基于虚拟现实技术的多功能跑步机系统的new

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn基于虚拟现实技术的多功能跑步机系统的研究与设计王永强兰州大学信息科学与工程学院，兰州（730000)E-mail:wangyongq@lzu.edu.cn摘要：虚拟现实技术在健身运动中的应用不仅可以提高健身者的健身效果，还可以使人们亲身体验“科技奥运”活动所带来的乐趣。本文结合自己的工作，介绍了虚拟现实技术与健身体育器械结合的现状和使用的关键技术，并研究设计了基于虚拟现实技术的跑步机系统，可以得出结论，VR技术必将改变人们的健身方式，在与体育技术结合的过程中必将发挥越来越重要的作用。最后对虚拟现实技术在体育训

2、练中的应用前景进行了讨论。关键词：虚拟现实；健身器械；科技奥运；跑步机中图分类号：TP391.9文献标识码：A1.引言随着科技日新月异的发展，人们生活节奏明显加快，这导致很多人处于亚健康状态，人们对健康的渴求变得空前高涨。在城市中由于受到空间的限制，人们锻炼场所多集中于各种室内健身中心，这样各种室内健身器械就随之产生，如室内跑步机、室内自行车等。这些场所和器械虽然在一定程度上提高了人们的健康状态，但是却无法满足人们日益增长的科学健身、快乐健身的需求。人们期待出现能够有效地将室内健身器械与室外自然空间结合起来的健身产品。[1]虚拟现实(VirtualReality，简称V

3、R)技术利用计算机模拟的人工环境代替现实世界的真实环境，可以给人身临其境的沉浸感。本文作者对现存传统的跑步机系统进行了研究，结合VR技术和通过立体显示等多通道交互技术设计了满足锻炼者在由计算机构造的虚拟环境中获得如同在真实环境中跑步体验的多功能跑步机系统。2.VR技术及其与健身器械结合的研究现状VR技术辅助开发了多种健身器械供人们健身。基于VR技术的健身器械能够使人们在运动的同时有身临其境的感觉，满足人们置身室内锻炼的同时体验到室外自然环境的需求。2.1VR技术概述VR技术是模拟人类感觉世界的实时表示，这里的“世界”既可以是某种特定现实环境的再现，也可以是纯粹构想的虚拟

4、环境。使用者可以通过视觉、听觉、触觉等多通道与之交1互，从而能产生“身临其境”的沉浸感。VR系统具有多种输出形式和处理多种输入设备[2]的能力，能够进行碰撞检测、实时交互、视点控制和复杂行为建模等。VR技术在军事仿真、娱乐、游戏、教育、医学、虚拟制造等领域都得到了广泛的应用，它的研究体现了多学科交叉的特点。基于VR技术的健身系统可以分为沉浸式和非沉浸式，前者需要头盔式三维立体显示器,立体眼镜,数据手套,立体声耳机,图形工作站和高性能计算机等设备,使得用户能够感受到比较真实的立体视觉,立体听觉,与虚拟环境进行自然的交互操作,使用户能够完全沉浸在虚拟王永强，男，1981年出

5、生，兰州大学信息科学与工程学院，硕士-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn环境中,犹如身临其境,这类系统特点是设备昂贵,沉浸感强；而后者主要依靠软件技术来建立具有丰富视觉和听觉信息的虚拟世界,其特点是价格经济,使用便利。2.2研究现状VR健身器械使健身者能够沉浸于各种奇妙的虚拟运动场景，感受VR技术带来的震撼，也可通过网络平台组建自己的健身团队，还可组织各种健身项目的对抗比赛，让健身者体验竞技运动的刺激。近年来，健身器械系统仿真的研究热点大致分为定性仿真、分布交互仿真、[3]可视化仿真、多媒体仿真和基于VR的仿真等。与前四种方法不同，基于V

6、R的仿真强调多通道感知能力以及交互性和沉浸感,VR技术能够为健身者提供有效的、崭新的训练手段。Amusitronix的研究开发人员开发了VRBaseball，VRGolf，VRKayaking，VRTennis，[4]和VRSnow/Skate/Surf等系统。美国图像公司和加利福尼亚戴维斯大学联合开发了一种雪橇比赛装置，这种装置可以把运动员带到一个仿真世界。计算机技术造成的立体图像，将一间黑暗的训练室变成了比赛现场，运动员在这套装置上能真切体验到驾驶雪橇沿着跑道飞速[5]下滑的感觉。Thalmann领导的研究小组实现了允许带有变形的身体，头部和手的实时动[6]画的虚拟

7、人仿真系统，并在此基础上开发了虚拟网球游戏CyberTennis和跳舞游戏[7]CyberDance。C.Smash开发了基于PC的乒乓球游戏，Csmash游戏是基于OpenGL的一个[8]窗口应用，使用者通过鼠标的点击模拟挥动球拍的效果，并用键盘的按键控制回球落点。中国北京仿真中心，浙江大学等国内科研院所开发了几个基于VR的健身器系统，如北京仿[9]真中心开发研制的VR趣味健身车，保龄球游艺健身机等。本文基于VR技术与健身器械结合的研究开发现状，尝试采用VR技术对传统的跑步机系统进行研究和设计。3.多功能跑步机系统研究与设计传统跑步机系