基于VR&AR 技術的高校體質(zhì)健康系統(tǒng)功能融合與質(zhì)量提升研究

劉成永（浙江商業(yè)職業(yè)技術學院 浙江 杭州 310053）

引言

隨著人類文明的進步、科學技術的飛速發(fā)展，人類對健康的認識和評價，從醫(yī)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(tǒng)的管理健康的體系，已在發(fā)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(gòu)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(yī)療信息化的快速發(fā)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(fā)展，但是建立電子化的健康檔案，并據(jù)此進行健康管理并沒有得到很好的普及，尤其是將虛擬現(xiàn)實技術（AR&VR）應用于此更是鮮有報道。AR&VR 也稱虛擬環(huán)境，是利用計算機模擬產(chǎn)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(nèi)的物體，還可以與之交互。當前，國內(nèi)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(fā)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(tǒng)，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(fā)現(xiàn)相對于常規(guī)訓練，其更利于大學生系統(tǒng)參訓提升綜合平衡能力。王海則在研究中討論了VR 技術創(chuàng)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(zhì)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(zhì)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(nèi)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(zhì)健康管理系統(tǒng)中的作用，體質(zhì)健康是大學生全面發(fā)展的重要組成部分，傳統(tǒng)的體質(zhì)健康管理方式已經(jīng)不能滿足學生的需求，而VR&AR技術的迅猛發(fā)展，則為高校體質(zhì)健康管理帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。因此，本文旨在研究如何利用VR&AR 技術進行高校體質(zhì)健康系統(tǒng)功能融合與質(zhì)量提升，從而提高高校體質(zhì)健康系統(tǒng)的服務質(zhì)量和效果，為將來更好地服務于校內(nèi)師生體質(zhì)健康工作，及對外提供體質(zhì)健康監(jiān)測、診斷和運動處方等服務，奠定了良好的物質(zhì)與技術基礎。

1、高校學生體質(zhì)健康系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1、高校體質(zhì)健康教育的現(xiàn)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(zhì)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(zhì)量和深度。

（2）針對性教育效果不明顯。

目前體質(zhì)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(zhì)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(tǒng)的健康檔案和個性化的跟蹤服務，無法及時發(fā)現(xiàn)和應對潛在的健康問題。

1.2、高校體質(zhì)健康系統(tǒng)存在的問題：數(shù)據(jù)采集局限性，分析反饋不到位

（1）測試內(nèi)容缺乏全面性。

大多數(shù)高校的體質(zhì)健康測試只涉及身體形態(tài)、身體素質(zhì)等方面，而對于體成分、營養(yǎng)狀況、心理狀態(tài)、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(tǒng)的手動測試方法，缺乏嚴謹?shù)目茖W依據(jù)，增加了測試的誤差率，同時學生的姿勢、動作等細節(jié)往往被忽視，這也影響了測試結(jié)果的可靠性，加上測試人員的專業(yè)水平參差不齊，也影響了測試結(jié)果的準確性。

（3）測試軟件缺乏智能化。

大多數(shù)高校的體質(zhì)健康測試軟件功能較為單一，只能進行簡單的數(shù)據(jù)錄入和報表生成，缺乏對個體差異和動態(tài)變化的深入分析，無法根據(jù)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(xiàn)實體驗射門、傳球等動作，籃球運動員通過增強現(xiàn)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(xiàn)實中重復模擬特定的動作，系統(tǒng)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(tài)，通過運動捕捉系統(tǒng)獲取運動員的關節(jié)角度、力量輸出等數(shù)據(jù)，幫助運動員和教練員了解運動機能，并進行改進和優(yōu)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(zhàn)術和整體表現(xiàn)，提高運動員技能水平，全方位推動體育運動訓練的發(fā)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(huán)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(huán)境中進行功能性訓練，如平衡、協(xié)調(diào)和肌肉力量訓練，從而促進康復效果。

（2）疼痛管理和情緒調(diào)節(jié)。

通過VR 技術，學生可以被帶入美麗和放松的虛擬環(huán)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(shù)據(jù)監(jiān)測。

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

（4）虛擬現(xiàn)實鏡像療法。

通過VR 技術，學生可以觀看自己在虛擬環(huán)境中進行正常運動，從而激發(fā)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(jù)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(diào)節(jié)等方面有著獨特優(yōu)勢，但也面臨一些挑戰(zhàn)，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(tǒng)的維護和更新。

3、基于VR&AR 技術的高校體質(zhì)健康系統(tǒng)架構(gòu)設計和實現(xiàn)方式

3.1、身體健康監(jiān)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(huán)、智能手表）或智能手機傳感器實時采集生理數(shù)據(jù)，并與系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)互聯(lián)，用于監(jiān)測學生的生理數(shù)據(jù)，如心率、步數(shù)、睡眠質(zhì)量等，為后續(xù)的康復和訓練提供數(shù)據(jù)支持。

3.2、虛擬現(xiàn)實康復訓練模塊

該模塊提供基于虛擬現(xiàn)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?qū)W生提供各種訓練場景并實時監(jiān)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(xiàn)學生在虛擬環(huán)境中的互動。

3.3、增強現(xiàn)實健身指導模塊

這一模塊可以為學生提供增強現(xiàn)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(jù)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(xiàn)實跑步機、虛擬現(xiàn)實自行車、虛擬現(xiàn)實動感單車、虛擬現(xiàn)實游泳池、虛擬現(xiàn)實籃球訓練器、虛擬現(xiàn)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(huán)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(shù)據(jù)分析與個性化模塊

基于學生的個性化健康數(shù)據(jù)和訓練反饋，這一模塊可以利用大數(shù)據(jù)分析和機器學習算法，對數(shù)據(jù)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(tǒng)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(xiàn)實技術營造更真實的運動感受，激發(fā)學生的運動興趣。

3.6、學生體質(zhì)健康管理平臺

該平臺用于整合學生健康數(shù)據(jù)、康復訓練進展及健身活動記錄，為校醫(yī)院、教練和學生提供身體健康管理和監(jiān)護服務，支持醫(yī)療資源優(yōu)化分配。

4、高校學生體質(zhì)健康系統(tǒng)功能融合與質(zhì)量提升的方法與途徑

4.1、功能融合的方法與途徑

（1）數(shù)據(jù)互聯(lián)與共享。

通過建立數(shù)據(jù)互聯(lián)和共享機制，不同模塊之間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享，提高系統(tǒng)的整合性和功能性。例如，將身體健康監(jiān)測模塊中收集到的生理數(shù)據(jù)與虛擬現(xiàn)實康復訓練模塊進行共享，為康復訓練提供個性化的數(shù)據(jù)支持。

（2）接口設計與交互優(yōu)化。

優(yōu)化系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(xié)同工作。例如，將虛擬現(xiàn)實康復訓練模塊中的虛擬環(huán)境與增強現(xiàn)實健身指導模塊中的真實環(huán)境相結(jié)合，實現(xiàn)更具吸引力和互動性的訓練體驗。

（4）數(shù)據(jù)分析與個性化推薦。

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

（5）多模態(tài)融合。

結(jié)合不同的傳感器和交互設備，實現(xiàn)多模態(tài)的用戶交互體驗。例如，結(jié)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(tǒng)進行交互，提升交互的自然性和靈活性。

（6）用戶反饋與持續(xù)改進。

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

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

4.2、質(zhì)量提升的途徑

（1）數(shù)據(jù)安全與隱私保護。

確保系統(tǒng)中涉及的學生健康數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護，采用加密傳輸、權(quán)限管理和數(shù)據(jù)匿名化等技術手段，保障數(shù)據(jù)不被泄露和濫用。

（2）精準的數(shù)據(jù)采集與分析。

利用VR&AR 技術提供的精準數(shù)據(jù)采集功能，對學生的健康數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析，例如心率、步數(shù)、睡眠質(zhì)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(yōu)化。

優(yōu)化系統(tǒng)界面設計和交互操作，確保系統(tǒng)的易用性和友好性。通過調(diào)研和反饋收集，不斷改進系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(jù)學生的健康數(shù)據(jù)和個人偏好，定制健康管理方案。

（5）用戶培訓與支持。

為系統(tǒng)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(tǒng)提供的功能，根據(jù)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(tǒng)穩(wěn)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(zhì)健康系統(tǒng)的質(zhì)量，保障系統(tǒng)的可靠性、安全性和用戶滿意度，為學生提供更好的體質(zhì)健康管理服務。

5、結(jié)語

本文研究了基于VR&AR 技術的高校體質(zhì)健康系統(tǒng)功能融合與質(zhì)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(jiān)測診斷、虛擬現(xiàn)實康復訓練、增強現(xiàn)實健身指導等功能模塊，并通過數(shù)據(jù)分析與個性化推薦、用戶反饋與持續(xù)改進等研究方法實現(xiàn)了功能融合與質(zhì)量提升。該研究結(jié)果對于進一步推進高校體質(zhì)健康管理的現(xiàn)代化發(fā)展具有重要意義。