基于人工智能的虛擬現實技術輔助高校籃球教學研究

摘要：本文運用文獻資料法、邏輯分析法等方法對虛擬現實技術在籃球教學中的應用進行探析，通過對相關文獻的綜述和實證研究的分析，發現在高校籃球教學中引入虛擬現實技術可幫助學生獲得更為真實的感知體驗，提供更豐富的訓練場景和情境，并能夠增強學生的主動性和參與度。同時，虛擬現實技術還可以通過即時反饋機制幫助教師精準指導學生的動作技巧，提高教學效果。然而，虛擬現實技術在高校籃球教學中還存在一些挑戰，如設備成本高昂、技術穩定性不足等問題，需要進一步地研究和改進，以此來利用該技術增強高校籃球教學效果，提高大學生籃球技能。

關鍵詞：人工智能 虛擬現實技術 高校 籃球教學

中圖分類號：G80 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8902-（2024）-20-157-3-ZQ

籃球作為一項全身性運動，除了需要技術的熟練掌握外，還需要對比賽情境的適應能力。然而傳統的籃球教學存在著一些局限性，如教學內容的單一、學生參與感的欠缺等。而虛擬現實技術的應用可以打破這些限制，通過模擬真實的比賽環境和動作細節，使學生能夠更加直觀地理解和體驗籃球的技術要素。本文旨在探討虛擬現實技術在籃球教學中的應用，對其效果進行評估，從而為改善傳統教學模式提供一種創新的解決方案。通過本文的研究，希望能夠深入了解虛擬現實技術在籃球教學中的應用潛力，同時探討其對學生技能提升和教學效果的影響，以此能夠為體育教育的創新提供一種全新的思路和實踐路徑。

1、相關理論與技術應用

人工智能（AI）是現代信息科技領域最前沿的技術，可賦能眾多領域的創新發展，為社會提供更具智能化的產品與服務。從高校籃球運動發展的視角審視，人工智能以其多感知、數據驅動的特性，為籃球教學領域帶來了革命性的改變。

隨著科技的不斷革新，大數據和虛擬現實（VR）技術正在教育領域發揮著日益重要的作用。最近的一項研究更是將這兩種技術結合，為高校籃球教學帶來了新的可能性。該研究利用大數據分析系統，整合了學生在籃球運動中的各種數據，包括運動強度、運動周期、身體狀況等多元化的數據內容。這項技術不僅為學生提供了更精確、更個性化的指導，還為他們提供了理解自身運動能力的機會。這樣，他們就可以根據自身的情況來調整訓練計劃，從而更有效地提升運動技能。

大數據和虛擬現實技術的結合，不僅改變了我們獲取和理解籃球教學數據的方式，也為學生提供了全新的學習工具，使他們能夠更深入地理解和參與籃球運動。這無疑為高校籃球教學打開了一扇新的大門，讓我們看到了未來的可能性。

1.1、虛擬現實技術在軍事、教育、體育領域的應用

虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術產生于20世紀60年代，是運用計算機圖形技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術和仿真技術等創造出虛擬環境，通過視、聽、觸覺等感覺通道使個體沉浸于其中并與虛擬環境互動的新興技術。

在教育領域，虛擬現實技術為學生構建了一個沉浸式的學習環境，使他們能夠身臨其境地感受知識的魅力，進而更直觀地理解那些曾經抽象難解的概念和理論。CovaciA等人開發了一個虛擬的籃球訓練系統，主要利用了運動捕捉技術，學生可在沒有教師的情況下開展投籃訓練。

國內虛擬現實技術的發展借助了國務院《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》的產業政策春風，各相關業內企業加大投入，專注于虛擬現實技術系統組成硬件和軟件產品研發。虛擬現實技術將沿著虛擬現實與現實世界在感知系統上的對等性，“沒有什么是做不到的，只有我們想不到的”這一夢想邁進。學習者可以實現“意隨心動”，可以沉浸在虛擬現實中并與之互動，通過眼看、耳聽、鼻聞、手動以及大腦思考的過程，獲得“做的經驗”。虛擬現實技術的整體構造主要分為硬件與軟件的相互融合，能夠利用沉浸式體驗讓人置身其中，并成為虛擬環境中的一部分（見圖1）。

虛擬現實技術在體育領域的研究也頗有成效，北京仿真中心、浙江大學等都是國內研究虛擬現實技術的主要科研院所，他們基于虛擬現實技術開發了進行健身的運動器材系統。如虛擬保齡球健身機系統，它是結合三維圖形顯示、動畫、交互式碰撞檢測和圖像處理技術開發成功的一項新產品，有效地縮短了保齡球運行的球道長度，節省了場地資源和經費投入，還有體育仿真中心研發的虛擬健身車等，都是VR技術在健身行業的典型應用。

1.2、虛擬現實技術在籃球教學中的潛在應用

虛擬現實技術在籃球教學中的應用眾多，主要表現在多個方面（如圖2）：

數據分析和統計。虛擬現實技術可以對籃球教學數據進行深入分析，提供詳細的統計信息和趨勢分析；

動作捕捉和姿勢識別。虛擬現實技術可以通過攝像頭或傳感器等設備對學生的運動進行實時捕捉和分析。通過分析學生的動作姿勢，系統可以給出針對性的指導和改進建議，幫助學生提高籃球技術水平和動作表現；

虛擬訓練和模擬比賽。虛擬現實技術具備模擬實際籃球比賽環境，學生可以通過虛擬現實技術進行訓練，模擬比賽的壓力和戰術決策，提前熟悉各種情況并獲得實戰經驗；

個性化籃球學習。通過學生的學習和動作數據，人工智能系統能夠根據每個學生的獨特特點和個性化需求，精心制定并推薦個性化的學習計劃和內容。教師也可以通過此種方式做出針對性的教學計劃，做到因材施教，分層教學；

裁判輔助和視頻判定。在學習籃球裁判內容方面，虛擬現實技術可以幫助學生裁判員進行判罰決策和判定爭議。通過分析比賽視頻和使用相關算法，可以提供客觀、準確的裁判輔助決策，減少錯誤判決的發生，并提高教學比賽和實際比賽的公正性。

2、虛擬現實技術與籃球教學的融合

2.1、虛擬場景的構建與呈現

構建籃球教學虛擬場景是借助虛擬現實技術實現的。虛擬現實技術對現實場景的模擬可以讓學生“身臨其境”，一覽全景，但是看到的場景和人物全是假的，因此可以安全地模擬教學。對于虛擬場景的構建要確定籃球教學虛擬場景的類型和目標（圖3），例如室內或室外場地、比賽場景或特定技術動作的練習場景等，根據教學需求和教學目標來確定場景的設置。然后使用3D建模軟件或虛擬現實平臺上的場景編輯工具，創建與學校實際場地相似的虛擬場景模型并設計場景的細節，包括籃球場地的大小、地面標識、籃框位置等。

2.2、手勢和身體追蹤技術的應用

通過籃球手勢和身體追蹤技術，學生可以在虛擬環境中模擬真實的籃球動作，如投籃、傳球、運球等（如圖4）。這種直觀的互動方式不僅增加了教學的趣味性，還提供了更加自然和流暢的操控方式。在虛擬現實籃球教學中，身體追蹤技術允許學生的動作被實時記錄和映射到虛擬環境中，從而使得學生能夠全身投入到虛擬場景中。無論是調整投籃姿勢、變換傳球角度還是進行快速變向動作，都可以通過身體的真實動作來實現。這種身體追蹤技術為學生提供了更加身臨其境的體驗，讓他們感受到籃球運動的真實性和挑戰性。身體追蹤技術的應用不僅局限于籃球教學，它在籃球訓練和技術分析中也具有重要作用，學生可用虛擬現實技術對籃球技巧進行訓練。

2.3、運動行為識別和分析

利用可穿戴系統對籃球教學中學生的運動行為進行監測識別，可穿戴設備系統一般包括：傳感監測組件（可穿戴材料、智能織物和傳感器等）；執行和處理組件（執行器、系統處理單元和無線通訊模塊等）；反饋和交互組件（軟件界面、算法、數據處理等），通過可穿戴系統來捕捉學生的運動數據，并利用高精度的傳感器和算法進行實時的姿態追蹤和行為識別。

虛擬現實技術不僅可以實時識別學生的運動行為，還可以根據運動數據進行深入的分析。通過對學生打球時的運動軌跡、速度、加速度等數據進行分析，可以評估學生的技術水平和身體素質，教師可以根據這些數據對課堂教學中存在的不足進行優化，同時教師也可以利用虛擬現實技術評估學生的技術水平和身體素質，來進行運動隊選拔，將識別的數據作為選拔的參考，提升運動選材的高效性。

2.4、教學內容的優化——戰術模擬學習

目前，大部分高校對于籃球戰術部分的教學效果并不明顯，班級中學生籃球水平參差不齊，對于戰術的理解也大不相同，在實際跑位當中配合度不夠，學習效果不佳。針對戰術模擬學習的部分，利用虛擬現實可以充分利用智能技術，模擬各種籃球戰術（如圖5）。

圖5 虛擬現實模擬籃球戰術圖

戰術內容按籃球戰術分類設計德波爾戰術、芝加哥配合、場角的配合、中鋒繞切、高位策應、交叉切入和弱側掩護等多個二級戰術配合動作激活按鈕。在虛擬環境中對籃球戰術進行模擬，從而可以多角度地觀看和展示科學規范的籃球運動員連續動態的戰術配合線路，通過直接生動的視覺圖像有利于運動員清晰形象思維，總結規范合理的戰術訓練方法。

3、虛擬現實技術應用于籃球教學中的挑戰

3.1、教學與技術應用的匹配

目前，高校籃球的教學與虛擬現實技術應用的匹配上還存在不足，例如動作捕捉限制，對于細微的手部和手指動作的捕捉可能不夠準確，這會影響教學中對于技術細節的傳授和訓練。在運動感知和身體反饋上也會存在一定問題，雖然在虛擬現實中可以模擬籃球場景和動作，但缺乏真實的運動感知和身體反饋，這對于學生的運動技巧和空間感的培養可能存在一定的局限。

雖然在籃球教學與虛擬現實技術應用匹配方面已經取得了一定的進展，但仍存在一定的不足之處，虛擬現實技術如要與籃球教學更好地匹配，需進一步突破技術瓶頸，提供更加精準、個性化和身臨其境的籃球教學體驗。

3.2、進一步研發和改進方向

虛擬現實技術在籃球教學領域已經取得了一定的成果，但仍有一些方面可以進一步研發和改進，提高教學效果和使用體驗。

在場景設計方面上需進一步優化，做到能夠模擬各種不同的比賽場景和球場情況，使其更加逼真、真實，以提供更全面的教學體驗；在動作捕捉技術上需不斷加強，尤其是對細微的手部動作和手指動作，以求提供更細致精確的反饋和指導。可以結合機器學習和深度學習等方法，進一步提高動作捕捉的精度和實時性；VR籃球教學在改進的過程中還需引入互動交流和多人協作的功能，使師生之間能夠進行交流和討論。可以通過語音和實時對戰等方式，營造更加真實的社交環境；進一步融合其他技術，結合增強現實技術可以將虛擬籃球場疊加到現實環境中，為訓練者提供更加豐富的學習場景。

4、結語

虛擬現實技術為學生提供了身臨其境的學習體驗，能夠提升他們在籃球技術方面的接受度和適應性。但在高校籃球教學中仍面臨一定挑戰，我們需要進一步改進動作捕捉技術，以提高動作捕捉的準確性和實時性；需要根據學生的不同水平和需求提供個性化的學習內容和進度；還需要加強互動交流和多人協作的功能，提高學生之間的合作與協調能力等。在未來的研究中，可以進一步融合其他技術，如增強現實、人工智能等，創造更加豐富多樣的教學方式和體驗。同時，我們還可以開展更多的實證研究，深入評估虛擬現實技術在高校籃球教學中的有效性和可行性。

總體來說，虛擬現實技術在高校籃球教學中具有巨大的潛力。通過持續的研究和改進，我們可以進一步提升虛擬現實技術的質量和效益，為高校籃球教學帶來更好的教學效果和學習體驗。

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