基于ODE的乒乓球虚拟现实场景的建立与研究

论文摘要

虚拟现实技术应用于体育训练可以有效提高运动员的科学训练水平和运动竞技水平。现代体育需要科学技术的不断介入,采用系统量化的方法对体育运动的内在规律进行研究。本文运用虚拟现实技术建立了乒乓球虚拟现实场景,在此基础上对乒乓球的运动规律进行研究,使乒乓球技术的基本要素实现量化。主要工作包括:1)三维建模和动力学建模。根据球、球台、球拍的外形尺寸以及内在特性(如弹力、摩擦等)建立三维模型。分析了重力、空气阻力以及马格努斯力在乒乓球运动过程中对其运动轨迹的影响,建立了乒乓球运动的动力学模型。2)建立基于ODE的仿真平台。在建立的动力学模型的基础上,本文通过对ODE以及乒乓球的运动特点进行分析,设计了基于ODE的仿真平台。并对仿真平台的性能(准确性、稳定性和实时性)以及节拍对仿真特性的影响进行了分析。3)通过实验对建立的乒乓球仿真平台的准确性进行评价分析,并在此基础上分析了乒乓球运动过程中四种运动轨迹。通过验证性实验证明了本文所建立的乒乓球仿真平台的正确性,对乒乓球运动规律进行的研究是符合客观规律的,为下一步的研究工作提供了稳定的实验平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 虚拟现实介绍
• 1.1.2 体育仿真介绍
• 1.1.3 乒乓球机器人介绍
• 1.2 论文研究内容、目的、意义
• 1.3 论文章节结构介绍
• 第2章 相关技术基础介绍
• 2.1 虚拟现实技术
• 2.2 体育运动仿真技术
• 2.3 机器人技术
• 2.4 ODE 简介
• 2.4.1 主要特性
• 2.4.2 建模和仿真流程
• 2.4.3 碰撞检测技术
• 2.4.4 应用实例介绍
• 2.4.5 存在的问题
• 2.5 开发环境和工具介绍
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于 ODE 的仿真平台方案设计
• 3.1 总体框架
• 3.2 球的动力学建模
• 3.3 球拍建模
• 3.3.1 摩擦、弹力、附着力
• 3.3.2 运动轨迹
• 3.4 球台、球网建模
• 3.5 性能考虑
• 3.5.1 准确性考虑
• 3.5.2 稳定性考虑
• 3.5.3 实时性考虑
• 3.5.4 节拍及其对仿真特性的影响分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 实验结果及分析
• 4.1 静态实验
• 4.2 仿真实验
• 4.2.1 平推、上旋、下旋及侧旋球轨迹
• 4.2.2 运行效果
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文