計(jì)算機(jī)仿真學(xué)在足球領(lǐng)域的應(yīng)用

艾依來(lái)提?阿合尼亞孜

摘要：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，近年來(lái)對(duì)足球競(jìng)技的戰(zhàn)術(shù)研究也更加深入，為實(shí)戰(zhàn)提供有效的理論支持，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以達(dá)到預(yù)測(cè)和估計(jì)戰(zhàn)術(shù)狀況和運(yùn)動(dòng)員體能情況，找到優(yōu)化戰(zhàn)術(shù)和提高運(yùn)動(dòng)員體能的有效方法和理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真學(xué);足球;應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真系統(tǒng)的模型，并在一定實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。高效、安全、不受環(huán)境條件約束、可改變時(shí)間、比例等是其最大優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在的競(jìng)技體育正在向高、難、精、尖迅速發(fā)展，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，體育競(jìng)技單純地依靠運(yùn)動(dòng)員自身刻苦訓(xùn)練和提升技能已很難再在比賽中獲得理想成績(jī)，運(yùn)動(dòng)員們愈來(lái)愈多地開(kāi)始相信科學(xué)，依靠科學(xué)技術(shù)獲取更科學(xué)更安全更高效的成果。計(jì)算機(jī)仿真學(xué)作為新興的科學(xué)技術(shù)，應(yīng)用在體育領(lǐng)域多個(gè)競(jìng)技中，相比于傳統(tǒng)體育訓(xùn)練方式計(jì)算機(jī)仿真學(xué)顯示出了自己獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。

1 研究目的

將計(jì)算機(jī)仿真學(xué)技術(shù)的應(yīng)用在足球領(lǐng)域，可以發(fā)掘運(yùn)動(dòng)員的潛能，制定出更科學(xué)合理的戰(zhàn)術(shù)，為運(yùn)動(dòng)員提供科學(xué)的安全保障。運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真學(xué)技術(shù)來(lái)模擬足球訓(xùn)練的全過(guò)程，從足球場(chǎng)地、運(yùn)動(dòng)員、戰(zhàn)術(shù)、技能等各方面進(jìn)行仿真測(cè)試。更加直觀地看到運(yùn)動(dòng)員或者戰(zhàn)術(shù)存在的問(wèn)題，找到問(wèn)題根源，制定相對(duì)措施，從而達(dá)到更高的訓(xùn)練效果，取得更好的比賽成績(jī)。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真學(xué)的虛擬展示，制定科學(xué)、合理、規(guī)范的足球訓(xùn)練流程，更加直觀地展示戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)。讓足球運(yùn)動(dòng)員可以多角度的進(jìn)行學(xué)習(xí)掌握，并依據(jù)需求隨時(shí)轉(zhuǎn)換角度或進(jìn)行時(shí)間的轉(zhuǎn)換，也有利于教練看到形象的動(dòng)態(tài)的訓(xùn)練方法在實(shí)戰(zhàn)中的展示。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以通過(guò)設(shè)計(jì)整體戰(zhàn)術(shù)相關(guān)條件，建立數(shù)據(jù)模型得到最好結(jié)論。對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析，得出的結(jié)論如果是需要改變隊(duì)員訓(xùn)練方法和體能標(biāo)準(zhǔn)可以獲得更好的成績(jī)，就以此為理論支持，在實(shí)際訓(xùn)練中加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員的個(gè)人訓(xùn)練。如得出的結(jié)論是現(xiàn)有的戰(zhàn)術(shù)已經(jīng)落后不足以達(dá)到提升競(jìng)技能力的結(jié)論，就在現(xiàn)有足球戰(zhàn)術(shù)方面進(jìn)行改革提升。最后依據(jù)最新結(jié)論，設(shè)計(jì)新的競(jìng)技條件和模型，進(jìn)行仿真模擬，借此用在實(shí)訓(xùn)當(dāng)中去。

2 研究對(duì)象

研究足球運(yùn)動(dòng)員、足球場(chǎng)地、教練員、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用。計(jì)算機(jī)仿真學(xué)技術(shù)研究足球運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練，可以避免高難度技術(shù)動(dòng)作帶來(lái)的傷害，通過(guò)對(duì)動(dòng)作的分析設(shè)計(jì)出更科學(xué)更安全的技術(shù)。通過(guò)對(duì)技術(shù)動(dòng)作的分解和多角度展示，也可以讓運(yùn)動(dòng)員發(fā)現(xiàn)技能動(dòng)作運(yùn)用過(guò)程中存在問(wèn)題和改進(jìn)之處。讓足球運(yùn)動(dòng)員在掌握技術(shù)的同時(shí)具備更科學(xué)的競(jìng)技狀態(tài)，提高足球運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)水平，戰(zhàn)術(shù)水準(zhǔn)，訓(xùn)練效果。

計(jì)算機(jī)仿真學(xué)技術(shù)在研究足球場(chǎng)地運(yùn)用過(guò)程中，可以創(chuàng)造出全新的足球訓(xùn)練場(chǎng)地，彌補(bǔ)足球訓(xùn)練條件不足的缺陷，有利于現(xiàn)實(shí)教學(xué)與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練技術(shù)相結(jié)合。足球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的模擬，能夠?yàn)樽闱蛴?xùn)練提供更安全的環(huán)境。

計(jì)算機(jī)仿真學(xué)關(guān)于教練員的研究，可以通過(guò)“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)在足球訓(xùn)練中的運(yùn)用，讓教練員站在更高的層次去多角度進(jìn)行觀看分析，找到訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)中存在問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)更好的訓(xùn)練方法。一些教練員無(wú)法完成的示范性動(dòng)作，可以通過(guò)仿真教學(xué)進(jìn)行正確展示，讓運(yùn)動(dòng)員反復(fù)觀看學(xué)習(xí)練習(xí)。通過(guò)針對(duì)性的訓(xùn)練，提高訓(xùn)練效果，在競(jìng)技比賽中獲得更好的成績(jī)。

計(jì)算機(jī)仿真學(xué)還可以對(duì)足球戰(zhàn)術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究模擬，相比于傳統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)研究，仿真模擬展示，可以有更多的角度，更多的變換，通過(guò)回放等形式讓運(yùn)動(dòng)員更能直觀形象多角度的去學(xué)習(xí)研究。通過(guò)不同戰(zhàn)術(shù)的展現(xiàn)，來(lái)觀摩競(jìng)賽效果。還可將對(duì)方球隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)進(jìn)行變化，通過(guò)研究找到科學(xué)的防御戰(zhàn)術(shù)。通過(guò)足球競(jìng)賽的虛擬演示，可以找到合適的科學(xué)的進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù)。

3 研究方法

3.1 框架設(shè)計(jì)法

通過(guò)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)框架。比如足球戰(zhàn)術(shù)仿真，就是將不同戰(zhàn)術(shù)分解為小的模塊來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。例如將足球戰(zhàn)術(shù)分為：2-3-5、全攻全守、9-0-1、4-3-2-1等，再將戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行動(dòng)作分解為補(bǔ)位、圍搶、造越位、全隊(duì)防守等模塊?？偟姆椒ň褪菍⒆闱蚋?jìng)技的仿真按照大、小、細(xì)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即先設(shè)定大的框架，再分成小的分類，最后將細(xì)節(jié)進(jìn)行模塊化。通過(guò)模塊化的組合變換達(dá)到整體變化。

3.2 仿真三維模型法

將足球場(chǎng)地、器械、運(yùn)動(dòng)員、教練員、裁判等設(shè)置仿真模型。通過(guò)對(duì)優(yōu)秀足球運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練動(dòng)作采集，建立人物模型，并對(duì)各人物模型的膚色、服飾、骨骼等進(jìn)行模擬復(fù)原。足球場(chǎng)地、器械等按比例進(jìn)行還原。此方法就是通過(guò)對(duì)實(shí)際的足球競(jìng)技的研究，將足球競(jìng)技中所使用到的場(chǎng)地、器械和參與的人員建立模型。再將每個(gè)模型進(jìn)行多角度多方面的采集，達(dá)到可以多視角的觀看演示效果。

3.3 角色設(shè)定法

將人物模型與肢體骨骼進(jìn)行連接，使骨骼運(yùn)動(dòng)對(duì)人體模型表面發(fā)生聯(lián)動(dòng)變形影響，完善綁定效果。人物角色的設(shè)定進(jìn)保有運(yùn)動(dòng)功能，無(wú)關(guān)不必要的功能不用顯示，可以讓畫面更簡(jiǎn)單，動(dòng)畫編輯更明了，減少不必要因素影響。將人物角色設(shè)定保存相應(yīng)的動(dòng)畫片段，利用變換的動(dòng)畫與流暢的戰(zhàn)術(shù)相配合。角色設(shè)定就是將運(yùn)動(dòng)員的骨骼與人物模型相連接，通過(guò)皮膚、服飾等不同賦予每個(gè)模型仿真身份，使得動(dòng)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(duì)性地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

4 足球戰(zhàn)術(shù)實(shí)戰(zhàn)模擬動(dòng)態(tài)編輯

足球比賽仿真設(shè)計(jì)，需要多人同步動(dòng)畫。將足球戰(zhàn)術(shù)按不同戰(zhàn)術(shù)來(lái)分類，根據(jù)戰(zhàn)術(shù)線路圖和世界足球強(qiáng)隊(duì)的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)配合相關(guān)資料進(jìn)行模擬，通過(guò)動(dòng)畫形式進(jìn)行虛擬再現(xiàn)。這樣就可以利用動(dòng)態(tài)的三位圖像從不同角度觀察模仿優(yōu)秀足球運(yùn)動(dòng)員的站位及技術(shù)動(dòng)作，更加生動(dòng)形象地理解足球戰(zhàn)術(shù)。

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)多位虛擬足球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行足球戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作編輯。通過(guò)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等不斷調(diào)整運(yùn)動(dòng)員的站位，每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作變換關(guān)鍵幀要正確，這樣才能保證多人同時(shí)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)整戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)景的變換位置，可以從不同角度來(lái)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作和位置。在多人動(dòng)作完成是，需要將骨骼動(dòng)畫呈現(xiàn)出來(lái)。對(duì)足球戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行初步動(dòng)態(tài)編輯后，再細(xì)化編輯，讓運(yùn)動(dòng)員的足球戰(zhàn)術(shù)配合更加同步和流暢，人物形象更加鮮明生動(dòng)。最后一步進(jìn)行角色設(shè)定，讓整個(gè)動(dòng)畫變得完全真實(shí)。

5 虛擬演示

將足球戰(zhàn)術(shù)分別進(jìn)行虛擬演示，表達(dá)方法有：教練員利用不同的虛擬戰(zhàn)術(shù)發(fā)布足球戰(zhàn)術(shù)練習(xí)及訓(xùn)練項(xiàng)目，讓運(yùn)動(dòng)員更加形象的看到虛擬環(huán)境下展現(xiàn)出來(lái)的戰(zhàn)術(shù)效果，技能動(dòng)作效果;教練員也可改變對(duì)方球隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)，運(yùn)動(dòng)員可以看到在對(duì)方球隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)特點(diǎn)，以根據(jù)對(duì)方的變化來(lái)制定相應(yīng)對(duì)策，生動(dòng)形象的動(dòng)畫，可以讓運(yùn)動(dòng)員理解更加深刻;足球也可根據(jù)教練員的想法進(jìn)行隨意變換，制定不同的戰(zhàn)術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì);對(duì)于優(yōu)秀足球運(yùn)動(dòng)員的技能動(dòng)作也可以分別進(jìn)行動(dòng)畫顯示，可以通過(guò)快進(jìn)、慢動(dòng)作、暫停等來(lái)一步步讓運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行學(xué)習(xí)觀摩，來(lái)制定反擊動(dòng)作。

6 研究結(jié)果與對(duì)策

6.1 研究結(jié)果

計(jì)算機(jī)仿真學(xué)在足球領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)于足球運(yùn)動(dòng)員和教練員來(lái)說(shuō)，就是真實(shí)仿真、直觀、多角度、多變換。虛擬展示可以模擬對(duì)之前的比賽進(jìn)行模擬，不僅可以更加直觀細(xì)致地發(fā)現(xiàn)比賽中存在的不足，更可以通過(guò)變換戰(zhàn)術(shù)、技能動(dòng)作等看到可能存在的其他結(jié)果。也可通過(guò)改變對(duì)方球隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)、技能動(dòng)作、角色等來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略。

計(jì)算機(jī)仿真學(xué)在足球領(lǐng)域的應(yīng)用是一項(xiàng)新興的科學(xué)技術(shù)，通過(guò)與足球競(jìng)技運(yùn)動(dòng)者之間的合作，不斷地研究更新，現(xiàn)已在足球運(yùn)動(dòng)的教學(xué)、訓(xùn)練、競(jìng)技比賽中表現(xiàn)出很大潛力。通過(guò)仿真模擬技術(shù)，可以讓足球戰(zhàn)術(shù)得到科學(xué)提升，讓運(yùn)動(dòng)員的技能動(dòng)作更安全高效，可以制定更加有針對(duì)性的進(jìn)攻和防守策略。仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用還可以利用虛擬讓更多的新戰(zhàn)術(shù)、新技能動(dòng)作、新訓(xùn)練方法提前進(jìn)行演示，對(duì)存在的不足和危險(xiǎn)提前進(jìn)行防范和改善。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真學(xué)的應(yīng)用可以使足球競(jìng)技得到不斷完善和提升。

6.2 對(duì)策

通過(guò)虛擬場(chǎng)景的演示，看到目前足球競(jìng)技中存在的戰(zhàn)術(shù)、運(yùn)動(dòng)員技能動(dòng)作、教練員訓(xùn)練方法等方面存在的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有足球戰(zhàn)術(shù)、技能動(dòng)作、訓(xùn)練方法進(jìn)行完善優(yōu)化，將提升后的技術(shù)在仿真學(xué)中進(jìn)行不斷更新，與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合同步提升。

通過(guò)對(duì)虛擬場(chǎng)景的觀看，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真學(xué)技術(shù)中存在的缺陷與實(shí)際不符之處，隨時(shí)對(duì)虛擬場(chǎng)景、人物、器械等進(jìn)行修改，不斷進(jìn)行完善，使計(jì)算機(jī)仿真學(xué)技術(shù)的應(yīng)用能夠給足球競(jìng)技帶來(lái)更高的指導(dǎo)作用。

伴隨科技的發(fā)展讓足球競(jìng)技也變得越來(lái)越復(fù)雜，競(jìng)技要求不斷提高，這就要求計(jì)算機(jī)仿真學(xué)在足球領(lǐng)域的研究要加快腳步，同時(shí)還要加深層次和細(xì)節(jié)研究。比如可以通過(guò)對(duì)技能動(dòng)作的步驟分析，通過(guò)數(shù)據(jù)、圖形等形式進(jìn)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(dòng)作，為運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練提供更科學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)。

7 前景展望

由于足球競(jìng)技的自身特點(diǎn)，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)仿真學(xué)在足球領(lǐng)域的應(yīng)用研究比較側(cè)重框架模擬，比如建立形象生動(dòng)的仿真場(chǎng)景、足球運(yùn)動(dòng)員技能動(dòng)作特點(diǎn)、戰(zhàn)術(shù)的應(yīng)用等。相對(duì)來(lái)說(shuō)這些應(yīng)用到的計(jì)算機(jī)技術(shù)較簡(jiǎn)單，容易處理，對(duì)于模擬足球運(yùn)動(dòng)員的心理和身體變化等智能方面的研究較少。隨著足球競(jìng)技運(yùn)動(dòng)的不斷發(fā)展改進(jìn)，對(duì)戰(zhàn)術(shù)、運(yùn)動(dòng)員的技能、心理素質(zhì)、體能等要求的不斷提高，計(jì)算機(jī)仿真學(xué)的應(yīng)用也會(huì)進(jìn)行更深層次的研究?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)仿真學(xué)在足球領(lǐng)域的應(yīng)用受到技術(shù)、物力、財(cái)力等影響，還未達(dá)到普及能力，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家和社會(huì)對(duì)足球競(jìng)技的重視，在將來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真學(xué)在足球領(lǐng)域的普及是可能和有現(xiàn)實(shí)意義的。計(jì)算機(jī)仿真學(xué)作為一項(xiàng)新興科技教學(xué)平臺(tái)，也會(huì)得到更多的青少年喜愛(ài)，當(dāng)它展現(xiàn)出強(qiáng)大的教學(xué)、研究?jī)?yōu)勢(shì)、潛力后相信會(huì)在不久的將來(lái)得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶運(yùn)三.體育學(xué)實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域熱點(diǎn)問(wèn)題的聚類分析與展望——以2005-2013年國(guó)內(nèi)十五類體育期刊文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)統(tǒng)計(jì)為例[J].體育與科學(xué)，2015，36（03）：114-120.

[2]王運(yùn)武，陳琳.仿真在教育中的應(yīng)用初探[A].中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)仿真技術(shù)應(yīng)用專業(yè)委員會(huì).第13屆中國(guó)系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)仿真技術(shù)應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)：中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會(huì)，2011：5.