三维虚拟健身系统是一种集娱乐性与健身功能于一身的健身系统,一般包括健身设备以及供用户娱乐使用的虚拟场景系统。在经过了长时间的发展以后,健身系统越来越受到人们的喜爱,而且各种各样的健身系统被设计出来。但是现在的虚拟健身系统在娱乐性、健身有效性和科学指导性方面都或多或少存在着一定问题。本文在对现存系统进行分析之后,确定了健身系统设计过程中的三个重点方面,包括自然交互、个性定制、合理指导,并基于此设计出了以用户为中心的个性化定制的三维虚拟健身系统(PVFS)。PVFS是一套关于软硬件设计原则的系统设计框架,融合了娱乐性、健身有效性以及合理指导功能。PVFS硬件系统包括健身设备、自然交互设备、状态监测设备以及运行所需的计算机等,其软件系统按照功能可以分为交互层、核心层和基础层。交互层是用户与系统交互的界面,核心层负责硬件的管理以及软件的运行,基础层是系统实现过程中所需的基础功能包括数据库模块、网络模块等。PVFS的主要特点包括,基于自然语义的人机交互、用户主动的个性化定制以及基于用户生理信号、系统呈现和用户运动策略的互反馈调节机制。为了验证PVFS系统的可行性,本文按照PVFS系统的设计要求,实现了一款个性化定制的三维骑行虚拟健身系统(PMG)。PMG系统以健身自行车为基础,通过Kinect体感摄像头进行用户手势的识别与跟踪,建立自然语义的手势交互界面;通过构建个性化定制接口,允许用户在更深层次上对系统进行定制;通过心率传感器实时监测用户的心率,并依据科学运动处方作为原则,潜移默化地引导用户进行运动策略的改变。系统实验与测试调查结果表明,本文方法具有良好的新颖性,而且具有一定的可行性。由于硬件、算法等对系统的娱乐性起很重要的作用,为了进一步改善系统娱乐性与健身效果,本文对将来的工作做了一定的展望。