虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育教學(xué)和訓(xùn)練中的應(yīng)用

王爽

[摘要] 本文對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行了研究, 分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特征以及在體育教學(xué)和體育訓(xùn)練方面的應(yīng)用。認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)新技術(shù),將最終會(huì)在體育教學(xué)和體育訓(xùn)練領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)體育教學(xué)體育訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（簡(jiǎn)稱VR），是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面。它綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)器官功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，并能夠通過(guò)語(yǔ)言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間，具有廣闊的應(yīng)用前景。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心設(shè)備仍然是計(jì)算機(jī)，它的一個(gè)主要功能是生成虛擬境界的圖形。近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用已大步走進(jìn)工業(yè)、建筑設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)、文化娛樂(lè)等方面，它正在改變著我們的生活。體育領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了發(fā)展，各種虛擬體育運(yùn)動(dòng)的技術(shù)系統(tǒng)得到開發(fā)并付諸實(shí)踐。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要特征有:

1.多感知性——所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還有聽覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。

2.浸沒(méi)感——又稱臨場(chǎng)感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。

3.交互性——指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性)。

4.構(gòu)想性——強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計(jì)算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺(jué)系統(tǒng)、以語(yǔ)音識(shí)別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺(jué)系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備，以及味覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)與力覺(jué)反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育教學(xué)及訓(xùn)練中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于體育教學(xué)是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。它營(yíng)造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)者通過(guò)自身與信息環(huán)境的相互作用來(lái)得到知識(shí)、技能的新型學(xué)習(xí)方式。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來(lái)的虛擬體育設(shè)備，其“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時(shí)生成新的設(shè)備。訓(xùn)練內(nèi)容可以不斷更新，使訓(xùn)練及時(shí)跟上技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。由于虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無(wú)任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。

以下為幾個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育教學(xué)及訓(xùn)練中的應(yīng)用實(shí)例：

1.三維蹦床運(yùn)動(dòng)模擬與仿真系統(tǒng)。蹦床運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目是一種技巧類體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，該項(xiàng)目中在訓(xùn)練中存在很高的難度和風(fēng)險(xiǎn)。而如果采用數(shù)字化三維蹦床運(yùn)動(dòng)模擬與仿真系統(tǒng)，可以很好地幫助蹦床運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練。該系統(tǒng)以數(shù)字化三維人體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)和真實(shí)人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以三維方式逼真模擬、設(shè)計(jì)蹦床技術(shù)動(dòng)作，模擬生成成套技術(shù)動(dòng)作編排，并輔之以人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)原理驗(yàn)證、分析技術(shù)動(dòng)作，最后將模擬動(dòng)作與實(shí)際訓(xùn)練動(dòng)作同屏、同步對(duì)比，從而具有更強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

2.虛擬網(wǎng)絡(luò)馬拉松。該系統(tǒng)中，個(gè)人可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和屏幕內(nèi)的虛擬場(chǎng)景，借助于跑步機(jī)或踏步機(jī)進(jìn)行健身、娛樂(lè)和競(jìng)技。這樣該系統(tǒng)就不僅僅用于輔助訓(xùn)練，更重要的是可以成為一種娛樂(lè)的方式。

系統(tǒng)有三個(gè)模式：?jiǎn)螜C(jī)訓(xùn)練、網(wǎng)絡(luò)漫游和網(wǎng)絡(luò)競(jìng)技。單機(jī)訓(xùn)練模式可以通過(guò)跑步機(jī)等硬件設(shè)備與系統(tǒng)交互，而系統(tǒng)可以對(duì)訓(xùn)練時(shí)的速度心率等信息予以實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)可以存儲(chǔ)用戶歷史訓(xùn)練信息。漫游模式中，多個(gè)用戶可以在場(chǎng)景中同時(shí)漫游，用戶可以從一個(gè)場(chǎng)景切換到另一個(gè)，走到一些特定的物體前面可以選擇察看物體的詳細(xì)信息。競(jìng)技模式中，借助于網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)動(dòng)員間可以進(jìn)行馬拉松比賽，跑到終點(diǎn)后，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)用戶所用的時(shí)間，給出一個(gè)排名。

3.虛擬自行車。自行車運(yùn)動(dòng)作為奧運(yùn)項(xiàng)目在奧運(yùn)會(huì)中占有一定的地位，但是，作為室外的場(chǎng)地賽和公路自行車項(xiàng)目的訓(xùn)練往往受制于天氣等外界條件，此外，由于自行車運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對(duì)運(yùn)動(dòng)做功測(cè)試以及監(jiān)控往往受到一定的限制，此外，還有諸如調(diào)時(shí)差訓(xùn)練等的特殊要求。而虛擬自行車系統(tǒng)就可以滿足這方面需求。

系統(tǒng)的硬件部分是一輛自行車，它包含傳感器或采集卡，能夠?qū)崟r(shí)地采集一些數(shù)據(jù)，如包括角度、角速度以及心率等。然后將這些數(shù)據(jù)通過(guò)串口或其他接口送往計(jì)算機(jī)。軟件模塊根據(jù)接受到的這些數(shù)據(jù)，可以對(duì)自行車在特定場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬。系統(tǒng)還可以提供分布式仿真的支持，使得多個(gè)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以在同一個(gè)場(chǎng)地參加訓(xùn)練和比賽，同時(shí)把運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練和比賽的數(shù)據(jù)保存下來(lái)，以備統(tǒng)計(jì)分析，有利于教練員更好地指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練和分析對(duì)手。

總結(jié)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入體育教學(xué)和訓(xùn)練的研究將對(duì)提高體育教學(xué)、訓(xùn)練技術(shù)水平，改善體育教學(xué)、訓(xùn)練環(huán)境，優(yōu)化體育教學(xué)、訓(xùn)練過(guò)程，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的人才產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其自身強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和潛力, 將會(huì)逐漸受到重視和青睞, 最終將在體育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。

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作者單位：西安體育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)管理中心陜西西安