、量化的微觀層面分析運(yùn)動(dòng)技術(shù)并用于指導(dǎo)教學(xué)與訓(xùn)練。與傳統(tǒng)視覺媒體相比，計(jì)算機(jī)三維路徑動(dòng)畫具有更為清晰的三維特性，可以用量化的方式描述學(xué)生在三維空間的位置及運(yùn)動(dòng)軌跡，具有傳統(tǒng)媒體所無法比擬的優(yōu)勢。本文討論了如何制作基于三維路徑動(dòng)畫的輔助教學(xué)平臺(tái)，輔助完成排球教育中關(guān)于移動(dòng)這一技術(shù)難點(diǎn)的教學(xué)與訓(xùn)練方法。

1.三維路徑動(dòng)畫輔助排球教學(xué)與訓(xùn)練的優(yōu)勢

排球移動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)之一是動(dòng)作數(shù)量多、方向路線變化多，這就給移動(dòng)技術(shù)的學(xué)習(xí)帶來困難。在教學(xué)中如何讓學(xué)生快速形成運(yùn)動(dòng)表象、建立技術(shù)概念是十分重要的，因此示范作用在排球移動(dòng)教學(xué)與訓(xùn)練中顯得尤其重要。

以往的直觀教學(xué)中，除了教師演練外，主要依靠視頻的直觀演示作為輔助教學(xué)的媒體。視頻教學(xué)具有一定的局限性，學(xué)生只能按照視頻拍攝的角度進(jìn)行觀看，無法了解人體其他角度的動(dòng)作技術(shù)規(guī)格，所以對動(dòng)作的感知缺乏完整性和準(zhǔn)確性。另一方面是單純靠學(xué)生的本體感覺，對于學(xué)生的自身能力要求較高，使得大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想。應(yīng)充分利用學(xué)生的視覺、聽覺形成動(dòng)作表象，明確動(dòng)作的技術(shù)結(jié)構(gòu)及技術(shù)要領(lǐng)，建立完整的技術(shù)概念。

三維路徑動(dòng)畫有空間三維運(yùn)動(dòng)軌跡，制作完成后在觀看時(shí)可以達(dá)到立體效果，達(dá)到立體教學(xué)的效果。通過觀看優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員移動(dòng)技術(shù)的三維路徑動(dòng)畫，可以比觀看二維視頻更快速、更準(zhǔn)確地獲得外部技術(shù)信息，建立完整、清晰的技術(shù)概念。同時(shí)通過觀看錯(cuò)誤技術(shù)動(dòng)作的三維路徑動(dòng)畫，反饋?zhàn)陨淼倪\(yùn)動(dòng)信息，使學(xué)生更好地感知身體內(nèi)部信息，感受自己身體在空間的位置和肢體的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，從而更快更好地建立動(dòng)作表象。

圖1 三維排球輔助教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)功能關(guān)系圖

2.三維路徑動(dòng)畫輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

輔助教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在建立在對排球課程教學(xué)內(nèi)容分析的基礎(chǔ)上，先是使用三維設(shè)計(jì)軟件構(gòu)造三維模型，并且用插件將模型導(dǎo)出為X3D格式，然后在X3D編輯器中實(shí)現(xiàn)模型的轉(zhuǎn)化，最后使用瀏覽器完成，平臺(tái)的功能如圖1所示。

(1)人物的建模

人物模型采用多邊形建模方法，人體模型的完整性也需要進(jìn)行劃分，如果在展示模塊的功能中有對部分人體器官的換轉(zhuǎn)，那么在設(shè)計(jì)人體的過程中將對部分器官進(jìn)行調(diào)整，以此來適應(yīng)整體的功能變換，特別需要關(guān)注模型的四肢和姿態(tài)的變化。

在開始建模之前，需要獲得好的參考圖片或是繪制的概念圖，這對后期的建模有非常重要的作用，參考圖片和概念圖的質(zhì)量將直接影響到模型的準(zhǔn)確性。同時(shí)選擇學(xué)生日常的形態(tài)作為建模的依據(jù)可以提高學(xué)生對系統(tǒng)的熟悉度和親密度。

(2)移動(dòng)線路的設(shè)計(jì)

移動(dòng)步法的基礎(chǔ)訓(xùn)練主要是為了在實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用，而實(shí)際應(yīng)用中又要根據(jù)當(dāng)時(shí)場上的情況快速做出正確的選擇，在日常訓(xùn)練中通過反復(fù)的練習(xí)就是為了將規(guī)范動(dòng)作和基本戰(zhàn)術(shù)變成隊(duì)員的一種本能反應(yīng)。平臺(tái)針對排球中的移動(dòng)基本步法：滑步、交叉步、跨步、跑步以及組合步進(jìn)行了講解演示，對啟動(dòng)、發(fā)力和制動(dòng)都進(jìn)行了技術(shù)動(dòng)作分解和演示。

同時(shí)，平臺(tái)還提供了組合訓(xùn)練和基本戰(zhàn)術(shù)的移動(dòng)步法演示，例如兩人一組、三人一組和四人一組的接、調(diào)、扣的線路步法練習(xí)，完全可以滿足排球教學(xué)的需求。

人物運(yùn)動(dòng)規(guī)律需要考慮預(yù)期動(dòng)作、動(dòng)作跟隨、關(guān)聯(lián)動(dòng)作以及次要?jiǎng)幼鞯确矫?，在設(shè)計(jì)排球移動(dòng)跑位過程中，這些都是需要提前設(shè)計(jì)的。平臺(tái)可以從頂視和透視兩個(gè)角度進(jìn)行觀察學(xué)習(xí)，頂視關(guān)注人物移動(dòng)的最合理路徑，而透視強(qiáng)調(diào)身體各部分如四肢的協(xié)調(diào)問題。

(3)系統(tǒng)UI的實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)功能是基于按鈕的形式實(shí)現(xiàn)的，按鈕的功能主要就在于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在X3D中使用節(jié)點(diǎn)來創(chuàng)建功能，在根節(jié)點(diǎn)Scene下創(chuàng)建Transform空間坐標(biāo)變換節(jié)點(diǎn)、Script腳本節(jié)點(diǎn)和Route路由節(jié)點(diǎn)。

在Transform節(jié)點(diǎn)下，創(chuàng)建Switch開關(guān)節(jié)點(diǎn)，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)在同一時(shí)刻只能顯示一個(gè)選定的子節(jié)點(diǎn)的選擇型開關(guān)節(jié)點(diǎn)。最為關(guān)鍵的便是Shape下的觸摸傳感器節(jié)點(diǎn)TouchSensor的設(shè)立，它將是實(shí)時(shí)交互設(shè)計(jì)的觸發(fā)點(diǎn)。腳本節(jié)點(diǎn)Script定義了一個(gè)包含程序腳本節(jié)點(diǎn)的域、事件出口和事件入口及描述了用戶自定義制作的檢測器和插補(bǔ)器所作的事情。最后的Route節(jié)點(diǎn)是作為傳遞事件的節(jié)點(diǎn)，可以對各個(gè)節(jié)點(diǎn)和域值進(jìn)行控制、傳送和更改處理。當(dāng)用戶在平臺(tái)點(diǎn)擊按鈕后，就觸發(fā)了這個(gè)事件，使這個(gè)事件處于激活狀態(tài)，然后通過節(jié)點(diǎn)Route，將這個(gè)事件的激活狀態(tài)傳遞給了腳本節(jié)點(diǎn)Script下的指定Field節(jié)點(diǎn)，接著便是腳本節(jié)點(diǎn)Script下的程序開始運(yùn)行，讓模型按照規(guī)劃好的路徑運(yùn)動(dòng)。

3.三維路徑動(dòng)畫應(yīng)用在排球教學(xué)中的效果

(1)三維路徑動(dòng)畫的直觀性實(shí)現(xiàn)了排球教學(xué)的重難點(diǎn)突破

借助信息技術(shù)教學(xué)，它能有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，化抽象為具體，把難以理解的內(nèi)容或是不容易觀察到的事物，用信息技術(shù)手段充分顯示出來，調(diào)動(dòng)學(xué)生的直視功能，為突破難點(diǎn)創(chuàng)造出良好的條件。

(2)運(yùn)用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

教育心理學(xué)研究表明，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)中最現(xiàn)實(shí)、最活躍的因素是認(rèn)識(shí)的興趣，人們在滿懷興趣的狀態(tài)下所學(xué)的一切，常常掌握得迅速而牢固。在排球教學(xué)過程中運(yùn)用三維路徑動(dòng)畫輔助教學(xué)，實(shí)質(zhì)上是給學(xué)生一種新異的刺激，目的在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(3)三維路徑動(dòng)畫有助于教師采用正誤對比，及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤動(dòng)作

體育教學(xué)中為了減少和避免學(xué)生在練習(xí)中產(chǎn)生錯(cuò)誤，通常都示范正確動(dòng)作的同時(shí)指出易犯錯(cuò)誤和產(chǎn)生的原因。采用三維路徑動(dòng)畫，可以演示錯(cuò)誤動(dòng)作的產(chǎn)生過程和原因，讓學(xué)生邊看邊想，自我比較，能夠避免許多常見錯(cuò)誤動(dòng)作的發(fā)生，這樣即可以快速掌握動(dòng)作，又培養(yǎng)了學(xué)生的觀察和分析能力。

4.結(jié)論

本系統(tǒng)利用三維路徑動(dòng)畫輔助排球移動(dòng)技術(shù)的教學(xué)和訓(xùn)練是可行和有效的，可以提高學(xué)生的課程掌握能力，實(shí)現(xiàn)了課堂教育的有效性。如果整套系統(tǒng)可以加入三維立體掃描儀進(jìn)行學(xué)生的運(yùn)動(dòng)軌跡采集捕捉，進(jìn)行研究后將可以更方便的分析學(xué)生錯(cuò)誤，將更有效的提高教學(xué)效率。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，體育教育工作者應(yīng)該嘗試運(yùn)用三維技術(shù)輔助教學(xué)和訓(xùn)練，提高排球教學(xué)訓(xùn)練的科技含量，真正落實(shí)教育有效性的問題。

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