國外運動視覺情報處理研究的現狀與展望

呂中凡 周培勇

(1.遼寧師范大學 體育學院，遼寧 大連 116029；2.日本中京大學 大學院，4700374)

國外運動視覺情報處理研究的現狀與展望

呂中凡1周培勇2

(1.遼寧師范大學 體育學院，遼寧 大連 116029；2.日本中京大學 大學院，4700374)

本文對EBSCO公司的電子文獻數據庫( SPORTDiscus with Full Text)中的近三十年來有關運動視覺情報處理主要相關文獻進行了分析整理，在此基礎上將該領域的主要研究成果、存在的問題以及將來的研究方向分別進行了詳細闡述。

視覺探索策略；運動操作；視覺情報處理

1 前言

運動員特別是球類運動員在比賽過程中的各種技戰(zhàn)術行為可以視為運動員對大量視覺信息，經大腦分析判斷并迅速做出決定的過程。在這一過程中對哪些視覺信息進行觀察處理、采用什么樣的視覺探索策略、大腦對視覺信息的處理方式以及處理速度和準確性都會對運動員的運動操作效能產生巨大影響。正因為如此，針對運動員視覺信息處理能力的研究已經被廣大運動認知心理學的專家學者所關注。

眾所周知,很多運動項目特別是開放性運動項目，比賽中80%以上信息反饋來自視覺，所以視覺信息的快速，準確處理能力已經成為左右運動員技戰(zhàn)術效能的關鍵因素之一。長期以來很多認知心理學專家學者一直都很關注運動員的視覺機能與運動效能之間的聯(lián)系，一般通常采用比較不同水平運動員(或運動員與非運動員)在視覺信息處理方面的能力差異，來尋求與特定的運動技能相關的特殊視覺信息處理技巧，進而為運動員認知心理能力的評估以及有針對性的心理訓練提供參考依據。

視覺情報處理是指大腦對環(huán)境中的視覺信息經過選擇性地分析處理，并做出合理的判斷的過程。這一過程主要包括視覺信息的輸入、內部分析處理和指令的輸出三個環(huán)節(jié)。視覺信息的輸入環(huán)節(jié)主要包括影響視覺信息輸入準確性和輸入量等方面的因素。早期的研究也是圍繞這一環(huán)節(jié)開展。由于受研究儀器等科研手段的影響，只限于對信息處理速度和準確性的評價，如通過視覺的簡單反應時、選擇反應時等評價運動員的反應速度和準確性；通過視野、注意廣度等來檢驗視覺信息處理量的差異。但對影響反應快慢和準確性的主要因素和大腦內部的信息處理過程和機制，長期以來一直被視為神秘的黑匣子(black box),其運行機制尚不明確。但隨著科研儀器的發(fā)展和進步，為人們探索研究“黑匣子”提供了可能。

本文在回顧運動視覺情報處理研究的發(fā)展歷程基礎上，重點對近年來最新的研究成果進行分析歸納，以期為我國在該領域的研究提供有益的參考。

2 研究方法

本文采用文獻資料法對EBSCO公司的電子文獻數據庫(SPORTDiscus with Full Text)中的近三十年來有關運動視覺情報處理主要相關文獻進行了分析整理，分別從該研究領域不同時期的研究內容和研究方法兩方面分別進行歸納整理，在此基礎上將主要研究成果和最新的研究動態(tài)以及該領域研究存在的問題分別進行了詳細闡述。

3 運動視覺情報處理研究的回顧

運動視覺情報處理領域的研究可以追溯到上世紀50年代。在早期的研究中，很多學者試圖尋找不同水平運動員之間在視覺情報處理能力方面的差異，以便確定什么樣的視覺能力可以有效地區(qū)分高水平運動員與一般水平運動員。這一時期的研究內容集中在視覺信息的處理速度和準確性方面。這些學者的研究主要基于3種假設：即高水平運動員比初學者表現出更優(yōu)異的視覺能力；可以通過相關的訓練提高；視覺功能的提高可以促進運動操作的提高。雖然一些研究取得了一些成功，并且有些研究也證明了視覺能力與運動操作成績之間在部分變量上存在著相關性，從而指出通過訓練可以提高視覺能力和運動成績。這些研究為一些運動項目尤其是閉鎖性運動項目的科學訓練提供了必要的參考依據，例如美國就設立了專門的視覺訓練(vision training) 中心為棒球，拳擊等運動員的視覺機能訓練提供幫助。

人們通常認為不同水平運動員間可能存在基本視覺能力的差異，尤其是在受視覺影響較大的項目上如射擊、射箭等。但Abernethy(1999)的研究表明，優(yōu)秀射擊運動員只具有一般的基本視覺技能就足夠了，并不需要較高的視覺能力。這一結論對于那些主張通過訓練基礎視覺功能來提高運動成績的學者而言是非常重要,也是值得慎重考慮的議題。

早期關于運動員的視覺情報處方面的研究主要集中在足球、排球、曲棍球手球和射擊等項目上(Starkes,1987;Borgeaud,1987;Patrck,1978)。在研究方法方面，主要一個共同之處是采用與運動專項無關的視覺刺激信號(non-task-specific parameters)，對運動員的靜態(tài)和動態(tài)視敏度、深度知覺、視野、外周視覺、視簡單反應時、復雜反應時等指標進行測試分析，考察運動員在視覺情報的處理速度和準確性的差異。如對視覺信號的各種反應速度和準確性，對特定信號的發(fā)現速度和準確性、對觀察過的視覺信息再現的準確性以及視野范圍大小、注意范圍的大小等。

多數研究表明，反映一般認知心理能力的“硬件”指標不足以反映出不同運動水平運動員的信息處理能力的差異。盡管一些研究證明了在一些運動項目上確實存在著差異，但也出現了許多批評與質疑，這主要集中在研究方法、研究指標和實驗條件的設定上存在著許多問題，例如實驗或測試條件與真實比賽條件差距過大等。

早期視覺情報處理研究領域的共同性結論是：與初學者相比，高水平運動員總體并不具有優(yōu)異的視覺能力。視覺信息處理能力的一些“硬件”指標不足反映兩者在運動績效方面的差異。因此，對試圖通過視覺能力訓練以及其它一些相關服務來提高知覺運動能力的觀念應持謹慎態(tài)度。

4 國外運動視覺情報處理研究的現狀

4．1視覺情報處理領域的主要研究內容

從20世紀90年代起在視覺情報處理領域開始出現一些研究內容上的變化。由于早期的研究結果顯示缺乏足夠的證據支持視覺機能與專項技能間的相關性，導致研究者轉而試圖研究與運動員的專門知識結構密切相關的“軟件”能力與運動績效之間的相互關系。這些“軟件”能力包括運動員恰當運用視覺尋求策略的能力、加工現場比賽線索的能力和針對一種特定比賽情境中對將會發(fā)生什么的預期能力等。

有關運動員視覺情報處理的研究較為代表性的學者有比利時的Helsen,英國的Williams。他們主要針對足球運動員在復雜比賽情況下處理視覺信息的策略進行的很多實驗研究。尤其是在實驗條件的設定上有了較大改觀，例如為被試提示的視覺信號已經改為與運動員場上技戰(zhàn)術情況相似的畫面，且畫面尺寸較大接近真實場景。所有這些實驗條件的改善為研究結果的信賴性提高奠定了基礎。在很多相關研究中，趨于一致的結論是高水平運動員經過長期的訓練和比賽形成了專項運動領域特有的知識結構(knowledge structure),正是依靠此知識結構運動員可以更快速、準確地處理復雜的比賽信息，并能對比賽的進程進行準確的預測。

同樣對運動員比賽中重要信息線索(cue)利用效果的研究也較為多見。比賽信息線索的利用是指運動員根據對手姿勢和身體方面所表現出的信息，準確預測隨后將發(fā)生的比賽行為的能力?；谟邢薜南惹靶畔眍A測對手動作的能力對于球類運動員是極為重要的，也是區(qū)別不同水平運動員的重要指標，因為在激烈的比賽中快速做出反應是取得主動的前提。Abernetthy對羽毛球運動員的研究表明，在動作的開始階段，高水平運動員對回球的方向和速度的預測更為準確，能獲取更多的預判線索，而初學者則對情境信息利用效率明顯較低。Williams的研究也支持了運動員在利用預期線索方面的差異性。現在，利用錄像的部分信息掩蔽技術已經成為此類研究最為流行的方法，并開始被運用于初學者運動員的訓練中。

近年來對視覺探索策略的研究已成為視覺情報處理研究的熱點領域之一。復雜、多變的比賽中要進行迅速、有效的預判，運動員必須將注意適時地集中于最重要的信息上，以什么方式搜索信息、搜索哪些信息都對信息的處理速度和準確性產生較大影響。視覺探索策略是指操作者注意視線的選擇和切換方式，從而可以基于這些相關信息而做出正確決定。隨著儀記錄技術的不斷發(fā)展，以輕量化和便攜等為特征的最新式眼動儀已經被用于研究球類運動員視覺探索策略的研究中，它可以精確測量運動員的注視點，注視時間以及注視點的變化軌跡等信息。

Williams等(1994)研究表明高水平足球運動員在比賽視覺信息搜尋過程中表現出更有效和更具選擇性，會注視于更有價值的信息區(qū)域。這預示著在不同技能水平間可能存在視覺探索策略差異。

Shank等(1987)對棒球的研究也得出了相似的結論，有經驗的運動員幾乎可以正確辨別所有投球，而新手只有6O%的正確率。研究者認為熟練的擊球手，知道球出手前哪兒是最重要的線索，并直接注視于這一區(qū)域而忽略其它出手前的信息源。這說明熟練者精減了視覺搜尋內容，只對當前操作任務所需的最相關線索注意。

Helsen等在模擬比賽情況下也對不同水平足球運動員的視覺探索策略進行了研究， 發(fā)現優(yōu)秀足球運動員表現出與初學者明顯不同的策略，他們在觀察區(qū)域方面很少注視球、球門；相反他們更多的注視接球隊員、傳球空檔等。他們很少有長時間的注視行為，更多地在所呈獻的信息間頻繁轉換，從而能熟練地預期到未來的行動。優(yōu)秀足球運動員在總反應時上明顯比初學者短，并且決策更為準確，反應時間的快速更明顯地體現在大腦的決策速度上，而不是動作速度方面。視覺探索數據表明，初學者過于頻繁地注視于球體和傳球運動員，而優(yōu)秀足球運動員采用一種更廣泛的策略，對現場許多區(qū)域采取短時的注意方式，比較關注無球隊員的跑動和位置。研究指出，在視覺尋求的組織原則上，熟練者的視覺方式比新手更經濟，他們的視覺注視頻率較低，但平均注視時間較長。這種差異是由于視覺行為的不同組織方式而引起的，熟練者的視覺行為是“綜合型”的，新手的是“分析型”的。

總之，這些研究結果所證明的不同水平間運動員存在的視覺探索模式的差異可以為初學習者或青少年運動員的認知心理技能的訓練提供參考。

4．2視覺情報處理研究領域的主要研究方法

視覺情報處理研究領域的研究方法可以歸納為兩大類：間接研究技術手段(Indirect research techniques)和直接研究技術手段(Direct research techniques)。間接研究技術手段中主要包括“再認”(recognition)、“信號的探知”(signal-detection)。“再認”主要是通過瞬間向被試提示一幅靜止的畫面，要求被試盡可能準確地辨認出畫面中的新舊兩種信息。“信號的探知”要求被試對提示的畫面中，盡可能準確、快速地判斷出畫面中是否有需要識別的特定刺激信號(比賽相關的視覺信息)。這些研究方法受測量方法的間接性影響，有著明顯的局限性。

直接研究技術手段目前較為成熟而常用的方法是眼動記錄技術。這種方法使用專門的儀器設備來跟蹤被試操作具體任務時的眼動情況，是一項科技含量較高的實驗方法，不僅表現在實驗的過程上，還表現在對結果的分析上。早期的眼動儀測試時需要固定頭部，而且比較笨重，嚴重限制了實驗研究的應用范圍。發(fā)展到九十年代中期開始使用ASL4OO0SU 眼動儀(Applied Science Laboratories)計算機分析系統(tǒng)，到今天較先進的AsL5OOOsu眼動儀。系統(tǒng)主要通過眼睛注視物體時的瞳孔和角膜光線反射來評價被試的注視點或區(qū)域、時間以及注視點的移動軌跡等信息來描述被試的認知策略?，F在已有研究者在ASLS000SU 的基礎上采用改裝的更為人性化的眼動儀，使得研究手段朝著精確性和生態(tài)性雙向發(fā)展。

5 視覺情報處理研究的展望

實驗科研儀器的不斷發(fā)展為運動視覺情報處理研究提供了保證，但要使研究更具有實際應用價值，未來必須進一步開展與運動情境相結合的實證性研究，對該領域的研究方法進行不斷改進。目前在實驗室情境中進行的測驗局限性較大，運動員的一些認知技能方面的差異很難被真實反映出來。未來的研究將由室內轉向到運動場上，在真實場景中開展研究。但即使如此，單純依靠使用眼動記錄技術來研究視覺信息處理的內在影響因素，還是某種程度上的局限，還需要輔以其他研究手段，如對被試口頭報告進行分析研究。口頭報告的使用，尤其是與眼動記錄技術和掩蔽方法相結合，似乎能使運動績效中的視覺搜尋策略和線索利用評定更為準確。同時，借助眼動儀只能對被試的中心視，即注視點進行精確測量，對對視野內的其他信息的利用，還沒有被充分研究。對運動員中心視野(central visual)研究的同時對周邊視野(peripheral visual)的研究是今后急需研究的課題。另外，要想更詳細而全面地了解運動中視覺信息加工的具體作用，將來的研究不應集中于一般的視覺技能的測驗，而應關注操作過程中的視覺搜尋和加工策略，探討運動中進行這種訓練的績效問題。

6 小結

關于球類運動員視覺情報處理能力的研究經歷了從“硬件”到“軟件”的轉變，也驗證了視覺信息的探索模式、知識結構的有序化程度等因素對運動員的視覺信息的處理效率產生很多影響。這為認知心理訓練提供科學的參考依據。但在該研究領域還有很多尚需深入研究的課題:優(yōu)秀運動員的獨特的視覺信息探索模式是否可以用于初學者的訓練?基于錄像的認知訓練可以提高運動員的策略水平，但是否可以遷移到實際比賽情境中？此外，在什么年齡段開始認知心理訓練運動員最敏感，以及遺傳性的策略技能占多大的比率? 也都是急需證實的問題。

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ReviewandProspectofVisualInformationProcessingofSport

Lv Zhongfan1,Zhou Peiyong2

(1.School of P.E.,Liaoning Normal University,Dalian,116029,Liaoning,China; 2.Graduate School,Chukyo University,4700374,Japan)

This article analyzes the main research techniques,contents and results on visual information processing in sport by reviewing the literatures in database of SPORTDiscus over the last 30 years.Based on these analyzes of literature reviews the authors describes the main results,problems and future direction in the fields of visual information processing.

visual search strategy；sports performance；visual information processing

2010-03-25；

2010-04-21

呂中凡(1965-),男，副教授，博士，碩士研究生導師，主要研究方向為運動心理學。

G804

A

1672-1365(2010)03-0083-03