VR虛擬現實技術對籃球定點投籃訓練的應用研究

宋志剛， 閔偉凡

（北京體育大學中國籃球運動學院，北京 100084）

隨著科學技術的不斷進步，越來越多的先進設備被引進體育運動項目中，不同的設備用來變換訓練場景提升運動員的訓練質量和訓練效果。同時運動員為了獲取更好的成績也需要一些新科技設備來完成更加艱苦的訓練，由于訓練時間和訓練量的增加加速了運動員身體疲勞和心理疲勞的出現，影響運動員技戰術的學習和發揮，從而造成比賽成績的下降甚至是運動損傷的出現。

VR虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景，其實身體行為的仿真系統能夠使用戶沉浸到該環境中。利用虛擬現實技術建立起來的虛擬實訓基地，其“設備”與“部件”多是虛擬的，可以根據需要隨時生成新的設備。教學內容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發展。同時，虛擬現實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環境中去，這非常有利于學生熟練掌握一項運動技術，其中包括軍事作戰技能、外科手術技能、教學技能、體育技能、汽車駕駛技能、電器維修技能等各種職業技能的訓練。由于虛擬的訓練系統無任何危險相同環境重復性強，學生可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。

當前國內外VR虛擬現實技術已被世界上多個運動項目引入，用來提升運動員的技戰術水平，在國內關于VR虛擬現實技術在籃球訓練中的應用鮮有研究。本研究利用VR HTC VIVE新型的設備對北京體育大學籃球專項班學生進行實驗研究，以期為今后VR虛擬現實技術在籃球訓練中的應用提供實踐依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

VR虛擬現實技術設備對籃球項目定點投籃訓練的應用。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法通過中國知網查閱有關VR虛擬現實技術、籃球訓練、運動心理學等文獻資料，為本研究提供科學的理論與方法依據。

1.2.2 實驗法（1）實驗對象。選取北京體育大學教育學院籃球專項班20名大一男學生為實驗對象。將實驗對象隨機分成2組，每組10名隊員，一組為對照組，一組為實驗組。實驗組進行為期4周、每周3次、每次5min的VR設備訓練干預；對照組不進行干預，所有受試者每周正常訓練。在實驗前對所有隊員進行1次定點投籃測試；實驗后再次對所有隊員進行定點投籃測試和問卷調查。（2）實驗設備。VR虛擬現實技術硬件設備采用了HTC VIVE的設備；軟件選取VR Sports軟件，VR Sports是一款集7款運動內容于一體的VR運動類軟件，包含籃球、足球、保齡球等運動，其中籃球訓練定點投籃，投籃過程中會自動切換投籃站位，且有不同難易程度可以選擇。（3）測試指標及方法。投籃測試：根據VR Sports中的投籃位置，選擇在三分線外2個0°、2個45°、90°定點投籃，每個點5個球，記錄進球數。專注度測量：在實驗過程中對所有受試者佩戴腦電測試設備并記錄數據。訓練興趣及積極性：采用簡式POMS（心境狀態量表）在實驗結束后進行問卷填寫。簡式POMS量表,被認為是一種研究情緒狀態及情緒與運動效能之間的一種良好的工具,其中緊張、憤怒、疲勞、抑郁和慌亂為消極情緒指標而精力和自尊代表積極的一面,這2種雖然不能直接測量的潛在變量之間也存在一定的關系。POMS是評價運動員潛能的有效工具,也是預測運動成績的良好手段。

1.2.3數理統計法主要運用Excel、SPSS軟件對實驗前后的數據進行統計學處理。

2 結果與分析

2.1 投籃命中率對比

從表1中可以看出來，VR組前測投籃平均命中率為43.2%，后測投籃平均命中率為47.2%。通過配對樣本t檢驗可以看出，4周實驗后VR組投籃命中率顯著提高（P=0.023＜0.05）。對照組前測投籃平均命中率為45.2%，后測投籃平均命中率為47.6%。通過配對樣本t檢驗可以看出，4周實驗后對照組投籃命中率沒有顯著性變化（P=0.239＞0.05）。圖1中可以看出，VR組實驗后投籃命中率比實驗前命中率高4%，而對照組實驗后命中率比實驗前命中率僅高2.4%，VR組命中率提升幅度更明顯一些，說明VR訓練對籃球定點投籃訓練有積極影響。

圖1實驗組和對照組前后測投籃命中率對比

從綜上所述，使用VR設備進行訓練的組實驗雖然投籃命中率有顯著性提高，但是延長訓練時間后的效果仍需要通過長期實驗后進行檢驗。VR設備這種新穎的訓練手段目前從整個體育訓練完整過程來看，其功能暫時只能作為輔助性工具，對創新性地進入體育訓練還需要通過5G網絡提高交互性和實時的傳輸。另外，最佳使用單次時間和階段性時間也需要進一步研究。

2.2 心境狀態量表評測對比

心境狀態量表被認為是一種研究情緒狀態及情緒與運動效能之間的一種良好的工具,其中緊張、憤怒、疲勞、抑郁和慌亂為消極情緒指標，而精力和自尊代表積極的一面。從表2可以看出，VR組心境狀態量表平均得分為81.9，對照組平均得分為98.8。根據心境狀態量表評分標準，得分越低，受試者訓練結束后情緒越積極。因此可以看出，VR組比對照組情緒更積極,對籃球定點投籃訓練的熱情度更高，且組間差異顯著（P=0.039＜0.05）。

心境狀態量表是評價運動員潛能的有效工具,也是預測運動成績的良好手段。本次實驗中心態量表的評價主要是相對可觀的評價受試者和對照組每次在完成試驗前的心理準備狀態，以確保實驗的有效性和真實性。從表2數據可以看出，雖然實驗組的表現優于對照組，但是還不能排除新形勢的VR設備的出現是否有一定影響，仍需要用長期實驗來證明。

表1 實驗組和對照組前后測投籃命中率對比

表2 實驗組和對照組心境狀態量表評價對比

2.3 專注度對比

訓練的專注度是影響運動員更好、更快完成訓練目標的關鍵因素之一。通過EEG設備檢測到運動員在VR干預條件下，大腦處于更高的專注狀態。從圖2可以看出，VR組平均初始值為53.9，平均實驗值為59.6，專注度提升了5.7個單位值（單位值指由EEG設備讀取的微電壓值傅里葉變換之后獲得的測得范圍在0～100之間的讀數）；對照組平均初始值為54.7，平均實驗值為56.2，專注度僅提升了1.4個單位值。這說明VR訓練更能使運動員的專注度得到提升。另外，從圖3可以看出，實驗期間，VR組專注度始終比對照組高，且波動較小。根據配對樣本t檢驗結果看，2組間存在顯著性差異（P=0.002＜0.05）。綜上所述，VR 設備在定點投籃的訓練中的確提高了隊員專注度，使得訓練效果和專注度的數據成正比。

圖2 腦電值對比

圖3 實驗期間腦電變化

3 結論與建議

3.1 結 論

3.1.1 通過VR虛擬現實技術訓練運動員的投籃命中率、訓練積極性及自信心得到顯著性提升。

3.1.2 通過VR虛擬現實技術訓練運動員的時效性、互動性和客觀監測的配套手段應該更加豐富準確，進而證明VR虛擬現實技術對體育訓練存在的意義。

3.1.3 在本次VR虛擬現實技術實驗中，由于場景單一，難度層級區分布明顯，在實際訓練中可能無法滿足高水平運動技術訓練的要求。

3.2 建 議

3.2.1 VR虛擬現實技術頭戴設備及其他輔助設備需更加輕便實用，便于攜帶及操作并提高傳輸速度增強交互性。

3.2.2 對VR虛擬現實技術用于技戰術訓練的有效性仍需要大量的實驗數據來證明，更需要其他輔助設備配合VR虛擬現實技術在一個相對客觀的環境下進行合理實驗。

3.2.3 VR虛擬現實技術用于技戰術訓練的軟件需要更多大數據統計，編制更貼合實際訓練或比賽的場景，用于籃球技術訓練軟件仍需要更好地符合本運動項目難易結構的內容。