虛擬現實技術在體育教學和訓練中的應用

王爽

[摘要] 本文對虛擬現實技術進行了研究, 分析了虛擬現實技術的主要特征以及在體育教學和體育訓練方面的應用。認為虛擬現實技術作為一個新技術,將最終會在體育教學和體育訓練領域獲得廣泛應用。

[關鍵詞] 虛擬現實技術體育教學體育訓練

虛擬現實技術

虛擬現實技術（簡稱VR），是以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面。它綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間，具有廣闊的應用前景。虛擬現實系統(tǒng)的核心設備仍然是計算機，它的一個主要功能是生成虛擬境界的圖形。近年來，虛擬現實技術的應用已大步走進工業(yè)、建筑設計、教育培訓、文化娛樂等方面，它正在改變著我們的生活。體育領域的虛擬現實技術也得到了發(fā)展，各種虛擬體育運動的技術系統(tǒng)得到開發(fā)并付諸實踐。

虛擬現實技術主要特征有:

1.多感知性——所謂多感知是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。

2.浸沒感——又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。

3.交互性——指用戶對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實時性)。

4.構想性——強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現真實存在的環(huán)境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

一般來說，一個完整的虛擬現實系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數據手套和數據衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構成。

虛擬現實技術在體育教學及訓練中的應用

虛擬現實技術應用于體育教學是教育技術發(fā)展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式轉換為學習者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。

利用虛擬現實技術建立起來的虛擬體育設備，其“部件”多是虛擬的，可以根據需要隨時生成新的設備。訓練內容可以不斷更新，使訓練及時跟上技術的發(fā)展。同時，虛擬現實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到環(huán)境中去，這非常有利于學生的技能訓練。由于虛擬的訓練系統(tǒng)無任何危險，學生可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。

以下為幾個虛擬現實技術在體育教學及訓練中的應用實例：

1.三維蹦床運動模擬與仿真系統(tǒng)。蹦床運動項目是一種技巧類體育運動項目，該項目中在訓練中存在很高的難度和風險。而如果采用數字化三維蹦床運動模擬與仿真系統(tǒng)，可以很好地幫助蹦床運動員進行科學訓練。該系統(tǒng)以數字化三維人體運動的計算機仿真技術、人體運動生物力學數據和真實人體運動數據為基礎，以三維方式逼真模擬、設計蹦床技術動作，模擬生成成套技術動作編排，并輔之以人體運動的動力學原理驗證、分析技術動作，最后將模擬動作與實際訓練動作同屏、同步對比，從而具有更強的指導意義。

2.虛擬網絡馬拉松。該系統(tǒng)中，個人可以通過計算機網絡和屏幕內的虛擬場景，借助于跑步機或踏步機進行健身、娛樂和競技。這樣該系統(tǒng)就不僅僅用于輔助訓練，更重要的是可以成為一種娛樂的方式。

系統(tǒng)有三個模式：單機訓練、網絡漫游和網絡競技。單機訓練模式可以通過跑步機等硬件設備與系統(tǒng)交互，而系統(tǒng)可以對訓練時的速度心率等信息予以實時顯示，同時可以存儲用戶歷史訓練信息。漫游模式中，多個用戶可以在場景中同時漫游，用戶可以從一個場景切換到另一個，走到一些特定的物體前面可以選擇察看物體的詳細信息。競技模式中，借助于網絡，運動員間可以進行馬拉松比賽，跑到終點后，系統(tǒng)將會根據用戶所用的時間，給出一個排名。

3.虛擬自行車。自行車運動作為奧運項目在奧運會中占有一定的地位，但是，作為室外的場地賽和公路自行車項目的訓練往往受制于天氣等外界條件，此外，由于自行車運動特點對運動做功測試以及監(jiān)控往往受到一定的限制，此外，還有諸如調時差訓練等的特殊要求。而虛擬自行車系統(tǒng)就可以滿足這方面需求。

系統(tǒng)的硬件部分是一輛自行車，它包含傳感器或采集卡，能夠實時地采集一些數據，如包括角度、角速度以及心率等。然后將這些數據通過串口或其他接口送往計算機。軟件模塊根據接受到的這些數據，可以對自行車在特定場景進行實時模擬。系統(tǒng)還可以提供分布式仿真的支持，使得多個運動員通過網絡可以在同一個場地參加訓練和比賽，同時把運動員訓練和比賽的數據保存下來，以備統(tǒng)計分析，有利于教練員更好地指導運動員訓練和分析對手。

總結

虛擬現實技術進入體育教學和訓練的研究將對提高體育教學、訓練技術水平，改善體育教學、訓練環(huán)境，優(yōu)化體育教學、訓練過程，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人才產生深遠的影響。隨著虛擬現實技術的不斷發(fā)展和完善,虛擬現實技術以其自身強大的優(yōu)勢和潛力, 將會逐漸受到重視和青睞, 最終將在體育領域廣泛應用并發(fā)揮其重要作用。

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作者單位：西安體育學院網絡管理中心陜西西安