VR技術(shù)在體育教學(xué)中作用的文獻(xiàn)綜述①

(哈爾濱工程大學(xué)體育部 黑龍江哈爾濱 150001)

VR技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，被視為多媒體技術(shù)的終極應(yīng)用形式，在技術(shù)成熟之初就被教學(xué)領(lǐng)域所重視，至今已在體育教學(xué)在內(nèi)的許多學(xué)科中得到了廣泛應(yīng)用。體育界、學(xué)術(shù)界、科技界都對(duì)此種技術(shù)的學(xué)術(shù)定義、應(yīng)用范圍、目標(biāo)前景進(jìn)行了探析闡述。隨著未來(lái)科技的不斷進(jìn)步，更多的VR產(chǎn)品將會(huì)改變?nèi)藗兊纳詈蛯W(xué)習(xí)狀態(tài)。作為一項(xiàng)被視為引領(lǐng)未來(lái)科技的技術(shù)產(chǎn)品，VR在各領(lǐng)域的應(yīng)用探索研究一直以來(lái)都是各界的熱點(diǎn)，該文將對(duì)其在體育教學(xué)中的應(yīng)用加以綜述。

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

1.1 VR技術(shù)的起源——美國(guó)

同許多其他民用先進(jìn)技術(shù)一樣，VR技術(shù)的起源也來(lái)自于軍事技術(shù)開(kāi)發(fā)。早在20世紀(jì)40年代，美國(guó)就致力于設(shè)計(jì)飛行模擬器。后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的不斷發(fā)展，1965年，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父伊凡·蘇澤蘭提出了計(jì)算機(jī)屏幕可以用于終級(jí)顯示的理論設(shè)想，隨后他進(jìn)一步提出了頭盔式三維顯示器的立體效果假設(shè)，也奠定了世界虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理論根基。

1981年，年僅21歲的杰倫·拉尼爾正式提出了“Vir tual Reality”概念，并且他的創(chuàng)業(yè)公司VPL Research制作了世界上第一個(gè)商業(yè)化的VR產(chǎn)品，后來(lái)他成了一名藝術(shù)家和哲學(xué)思想家，同時(shí)也被譽(yù)為虛擬現(xiàn)實(shí)之父，時(shí)至今日都是VR領(lǐng)域的先鋒人物。他在最新著作《一切新事物的黎明》一書(shū)中著重提出未來(lái)VR技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步融入人們的生活，同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)達(dá)將會(huì)將人類(lèi)的一切行為納入到算法管理中，一定要采取措施，提前避免人性中的不安因素將以虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的先進(jìn)技術(shù)利用到不好的領(lǐng)域。這表明國(guó)外理論思想界對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，已經(jīng)從技術(shù)領(lǐng)域拓寬到了思想領(lǐng)域。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)率先制作出了數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)外套、全立體聲耳機(jī)等一系列虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備，并且在90年代率先將其應(yīng)用于軍事研究領(lǐng)域，后逐漸拓展到社會(huì)其他領(lǐng)域，目前已經(jīng)建立了各個(gè)領(lǐng)域的VR系統(tǒng)，其中就包括可以在全美范圍內(nèi)使用的VR教育系統(tǒng)。

1.2 歐美各國(guó)VR技術(shù)研究現(xiàn)狀

美國(guó)教育領(lǐng)域很早就注重將VR技術(shù)引用到教學(xué)實(shí)踐中。最早的教育領(lǐng)域并非某個(gè)學(xué)校，而是美國(guó)航天航空局的Ames研究中心，在進(jìn)行科研的同時(shí)，也對(duì)相應(yīng)的優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的再教育，以滿(mǎn)足美國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的需要。從其目前公布的結(jié)果可以看出，該中心利用VR技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)宇宙空間站的仿真操作，并推出了哈勃望遠(yuǎn)鏡虛擬化仿真等代表世界VR最高水平的科學(xué)技術(shù)。

歐洲地區(qū)對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展也十分重視，英國(guó)是在相關(guān)方面投入開(kāi)啟較早的國(guó)家，因此目前研究成果較多的是英國(guó)，其在分布式編隊(duì)規(guī)劃、虛擬觸覺(jué)感知輔助技術(shù)、空間完善營(yíng)造等方面都有很多成果。英國(guó)在其N(xiāo)ewcastle-Upon-Type中學(xué)里建立了一個(gè)VR教育工程，此教育工程開(kāi)發(fā)了一系列的軟件用于教育學(xué)科學(xué)習(xí)、工程安全培訓(xùn)等方面。諾丁漢大學(xué)專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了虛擬現(xiàn)實(shí)研究項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)，目前的主要研究方向是將VR技術(shù)用于桌面上的輸入設(shè)備，以便于此項(xiàng)技術(shù)能夠更廣泛地用于教育和學(xué)術(shù)領(lǐng)域。緊隨其后的德國(guó)更加注重VR技術(shù)與工業(yè)實(shí)際的結(jié)合，德國(guó)的寶馬、奔馳等公司將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到了汽車(chē)制造、電影、閱讀等方面，尤其注重自動(dòng)駕駛技術(shù)過(guò)程當(dāng)中對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的采納。

1.3 國(guó)外教育方面VR技術(shù)的應(yīng)用

在基礎(chǔ)教學(xué)方面，1994 年，美國(guó)華盛頓大學(xué)和西屋科學(xué)基金會(huì)就開(kāi)展了一個(gè)具有劃時(shí)代意義的教學(xué)新計(jì)劃，他們制作了一輛先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)車(chē)，將之開(kāi)到全美的各個(gè)學(xué)校進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓中小學(xué)生體驗(yàn)到了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的學(xué)習(xí)環(huán)境。項(xiàng)目的研究者最后得出結(jié)論，VR技術(shù)有助于幫助中小學(xué)生提升學(xué)習(xí)興趣和領(lǐng)悟能力。受此潮流影響，美國(guó)的許多高校也先后建立了用于教學(xué)或研究使用的虛擬環(huán)境技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。例如北卡羅來(lái)納州立聯(lián)合大學(xué)就是美國(guó)高校中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要研究中心，該機(jī)構(gòu)推出的VR技術(shù)在高分子仿真建模、高仿真模擬外科手術(shù)、未來(lái)建筑藝術(shù)模擬、復(fù)雜條件航空器模擬等許多領(lǐng)域都有著突出成績(jī)。

在體育教學(xué)方面，美國(guó)的VR技術(shù)也有了廣泛的應(yīng)用。美國(guó)橄欖球隊(duì)現(xiàn)在普遍將VR訓(xùn)練列入球隊(duì)日常訓(xùn)練，這樣不但可以有效、準(zhǔn)確地模擬相應(yīng)的各種復(fù)雜情況，而且也能夠大幅度降低訓(xùn)練所需的人力、物力成本。又比如高爾夫球運(yùn)動(dòng)教育領(lǐng)域是VR技術(shù)與體育訓(xùn)練的又一次成功結(jié)合的領(lǐng)域，Zepp公司推出了虛擬現(xiàn)實(shí)版本的高爾夫訓(xùn)練軟件，許多美國(guó)高校利用Zepp Golf 3D Swing Analyzer高爾夫揮桿智能分析器，幫助訓(xùn)練者記錄高清揮拍視頻，并且通過(guò)附著在手套上的感應(yīng)器來(lái)分析動(dòng)作的各個(gè)要點(diǎn)，將具體數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中集合的PGA巡回賽中職業(yè)選手的揮桿數(shù)據(jù)相互比較，通過(guò)與專(zhuān)業(yè)選手的技術(shù)對(duì)比分析后，用大數(shù)據(jù)來(lái)給出實(shí)際的改進(jìn)建議。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

2.1 我國(guó)VR技術(shù)的開(kāi)展情況

早在20世紀(jì)80年代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就已經(jīng)傳入我國(guó)，但由于當(dāng)時(shí)我國(guó)整體的計(jì)算機(jī)水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度所限，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展并沒(méi)有引起重視。即使在VR技術(shù)已經(jīng)被列為了1996—2000年國(guó)家第9個(gè)五年計(jì)劃重點(diǎn)戰(zhàn)略項(xiàng)目，對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的質(zhì)疑也沒(méi)有停止。直到21世紀(jì)初期，VR技術(shù)才引起了政府及學(xué)術(shù)界的全面重視。國(guó)家以高校作為發(fā)展前沿陣地，如清華大學(xué)、天津大學(xué)、北京航空航天大學(xué)都是國(guó)內(nèi)首批開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)研究技術(shù)的高校，經(jīng)過(guò)多年努力已經(jīng)搭建了中國(guó)自己的虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)沉浸式交互、物體虛擬特性模擬與再現(xiàn)，天津大學(xué)制作了基于VR技術(shù)的“妙手”手術(shù)機(jī)器人，一定程度上打破了“達(dá)芬奇”手術(shù)機(jī)器人的壟斷。

2.2 VR技術(shù)在體育教學(xué)方面的研究成果

早在2003年，紀(jì)慶革、潘志庚、李祥晨就在《虛擬現(xiàn)實(shí)在體育仿真中的應(yīng)用綜述》一文中提出，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于已經(jīng)明顯呈高、難、精、尖趨勢(shì)發(fā)展的競(jìng)技體育的重要意義。運(yùn)用以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為代表的現(xiàn)代科技手段，才能夠更大限度地挖掘運(yùn)動(dòng)員的潛能，從而探索出符合體育運(yùn)動(dòng)內(nèi)在規(guī)律的研究方法。文中提出了通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的模擬功能來(lái)將教練員的訓(xùn)練意圖、管理者的組織方案和運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄、分析、預(yù)判、評(píng)價(jià)，基于VR技術(shù)的全方位仿真實(shí)現(xiàn)交互性的沉浸。作者預(yù)測(cè)隨著VR技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)于體育仿真的層面將突破視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等現(xiàn)有層面，向更為復(fù)雜的心理和神經(jīng)系統(tǒng)方向發(fā)展突破。

李學(xué)恒、裴晶晶（2011）在《VR 技術(shù)在體育教學(xué)中的應(yīng)用》一文中對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育教學(xué)中應(yīng)用的可能性進(jìn)行了分析，說(shuō)明此種技術(shù)可以讓學(xué)生在一個(gè)特定的虛擬環(huán)境下扮演某種角色，通過(guò)這種沉浸式的體驗(yàn)，讓學(xué)生將全部身心投入到無(wú)比真實(shí)的虛擬學(xué)習(xí)氛圍中，無(wú)形中更加有利于他們的技能提高。現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)能夠制作出頭盔顯示器和其他裝備將學(xué)生的各種感覺(jué)封閉起來(lái)，達(dá)到一種全身心投入的近乎完美的虛擬技術(shù)效果，并實(shí)時(shí)收集相應(yīng)裝備所傳輸?shù)膶W(xué)生運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，正是由于如此巨大的推動(dòng)作用和技術(shù)裝備上的可行性，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在體育教學(xué)中被廣泛應(yīng)用。

安沙沙、王明明（2017）在《VR在高校體育教學(xué)中推廣的可行性分析》一文中結(jié)合日漸開(kāi)展的VR教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其在高校體育教育中的推廣可行性進(jìn)行了進(jìn)一步分析，主要論點(diǎn)為3個(gè)方面，其中之一是能夠營(yíng)造突破時(shí)空限制模擬運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。目前高校的體育教學(xué)普遍面臨著教學(xué)條件方面的限制，一方面可能是具體的場(chǎng)館限制，另一方面是師資力量的不足。VR技術(shù)使得學(xué)生可以通過(guò)VR設(shè)備模擬的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景進(jìn)行學(xué)習(xí)來(lái)解決場(chǎng)地和時(shí)空等的限制，并且獲得計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)技能輔導(dǎo)。例如，有的學(xué)校要進(jìn)行乒乓球運(yùn)動(dòng)的教學(xué)，即使在師生交流最為理想的情況下，一名老師也不可能同時(shí)滿(mǎn)足50人以上的課程，而通過(guò)VR技術(shù)則不一樣，帶著VR裝備的學(xué)生可以看到模擬出的教練為他們進(jìn)行詳細(xì)的無(wú)限次數(shù)的動(dòng)作講解。

李統(tǒng)帥、逯明宇、孫宸、張龍、高遠(yuǎn)（2017）在《VR技術(shù)在高校太極拳課程教學(xué)的應(yīng)用研究》一文中針對(duì)慕課和SPOC教學(xué)平臺(tái)教學(xué)模式陳舊、課程設(shè)置單一、教學(xué)效果受限等問(wèn)題進(jìn)行了分析，進(jìn)而指出，將VR技術(shù)引入SPOC教學(xué)平臺(tái)，可以直接彌補(bǔ)目前平臺(tái)無(wú)法對(duì)人物進(jìn)行全方位同時(shí)展示的缺陷，世界各地的學(xué)生都可以觀(guān)賞到最優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員在最佳狀態(tài)下的體育動(dòng)作，并且這種展示是全方位的、無(wú)限次數(shù)的，這也就包括太極拳運(yùn)動(dòng)的VR展示。

王琳（2017）在《基于VR技術(shù)的體育健美操仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究》一文中從電子工程設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的角度分析了如何提升VR健美操仿真系統(tǒng)的性能。設(shè)計(jì)者首先將整個(gè)系統(tǒng)分成了3個(gè)子系統(tǒng)，隊(duì)形或圖案設(shè)計(jì)系統(tǒng)、行為動(dòng)作生成系統(tǒng)、健美操隊(duì)形或圖案變化控制。3個(gè)子系統(tǒng)良好配合才能做模擬體育健美操比賽相關(guān)的場(chǎng)景，也能夠清晰記錄出健美操動(dòng)作組合的畫(huà)面，同時(shí)也能夠得出運(yùn)動(dòng)員在健美操過(guò)程當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后，精準(zhǔn)地判斷出運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作的相應(yīng)缺點(diǎn)和不足。

王涵（2018）在《VR技術(shù)在高校高爾夫教學(xué)中的應(yīng)用》一文中以我國(guó)目前許多高校正在初步開(kāi)始應(yīng)用的高爾夫球?qū)I(yè)的VR技術(shù)為研究對(duì)象，探討了此技術(shù)對(duì)于掌握高爾夫球運(yùn)動(dòng)要領(lǐng)和提升運(yùn)動(dòng)成績(jī)的重要性。高爾夫球在2016年的里約奧運(yùn)會(huì)上作為參賽項(xiàng)目出現(xiàn)，距離上一次此項(xiàng)目參加奧運(yùn)會(huì)已有112年，這對(duì)于世界高爾夫球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展有重要的意義，中國(guó)要想在此項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)展方面走在世界前沿，就更應(yīng)該注重VR技術(shù)在高校高爾夫教學(xué)中的應(yīng)用。

廣州體育學(xué)院的趙孟洋（2019）在其碩士畢業(yè)論文《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校體育舞蹈教學(xué)中的應(yīng)用研究》一文中以廣東省的體育舞蹈專(zhuān)業(yè)授課情況為例，探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)過(guò)程當(dāng)中的應(yīng)用特點(diǎn)和教學(xué)設(shè)計(jì)情況。作者最后得出結(jié)論，當(dāng)前廣東省高校體育舞蹈教學(xué)總體情況一般，無(wú)論是舞蹈教學(xué)場(chǎng)所、音響設(shè)備等硬件條件，還是老師的年齡結(jié)構(gòu)、性別結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)手段等軟件條件，都存在一定的不足，目前甚至多媒體技術(shù)在體育舞蹈教學(xué)中都沒(méi)有廣泛普及，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用更是處于探索階段。

2.3 VR技術(shù)在乒乓球教學(xué)中的作用研究

目前許多研究者也針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在乒乓球訓(xùn)練教學(xué)中的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，肖毅、李海鵬、任曉玲（2018）在《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在乒乓球教學(xué)與訓(xùn)練中的應(yīng)用》就指出，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是保持我國(guó)乒乓球體壇優(yōu)勢(shì)的重要突破口，通過(guò)乒乓球數(shù)據(jù)人體化，可以克服時(shí)間、地點(diǎn)、場(chǎng)地及運(yùn)動(dòng)員傷病無(wú)法訓(xùn)練等因素，帶給乒乓球運(yùn)動(dòng)員最真實(shí)的數(shù)據(jù)反饋，還可以通過(guò)模擬優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作，避免運(yùn)動(dòng)員不必要的運(yùn)動(dòng)損傷。但是尤其要指出的是，VR技術(shù)對(duì)于中國(guó)體育項(xiàng)目發(fā)展的重要性是毋庸置疑的，相信隨著未來(lái)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展和教學(xué)實(shí)踐的增加，目前各個(gè)學(xué)術(shù)課題中所闡述的重要意義將得以充分發(fā)揮。

2.4 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀小結(jié)

從以上8篇文獻(xiàn)研究進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前國(guó)內(nèi)研究者在VR技術(shù)于體育教學(xué)的作用方面的研究成果，具有極大的共同性，即缺乏創(chuàng)新型的研究思維，有意義的研究結(jié)論比例較少。大多數(shù)論文期刊的寫(xiě)作思路都是首先對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念和特點(diǎn)進(jìn)行闡述，其次說(shuō)明他們所研究對(duì)象現(xiàn)狀方面的不足，再次是闡述VR技術(shù)在實(shí)際或理論運(yùn)用當(dāng)中所能夠起到的效果意義及可能遇到的問(wèn)題，最后對(duì)VR技術(shù)的體育教學(xué)應(yīng)用提出相應(yīng)的建議。

3 結(jié)語(yǔ)

VR技術(shù)進(jìn)入體育教學(xué)的研究，將對(duì)提高體育教學(xué)訓(xùn)練水平、改善體育教學(xué)環(huán)境、優(yōu)化體育教學(xué)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。此課題也已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，雖然國(guó)內(nèi)目前的研究層級(jí)相對(duì)較低，但是隨著技術(shù)水平的提高和學(xué)術(shù)氛圍的發(fā)展，必將有全面而創(chuàng)新的突破。