室内单车健身仿真室外环境的设计与实现

发布时间：2020-03-06

　　摘 要：健身是一种很好的放松与消遣的生活方式，单车骑行存在很多优势，但是室外骑单车存在着很多风险与弊端，需要考虑环境、安全等一系列的问题，因此通常人们会选择环境更好一点、安全系数更高一点的室内单车。通过室内单车仿真室外环境的设计，使健身运动爱好者在室内骑行单车的感觉就像是置身室外环境一样。竞技数据实时传输，运动数据实时汇报，身体状况实时监测等，使锻炼身体的同时，增加了娱乐休闲的效果。

　　关键词：室内单车;室内健身;仿真;趣味性;真实性

　　0 引言

　　现在是物资丰富的时代，在人们的基本需求得到满足后，必然有更高的追求。当代大学生已不再满足于传统的教育内容和课外活动，他们更看重对生活水平有所提高的物质。追求更加时尚、新奇、和刺激的新兴内容[1] ，比如对健康的追求，对生活的享受，更轻松的工作等等。人们对健康开始重视，健身意识普遍增强，这在一定程度上刺激了健身行业的迅猛发展[2] 。这给室内单车健身工具的发展提供了机遇，促使健身爱好者、室内单车、人类健康三者紧密协调、和谐统一，建立起大范围内、全方位发挥作用的安全、实用、便利的健身辅具。在“互联网+”新业态下，具有信息通信技术、虚拟现实技术以及传感技术等智能化功能的室内单车的推出迎合了社会的需要。

　　1 室内单车健身仿真室外环境的需求分析

　　室内健身器材的设计在我国已经出现了多种精细化的服务行业[3] ，健身器材从过去的产品单一，逐渐适应市场消费的多样性，其趣味性直接影响人们的运动热情和运动积极性[4] ，因此在产品设计的要素中，更加注重产品的附加价值，也就是对产品的色彩、材质、造型、功能等更加重视[2] 。越来越多的人希望能够在健身过程中得到更多的收获，培养现代理念，得到享受等[5] 。而这些要求是当前室内健身还不能满足的，单车健身用的是大家耳熟能详的健身工具，由于在室外骑单车来健身天气因素不可控，并且安全得不到保证，大部分骑单车健身爱好者由室外转向了室内。而室内健身并没有室外那么开阔的视野和优美的环境，健身者会感觉很枯燥无味。我们通过室内单车健身室 外仿真环境的设计，为健身爱好者提供一个视觉和整体感觉上更加舒适的运动环境，使健身爱好者通过参加体育活动进行健身，锻炼身体，愉悦身心，不仅能够提升人们的身体素质，还能够满足人们的精神需求[6] ，在系统功能实现上我们遵循以上原则。

　　2 室内单车健身仿真室外环境的系统设计

　　2.1 功能模块设计

　　根据具体需求，我们设计了如图1所示功能模块。

　　2.1.1 数据管理模块

　　将转速传感器安装到单车后轮花鼓上，通过转动后轮来激活传感器，通过骑行速度的快慢不同，传感器监测到的信息也会有所不同，将获取到的健身数据通过无线蓝牙设备无线传输到电脑，电脑将接收传过来的数据保存到数据库。通过分析运动的频率、时间以及运动过程中每个时段的平均速度来解析运动人员的身体状况。

　　2.1.2 仿真环境管理

　　把获取的健身数据进行解析，同时将制作出的 VR 视频与信息数据进行同步，通过运动的快慢调整播放设备播放画面的快慢，从而实现“情景交融”的效果，同时将数据库获得的数据进行处理与分析，通过专门设计的视频播放设备将运动的公里数、消耗的卡路里及运动的距离等数据信息显示在播放设备上。

　　2.2 流程分析

　　数据采集系统包括无线传感设备和传感器，负责采集单车健身时的实时数据，包括单车运动的速度，时间等等，然后将采集到的信息处理后实时地通过数据传递系统传递给电脑，再经过电脑上的数据处理系统进一步处理，解析出各种信息，分析出单车的运动状态，然后情景模拟系统根据数据处理结果，模拟出真实室外场景。同时，情景模拟系统也会根据此时的路况信息，把数据反馈给电脑，然后经过数据传递系统与控制系统，控制自行车的参数，具体健身仿真室外环境流程如图2所示。

　　2.3 数据库的设计

　　根据系统需求，我们设计了数据库，表结构中包括管理用户表、用户信息表、数据信息表，管理用户表包括用户账号、昵称、密码、密保问题等，用户信息表包括用户的基本个人信息(包括年龄、身高、体重等)，以及根据个人信息分析出基本初始身体状况(如BMI 等)，数据信息表包括运动时长、运动距离、消耗的卡路里等，在表与表之间加上外键约束，重要信息使用 Md5加密存储。

　　3 系统实现

　　硬件实现：速度传感器、无线蓝牙设备;

　　前端实现：Html5、bootstarp、Ajax、JQuery;

　　后端实现：Spring、SpringMvc、Mybatis、poi;

　　数据库实现：Mysql+Redis;

　　环境部署：Windows。

　　3.1 基于速度传感器的数据采集

　　当传感器的旋转机构在外驱动作用下旋转时，会带动永久磁铁旋转，穿过霍尔元件的磁场将产生周期性变化，引起霍尔元件输出电压变化，通过后续电路处理，形成稳定的脉冲电压信号，作为车速传感器的输出信号。

　　3.2 基于无线蓝牙设备的数据传输

　　蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。它是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。

　　3.3 基于Poi的表格生成与导入

　　从系统中将运动信息按要求格式生成Excel表格导出检索数据，避免自己制作表格所浪费的时间，也可以使用 Poi 将以往的运动信息存储在 Excel 表格中直接导入存储到数据库中。

　　3.4 基于Redis的高速缓存

　　Redis是一个开源的，高性能的key-value系统，可以用来缓存或存储数据。Redis数据可以持久化，并支持多种数据类型能对关系型数据库起到很好的补充作用。

　　4 结束语

　　目前市场上还没有普及室内单车健身仿真室外环境的设计，我们根据需求设计了基于室内单车健身的仿真环境。通过转速传感器来监测运动情况并获取数据，基于虚拟现实的仿真环境，以及通过运动速度控制虚拟场景的相对移动速度，没有外出骑单车存在的安全问题，同时体验到室外骑行的感受，增加骑单车的趣味性。在当前提倡“全民健身”的大背景下，我们相信本系统的实现具有极大的应用价值。

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