VR技術在體育教學中作用的文獻綜述①

(哈爾濱工程大學體育部 黑龍江哈爾濱 150001)

VR技術是虛擬現實（Virtual Reality）技術的簡稱，被視為多媒體技術的終極應用形式，在技術成熟之初就被教學領域所重視，至今已在體育教學在內的許多學科中得到了廣泛應用。體育界、學術界、科技界都對此種技術的學術定義、應用范圍、目標前景進行了探析闡述。隨著未來科技的不斷進步，更多的VR產品將會改變人們的生活和學習狀態。作為一項被視為引領未來科技的技術產品，VR在各領域的應用探索研究一直以來都是各界的熱點，該文將對其在體育教學中的應用加以綜述。

1 國外研究現狀

1.1 VR技術的起源——美國

同許多其他民用先進技術一樣，VR技術的起源也來自于軍事技術開發。早在20世紀40年代，美國就致力于設計飛行模擬器。后隨著計算機技術特別是計算機圖形技術的不斷發展，1965年，現代計算機圖形學之父伊凡·蘇澤蘭提出了計算機屏幕可以用于終級顯示的理論設想，隨后他進一步提出了頭盔式三維顯示器的立體效果假設，也奠定了世界虛擬現實技術的理論根基。

1981年，年僅21歲的杰倫·拉尼爾正式提出了“Vir tual Reality”概念，并且他的創業公司VPL Research制作了世界上第一個商業化的VR產品，后來他成了一名藝術家和哲學思想家，同時也被譽為虛擬現實之父，時至今日都是VR領域的先鋒人物。他在最新著作《一切新事物的黎明》一書中著重提出未來VR技術將會進一步融入人們的生活，同時，計算機技術的發達將會將人類的一切行為納入到算法管理中，一定要采取措施，提前避免人性中的不安因素將以虛擬現實為代表的先進技術利用到不好的領域。這表明國外理論思想界對于虛擬現實技術的研究，已經從技術領域拓寬到了思想領域。

20世紀80年代，美國率先制作出了數據手套、數據外套、全立體聲耳機等一系列虛擬現實技術設備，并且在90年代率先將其應用于軍事研究領域，后逐漸拓展到社會其他領域，目前已經建立了各個領域的VR系統，其中就包括可以在全美范圍內使用的VR教育系統。

1.2 歐美各國VR技術研究現狀

美國教育領域很早就注重將VR技術引用到教學實踐中。最早的教育領域并非某個學校，而是美國航天航空局的Ames研究中心，在進行科研的同時，也對相應的優秀學生進行虛擬現實技術的再教育，以滿足美國航天事業發展的需要。從其目前公布的結果可以看出，該中心利用VR技術已經能夠實現宇宙空間站的仿真操作，并推出了哈勃望遠鏡虛擬化仿真等代表世界VR最高水平的科學技術。

歐洲地區對于虛擬現實技術的發展也十分重視，英國是在相關方面投入開啟較早的國家，因此目前研究成果較多的是英國，其在分布式編隊規劃、虛擬觸覺感知輔助技術、空間完善營造等方面都有很多成果。英國在其Newcastle-Upon-Type中學里建立了一個VR教育工程，此教育工程開發了一系列的軟件用于教育學科學習、工程安全培訓等方面。諾丁漢大學專門開設了虛擬現實研究項目專業，目前的主要研究方向是將VR技術用于桌面上的輸入設備，以便于此項技術能夠更廣泛地用于教育和學術領域。緊隨其后的德國更加注重VR技術與工業實際的結合，德國的寶馬、奔馳等公司將虛擬現實技術引入到了汽車制造、電影、閱讀等方面，尤其注重自動駕駛技術過程當中對于虛擬現實技術的采納。

1.3 國外教育方面VR技術的應用

在基礎教學方面，1994 年，美國華盛頓大學和西屋科學基金會就開展了一個具有劃時代意義的教學新計劃，他們制作了一輛先進的虛擬現實技術的教學車，將之開到全美的各個學校進行教學實驗，讓中小學生體驗到了虛擬現實技術下的學習環境。項目的研究者最后得出結論，VR技術有助于幫助中小學生提升學習興趣和領悟能力。受此潮流影響，美國的許多高校也先后建立了用于教學或研究使用的虛擬環境技術實驗室。例如北卡羅來納州立聯合大學就是美國高校中虛擬現實技術的重要研究中心，該機構推出的VR技術在高分子仿真建模、高仿真模擬外科手術、未來建筑藝術模擬、復雜條件航空器模擬等許多領域都有著突出成績。

在體育教學方面，美國的VR技術也有了廣泛的應用。美國橄欖球隊現在普遍將VR訓練列入球隊日常訓練，這樣不但可以有效、準確地模擬相應的各種復雜情況，而且也能夠大幅度降低訓練所需的人力、物力成本。又比如高爾夫球運動教育領域是VR技術與體育訓練的又一次成功結合的領域，Zepp公司推出了虛擬現實版本的高爾夫訓練軟件，許多美國高校利用Zepp Golf 3D Swing Analyzer高爾夫揮桿智能分析器，幫助訓練者記錄高清揮拍視頻，并且通過附著在手套上的感應器來分析動作的各個要點，將具體數據與計算機系統中集合的PGA巡回賽中職業選手的揮桿數據相互比較，通過與專業選手的技術對比分析后，用大數據來給出實際的改進建議。

2 國內研究現狀

2.1 我國VR技術的開展情況

早在20世紀80年代，虛擬現實技術就已經傳入我國，但由于當時我國整體的計算機水平和社會經濟發展程度所限，此項技術的發展并沒有引起重視。即使在VR技術已經被列為了1996—2000年國家第9個五年計劃重點戰略項目，對此項技術的質疑也沒有停止。直到21世紀初期，VR技術才引起了政府及學術界的全面重視。國家以高校作為發展前沿陣地，如清華大學、天津大學、北京航空航天大學都是國內首批開展虛擬現實研究技術的高校，經過多年努力已經搭建了中國自己的虛擬環境數據庫，實現了人機沉浸式交互、物體虛擬特性模擬與再現，天津大學制作了基于VR技術的“妙手”手術機器人，一定程度上打破了“達芬奇”手術機器人的壟斷。

2.2 VR技術在體育教學方面的研究成果

早在2003年，紀慶革、潘志庚、李祥晨就在《虛擬現實在體育仿真中的應用綜述》一文中提出，虛擬現實技術對于已經明顯呈高、難、精、尖趨勢發展的競技體育的重要意義。運用以虛擬現實技術為代表的現代科技手段，才能夠更大限度地挖掘運動員的潛能，從而探索出符合體育運動內在規律的研究方法。文中提出了通過計算機技術的模擬功能來將教練員的訓練意圖、管理者的組織方案和運動員的訓練過程進行準確的記錄、分析、預判、評價，基于VR技術的全方位仿真實現交互性的沉浸。作者預測隨著VR技術進一步發展，對于體育仿真的層面將突破視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等現有層面，向更為復雜的心理和神經系統方向發展突破。

李學恒、裴晶晶（2011）在《VR 技術在體育教學中的應用》一文中對虛擬現實技術在體育教學中應用的可能性進行了分析，說明此種技術可以讓學生在一個特定的虛擬環境下扮演某種角色，通過這種沉浸式的體驗，讓學生將全部身心投入到無比真實的虛擬學習氛圍中，無形中更加有利于他們的技能提高。現在的科學技術已經能夠制作出頭盔顯示器和其他裝備將學生的各種感覺封閉起來，達到一種全身心投入的近乎完美的虛擬技術效果，并實時收集相應裝備所傳輸的學生運動數據，正是由于如此巨大的推動作用和技術裝備上的可行性，使得虛擬現實技術將在體育教學中被廣泛應用。

安沙沙、王明明（2017）在《VR在高校體育教學中推廣的可行性分析》一文中結合日漸開展的VR教學經驗，對其在高校體育教育中的推廣可行性進行了進一步分析，主要論點為3個方面，其中之一是能夠營造突破時空限制模擬運動場景。目前高校的體育教學普遍面臨著教學條件方面的限制，一方面可能是具體的場館限制，另一方面是師資力量的不足。VR技術使得學生可以通過VR設備模擬的運動場景進行學習來解決場地和時空等的限制，并且獲得計算機實時的運動技能輔導。例如，有的學校要進行乒乓球運動的教學，即使在師生交流最為理想的情況下，一名老師也不可能同時滿足50人以上的課程，而通過VR技術則不一樣，帶著VR裝備的學生可以看到模擬出的教練為他們進行詳細的無限次數的動作講解。

李統帥、逯明宇、孫宸、張龍、高遠（2017）在《VR技術在高校太極拳課程教學的應用研究》一文中針對慕課和SPOC教學平臺教學模式陳舊、課程設置單一、教學效果受限等問題進行了分析，進而指出，將VR技術引入SPOC教學平臺，可以直接彌補目前平臺無法對人物進行全方位同時展示的缺陷，世界各地的學生都可以觀賞到最優秀運動員在最佳狀態下的體育動作，并且這種展示是全方位的、無限次數的，這也就包括太極拳運動的VR展示。

王琳（2017）在《基于VR技術的體育健美操仿真系統設計與研究》一文中從電子工程設計專業的角度分析了如何提升VR健美操仿真系統的性能。設計者首先將整個系統分成了3個子系統，隊形或圖案設計系統、行為動作生成系統、健美操隊形或圖案變化控制。3個子系統良好配合才能做模擬體育健美操比賽相關的場景，也能夠清晰記錄出健美操動作組合的畫面，同時也能夠得出運動員在健美操過程當中的相關數據，與標準數據進行對比后，精準地判斷出運動員動作的相應缺點和不足。

王涵（2018）在《VR技術在高校高爾夫教學中的應用》一文中以我國目前許多高校正在初步開始應用的高爾夫球專業的VR技術為研究對象，探討了此技術對于掌握高爾夫球運動要領和提升運動成績的重要性。高爾夫球在2016年的里約奧運會上作為參賽項目出現，距離上一次此項目參加奧運會已有112年，這對于世界高爾夫球運動的發展有重要的意義，中國要想在此項運動的開展方面走在世界前沿，就更應該注重VR技術在高校高爾夫教學中的應用。

廣州體育學院的趙孟洋（2019）在其碩士畢業論文《虛擬現實技術在高校體育舞蹈教學中的應用研究》一文中以廣東省的體育舞蹈專業授課情況為例，探討了虛擬現實技術在教學過程當中的應用特點和教學設計情況。作者最后得出結論，當前廣東省高校體育舞蹈教學總體情況一般，無論是舞蹈教學場所、音響設備等硬件條件，還是老師的年齡結構、性別結構、教學方法和評價手段等軟件條件，都存在一定的不足，目前甚至多媒體技術在體育舞蹈教學中都沒有廣泛普及，虛擬現實技術的應用更是處于探索階段。

2.3 VR技術在乒乓球教學中的作用研究

目前許多研究者也針對虛擬現實技術在乒乓球訓練教學中的現狀進行了研究，肖毅、李海鵬、任曉玲（2018）在《虛擬現實技術在乒乓球教學與訓練中的應用》就指出，虛擬現實技術是保持我國乒乓球體壇優勢的重要突破口，通過乒乓球數據人體化，可以克服時間、地點、場地及運動員傷病無法訓練等因素，帶給乒乓球運動員最真實的數據反饋，還可以通過模擬優秀運動員的動作，避免運動員不必要的運動損傷。但是尤其要指出的是，VR技術對于中國體育項目發展的重要性是毋庸置疑的，相信隨著未來技術領域的發展和教學實踐的增加，目前各個學術課題中所闡述的重要意義將得以充分發揮。

2.4 國內研究現狀小結

從以上8篇文獻研究進行分析，可以發現當前國內研究者在VR技術于體育教學的作用方面的研究成果，具有極大的共同性，即缺乏創新型的研究思維，有意義的研究結論比例較少。大多數論文期刊的寫作思路都是首先對虛擬現實技術的概念和特點進行闡述，其次說明他們所研究對象現狀方面的不足，再次是闡述VR技術在實際或理論運用當中所能夠起到的效果意義及可能遇到的問題，最后對VR技術的體育教學應用提出相應的建議。

3 結語

VR技術進入體育教學的研究，將對提高體育教學訓練水平、改善體育教學環境、優化體育教學過程、培養具有創新意識和創新能力的人才產生深遠的影響。此課題也已經成為了國內外的研究熱點，雖然國內目前的研究層級相對較低，但是隨著技術水平的提高和學術氛圍的發展，必將有全面而創新的突破。