張 棟（寶雞文理學(xué)院，陜西寶雞，721013）

足球傳接球運(yùn)動仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 棟
（寶雞文理學(xué)院，陜西寶雞，721013）

本文以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用認(rèn)知建模方法設(shè)計(jì)出足球傳接球運(yùn)動仿真系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型，分別就領(lǐng)地知識、行動指導(dǎo)、通訊協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上完成仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后經(jīng)編程驗(yàn)證具有較好的仿真效果，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的可行性。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；足球傳接球；仿真系統(tǒng)

0 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多種技術(shù)的結(jié)合體，充分融合了動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)工具應(yīng)用技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)，已然成為人工智能化發(fā)展領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，而足球運(yùn)動作為現(xiàn)代體育運(yùn)動的大項(xiàng)，對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迫切需求已經(jīng)越來越凸顯，利用此技術(shù)來生成虛擬足球運(yùn)動員，讓其來模仿真實(shí)足球運(yùn)動員的行為動作，已然成為了虛擬人足球的重要研究課題，而足球傳接球作為其中重要內(nèi)容，也必然受到特別關(guān)注?；诖?，本文就以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，就其在足球傳接球仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)踐進(jìn)行了具體研究。

1 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的足球傳接運(yùn)動仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本功能需求在于通過虛擬人對真實(shí)足球運(yùn)動的模擬，創(chuàng)造一個(gè)虛擬的環(huán)境，讓人們獲得視覺和感知上的沉浸感，因此，該系統(tǒng)是一個(gè)涉及多個(gè)虛擬足球人的系統(tǒng)，其具體包含虛擬足球人相互間的互動、協(xié)商、對抗及實(shí)時(shí)推理、學(xué)習(xí)等。虛擬足球員之間的認(rèn)知協(xié)作，是整個(gè)足球運(yùn)動對中各個(gè)運(yùn)動員共同努力，團(tuán)結(jié)互助的基礎(chǔ)上，促進(jìn)局部問題的認(rèn)知，從而實(shí)現(xiàn)足球傳接。

本文足球傳接仿真系統(tǒng)中，虛擬足球人的行為可劃分為確定和非確定性兩種行為，其中，相對簡單的發(fā)球、帶球、對抗等可預(yù)先進(jìn)行設(shè)定，以提升運(yùn)行效率，而相對復(fù)雜的足球動作如傳球、接球則應(yīng)結(jié)合具體場景的不同由認(rèn)知層決定動作序列。本文運(yùn)用認(rèn)知建模方法進(jìn)行系統(tǒng)涉及，將知識和指示賦予虛擬足球人，尤其依據(jù)認(rèn)知模型實(shí)現(xiàn)后續(xù)行動的判定；同時(shí)，行為層分為高級和低級兩層，前者是指較為簡單的行為，而后者特質(zhì)需借助認(rèn)知層實(shí)現(xiàn)決策的繁雜的行為，也即目標(biāo)導(dǎo)向行為，由此，該系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型具體如圖1所示。

2 虛擬系統(tǒng)中虛擬足球人傳接球認(rèn)知模型構(gòu)建

2.1 領(lǐng)地知識表達(dá)

領(lǐng)地知識是虛擬足球人世界思維動態(tài)知識，其在為自己的行為對世界所產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行推理時(shí)，需要特定的前提條件和結(jié)果效應(yīng)，且需要具備戰(zhàn)略知識，而情景算法可以有效表達(dá)虛擬足球人的領(lǐng)地知識，并為其提供關(guān)于虛擬世界的內(nèi)部模型的基本語義。

足球傳接球仿真系統(tǒng)中所應(yīng)用的流主要是球員的信息、球的信息，其具體涉兩者的坐標(biāo)位置、當(dāng)前速度、運(yùn)動方向，在需求傳接球中，虛擬足球人、傳接球技術(shù)動作行為都由前提條件公理及效應(yīng)公理界定。

2.1.1 前提條件公理

圖1 虛擬足球傳接運(yùn)動仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前提條件公理是在封閉世界內(nèi)進(jìn)行假設(shè)，設(shè)定特定行動發(fā)生的充分必要條件。在足球傳接運(yùn)動中，虛擬足球人在進(jìn)行決策推理行為搜索時(shí)，須借助相關(guān)嘗試剔除情景樹子集，這時(shí)須為其提供相關(guān)的前提條件公理，如虛擬足球人是處于運(yùn)動狀態(tài)的，接球動作僅當(dāng)本隊(duì)球員傳球時(shí)發(fā)生，而球員在未有傳球行為存在時(shí)，通過有意識的接球動作迷惑對方，這種情形發(fā)生時(shí)當(dāng)且僅當(dāng)己方處于控球狀態(tài)中。

2.1.2 效應(yīng)公理

效應(yīng)公理是對流產(chǎn)生的效應(yīng)是動作完成后的效用，以傳球?yàn)槔枰哉f明，該動作有效體現(xiàn)球員間的協(xié)作，傳球動作執(zhí)行后，傳球員的屬相發(fā)生相應(yīng)改變，此時(shí)，在沒有評判標(biāo)準(zhǔn)的前提下，如若讓虛擬足球人去準(zhǔn)確判定，將很難實(shí)現(xiàn)，因此許給其一些基本的領(lǐng)地知識，但每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)各異，加大了工作量，影響系統(tǒng)的時(shí)效性，因此，需要給傳接球動作定義效應(yīng)公理。

2.2 行為指導(dǎo)

依據(jù)上述領(lǐng)地知識及感知信息，可實(shí)現(xiàn)虛擬球員行為的指導(dǎo)，可分為預(yù)訂及目標(biāo)導(dǎo)向行為兩種，且各有利弊，前者響應(yīng)時(shí)效快，動作單一，且存在動作響應(yīng)規(guī)則集，而后者則是在特定動作發(fā)生夠，自動搜尋動作序列，且呈現(xiàn)多樣化，動作較為逼真，但響應(yīng)效率慢。因此，本文采用結(jié)合兩者有點(diǎn)，采用復(fù)合行為進(jìn)行角色目標(biāo)概要規(guī)劃，簡化了動作控制的復(fù)雜性。

2.3 通信協(xié)議

仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)須運(yùn)用一個(gè)大小限制的隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來模擬虛擬足球人之間的通訊，新收到的命令防治隊(duì)尾，并結(jié)合隊(duì)列的大小設(shè)定一定的延遲值，如若隊(duì)列長度超過一定限制就要拋棄舊的命令。用一個(gè)特定的線程，每間隔一段時(shí)間從隊(duì)列中獲取隊(duì)列頭的命令，當(dāng)時(shí)間延遲值達(dá)到預(yù)測值時(shí)，就發(fā)送給所要通訊的虛擬足球傳接運(yùn)動員。

3 仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

為了使仿真系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性,將其分為實(shí)體模塊、態(tài)勢模塊、策略模塊和視圖模塊四個(gè)模塊進(jìn)行類圖設(shè)計(jì)，結(jié)合此設(shè)計(jì)在根據(jù)仿真程序的類圖設(shè)計(jì),在vc++6.0平臺上利用OPenGL圖形庫編程實(shí)現(xiàn)虛擬足球運(yùn)動員傳接球的仿真。

仿真結(jié)果表明該足球傳接球仿真系統(tǒng)能夠滿足實(shí)現(xiàn)了了真實(shí)的足球運(yùn)動員傳接球動態(tài)仿真，完全能夠滿足實(shí)時(shí)交互性的要求，驗(yàn)證了該軟件的可行性。

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅度提升生產(chǎn)效率、減輕勞動強(qiáng)度、提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量，在此優(yōu)勢不斷凸顯的背景下，基于此技術(shù)的人工智能化發(fā)展成為了必然發(fā)展趨勢，由此，本文利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)的足球傳接球仿真系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，其能夠創(chuàng)造人為的虛擬環(huán)境，通過虛擬足球人的足球傳接球動作的模擬，實(shí)現(xiàn)具有三維真實(shí)感的足球運(yùn)動員傳接球的動態(tài)仿真。

[1]陸穎雋. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字圖書館的應(yīng)用研究[D].武漢大學(xué),2013.

[2]王維. 虛擬人運(yùn)動規(guī)劃與運(yùn)動合成關(guān)鍵技術(shù)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2011.

[3]熊帥. 光電經(jīng)緯儀虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）,2013.

Design of soccer ball motion simulation system

Zhang Dong
（Baoji University of Arts and Sciences,Shanxi Baoji,721013）

This paper based on virtual reality technology, and choose cognitive modeling approach as the basis, and design hierarchy model of system,repectivly, makes detailed anlysis about the territory knowledge, operational guidance, communication protocols ,complyed with these to complete simulation system,finally has a good simulation results verified by the program, the system design is feasible.

Virtual reality technology;Football pass ;simulation system

TP391.9

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