令寶

（西安工業(yè)大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 西安 710032）

田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)

令寶

（西安工業(yè)大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 西安 710032）

對(duì)于當(dāng)前體育田徑教學(xué)繪圖中，多是基于基本的繪畫知識(shí)，才會(huì)運(yùn)用簡(jiǎn)練的人體繪畫技巧，繪制田徑人體動(dòng)作；本篇從當(dāng)前人們對(duì)田徑繪圖的需求出發(fā)，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)出關(guān)于田徑人體動(dòng)作的計(jì)算機(jī)繪圖軟件，有助于大大提升繪圖軟件的設(shè)計(jì)質(zhì)量。結(jié)果表明，開發(fā)設(shè)計(jì)田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件，能簡(jiǎn)化田徑人體動(dòng)作繪制難度，提升繪制田徑人體動(dòng)作圖像的效益，提升20%，發(fā)揮積極開發(fā)設(shè)計(jì)效益。結(jié)論證實(shí)，在當(dāng)代田徑教學(xué)中，開發(fā)田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件，能夠簡(jiǎn)化實(shí)際中繪制人體動(dòng)作圖形的難度，能夠以輪廓圖的方式繪制人體動(dòng)作，發(fā)揮積極影響。

人體動(dòng)作；繪圖軟件；田徑；計(jì)算機(jī)

在田徑繪圖中，主要就是確保體育工作者能夠以繪圖方式，輔助田徑教學(xué)[1]，有助于提升田徑體育教學(xué)的質(zhì)量，使人們更加喜歡田徑運(yùn)動(dòng)，使人們能夠直觀正確的掌握田徑人體基本動(dòng)作技能，發(fā)揮積極影響。開發(fā)設(shè)計(jì)出田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件，符合當(dāng)前田徑繪圖的發(fā)展趨勢(shì)。以下本篇對(duì)此做具體分析。

1 需求分析

在當(dāng)前體育田徑運(yùn)動(dòng)中，為確保提升田徑人體動(dòng)作繪圖質(zhì)量，能夠更加形象、立體的繪制田徑人體動(dòng)作圖形，僅僅采取傳統(tǒng)的簡(jiǎn)筆畫技巧來(lái)繪制人體動(dòng)作圖，顯然已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的田徑繪圖需求[2]。對(duì)此，基于當(dāng)前計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)、信息化軟件技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，優(yōu)化設(shè)計(jì)開發(fā)田徑人體動(dòng)作繪圖軟件，已成為一種未來(lái)田徑人體動(dòng)作繪圖的趨勢(shì)[3-5]。優(yōu)化設(shè)計(jì)開發(fā)基于田徑人體動(dòng)作的計(jì)算機(jī)繪圖軟件，應(yīng)該確保運(yùn)用該軟件可以繪畫出更加真實(shí)的田徑人體動(dòng)作圖，能夠形象地表現(xiàn)田徑人體動(dòng)作，確保軟件符合應(yīng)用需求[7]。設(shè)計(jì)田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件，為的就是簡(jiǎn)化田徑人體動(dòng)作繪圖難度，提升實(shí)際繪制田徑人體動(dòng)作的效率[8-12]，確保設(shè)計(jì)的繪圖軟件可以符合實(shí)際用戶的應(yīng)用需求。

2 構(gòu)建人體動(dòng)作繪圖模型

對(duì)于體育的田徑繪圖之中，其實(shí)際繪圖的范圍主要包括：繪制田徑技術(shù)的人體動(dòng)作圖、田徑場(chǎng)地圖、田徑腳印圖、田徑隊(duì)列圖等。然而，在其中繪制田徑人體動(dòng)作圖的難度較大，因?yàn)槿梭w運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)作變化較多，人體的動(dòng)作圖在繪制時(shí)也顯得較為復(fù)雜[13]。在本次研究中，應(yīng)該能夠重點(diǎn)建立關(guān)于田徑中人體動(dòng)作的單線條圖以及輪廓圖的模型，找出田徑技術(shù)動(dòng)作繪圖方面比較有代表性的動(dòng)作。如圖1所示。

圖1 人體動(dòng)作模型

創(chuàng)建一個(gè)虛擬的人體模型，可以遵照基于NASA研究得出的NASA RP-1024報(bào)告內(nèi)容，從而可以將人體用數(shù)字、線框、陰影描繪成具備高解析度以及透明的模型。同時(shí)，可以在創(chuàng)建虛擬模型中，確保該軟件可以繪制不同人體尺寸的動(dòng)作，確保該軟件在實(shí)際中發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值。

3 設(shè)計(jì)開發(fā)田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件

3.1 設(shè)計(jì)田徑人體動(dòng)作模型

單線條模型：應(yīng)用Microsoft Office，選用編程語(yǔ)言VBA（visual basicforapplication）[14]，可以在Microsoft Office的工作區(qū)中，通過(guò)添加畫布的方式，然后選擇相應(yīng)的線條、箭頭、圓等自選圖形，并應(yīng)用鼠標(biāo)拖拽這些圖形，一次繪制出人體動(dòng)作的模板圖形，然后可以對(duì)模板中的圖形，根據(jù)田徑不同環(huán)節(jié)中對(duì)人體肢體、軀干的運(yùn)動(dòng)要求，調(diào)整人體動(dòng)作形式，從而可以得到需求的單線人體動(dòng)作圖片。如圖2所示。

圖2 人體動(dòng)作模型

設(shè)計(jì)人體輪廓模型：在實(shí)際中，能夠把繪畫出的人體速寫輪廓圖，當(dāng)作開發(fā)本次田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件的主要突破口，能夠基于元件化設(shè)計(jì)理念，將田徑人體動(dòng)作分解為一個(gè)一個(gè)的元件，通過(guò)元件的組合，來(lái)優(yōu)化構(gòu)建人體動(dòng)作的大致輪廓。具體如圖3所示。

圖3 人體輪廓

在本次設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)繪圖軟件中，可以把田徑中人體的輪廓圖進(jìn)行分解，可以將其分解為14個(gè)不同的人體動(dòng)作元件，其中包括頭元件、軀干元件、左上臂元件、左大腿元件以及右上臂等不同的元件；然后，可以為14個(gè)人體動(dòng)作元件構(gòu)建動(dòng)作模型，確保在繪圖軟件中每個(gè)元件的模板之間是相互獨(dú)立又相互協(xié)調(diào)的，可以根據(jù)田徑人體動(dòng)作運(yùn)動(dòng)情況，單獨(dú)調(diào)整每個(gè)元件，對(duì)人體動(dòng)作元件進(jìn)行相應(yīng)的幾何 （縮放、翻轉(zhuǎn)、平移）變換，之后就可以將組合得出的元件繪制成完整的田徑人體動(dòng)作圖片。

3.2 設(shè)計(jì)田徑人體動(dòng)作元件

設(shè)計(jì)一級(jí)元件：在設(shè)計(jì)開發(fā)田徑人體動(dòng)作的計(jì)算機(jī)繪圖軟件中，可以將一個(gè)完整的人體動(dòng)作過(guò)程分解成 “頭和軀干”的動(dòng)作、“上肢”的動(dòng)作、“下肢”的動(dòng)作3種類型，在系統(tǒng)中，可以提煉出每一類動(dòng)作為其設(shè)置專門的元件庫(kù)，這樣在今后使用軟件時(shí)，就可以從軟件庫(kù)中選擇相應(yīng)的動(dòng)作，簡(jiǎn)化繪圖過(guò)程。

設(shè)計(jì)人體動(dòng)作二級(jí)元件：在繪圖軟件設(shè)計(jì)中，其二級(jí)元件是在一級(jí)元件化基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，主要就是根據(jù)田徑運(yùn)動(dòng)的環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行劃分。在田徑運(yùn)動(dòng)中，可以根據(jù)頭元件、軀干元件以及腳等基本元件的特征，繪制構(gòu)成田徑人體動(dòng)作圖，這樣繪制出的人體動(dòng)作圖形，可以有效減少圖片中拼接的痕跡，減少計(jì)算機(jī)繪圖的時(shí)間[15]。在本次設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)繪圖軟件之中，能夠設(shè)置虛擬田徑運(yùn)動(dòng)中人體的姿態(tài)，然后就可以通過(guò)直接操縱人體的關(guān)節(jié)，或是從人體動(dòng)作元件庫(kù)中選擇符合描述的虛擬動(dòng)作，就可以直接繪制出人體動(dòng)作圖，保證運(yùn)動(dòng)軟件繪制出田徑人體動(dòng)作的準(zhǔn)確性。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)繪圖軟件中的動(dòng)作圖庫(kù)

在開發(fā)設(shè)計(jì)田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件中，可以應(yīng)用數(shù)字圖像成像儀器（掃描儀、數(shù)碼相機(jī)），將拍攝得到的人體動(dòng)作圖片進(jìn)行處理后，選擇沒(méi)有噪聲干擾的圖像、色相亮度一致的圖像，運(yùn)用Fireworks軟件，將其導(dǎo)入到軟件中，然后可以生成GIF格式的圖片進(jìn)行保存。然后，可以將得到的圖片，選擇出有代表價(jià)值的人體動(dòng)作測(cè)量數(shù)據(jù)，基于不同人體在田徑運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)作特征，從人眼視覺(jué)范圍、人體動(dòng)作幅度、人體動(dòng)作轉(zhuǎn)化時(shí)間等多個(gè)方面，計(jì)算得出合理的人體動(dòng)作繪圖數(shù)據(jù)，構(gòu)建軟件中的人體動(dòng)作圖庫(kù)。在本次設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)繪圖軟件中，能夠基于ANSUR 88數(shù)據(jù)庫(kù)，基于指定的寬放，優(yōu)化構(gòu)造田徑人體模型，如人體的肩寬度、坐高、等等信息；并且在該數(shù)據(jù)庫(kù)中，還可存放一些列可以計(jì)算出人體體質(zhì)量、身高差、運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)的算法，在ANSUR 88數(shù)據(jù)庫(kù)中更能夠自動(dòng)生成人體動(dòng)作數(shù)據(jù)，優(yōu)化提升繪圖軟件中人體動(dòng)作數(shù)據(jù)的完整性。

3.4 軟件代碼設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

可以在設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)繪圖軟件中，有效定義該計(jì)算機(jī)繪圖軟件同大環(huán)境中人體動(dòng)作之間的關(guān)系約束，能夠指定虛擬田徑人體與虛擬田徑環(huán)境的動(dòng)作互動(dòng)。在設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)繪圖軟件之中，允許該軟件的用戶，可采取不同的方式有效定義出人體同物體間的動(dòng)作約束，確?？梢跃_繪畫出人體動(dòng)作[16]。在計(jì)算機(jī)繪圖軟件與中，能夠創(chuàng)建交互式的人體動(dòng)作，以此可以控制人體中頭部、軀干、以及骨盆、手臂等不同肢體部位的動(dòng)作，使繪制出的田徑人體動(dòng)作更具真實(shí)性。此外，在本次設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)繪圖軟件中，可以通過(guò)攝像機(jī)捕捉畫面，使田徑人體物體與相機(jī)進(jìn)行平面移動(dòng)，這樣就可以在軟件中，對(duì)于田徑人體動(dòng)作進(jìn)行回放處理，精確分析捕獲人體動(dòng)作細(xì)節(jié)，使繪制的人體動(dòng)作圖像更具時(shí)效性。部分代碼如下所示：

4 應(yīng)用效益分析

為驗(yàn)證本次開發(fā)軟件在實(shí)際繪制田徑動(dòng)作圖中的有效性，可以先在軟件中放置一個(gè)虛擬的人體模型，然后就可以根據(jù)這種人體工作姿勢(shì)，從而可以測(cè)試出不同動(dòng)作中人體的工作圖形。并且，針對(duì)人體在軟件環(huán)境中相對(duì)位置的變化，可以交互式的測(cè)量在這個(gè)計(jì)算機(jī)環(huán)境中不同點(diǎn)間存在的距離，這樣可以有效量化田徑人體動(dòng)作精度。在計(jì)算機(jī)繪圖軟件中，人體在田徑中作出相應(yīng)動(dòng)作時(shí)，就會(huì)突出展現(xiàn)出人體在該軟件環(huán)境中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而提升軟件繪圖的靈敏性。運(yùn)用該計(jì)算機(jī)繪圖軟件，繪制田徑動(dòng)作圖如圖4所示。

圖4 繪制的田徑動(dòng)作圖

開發(fā)設(shè)計(jì)田徑人體動(dòng)作計(jì)算機(jī)繪圖軟件，能簡(jiǎn)化田徑人體動(dòng)作繪制難度，提升繪制田徑人體動(dòng)作圖像的效益，提升20%，發(fā)揮積極開發(fā)設(shè)計(jì)效益。

5 結(jié) 論

綜上所述，在當(dāng)代的田徑教學(xué)過(guò)程中，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，構(gòu)建開發(fā)關(guān)于田徑中人體動(dòng)作的計(jì)算機(jī)繪圖軟件，能夠確保實(shí)際中利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，有效繪制出田徑中人體的動(dòng)作輪廓圖形，能夠簡(jiǎn)化實(shí)際中繪制人體動(dòng)作圖形的難度，能夠以輪廓圖的方式繪制人體動(dòng)作，發(fā)揮積極影響。

[1]雷雨，袁愛(ài)國(guó).關(guān)鍵技術(shù)繪圖在高校體育教育專業(yè)普修跨欄跑教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)研究[J].體育師友，2015（2）: 28-30.

[2]孫琪.基于隨機(jī)場(chǎng)模型的人體動(dòng)作識(shí)別[D].天津：天津大學(xué)，2012.

[3]張夢(mèng)詩(shī)，陳雋，彭怡欣，等.基于動(dòng)作捕捉與剛體動(dòng)力學(xué)的步行荷載重構(gòu)與仿真[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，21（5）:961-972.

[4]王鑫.單幀運(yùn)動(dòng)圖像中人體三維重建方法研究與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2015，32（10）:267-270.

[5]高許崢妍，李涵達(dá).人體下肢動(dòng)作仿真綜述[J].機(jī)電信息，2016（6）:76-77，79.

[6]李旭鴻，郝衛(wèi)亞，肖曉飛，等.基于ADAMS.LifeMoD人體落地動(dòng)作的動(dòng)力學(xué)仿真與驗(yàn)證[J].浙江體育科學(xué)，2015，37（1）:114-116.

[7]李玢瑤.人體下肢功能恢復(fù)輔助器具的安全動(dòng)作研究[D].天津科技大學(xué)，2013.

[8]白春娜.基于動(dòng)作捕捉的實(shí)時(shí)三維虛擬人運(yùn)動(dòng)仿真[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2014.

[9]李清玲，李爽.基于OPENGL的三維人體運(yùn)動(dòng)仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2011，28（4）:270-273，278.

[10]高振海，范達(dá)，王德平等.駕駛員轉(zhuǎn)向操縱時(shí)上肢肌肉力學(xué)特性仿真[J].汽車工程，2016，38（1）:47-52.

[11]楊文珍，吳新麗，朱梁，等.一種電動(dòng)跑步機(jī)坡度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和仿真 [J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，31（3）:252-255.

[12]張作斌.單腿支撐及跑步模式下全關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩仿真[J].科技通報(bào)，2014，（6）:191-193.

[13]王險(xiǎn)峰，洪炳镕，樸松昊，等.一種仿人機(jī)器人跑步狀態(tài)分析模型[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2011，48（9）:1740-1747.

[14]王險(xiǎn)峰，李建平，王輝，等.基于ZMP的仿人機(jī)器人跑步運(yùn)動(dòng)模式[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2013，50（10）: 2206-2211.

[15]王險(xiǎn)峰，洪炳镕，樸松昊等.一種仿人機(jī)器人跑步運(yùn)動(dòng)軌跡生成方法[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，39（z2）:295-297.

[16]羅陸鋒，鄒湘軍，張叢，等.基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的角色運(yùn)動(dòng)建模與仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2015，27（4）: 677-681.

Development and design of computer graphics software for track and field body movement

LING Bao
（College of Physical Education，Xi'an Technological University，Xi'an 710032，China）

For the athletics sports teaching drawing，is based on the basic knowledge of painting would make use of concise body painting skills and draw the track and field action of human；this article starting from the needs of the people on the track and field drawing current，optimization design on the track and field action of human computer graphics software，can greatly improve the design quality of the drawing software.The results show that the design and development of track and field action of human computer drawing software，can simplify the difficulty of drawing and human action，increased the rendering efficiency of track and field action of human image，up to 20%，bringing into play the benefit of the design of positive development.In conclusion，this study demonstrated that in the modern track and field teaching，the development of track and field action of human computer drawing software to simplify the actual rendering the difficulty of human motion graphics，to outline drawing human action，playing a positive role in.

human motion；drawing software；track and field；computer

TN99

A

1674－6236（2017）09-0175-04

2016-06-02稿件編號(hào)：201606015

陜西省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（2015P008）

令 寶（1974—），男，甘肅定西人，講師。研究方向：大學(xué)體育教學(xué)與訓(xùn)練。