基于虛擬現實技術的格斗訓練系統設計

摘要：格斗起源于武術，它以技擊動作為主要內容，以克敵制勝為主要目的，是軍校學生的必修教學內容之一。當前，格斗教學仍以傳統教學模式為主，存在教學內容單一、教學手段陳舊、“練、戰脫節”、少數學生畏戰、懼戰等問題。因而，針對性地進行格斗教學改革尤為重要。本研究旨在設計一套虛擬格斗訓練系統，構建“VR+格斗”的教學新模式，對促進當下格斗教學質效的提高、推動格斗教學改革有著重要的實用價值。

關鍵詞：格斗；VR技術；虛擬格斗訓練系統；格斗教學改革

一、引言

格斗起源于武術，屬于技能主導類格斗對抗類項目，它以技擊動作為主要內容，以克敵制勝為主要目的，是軍校學生的必修、必訓內容之一。教學內容主要包括基本技術、組合技術和實戰對抗等。通過訓練旨在使學生掌握格斗基本技術，提高實戰對抗技能水平，培養英勇頑強、果敢堅毅的意志品質和“召之能來、來之能戰、戰之必勝”的殺敵本領，提升戰斗意識，培育戰斗精神。

二、格斗教學的局限性

格斗屬于綜合性較強的對抗性項目，要求有強大的上、下肢力量及爆發力，這是出招制勝、一招制敵的必要條件。只有全身配合，協調發力，才能達到最佳攻擊力度，實現最佳攻擊效果。如：在進行直拳等拳法進攻時，需要蹬地、轉腰、送肩，將身體的力量由下向上傳達，通過全身各部位發力，增加攻擊力度。其次，也要有極快的速度和敏捷的反應力，這是成功制服敵方的關鍵。在對抗時，需要時刻保持沉著冷靜。若是盲目出手只會浪費體力，并且給對手創造進攻條件和時機。因此，這一項目對教師、學生都有較高的要求。

當前，軍隊院校格斗教學仍以傳統教學模式為主，存在一定的局限性。教學往往以聽、看、模仿練習為主，教學內容單一，教學手段陳舊，示范→練習→糾正的教學方法、講解→傳授→灌輸的教學模式使得課堂的生動性不夠，導致學生參與訓練的積極性下降。教學過程中反饋不及時、效果評估缺失容易造成學生對動作的理解不到位，從而出現動作路線錯誤、擊打角度不準、擊打力度不夠等問題，這都會造成學生技術動作掌握慢，技能水平提升慢。“重技術，輕實戰”也是教學中較為常見的問題，“練、戰脫節”的現象不利于戰斗意志的塑造、戰斗精神的培養。另外，少數學生（尤其是女生）存在畏戰、懼戰的心理障礙，因而故意降低自我要求、標準，減少訓練投入，以此逃避訓練。上述問題對軍隊院校格斗課程教學質量、教學效果產生了較大的消極影響。

三、虛擬格斗訓練系統模塊設計

為了解決以上問題，針對性地進行格斗教學改革，將現代化、智能化信息技術融入教學實踐尤為重要。VR技術是20世紀迅速發展并風靡全球的一項綜合性信息技術，目前已廣泛應用于軍事、教育、醫學、娛樂等諸多領域[1][2]。“VR+教育”“VR+體育”也成了近幾年的研究熱點之一。較多學者認為，VR技術能夠有效提高運動訓練效果[3][4][5][6]。因而構建“VR+格斗”的教學新模式，設計開發出一套虛擬格斗訓練系統，豐富教學內容，創新教學方法，激發學習興趣，提高格斗實戰對抗能力，塑造戰斗意志，提升戰斗意識，對當下軍隊院校格斗教學質效的提高有著重要的實用價值。

虛擬格斗訓練系統應由硬件設備設施和軟件系統兩大部分組成，二者相輔相成，缺一不可。硬件設備設施包括終端計算機、服務器、VR眼鏡、動作捕捉設備（根據經費情況選擇慣性動作捕捉或光學動作捕捉等設備）、數據手套及其他輔助配件和設備。軟件系統則由格斗基本技術學習、格斗組合技術學習、技術評估訓練、實戰對抗訓練和視頻復盤模塊五大分系統組成。

硬件設備設施是現實世界與虛擬世界聯系的中介，而軟件系統則是整個系統的核心。本研究重點介紹軟件系統設置。

1.格斗基本技術學習模塊

該模塊主要采用人機跟練模式。教學內容涵蓋手型、步型、拳法、腿法、肘法、膝法等基本技術。需提前采集格斗基本動作的標準動作，并將其置于動作庫中。練習者借助VR眼鏡（Pico Neo 4）沉浸到虛擬訓練場景中，進行360°立體式、全方位、全視角的模仿學習。虛擬教練便會根據情況對該技術動作進行標準動作、慢動作、分解動作、完整動作的講解與演示。練習者能夠身臨其境地觀看技術動作，并進行相應的模仿練習。當練習者出現錯誤動作時，虛擬教練能夠實時反饋，給予錯誤提示，并進行正確的動作指導。該模塊有助于學生建立正確的動力定型。

2.組合技術教學

該模塊主要采用人機跟練模式。教學內容包含格斗組合一至五練習。需提前采集格斗組合動作的標準動作，并將其置于動作庫中。練習者借助VR眼鏡（Pico Neo 4）沉浸到虛擬訓練場景中，選擇相應組合動作進行360°立體式、全方位、全視角的模仿學習。練習者能夠身臨其境地觀看、學習組合技術動作，虛擬教練會根據選擇對該組合技術動作進行連貫動作或慢動作、分解動作或完整動作的講解與演示。通過虛擬訓練場景中的虛擬教練和反饋系統，學生可以獲得正確的動作指導，以加快組合動作的掌握。該模塊還設計了播放/暫停、快進/慢進等功能。當練習者對當前技術動作未完全掌握時，可以選擇暫停、慢放或重復學習。該模塊有助于學生建立正確的動力定型。

3.技術評估訓練模塊

該模塊主要采用動作評價模式。將前面兩個模塊采集的格斗教學基本動作、組合動作置于動作庫中。支持練習者借助VR眼鏡（Pico Neo 4）沉浸到虛擬訓練場景中，采用攻擊點標定、動畫透視等展現形式，進行技術格斗教學基本動作、組合動作評估訓練。虛擬教練會根據練習者的動作路線、力度、速度、方向、角度等做出反應，并針對練習者的技術動作進行實時反饋和技術動作評價（得分、攻擊點標定等），使學生了解自身動作是否規范、標準，是否存在錯誤動作情況。該模塊有助于改進技術動作、組合動作，提高動作完成質量。

4.實戰對抗

該模塊主要采用人機對抗模式。需提前建立虛擬對手模型，該虛擬對手掌握格斗基本技術，具備一定的格斗技能水平、攻擊能力和防御能力等，能夠根據實戰情況隨機應變，并依照練習者的攻擊、防御動作做出與之相適應的攻擊類、防守類、躲閃類動作。根據練習者的技能水平高低設置初級、中級、高級模式（虛擬對手技能水平由高至低），訓練時可根據技能水平選擇相應級別的虛擬對手。練習者借助VR眼鏡沉浸到虛擬戰場環境中，與虛擬對手進行1VS1實戰對決，如：攻擊、防御等，從而獲得虛擬競技感受、對抗情境體驗，這能夠大大降低傳統訓練的危險性。該虛擬對手具備智能行為特征，掌握格斗基本技術，具備一定的格斗技能水平、攻擊能力和防御能力等，能夠根據實戰情況隨機應變，依照練習者的攻擊、防御動作做出與之相適應的攻擊類動作、防守類動作、躲閃類動作等。系統也會針對虛擬實戰情況分別對練習者及虛擬對手進行評分。通過模擬比賽，可以克服畏戰、懼戰等膽怯心理，增強敵情意識，培育戰斗精神，提高實戰對抗能力，從而達到安全、高效的訓練效果。

5.視頻復盤

該模塊主要采用技術回放評估模式，具備技術回放、數據提取和評估分析等功能。通過全方位、全過程實時捕捉其他模塊訓練時的數據，將其存儲到數據庫中，利用視頻監控軟件進行回放，使練習者、組訓者能夠直觀、立體地感受到訓練時的三維動作形象，多角度分析位置、路線、方向、擊打點等動作要素，從而精細查找、精準分析訓練問題，加深對動作全方位的理解，改正錯誤動作，有的放矢地解決訓練問題，幫助學員快速掌握技術動作，提升教學訓練效果。此外，課后學生可以登錄系統，隨時查看視頻資源，反復查找訓練問題，不斷提高對動作的認識，持續改進技術動作，提升技能水平。

四、虛擬格斗訓練系統操作步驟

虛擬格斗訓練系統的操作步驟如下：

1.啟動虛擬格斗訓練系統軟件系統

開啟虛擬格斗訓練系統電腦主機，啟動基于虛擬現實技術的格斗訓練系統軟件，登錄系統平臺，輸入姓名等個人基本信息，點擊登錄，從而啟動、運行軟件。

2.調試、校準儀器設備

根據系統操作提示進行檢驗步驟，檢查是否存在定位不準確、檢測不到等情況，并查看訓練設備的聲音、場地的定位器、手柄的校準調試等，如：訓練者是否處于動作定位裝置范圍之中。調試完成后，穿戴完整VR設備rf0vfH4x3xTNtdx2EJbQhSu/Bgnpg3zYHQPME5Tn0LE=，屆時系統界面將自動提示校驗完成。

3.訓練過程操作

校驗完成后將進入訓練板塊的主界面。系統界面分為5大模塊，分別是格斗基本技術學習模塊，格斗組合技術學習模塊，技術評估訓練模塊，實戰對抗訓練模塊和視頻復盤模塊。根據練習者的訓練目的、訓練需求，選擇前4大模塊中相應的模塊，并選擇想訓練的內容，然后點擊開始訓練即可（或回看復盤）。

4.保存訓練數據，分析訓練情況

點擊保存按鈕之后，練習者可以在訓練結束后查看本次或者前期訓練的情況。練習者、組訓者能夠反復觀看訓練視頻，并根據情況進行標定以進行數據的分析。

五、結語

在數字化、智能化背景下，我國已經迎來了“VR+教學”“VR+體育”的重要發展機遇，科技助力體育教學勢必成為未來的發展趨勢。虛擬格斗訓練系統實用性雖強，但包含很多現代化信息技術，是一個非常復雜的系統，需持續投入、推廣。相關部門應持續推進VR技術在格斗教學訓練中的應用，致力開發虛擬格斗訓練系統等新興技術輔助教學，助力格斗教學改革，提升人才培養質量。

參考文獻：

[1]茅潔.基于VR、AR、MR技術融合的大學體育教學應用研究[J].武漢體育學院學報，2017，51（9）：76-80.

[2]陳明.基于虛擬現實（VR）技術的乒乓球裁判員實踐訓練系統設計開發及應用[D].上海體育學院，2022.

[3]劉傳鑫.基于VR模擬訓練提升大學生平衡能力的實驗研究[D].成都體育學院，2022.

[4]李萬里.虛擬現實技術輔助訓練在高校跆拳道隊中的應用研究[D].新疆師范大學，2022.

[5]孔凡明，米靖，馬杰.VR技術在青少年男子足球運動員戰術訓練中的應用研究[M].第十一屆全國體育科學大會論文摘要匯編，2019.

[6]秦緒喆.VR技術在拳擊訓練中的應用研究[D].海南師范大學，2021.