3D运动模型技术推动教育数字化转型赋能教育教学变革研究

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3D运动模型技术推动教育数字化转型赋能教育教学变革研究摘要：3D技术广泛应用于各个领域，成为未来发展中最受瞩目的科技之一，本课题通过探究标准技术动作的建模方法，研究3D运动模型如何在体育教学中应用。具体以3D运动模型为研究对象，将高水平运动员的视频录像、数据资料转换成标准运动数据，使用计算机3D技术制作运动模型，将3D运动模型辅助教学成为可能化。取得以下研究结果：运用标准运动数据在3Dmax或MAYA中建立出标准运动模型，并在其3D空间展示。借助3D空间动画技术，将3D运动模型以视频、gif、网页、全息投影等形式投入体育课堂使用。利用3D运动模型辅助学习体育动作能够快速深化学生对高水平运动员运动技术的理解，帮助学生准确的建立运动表象。关键词：3D；运动模型；体育教学；应用1.3D技术的发展1.1.简述3D技术的发展3D技术指3D空间，3D电影就是所谓的立体电影，而3D电视也就是人们日常生活中所用到的立体电视；3D电视的原理是利用人的两个眼睛所看到物体的距离差异，进行演示分离，演化出所谓的3D视角，通过裸眼3D眼镜实现了画面的距离感，给与观看者视觉的体验。近几年3D技术也是取得了数字化的突破性进展，如今3D技术已经进入主流，当代正是3D技术正在普及的时代[1]。而在上世纪的中后期，3D电影的发展还处于一个萌芽阶段，人们应用3D技术主要在于电影行业上面，由于当时的科技发展，也限制了3D技术的广泛应用；直到现代3D电影技术已经完善并普及了全世界，而3D技术也不仅仅在电影行业出现。新技术的出现极大的改变了人们的视觉体验，媒体的广泛运用也证明了对3D技术的投入是值得的，3D技术已经走过了一百多年的艰苦路程，特别是最近的几十年里，3D技术取得了飞速的发展，我相信在未来的视觉领域上2D技术一定会被3D技术所代替。据相关调查统计结果表明，目前全球有80%的飞机与50%的汽车通过使用3D软件设计制造，3D技术也广泛应用到了其他领域[2]。在当今这个互联网高速发展，信息化时代不断快速前进的社会大条件下，3D技术已经成为了新的基本“语言”成为了人们开发其他领域所使用的“平台”采用的“工具”（如图1）14

1，由此可见，3D技术的研发与应用在世界产业结构的提升中扮演着极具重要性的角色，企业或国家首先掌握3D技术的与否，关系到其在当下或者是未来时期在整个世界竞争发展的热潮中占据着怎样的位置。试想，如若没有3D技术人员的支撑，产业的创新升级，文化软实力打造等[2]，那么该企业或者国家在未来的信息化时代的竞争中将不会登上3D的创新舞台，无论对于个人的技术能力的建设，亦或是推动一个国家的创新能力，文化软实力的建设，使得其更上一层楼，将工业化与信息化融合，文化创意产业与创新发展实践相融合并把3D技术放入其中都是极其重要的基础步骤。人们在感知这个世界的时候，眼睛和身体感受到的都是三维立体的，因为时间对于我们来说是虚构的，况且，整个三维立体空间的世界具有丰富的色彩、光滑的外在表面，讲究的材质等等[3]；由此可见，人们对这个世界的发现以及创造最原始的那份冲动都是三维立体的。但是人类的进化是漫长的，技术的发展更是艰辛的，技术条件十分受限，无法简单清晰的用三维的方式向人们展示这个世界，只能在一些二维平面通过影像的方式来表达。因此人们发明了平面投影和透视等方法，在此类方法上形成了抽象的2D平面文明体系……中国的四大发明更是为全人类的2D文明发挥了极大的作用。上述现象持续到上个世纪互联网网络以及智能设备的诞生。伴随着网络时代的到来，电脑的发明以及普及，深刻地影响着我们的日常生活，也慢慢改变了我们的消费方式，工作模式等等。基于计算机和互联网的三维数字技术最终将人们对真实三维世界的理解带回了最初直观的三维领域[1]。无论是在虚拟网络上，还是在现实生活中，无论是像飞机等大型工业产品还是生活中的小型工业产品一样大，计算机制作的3D模型、3D动画和一些数字3D模拟随处可见。1.1.国外3D技术的发展应用在国外3D技术在一些其他生产生活领域出现了创新性设计，例如在产品设计、市场服务以及制造管理等。事实证明企业掌握最前沿的3D技术，就是掌握了新时代的产业链，为获取巨额的利润提供了依托[4]。而在3D技术内容的广泛推广方面，日韩的相关企业明显的走在了其他国家的前列，在日本，对于3D技术的支持一直是国家前几位，一直受到了很大的投入，尤其是在游戏上，最为突出，日本的动漫水平位居世界前茅，随着发展也逐渐走向动漫3D，在日本往3D彩电上大力投入资金的时候，韩国也在3D彩电的市场的内容上紧跟其后，发展3D内容，培养自主创新的3D人才，在短短时间内，随日本3D彩电的崛起，3D内容也达到了充足的供应，世界进入了观看3D电视的时代。例如LG电子也与韩国国内的卫星广播企业Skylife联盟，一起合作，为3D内容这项战略积极拓展[4]14

2。发展至今的3D技术，我们都能体验到，但在3D产业链的发展中，我们不得不承认美国在这其中起到的重要作用，因为美国率先在好莱坞电影上突破了前所未有的观看体验，好莱坞电影在3D技术上的突破，使全世界人们第一次认识了3D技术，为3D电视、电影打下了坚实的基础，好莱坞电影成为了世界3D电影的领军者。美国好莱坞电影作为世界发行3D电影最多的地方，在未来一定会带动全球电影的发展，对电影的发展与换代做出持续有效的贡献。在英国3D技术被广泛应用在竞技类体育上，例如，在英超联赛中，曼联和阿森纳的比赛是历史上第一次将3D技术应用于体育比赛创新性地应用3D技术。如今，世界上已经存在25家这样的公司运用这3D技术，让人们足不出户感受着竞技赛场的氛围。同一年，韩国利用先进的卫星广播技术开通了3D电视频道，成为世界上第一个开通3D电视频道的国家，随后西欧以及北美等国家也开通了3D频道，在2012年，正如我们所见到的伦敦奥运会也是采用了3D电视方式进行的转播。在技术市场上，一些电子产品的行业巨头，已经开始研究3D电影家庭版播放设备，让人们在家里感受到3D电视节目的魅力，大大的刺激了3D的消费市场提高了用户市场对3D技术的需求，使3D技术彻底走进了我们的生活，在3D电影的观看中我们还会发现，3D眼镜存在诸多的不方便，比如说3D眼镜的光亮度较弱，3D眼镜的负重感等等，都会影响我们的观看体验。而美国一些公司断言10年内，实现人们摘掉3D眼镜真正的实现裸眼看3D电影，我相信这一技术将会很快实现。1.1.我国3D技术的发展应用现在3DMAX技术日渐成熟趋于强大，也广泛地应用在电视，娱乐行业中，例如一些动漫片头的动画效果，或者是视频游戏人物的建模，让玩家体验感最好，印象最深的都是3DMAX的杰作。不仅局限于视频娱乐行业，3DMAX技术在影视特效中也发挥着重要的作用。由于一些古装影视剧的场景不能实地考取所以通过3DMAX技术来进行后期的实现。3DMAX技术不仅仅在影视传媒方面有着重大贡献，就在国内发展相对较为成熟的建筑行业来说，在建筑效果图以及建筑动画的制作完成上，3DMAX技术的高效实用率更是占据了绝对的优势。根据不同行业的不同技术要求，3DMAX技术的掌握程度也有所不同，比如在建筑方面虽然领域绝对成熟，但只是要求利用3DMAX进行简单的渲染，游戏视频则对3DMAX需要进行一定的处理，影视剧的制作就将3DMAX技术发挥到了极致。我国3D技术的应用广泛，在医学、工程学、建筑学、航天学、植物学、媒体、工业设计、模具设计、地理信息、娱乐行业等，3D技术起着重要的作用。在药用植物学教学中，运用了PlantFactory3D14

3技术，通过对各种植物进行建模和动画模拟，直观的展示出了植物叶的特征，花的特征，使同学们能够更加清晰透彻的去了解，便于了学生们的观察和学习。在飞行员的考核学习中，运用到了3D模拟飞行技术，通过3D模拟飞行的练习，强化飞行驾驶技术，应对驾驶中遇到的各种难题。在医学中3D技术的应用也有很多，胸外科肺部解剖学教学中，利用DeepInsight3D技术，把复杂的肺部结构，直观的呈现在学生面前，使同学们更好的辨认肺的解剖结构关系，使得学生更直观、更主动，思维能力得到了提高。在建筑学中，由于其技术领域发展的相对完善，3D技术在建筑领域应用的极为广泛，其中3D建模技术可以在工程师面对复杂的图纸毫无思路中成功的解救出来，为后续的建工提供了很好的逻辑思路。由此以后，“3D建筑模型”便成了建筑项目管理过程的核心，其他所有的图纸效果，工程数据都将从这个模型中直接生成，大大减少了人力成本。采用了这种技术后，无论甲方提出任何意见，要求对哪种图纸进行修改，都可以通过这个模型技术进行修改，其它视图将随之变化，大大的减少了效率低下、浪费等问题。在我国3D电视节目上形式和内容也有所创新，CCTV立体观天下栏目中，它由动画、体育、赛事、纪录片等组成，并安排在整个星期，贯穿了人们一周的工作生活。立体北京栏目以综艺节目为主，突出文化品位和北京特色。每周安排“洋声堂”、“京剧”等日常品牌节目，不时推出春节联欢晚会等3D综艺节目。3D天津节目主要播出儿童3D乐园。本节目旨在以生动、有趣、神奇等有趣的方式播出儿童生活、学校生活和社会生活节目，让儿童学习生活经验、科学文化知识，促进他们的成长。3D上海栏目主要分为娱乐、戏剧、体育赛事、时尚和大型晚会表演，包括“动感体育”、“多彩戏剧”、“魅力城市”等，用来突出节目的服务性目的。第三届全国3D大赛成功举办。在2008年首届比赛中，来自14个省/市/自治区的168所高校参加了比赛;在2009年第二届比赛中，来自28个省/市/自治区的508所高校参加了比赛，有50万人参加;在2010年第三届比赛中，将举办全国现场总决赛。目前，共有30个省(区、市)的619所高校和376家企业参加了比赛，总人数达1000万人。英特尔、AMD、英伟达、惠普、达索赛姆、欧特克、联想、宏碁、航天神州软件、智联招聘等国内外知名企业也参加了全国3D竞赛。全国3D竞争导向的高新技术开发和产业化的科技、科学与技术教育部等部门,由三维(3D)的国家制造业信息化培训中心有限公司主办的3D办公室国家制造业信息化培训中心江苏省常州市科教城管委会，3D电网。14

4全国3D大赛在国家大力推动自主创新，在一个新的时代背景下开展的一项新兴赛事，体现了我国科技的进步，是我国大学生科技竞赛的一个卓越发展；为国家提供创新型人才，提高其创新发展能力营造了良好的环境。1.1.我国3D技术在体育中的应用在体育媒体，体育广告，体育设施设计，体育器材设计方面都有3D技术的应用，遗憾的是在体育教学中3D技术仍处于待发掘状态。在现代体育教学中，鲜明、正确的运动技术动作表象是重点和难点，然而目前为了保障直观性，采用一系列手段，如：自然示范、动作照片、电影、视频、录像等并伴随解说分析。传统的教育方式存在诸多局限性，有些视频，照片等，需要大量的时间去搜索，最后得到的视频或者图片信息，并不是很合适，并不是很直观，学生也很难理解。3D技术在体育教育的应用仍处于空白状态。当前世界与我国的科学技术日新月异的发展，高端科技手段在体育中发挥了前所未有的高效能，在体育媒体中，我们看到了3D模型的回放：“NBA中的3D人物模型回放，足球比赛中的3D人物场景回放，网球中的3D回放，体育广告中的3D视频动画。”在运动健身器材的制作上也运用了3D技术。在网球教学中，有应用沉浸式3D技术的教学案例,通过利用VR于3D技术相结合的模拟系统可以给学生提供一个生动的学习环境，进行网球的发球教学,让同学们身临其境的感受到网球的魅力，大大提高了学生的自主学习性，增加了他们对于体育运动的热爱,此模拟系统具有360°无死角观看模式,让学生更加清晰地发现自身发球技术动作是否正确，也可以对照着系统的正确动作进行分析，纠正自己的发球动作。但是，我们会遗憾的发现，我国的学校体育教育，高科技含量和对体育教育的经费投入显然要比运动训练少得多。分析其成因可以发现，并不仅仅是因为经费投入的少，更有一部分客观原因在于技术软件的使用上面，例如人们可以使用一些简单的课程ppt软件甚至模板对上课的内容做一个ppt进行展示，这使得很多不会制作课件的人都可以很好地制作一个不错的ppt用来展示课堂内容，但是3DMAX这些国内知名的电脑制作软件，需要使用者掌握一定的相关技术知识，甚至有的需要人们特意的去报课程学习，进行实操。在主观原因上，3DMAX这一计算机科学技术与体育学科并没有根本性的联系，计算机技术在体育教学上的应用也是寥寥无几，这需要我们进一步探索。在列▪巴▪马特维也夫的《竞技运动理论》中有指出，“在运动员的培养中也使用所有在提出、完成和评价训练作业结果时保障必要的直观性的因素[4]14

5。直观性的含义就是指我们用眼睛可以看到的，集中于形成一个确定的动作形态、过程并使我们的知觉感受到，并在此基础上的表象，概括来说就是将运动达到科学化、标准化，能让运动者很直观清楚的去观察，并在运动者运动中起到领导纠正作用，使运动者在运动中自主思考动作技术，最终达到完善自身技术动作的目的，这也就说明了，直观的去观察科学化、标准化的技术动作对于体育运动的学习者们很重要。《体育时空》2013.7期中，河北联合大学体育部的李世森和乔振赢发表关于3D技术与篮球上篮一文中提到，可以运用3DMAX技术到篮球的教学中，通过对每个技术的拆解分析，进行关键帧的设计，再使用3D动画的形式把关键技术动作呈现给学生看。《当代体育科技》2013年1期3卷中，李世森和乔振赢发表的【基于3D动画提升篮球教学质量的研究】也有提到3D动画技术在篮球教学中的应用，虽然很好的提升了学生们的学习兴趣，促进了学生们对技术动作的理解和学习，是同学们有了很好的运动表象，但是，视频终究是视频，学生们通过3D动画去观察，只能根据3D动画中摄像机的位置而去观察，并不能很好的、随意的切换角度去观察技术动作，所以运用3D动画技术仍然存在较大的局限性。而3D运动模型技术，包括了3D动画技术，在观察3D动画的基础上，还可以更加清晰的、随意多方位的去观察运动模型在某一时刻某一视角的技术动作，解决了3D动画技术的视角局限性。我国在3D技术上运用广泛，遗憾的是在体育教学中，我们没有一个更直观，更清晰，更方便大家去理解学习的素材，还只是沉浸在传统的教育方式：图文教学。通过本课题的研究，即将引发一个全新的研究领域——体育信息技术（信息体育技术）。这需要信息技术和体育学建立成熟的学科交叉，故而建立世界优秀运动员标准运动技术数据库也是个重大的课题。这个课题和人工智能也存在伦理关系：是人学习机器，还是机器学习人？1.3D运动模型技术1.1.3D运动模型技术的概括14

6首先3D运动模型技术，它包括3D模型技术和3D动画技术，3D模型技术就是在已有xy轴的2D平面图形基础上，添加z轴，并在xyz三个轴上所建立起的模型，在软件内能从模型的各个角度各个方位去观察，而3D动画技术则是3D模型在一个角度或者多个角度的运动，模型的观看角度由摄像机的位置去决定，3D运动模型技术并非静态3D，通过3D空间动画的演示，能让学们从多方位、多角度的去观察动作的幅度、方向、大小，能够更加清晰透彻的去了解，观看的角度也不再被摄像机位置所局限，由观看者随意的切换观看角度进行观察，便于学生们的观察和学习。在体育运动中，静态3D不能满足学生对运动的认知，这需要3D运动模型技术。因此，静态3D模型的技术经验不能直接应用于体育运动模型，这就需要动态3D模型，而动态3D模型（就是3D运动模型）是不被体育学界掌握的技术。（如图2）1.1.3D运动模型技术的载体基于3D动画技术的基础上，实现更自由的观看视角进行学习，3D动画我们日常利用录屏、截屏等操作来实现观看3D动画，因此3D动画局限于录屏的观看视角，为了解决这一问题，我们可以采取在3D运动模型空间中添加VR摄像机，然后利用相关的360°全景播放器进行观看，3D运动模型技术在3Dmax软件场景中进行，制作出3D人体模型和相关的运动动作，并在其场景中添加多个VR摄像机，导出影像，运用相关的全景视频播放器进行观看学习，在观看中可以滑动画面进行全景切换，以运动模型为中心，从而实现了各个角度的观看学习。1.2.3D运动模型技术研究的目的意义通过3D模型运动技术的使用，可以在多个领域产生影响，为相关培训机构开通一条道路，为社会培养专业人才，弥补市场空缺，满足大众的需求，是研究意义的所在。2.标准技术动作的建模2.1.方法和步骤在计算机中，使用3DMAX、Maya等三维软件构建虚拟世界。在这个虚拟的3D世界,设计师建立了标准人体模型和运动场景根据物体的形状和大小,显示设置标准模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数根据标准的运动数据,最后根据需求分配模型具体的材料。当所有这些都完成后，计算机可以自动计算并生成最终的图像。2.2.标准技术动作标准技术动作的评价是指从动作的准确性、协调性、经济性上综合的评价。即技术动作既要符合规格要求，又要技术动作连贯，节奏合理，各要素配合恰当，还要把动作做的好且省力，在动作过程中尽量去减少时间和能量的消耗，没有多余的动作，且力量的分配恰到好处。2.3.标准技术动作的规格层次普通标准技术动作适合正常人体运动，在动作大小、角度、方向等条件上的数据是一个区间较大的数值，动作在数据区间中即可视为普通标准技术动作，以14

7社会全体成员以强身健体，娱乐休闲为目的，不要求达到高水平运动成绩，内容广泛形式多样的体育运动。在较高水平技术动作中，动作数据区间要比普通标准技术动作数据小一点，仅次于高水平标准技术动作，适用于非竞技体育领域以社会体育教育运动员为代表。在高水平标准技术动作中，我们往往是去观察世界优秀运动员的技术，以他们的技术为准，进行数据分析、整理、应用，最后做成世界优秀运动员的技术模型。（如图3）在进行3D运动模型的制作时，群众体育下的普通标准运动技术，我们把高水平运动数据区间扩大，把技术动作做成符合运动生物学、人体生理学要求的技术动作，而较高水平标准技术动作只需要把高水平运动员的运动数据区间稍微缩小，技术动作使一般体育运动员都能达到，而高水平标准技术动作的数据区间很小，往往会有定值出现，这就是非高水平运动员难以达到的技术动作。1.1.标准技术动作的数据标准技术动作数据对于一般的运动来说都具有一个数据区间，动作数据并不是一个定值，所以在制作过程中会以标准人体模型的数据来制定技术动作，在运动模型的制作中要求设计师具有一定的运动认知，还可以根据个体人体制作出模型，并制作出相应的技术动作。下面是一些常见的标准技术动作的数据。立定跳远动作技术数据：1、预摆动作：首先把两脚左右各迈开一步，切忌步子不要太大，使其保持与肩同宽的距离，调整站稳后，前后挥动着两臂，上臂带着下臂进行摆动，往前摆动时，谨记两腿需要伸直，往后摆动时，记得屈膝来降低身体的重心，上体微微前倾，手尽量往后摆，注意上下肢体动作要协调，摆动时一伸二屈降重心，上体稍前倾。2、起跳动作：在做好前期的预摆动作以后，两脚快速用力蹬地，此时鞋会有轻微形变的现象，前脚掌大部分面积着地，同时两臂由后方向前摆动，注意是前上方，利用手臂摆动的力量带动身体向前跃出，充分展体。3、腾空动作：在跳跃起来的过程中，人们的身体得到了充分的伸展，做到髋，膝，踝三关节保持伸直的姿势动作，两臂往前举。随后的收腹落地，这个时机因人而异，每个人的身体机能的不同，在收腹落地的时间也大不相同，腰腹力量强者，可在身体跳跃达到最高点后，随即的下落，迅速收腹并搭配屈腿的姿势，尽可能延长腾空时间，以达到更远的落地点。相反那些腰腹力量较弱者，在身体达到最高点时，收腹举腿，以便能够顺利的完成最高点跳跃动作，也能使得跳跃者跳跃更远的距离。14

8跑步时，上身尽量挺直，避免僵硬或对抗僵硬，放松手臂，有节奏地摆动。的上部身体放松,肩膀正面临前面,双臂自然摆动,身体颤抖的手臂摆动,脚着陆时应自然放松,这是反映在压缩变形的鞋当着陆和起飞时恢复。1.上半身:上身放松，肩膀面向前方，绕身体中轴线移动，稳定腰、腹、肩，身体随手臂摆动。2.手臂:保持肘部与身体成90度角，手臂自然有节奏地前后摆动。3.下肢:腿部跟随手臂摆动的节奏，保持自然的步伐，4.脚掌:整个脚接触地面,唯一的反弹力量面对唯一的脚是用来推动身体前进通过腰部,这是反映在鞋子的变形和运动的序列的身体的各个部分。5、视线:注视前方50-60米 ，(不宜抬高下巴，以免引致身体僵直或反挺)6、呼吸:初学者以放松以作出自然呼吸，呼气时胸腔收缩，吸气时胸腔放大。实心球的投掷：握球的手势很重要，两手手指交叉排列，当球要向外射出时，手要握住球的后下部位。发球角度，最好是45 度仰角左右，最错误的是水平射出，这样球很快落地是射不远的。站姿有两种，一种是两脚开立，宽度为肩宽左右，一种是一前一后，在投掷过程中，身体首先直立，手持球于体前，随后预摆，预摆到身体与前腿程一条直线或者夹角大于180°时，后腿大小腿弯曲，后腿发力蹬直，以前脚为中心，身体顺时针转动到正直，由于惯性，最后前倾，双手送球到45°左右。蹲踞式起跑：蹲下开始，首先，感觉强壮的腿放在后面。跪在地上。前脚应该离起跑线一英尺半，后脚的位置:后脚的脚趾应该放在脚跟的平行线上，两只脚应该平行。把手放在地上，坚持在起跑线上。在上述动作之后，头部自然下垂并等待命令。开始的前五步是蹬踏阶段，它依靠地面的反向力使身体获得更大的加速度。因此，在此期间的每一步中，脚趾都离地不超过10厘米，它们的所有力量都用来蹬地。这些动作在第7步和第8步之前是强制性的，并且后面可以根据他的跑步特长改变步频。例如，有些适用于高频小步进，有些适用于低频大步进。但最好的办法是迈出大步。摆动手臂和腿是协调的，呼吸时胸腔应该改变，跑步时身体应该摆动。背越式跳高技术：1.首先从运动者进场的助跑路线就可以看出，他的助跑目的是什么，其采用的是背越式的在助跑真正开始的时候，保持水平速度。助跑后面的弧形跑应该为跑和跳创造尽可能多的离心加速度，这有助于向横杆移动。2.14

9在助跑过程中，一个核心要点技术是需要保持直线的跑步路线，开始助跑那一刻开始，肩部保持下垂的姿势，使用前脚掌着地的方式，以便增加跑步时身体的灵活性。通过统一跑步时的步幅和稳定的加速度来提高自己的重心。为了克服外侧离心加速度过高产生的影响，上半身通常微微向运动场上的弧形内测倾斜。助跑过程中，前脚呈弧线的方式落地，身体重心的轨迹向内超出足迹线。助跑的过程中，注意速度要快，尤其是最后的两步，髋关节向前大幅度运动，但要保持上身相对垂直挺立的姿势，注意协调摆动的速度。起跳前，腿部要完全往后推；起跳时。腿要快速的向前伸展开来，髋关节要自然向前。在跳跃过程中，腿部的着地、缓冲和伸展动作目的是为了加速起跳，此时，经过大幅度的运动，由于髋关节的正向快速向前运动以及踩踏和放脚时的快速弧形接近，身体已经形成向后和向内倾斜的姿势。在起飞的缓冲阶段，通过将身体从倾斜角度变成垂直的，直到身体重心全部转移到那起跳腿的上方，此时起跳腿的三个关节就被完全快速的被推直，以此来达到起跳速度的提高以及减少了弯曲膝盖的面积。此时，起跳腿的推出方向应该在身体重心的外侧，这样就产生了必要的旋转动量来通过极点。起跳过程中摆动腿和手臂的协调在起跳过程中，离横杆较远的手臂向上摆动颈部，而另外一只手臂没有完全摆动出去，而是先刹车，这样有利于肩部轴线向横杆倾斜。摆动腿的摆动应从膝盖弯曲的起跳腿一侧开始，以膝盖为先导，先弯曲膝盖并折叠，然后跳过头顶的远侧支柱，用力摆动。当摆动腿向起跳腿的前方摆动时，它应该向内转动，同时小腿和脚应该稍微张开。这种积极的动作有助于保持骨盆在起飞力的作用线上，并产生围绕纵轴的旋转运动。此时，头部应该转向横木代偿。过杆落地就是充分利用起跳时间来改变身体姿势，缩短身体重心与横杆之间的距离，利用身体的屈曲、伸展和旋转来越过横杆。过竿时，立即弯曲臀部并收腹，迅速将下颌引向胸部，同时抬起小腿并进行补偿。需要注意的是，在着陆前，腹部应该闭合，腿应该抬起，背部先着地，或者身体先着地，然后向后翻滚。为了控制攀爬的方向，头部不应该向后倾斜。这一点应当注意。1.1.标准技术动作数据库14

10标准技术动作数据库是由高水平运动员的运动数据所构成的，三个层次运动数据分别由高水平运动数据依次扩大数据区间，使普通标准技术动作更容易被普通人群所学习，如果没有普通标准技术动作和较高水平标准技术动作数据，则只能做出高水平运动模型，高水平运动模型不容易被非体育专业学生所理解，所以建立三个规格的标准技术动作数据库是不可或缺的，而建立高水平运动数据库是后两者的前提，高水平运动数据是普通标准运动数据和较高水平运动数据的参考线，建立高水平运动数据更是制作3D运动模型的核心，高水平3D运动模型让我们清晰的见到高水平运动员的技术动作，极大的帮助了学者们对体育运动的学习，提高了学者的学习兴趣。3D运动模型需要建立在标准运动数据的基础上。只有以优秀运动员的技术动作数据为基础建立的运动模型才对体育教学有示范和参考价值，以随机运动数据建立的3D运动模型是不具备示范学习价值。因此，标准运动数据是决定3D运动模型在体育教学中使用价值的根基。由于以3D为代表的信息技术尚未与体育学建立成熟的学科交叉——体育信息技术，故我国体育领域还未建立以优秀运动员运动技术为蓝本的标准运动数据库。本课题的研究可能引发了一个全新的研究领域——体育信息技术（信息体育技术）。故而，建立世界优秀运动员标准运动技术数据库也是个重大的课题，这关系到未来体育科学的发展，这个课题和人工智能也存在伦理关系了，在未来的人工智能时代，体育运动上究竟是人学习机器，还是机器学习人？这些问题还有待讨论。1.1.研究方法文献资料法：通过搜集文献资料，总结整理运动数据，撰写3D运动模型技术的演变、优点、用处、以及未来发展优势等。计算机仿真：利用计算机软件对模型运动的运算，做出相应的运动模型，并导出、整理、使用。数据采集：对标准运动数据的采集、整理、总结、应用、制作运动模型2.在体育教育中的应用2.1.目的意义研究并建立一种有助于学生多方面观察、快速学习和理解运动技术运动形式的方法。同时，它还可以制作3D动画，以更加鲜明的呈现出运动技术动作的方向、幅度等细节，并应用于体育教学当中，3DMAX模型的建立对体育运动的多方位展示起到了很大的作用，为体育教学提供了一种新的教学形式。在现代化教学中，我们应采用更好的、更有效的教学方式，让传统教学方式与现代化设备结合起来，促进体育教育、教育科学化、信息化发展。为培养体育人才做出贡献。2.2.传统体育教学中动作示范展示的局限性14

11在传统体育教学中，我们的教科书局限于图文教学，图画的简陋动作和难以理解的文字描述，面对2D的图像学生需要长时间的临摹实践经验才能够在人脑中形成3D视觉、印象，只有这样才能掌握复杂的运动技术。这种在人脑形成的三位立体印象是模糊的，其稳定性较差，受主观感受影响较大，而且需要长时间的实践经验积累，极为不利于年轻学生的成长。实践上教师利用自己示范或者同学示范动作，来让学生们进行学习，动作水平局限于示范者，并非相对标准的技术动作，教师动作具有时效性影响，学生很难理解出正确的动作，最终导致学生们盲目、被动的去练习，甚至会把错误动作当作正确的动作并反复练习，我们体育教学的目的也就无法企及。1.1.3D运动模型技术在体育教学中应用的原理传统体育教学中，运动技能的形成规律分为以下三种：1.认知定向阶段（泛化阶段），通过视觉观看，体验技术动作，学习模仿练习。2.联系形成阶段（分化阶段）深入理解动作，不断改变动作规范，建立动作定型。3.自动化熟练阶段（自动化阶段）技术动作牢固定性，运用自如。体育教师首先要做出一个动作示范，学生根据示范动作去模仿练习体验动作。教师帮助学生去规范动作，建立动作间的联系，从而使技术动作更加牢固。在《运动生理学》中主要依据巴甫洛夫的条件反射理论来分析运动技能的形成，运动是在大脑皮质参与下实现的，直观的观察技术动作是技能形成的重要起点。《运动心理学》中表象训练是心理技能训练的核心环节。《运动训练学》中表象训练法在提高心里稳定性和促进技术掌握上具有很大的作用，首先在学生脑海中形成运动表象，学生根据表象进行模仿练习，3D运动模型就是人脑中运动表象的数字化体现，是运动表象的直观化和实体化的产物，清晰准确的把脑海中的表象呈现在眼前。在当代，表象训练法被一些运动生理学家视为心理技能训练的核心，利用视觉感官刺激学者来激发已有运动表象，来进行技术动作的练习。3D运动模型在目前恰好就是学习者形成表象的一把金钥匙，它能把标准的、完美的技术动作呈现在学者眼前，并且可以反复观看，形成深刻的表象，引导学者，根据表象进行模仿练习。3D运动模型在学者运动表象的形成上能够把最标准的动作传递给学者，而运动表象的形成在运动技术的形成上是关键。1.2.3D运动模型技术在体育教学中应用的优势3D运动模型是立体化的运动模型，将我们书本上的图片文字立体化的表现出来，学生去观察书本中的图片很难理解动作的形态，学习体育运动如果直接根据世界优秀运动员的技术动作去学习，那是最好的，但是世界优秀运动员不能随时出现在学生们的眼前，3D运动模型很好的解决14

12了这一问题，其优点在于动作准确，根据世界优秀运动员的运动数据做出运动模型，观看方便，利用视频，gif，2DVR视频来进行观看，视角随意，在观看中可以随意滑动运动视角，通过观看3D运动模型激发学生学习体育运动的兴趣，帮助同学建立良好的运动表象，促进学生高效率的进行体育运动的学习。1.1.应用的方法的预期效果利用3DMAX、MAYA、Photoshop、BodyPaint等软件对人体进行3D模型的建造、人物骨骼绑定、人物动作构造等，并将其导入教学课件进行应用，或者利用全息投影技术在课堂中展示出来，结果：应用3DMAX、Photoshop、BodyPaint等软件，立体的展现出了运动模型，能从各个角度观察他的动作路径、动作幅度等，用全景播放器播放素材，在播放时既能利用gif生成工具导出gif，或者生成二维码印在教科书中，便于观察完整动作，也能导出为Obj格式，在3DMAX里展现它静态或动态3D的形态特征，还能利用录屏功能，录下完成动作视频或局部动作分析。制作高质量的3D运动模型需要体育专业人士，运用3D技术，根据世界高水平运动员的运动数据做出运动模型，学生再通过当代合理的载体进行播放观看，这是体育与计算机科学相结合的成果。1.2.应用方法的实际效果首先体育专业相关人才还没有掌握3D技术的方法途径，其次由于现代相应技术的不成熟，还没有一个合适的载体能让3D运动模型投入使用，学生的观看手法也局限于现代科技，目前学生能通过视频或者GIF动态图片进行学习，还可以通过计算机3D软件进行观看学习，由于这两种载体存在诸多的局限性，如：视频和gif的观看视角局限性，计算机3D软件观看的不方便性，所以在目前来看，3D运动模型投入课堂使用，并不能很好的帮助学生学习动作，而3D运动模型还需要专业人士来完成，遗憾的是当前的3D体育运动模型市场仍未开发，我国也没有一个标准的运动数据库，所以未来需要更多的体育人来关注3D技术和标准运动数据库。2.基于中国跳水运动员田亮的3D运动模型在体育教学中的开发实例2.1.基于AutodeskMaya软件实现的田亮跳水技术的3D运动建模3D模型在很多地方得到应用，基于图像构建3D模型也逐渐在体育领域开始应用，目前可以通过体育视频转播，体育动作视频等获取高水平运动员多方位的动作技术，通过分析制作出相应的3D运动模型，但是由于高水平运动员的技术数据没有一个准确的数据库，所以只能通过视频分析来获得相应的3D运动模型。具体做法如下：1.利用人体图片做出人体模型2.通过运动员的运动数据做出模型的运动轨迹14

132.运用载体播放出运动模型（以gif为例）1.1.田亮跳水动作3D运动模型效果通过3D运动模型（如图6），我们可以很清晰的看出技术动作，在多种角度观察高水平运动员的跳水技术是在我们学生的角度不可能实现的，通过3D运动模型，我们近距离的、多角度的看到了高水平运动员的技术动作，这为我们的学习打下了坚实基础，增强了学生们的学习兴趣，加大了学生对此运动的认知性，更直观的去观察标准技术动作，提高了教学质量与学习效率。2.结论与建议本研究将3D运动模型技术应用到体育教育中，3D运动模型技术是一个辅助体育教学的重要工具，该技术将难以观察的高水平运动员运动技术直观化，并将其放入合适的载体中，学生可以自由的去观察技术动作，深化学生对高水平运动员运动技术的理解，运用标准运动数据在3Dmax或MAYA中建立出标准运动模型，并在其3D空间展示，主要通过运用3D空间动画的技术进行演示。将3D运动模型运用视频、gif、网页、全息投影等载体投入课堂使用。其利用3D运动模型学习体育动作能够深化学生对高水平运动员运动技术的理解，可以帮助学生建立准确的运动表象。14