新興科技在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用
——基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的研究綜述

張 昊,尹文榮

(山東華宇工學(xué)院,山東 德州 253034)

在數(shù)字化飛速發(fā)展時(shí)代,新興科技正深刻地影響著各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展,體育訓(xùn)練領(lǐng)域同樣受益匪淺。在傳統(tǒng)體育訓(xùn)練依賴(lài)于實(shí)地操作和教練直接指導(dǎo)的背景下,隨著虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,AR)技術(shù)的嶄露頭角,運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域迎來(lái)前所未有的創(chuàng)新機(jī)遇。VR通過(guò)模擬虛構(gòu)的環(huán)境為運(yùn)動(dòng)員提供更為真實(shí)的訓(xùn)練體驗(yàn)[1],有利于激發(fā)運(yùn)動(dòng)員的潛在激情和競(jìng)技潛力,而AR能夠融合數(shù)字信息與真實(shí)世界,通過(guò)為運(yùn)動(dòng)員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋精準(zhǔn)地引導(dǎo)和改進(jìn)其訓(xùn)練過(guò)程?；诖?探究VR和AR在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)及其在不同體育項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用效果,通過(guò)對(duì)兩者進(jìn)行比較研究,為體育訓(xùn)練領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù),供教練和運(yùn)動(dòng)員選擇更適合的技術(shù)方案。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出具有三維立體感的全新體驗(yàn),用戶(hù)可以通過(guò)穿戴特殊設(shè)備或進(jìn)入特定的虛擬空間與虛擬環(huán)境實(shí)現(xiàn)交互,其原理是基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)及人機(jī)交互的綜合運(yùn)用,通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù),系統(tǒng)可以創(chuàng)建逼真的虛擬環(huán)境,為運(yùn)動(dòng)員提供更加真實(shí)的感覺(jué)和體驗(yàn)。

體育訓(xùn)練中,VR被廣泛應(yīng)用于多個(gè)方面：①在技術(shù)細(xì)節(jié)的訓(xùn)練上大放異彩,如在足球領(lǐng)域,運(yùn)動(dòng)員可以通過(guò)佩戴VR頭戴設(shè)備在虛擬場(chǎng)地上與對(duì)手進(jìn)行一對(duì)一的競(jìng)技,感受真實(shí)的比賽氛圍,從而提高技術(shù)水平。②在戰(zhàn)術(shù)演練時(shí),通過(guò)VR技術(shù)模擬不同的比賽場(chǎng)景,讓運(yùn)動(dòng)員更好地理解和適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)變化[2]。

VR技術(shù)應(yīng)用在體育訓(xùn)練中有諸多優(yōu)勢(shì)：①通過(guò)創(chuàng)造高度沉浸式的體驗(yàn)使運(yùn)動(dòng)員身臨其境地感受訓(xùn)練場(chǎng)景,增強(qiáng)了訓(xùn)練的現(xiàn)場(chǎng)感。②根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)員的需求制訂高度個(gè)性化、靈活性的訓(xùn)練方案,更好地滿足個(gè)體的訓(xùn)練需求,使運(yùn)動(dòng)員可以在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)進(jìn)行虛擬訓(xùn)練,提高了訓(xùn)練的效率和靈活性。

VR技術(shù)在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)：①技術(shù)本身具復(fù)雜性,硬件和軟件等的投入成本高。②運(yùn)動(dòng)員對(duì)VR的適應(yīng)需要時(shí)間,可能引起暈動(dòng)癥等不適感需要及時(shí)解決。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將數(shù)字信息疊加到真實(shí)世界,使用戶(hù)能夠在真實(shí)環(huán)境中看到與現(xiàn)實(shí)世界融合的虛擬元素。AR技術(shù)的原理涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)、傳感技術(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理,通過(guò)設(shè)備的攝像頭捕捉真實(shí)世界的圖像或視頻,并將這些信息傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)圖像或視頻的分析,識(shí)別并定位真實(shí)世界中的物體,然后在用戶(hù)設(shè)備上疊加相應(yīng)的虛擬元素,最終通過(guò)顯示設(shè)備(如頭戴式顯示器或手機(jī)屏幕)呈現(xiàn)給用戶(hù)。

AR在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用涵蓋了多個(gè)方面：①在技術(shù)細(xì)節(jié)訓(xùn)練中發(fā)揮關(guān)鍵作用,如籃球運(yùn)動(dòng)員可以通過(guò)AR眼鏡觀看比賽錄像并在訓(xùn)練中實(shí)時(shí)獲取投籃姿勢(shì)的反饋,從而精準(zhǔn)調(diào)整技術(shù)動(dòng)作。②在戰(zhàn)術(shù)演練中,通過(guò)在實(shí)際場(chǎng)地上疊加虛擬信息使教練能夠更好地設(shè)計(jì)戰(zhàn)術(shù)布局和隊(duì)形變化。③提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析,幫助運(yùn)動(dòng)員和教練更好地理解比賽狀況,制訂更精準(zhǔn)的戰(zhàn)術(shù)。

AR在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),提供的實(shí)時(shí)、個(gè)性化信息反饋使運(yùn)動(dòng)員能夠在訓(xùn)練過(guò)程中及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)動(dòng)作技巧,增加訓(xùn)練的互動(dòng)性,使訓(xùn)練更富有趣味性和吸引力[3],但應(yīng)用過(guò)程中也面臨一些挑戰(zhàn)：①對(duì)硬件設(shè)備的依賴(lài)性較強(qiáng),成本較高,AR眼鏡等設(shè)備的普及尚需時(shí)間。②運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地存在一定復(fù)雜性和不確定性,對(duì)AR的精準(zhǔn)應(yīng)用提出了更高的要求。

3 VR與AR的應(yīng)用在體育訓(xùn)練中的比較

如表1所示,從技術(shù)基礎(chǔ)來(lái)看,VR通過(guò)創(chuàng)造封閉式虛擬環(huán)境使用戶(hù)完全沉浸于虛擬世界,而AR更注重與真實(shí)環(huán)境的結(jié)合,通過(guò)開(kāi)放式環(huán)境提供更靈活的交互方式,使用戶(hù)可以在虛擬與真實(shí)之間進(jìn)行切換。

表1 VR與AR的技術(shù)基礎(chǔ)比較Tab.1 Comparison of technical basis of VR and AR

如表2所示,從運(yùn)用場(chǎng)景來(lái)看,VR主要用于創(chuàng)造虛擬環(huán)境,適用于體育模擬訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)演練,AR更注重將虛擬元素與真實(shí)場(chǎng)景相結(jié)合,適用于實(shí)時(shí)指導(dǎo)、心理訓(xùn)練等場(chǎng)景。

表2 VR與AR的運(yùn)用場(chǎng)景比較Tab.2 Comparison of application scenarios of VR and AR

如表3所示,從效果與成效來(lái)看,VR能夠提供高度的沉浸體驗(yàn),適合個(gè)體獨(dú)立訓(xùn)練,AR則注重保留真實(shí)世界感和虛擬元素的疊加,更適用于團(tuán)隊(duì)合作和個(gè)體訓(xùn)練的實(shí)時(shí)反饋。

表3 VR與AR的訓(xùn)練效果與成效比較Tab.3 Comparison of effect and effectiveness of VR and AR

選擇VR或AR技術(shù)進(jìn)行體育訓(xùn)練時(shí),需考慮到技術(shù)成本、用戶(hù)適應(yīng)度、實(shí)時(shí)性與靈活性等因素。如表4所示,VR的高成本和相對(duì)封閉性使其更適合對(duì)訓(xùn)練環(huán)境要求較高的場(chǎng)景,AR則憑借低成本、易適應(yīng)及靈活性的特點(diǎn)更適用于開(kāi)放式環(huán)境下可以進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)與個(gè)性化訓(xùn)練的場(chǎng)景。

表4 VR與AR技術(shù)應(yīng)用的選擇考量Tab.4 Consideration of application selection of VR and AR

4 討論與結(jié)論

4.1 發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái),新興科技在體育訓(xùn)練中將迎來(lái)更多技術(shù)創(chuàng)新與突破,VR有望在沉浸感、圖像質(zhì)量及交互性方面取得重大進(jìn)展,更高分辨率、更真實(shí)的模擬環(huán)境將提供更逼真的訓(xùn)練體驗(yàn),使運(yùn)動(dòng)員仿佛置身于真實(shí)的比賽場(chǎng)景中。新一代的VR設(shè)備會(huì)更加輕便、便攜,增強(qiáng)訓(xùn)練的靈活性。AR領(lǐng)域未來(lái)將注重技術(shù)的融合與創(chuàng)新,通過(guò)將虛擬元素與真實(shí)場(chǎng)景更加無(wú)縫地結(jié)合,為運(yùn)動(dòng)員提供更為細(xì)致、個(gè)性化的實(shí)時(shí)反饋。

AR和VR在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用將不斷拓展,不僅局限于傳統(tǒng)的體育模擬訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)演練,未來(lái)將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行拓展：從心理訓(xùn)練與認(rèn)知提升方面來(lái)看,利用VR技術(shù)能夠使運(yùn)動(dòng)員在模擬的高壓比賽場(chǎng)景中進(jìn)行心理訓(xùn)練,增強(qiáng)其抗壓能力。AR可以用于認(rèn)知訓(xùn)練,通過(guò)疊加虛擬元素來(lái)提高運(yùn)動(dòng)員的感知和決策速度。從協(xié)同訓(xùn)練與團(tuán)隊(duì)建設(shè)來(lái)看,新興科技將促進(jìn)協(xié)同訓(xùn)練和團(tuán)隊(duì)建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展,通過(guò)AR和VR開(kāi)展訓(xùn)練,團(tuán)隊(duì)成員可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)協(xié)同訓(xùn)練,增進(jìn)團(tuán)隊(duì)默契[4]。從個(gè)性化康復(fù)和傷害預(yù)防來(lái)看,康復(fù)方案將更加精準(zhǔn),運(yùn)動(dòng)員能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練,實(shí)時(shí)接受醫(yī)療團(tuán)隊(duì)監(jiān)測(cè)康復(fù)進(jìn)展,提高治療效果。

4.2 面臨的挑戰(zhàn)

新興科技在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)：①技術(shù)成本。VR和AR設(shè)備的成本仍然較高,可能限制其進(jìn)一步推廣。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,要提高設(shè)備的易用性,降低硬件成本。②技術(shù)的普及度不夠。VR和AR要想在體育領(lǐng)域得到更廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用,需加大推廣力度,與體育組織合作推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用,提高用戶(hù)對(duì)技術(shù)的接受度。③隱私和數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。采集和分析運(yùn)動(dòng)員數(shù)據(jù)時(shí)需要確保數(shù)據(jù)的隱私性和安全性,防止泄密和濫用,可通過(guò)建立健全的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確保數(shù)據(jù)的合法性,使其被安全使用。

4.3 結(jié)論

VR和AR技術(shù)在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用較為理想,在提升訓(xùn)練效果、優(yōu)化運(yùn)動(dòng)員體驗(yàn)方面發(fā)揮了積極作用。VR的沉浸式體驗(yàn)為運(yùn)動(dòng)員提供了置身于真實(shí)比賽場(chǎng)景的機(jī)會(huì),有助于提升運(yùn)動(dòng)員的心理素質(zhì)和認(rèn)知水平,AR則通過(guò)疊加虛擬元素、實(shí)時(shí)反饋及數(shù)據(jù)分析來(lái)為運(yùn)動(dòng)員提供更準(zhǔn)確的訓(xùn)練指導(dǎo)。

從二者的差異來(lái)看,VR更注重創(chuàng)造出全新的虛擬環(huán)境,使用戶(hù)完全融入其中,則AR更強(qiáng)調(diào)將虛擬元素與真實(shí)環(huán)境融為一體,需要根據(jù)具體需求和目標(biāo)來(lái)靈活運(yùn)用這兩項(xiàng)技術(shù),使其更好的為體育訓(xùn)練服務(wù)。

未來(lái),VR和AR在體育訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用仍將是研究的熱點(diǎn),更多的跨學(xué)科研究將推動(dòng)VR和AR與認(rèn)知科學(xué)、運(yùn)動(dòng)生理學(xué)等領(lǐng)域的深度融合。從技術(shù)方面來(lái)看,期待更先進(jìn)、更輕便的設(shè)備問(wèn)世,以?xún)?yōu)化用戶(hù)體驗(yàn),降低應(yīng)用門(mén)檻。實(shí)際應(yīng)用中,需要深入研究如何更好地整合這些新技術(shù),使其能夠在現(xiàn)有的體育訓(xùn)練模式中最大程度地發(fā)揮優(yōu)勢(shì),同時(shí)關(guān)注隱私和安全等倫理問(wèn)題,確保數(shù)據(jù)安全使用。