基于VR&AR技術的高校體質健康系統功能融合與質量提升研究

劉成永

摘要：隨著虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術的迅猛發展，高校學生體質健康管理的方法也呈現出新的發展趨勢。本文以基于VR&AR技術的高校體質健康系統為研究對象，利用VR&AR技術在運動訓練及身體康復中的顯著優勢和應用場景，通過VR&AR技術整合該系統的架構設計和實現方式，提供了虛擬現實康復訓練、增強現實健身指導等功能模塊，并通過數據分析與個性化推薦、用戶反饋與持續改進等方法實現了高校學生體質健康系統的功能融合與質量提升。

關鍵詞：VR&AR技術? 體質健康? 功能融合? 質量提升? 高校體質健康系統

中圖分類號：G804文獻標識碼：A文章編號：1006-8902-（2024）-04-078-3-JF

引言

隨著人類文明的進步、科學技術的飛速發展，人類對健康的認識和評價，從醫學和生物學的范疇，逐漸延伸到心理和社會的領域，“健康”在人們生活中的地位越來越重要。而健康管理作為一個全面、系統的管理健康的體系，已在發達國家取得了良好的實踐效果，并受到眾多國家政府部門和機構的關注和研究。我國政府亦逐步認識到健康管理的重要性，并隨著國家醫療信息化的快速發展，健康管理得到了極大普及，高等院校的學生健康管理也得到長足的發展，但是建立電子化的健康檔案，并據此進行健康管理并沒有得到很好的普及，尤其是將虛擬現實技術（AR&VR）應用于此更是鮮有報道。AR&VR也稱虛擬環境，是利用計算機模擬產生一個三維空間的虛擬逼真的場景，為體驗者提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓其感覺仿佛身臨其境，不僅可以實時且無限制地觀察三維空間內的物體，還可以與之交互。當前，國內外關于AR&VR技術在體育教學和運動訓練中的應用并不少見。德國從21世紀初期，便開始借助電子計算機來實施授課，依靠動畫技術引入情境資源，讓學生在體驗的過程中學習體育知識；美國在2012年開發出用于足球教學的智能化教學軟件“Footballstu”，其中加入了AR模擬系統，以此來對學生的體育活動能力與足球技巧展開訓練。劉傳鑫通過VR模擬訓練手段發現相對于常規訓練，其更利于大學生系統參訓提升綜合平衡能力。王海則在研究中討論了VR技術創新體育教學模式的可行性，借由VR技術，導入學生能力訓練、體能素質檢測等學習活動；姜瑞婷的研究將VR技術應用到了學生素質評價、實訓引導等活動當中，形成了具有交互價值的學生教育體系；楊揚、王子涵則討論了信息化傳輸視角下的依靠VR技術投放教學資源的具體方法。

綜上所述，國內外很多研究多是從如何在體育教學中應用AR&VR技術這一角度展開，忽視其在高校體質健康管理系統中的作用，體質健康是大學生全面發展的重要組成部分，傳統的體質健康管理方式已經不能滿足學生的需求，而VR&AR技術的迅猛發展，則為高校體質健康管理帶來了新的機遇與挑戰。因此，本文旨在研究如何利用VR&AR技術進行高校體質健康系統功能融合與質量提升，從而提高高校體質健康系統的服務質量和效果，為將來更好地服務于校內師生體質健康工作，及對外提供體質健康監測、診斷和運動處方等服務，奠定了良好的物質與技術基礎。

1、高校學生體質健康系統的現狀

1.1、高校體質健康教育的現實狀況：基礎性保障不足，評價跟蹤不完善

（1）基礎性保障不足。

一些高校在體質健康教育方面缺乏必要的基礎性保障，例如場地設施不足、師資力量匱乏、教學資源緊缺等，影響了體育教學和健康促進活動的質量和深度。

（2）針對性教育效果不明顯。

目前體質健康教育針對不同群體、不同需求的個性化教育效果不夠明顯，很多教育活動還停留在普遍性的宣傳和普及知識的層面，缺乏針對性、個性化的健康教育服務。

（3）評價機制不完善。

目前對于體質健康教育的評價機制相對滯后，缺乏科學、合理的評價標準和方法，無法客觀評估學生身心健康狀況和教育效果，也難以對教育工作者進行有效的評價和激勵。

（4）缺乏長期跟蹤機制。

對學生身心健康問題的長期跟蹤和干預機制不夠健全，缺乏系統的健康檔案和個性化的跟蹤服務，無法及時發現和應對潛在的健康問題。

1.2、高校體質健康系統存在的問題：數據采集局限性，分析反饋不到位

（1）測試內容缺乏全面性。

大多數高校的體質健康測試只涉及身體形態、身體素質等方面，而對于體成分、營養狀況、心理狀態、生活習慣等方面的關注較少，導致無法全面反映學生的健康狀況，也難以提出針對性的改善建議。

（2）測試方法缺乏科學性。

一些高校在測試過程中采用傳統的手動測試方法，缺乏嚴謹的科學依據，增加了測試的誤差率，同時學生的姿勢、動作等細節往往被忽視，這也影響了測試結果的可靠性，加上測試人員的專業水平參差不齊，也影響了測試結果的準確性。

（3）測試軟件缺乏智能化。

大多數高校的體質健康測試軟件功能較為單一，只能進行簡單的數據錄入和報表生成，缺乏對個體差異和動態變化的深入分析，無法根據學生的具體情況提供個性化的訓練建議和健康指導。

（4）測試設備缺乏自動化。

一些高校體測設備陳舊、自動化程度較低，仍然采用手動操作或半自動化的測試設備進行測試，這不僅增加了測試的時間和人力成本，也影響了測試的效率和準確性。

2、VR&AR技術在運動訓練及康復中的應用場景

2.1、VR&AR技術在運動訓練中的應用場景

（1）運動技能訓練。

VR和AR技術可以用來模擬各種運動技能的訓練場景，如足球運動員通過虛擬現實體驗射門、傳球等動作，籃球運動員通過增強現實技術進行投籃動作的輔助訓練，提高技術動作的準確性。

（2）運動技能評估。

運動員可以在虛擬現實中重復模擬特定的動作，系統可以即時捕捉、分析和評估運動員的姿勢、動作準確性和效率等指標，提供針對性的反饋和改進建議。

（3）運動生物力學評估。

VR技術可以模擬運動員的生物力學狀態，通過運動捕捉系統獲取運動員的關節角度、力量輸出等數據，幫助運動員和教練員了解運動機能，并進行改進和優化訓練。

總之，VR&AR技術在運動訓練和評估中的應用場景非常豐富，可以在多方面提升訓練效果、改進運動技能、戰術和整體表現，提高運動員技能水平，全方位推動體育運動訓練的發展。

2.2、VR&AR技術在身體康復中的應用場景

（1）運動模擬和功能恢復。

VR技術可以模擬各種康復運動和動作，幫助學生在虛擬環境中進行模擬訓練，對身體功能進行恢復。學生可以在虛擬環境中進行功能性訓練，如平衡、協調和肌肉力量訓練，從而促進康復效果。

（2）疼痛管理和情緒調節。

通過VR技術，學生可以被帶入美麗和放松的虛擬環境，從而緩解疼痛感受和焦慮情緒，使康復過程更加愉悅、有效。

（3）功能評估和數據監測。

利用AR技術，在進行康復訓練時可以實時監測學生的運動數據，對姿勢、動作和肌肉活動狀態進行精準評估，從而調整康復訓練計劃，確保訓練效果最大化。

（4）虛擬現實鏡像療法。

通過VR技術，學生可以觀看自己在虛擬環境中進行正常運動，從而激發對康復的積極性和信心，促進康復過程中失去信心的同學重建自信。

（5）個性化康復方案。

VR技術可以根據個體的情況和需求，定制個性化的康復訓練方案，針對性進行交互式訓練，提高康復效果。

盡管VR和AR技術在身體康復中的應用效果明顯，并且在功能恢復、疼痛管理和心理調節等方面有著獨特優勢，但也面臨一些挑戰，其中資金是其中之一。在推廣和應用這些技術時，學校需要投入大量的資金用于購買相應的設備、進行培訓以及進行系統的維護和更新。

3、基于VR&AR技術的高校體質健康系統架構設計和實現方式

3.1、身體健康監測診斷模塊

這一模塊可以整合各種生物感知技術，如通過智能穿戴設備（如智能手環、智能手表）或智能手機傳感器實時采集生理數據，并與系統進行數據互聯，用于監測學生的生理數據，如心率、步數、睡眠質量等，為后續的康復和訓練提供數據支持。

3.2、虛擬現實康復訓練模塊

該模塊提供基于虛擬現實技術的身體康復訓練方案，包括針對不同康復目標和需要的個性化訓練模擬。該模塊可以通過頭戴式顯示設備向學生提供各種訓練場景并實時監控其康復情況，如利用VR頭戴設備和手柄進行模擬訓練，通過頭戴設備的頭部追蹤和手柄的位置追蹤實現學生在虛擬環境中的互動。

3.3、增強現實健身指導模塊

這一模塊可以為學生提供增強現實技術下的健身指導，例如通過手機AR應用或AR眼鏡，為學生展示正確的健身動作姿勢，并實時糾正他們的動作，通過攝像頭捕捉用戶的動作并進行實時分析，根據運動姿勢提供反饋建議，幫助他們更科學地進行健身活動。例如，通過虛擬現實跑步機、虛擬現實自行車、虛擬現實動感單車、虛擬現實游泳池、虛擬現實籃球訓練器、虛擬現實健身操教練，實時捕捉學生的身體動作，將其映射到虛擬環境中，不僅增加了運動的趣味性，還可以模擬各種實際運動場景，有效提升了學生的體能和心肺功能。

3.4、數據分析與個性化模塊

基于學生的個性化健康數據和訓練反饋，這一模塊可以利用大數據分析和機器學習算法，對數據進行分析，為學生提供個性化的康復訓練方案和健身建議。例如，通過多功能智能體測儀，學生可以完成身高、體重、體脂率、心率等多項身體指標的測試，自動上傳至系統生成詳細的健康報告，并為其推薦合適的鍛煉項目和飲食建議。

3.5、虛擬體育運動競技模塊

此模塊可提供學生參與虛擬體育運動競技的機會，例如體育比賽的虛擬模擬、多人在線競技等，可以通過虛擬現實技術營造更真實的運動感受，激發學生的運動興趣。

3.6、學生體質健康管理平臺

該平臺用于整合學生健康數據、康復訓練進展及健身活動記錄，為校醫院、教練和學生提供身體健康管理和監護服務，支持醫療資源優化分配。

4、高校學生體質健康系統功能融合與質量提升的方法與途徑

4.1、功能融合的方法與途徑

（1）數據互聯與共享。

通過建立數據互聯和共享機制，不同模塊之間可以實現數據的傳輸和共享，提高系統的整合性和功能性。例如，將身體健康監測模塊中收集到的生理數據與虛擬現實康復訓練模塊進行共享，為康復訓練提供個性化的數據支持。

（2）接口設計與交互優化。

優化系統的用戶界面和交互設計，提升用戶體驗和使用便捷性。在不同功能模塊之間實現一致的界面風格和操作邏輯，減少用戶的學習成本和操作困難，提高整體系統的易用性。

（3）融合技術互操作性。

確保VR和AR技術之間的互操作性，使不同的技術可以相互配合和協同工作。例如，將虛擬現實康復訓練模塊中的虛擬環境與增強現實健身指導模塊中的真實環境相結合，實現更具吸引力和互動性的訓練體驗。

（4）數據分析與個性化推薦。

利用大數據分析和機器學習算法，實現系統對用戶數據的深入分析和個性化推薦。根據學生的個人特點和康復需求，為其提供定制的虛擬現實康復訓練方案和增強現實健身指導建議。

（5）多模態融合。

結合不同的傳感器和交互設備，實現多模態的用戶交互體驗。例如，結合手勢識別技術、語音識別技術和頭部追蹤技術，使學生可以通過手勢、語音和頭部動作來與系統進行交互，提升交互的自然性和靈活性。

（6）用戶反饋與持續改進。

設立用戶反饋機制，收集學生的意見和建議，并持續改進系統的功能和服務。通過學生反饋，不斷優化系統的各個功能模塊，提高系統的穩定性、可用性和用戶滿意度。

通過以上方法和途徑，可以實現基于VR&AR技術的高校體質健康系統功能融合，提升系統的綜合效益和用戶體驗，為學生提供更全面、個性化的體質健康管理服務。

4.2、質量提升的途徑

（1）數據安全與隱私保護。

確保系統中涉及的學生健康數據的安全性和隱私保護，采用加密傳輸、權限管理和數據匿名化等技術手段，保障數據不被泄露和濫用。

（2）精準的數據采集與分析。

利用VR&AR技術提供的精準數據采集功能，對學生的健康數據進行實時監測和分析，例如心率、步數、睡眠質量等，從而為個性化康復訓練和健身指導提供更準確的支持。

（3）用戶體驗優化。

優化系統界面設計和交互操作，確保系統的易用性和友好性。通過調研和反饋收集，不斷改進系統的界面布局、交互方式和操作流程，增強用戶體驗。

（4）個性化服務與定制化方案。

基于大數據分析和機器學習算法，提供個性化的康復訓練方案和健身指導。根據學生的健康數據和個人偏好，定制健康管理方案。

（5）用戶培訓與支持。

為系統的用戶提供必要的培訓和支持，確保他們能夠充分利用系統提供的功能，根據實際需求提供相應的培訓課程和支持服務。

（6）有效的技術支持與維護。

建立完善的技術支持體系，及時響應用戶問題和需求，保障系統穩定運行，提供7×24h的技術支持服務。

通過上述方法和途徑，可以有效提升基于VR&AR技術的高校體質健康系統的質量，保障系統的可靠性、安全性和用戶滿意度，為學生提供更好的體質健康管理服務。

5、結語

本文研究了基于VR&AR技術的高校體質健康系統功能融合與質量提升的問題。通過整合VR&AR技術的應用，提供了身體健康監測診斷、虛擬現實康復訓練、增強現實健身指導等功能模塊，并通過數據分析與個性化推薦、用戶反饋與持續改進等研究方法實現了功能融合與質量提升。該研究結果對于進一步推進高校體質健康管理的現代化發展具有重要意義。

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