基于人工智能的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助高?；@球教學(xué)研究

摘要：本文運(yùn)用文獻(xiàn)資料法、邏輯分析法等方法對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在籃球教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探析，通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的綜述和實(shí)證研究的分析，發(fā)現(xiàn)在高?；@球教學(xué)中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可幫助學(xué)生獲得更為真實(shí)的感知體驗(yàn)，提供更豐富的訓(xùn)練場(chǎng)景和情境，并能夠增強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)性和參與度。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以通過(guò)即時(shí)反饋機(jī)制幫助教師精準(zhǔn)指導(dǎo)學(xué)生的動(dòng)作技巧，提高教學(xué)效果。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高?；@球教學(xué)中還存在一些挑戰(zhàn)，如設(shè)備成本高昂、技術(shù)穩(wěn)定性不足等問(wèn)題，需要進(jìn)一步地研究和改進(jìn)，以此來(lái)利用該技術(shù)增強(qiáng)高?；@球教學(xué)效果，提高大學(xué)生籃球技能。

關(guān)鍵詞：人工智能 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 高校 籃球教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G80 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8902-（2024）-20-157-3-ZQ

籃球作為一項(xiàng)全身性運(yùn)動(dòng)，除了需要技術(shù)的熟練掌握外，還需要對(duì)比賽情境的適應(yīng)能力。然而傳統(tǒng)的籃球教學(xué)存在著一些局限性，如教學(xué)內(nèi)容的單一、學(xué)生參與感的欠缺等。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以打破這些限制，通過(guò)模擬真實(shí)的比賽環(huán)境和動(dòng)作細(xì)節(jié)，使學(xué)生能夠更加直觀地理解和體驗(yàn)籃球的技術(shù)要素。本文旨在探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在籃球教學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)估，從而為改善傳統(tǒng)教學(xué)模式提供一種創(chuàng)新的解決方案。通過(guò)本文的研究，希望能夠深入了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在籃球教學(xué)中的應(yīng)用潛力，同時(shí)探討其對(duì)學(xué)生技能提升和教學(xué)效果的影響，以此能夠?yàn)轶w育教育的創(chuàng)新提供一種全新的思路和實(shí)踐路徑。

1、相關(guān)理論與技術(shù)應(yīng)用

人工智能（AI）是現(xiàn)代信息科技領(lǐng)域最前沿的技術(shù)，可賦能眾多領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，為社會(huì)提供更具智能化的產(chǎn)品與服務(wù)。從高?；@球運(yùn)動(dòng)發(fā)展的視角審視，人工智能以其多感知、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的特性，為籃球教學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的改變。

隨著科技的不斷革新，大數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)正在教育領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。最近的一項(xiàng)研究更是將這兩種技術(shù)結(jié)合，為高校籃球教學(xué)帶來(lái)了新的可能性。該研究利用大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，整合了學(xué)生在籃球運(yùn)動(dòng)中的各種數(shù)據(jù)，包括運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)周期、身體狀況等多元化的數(shù)據(jù)內(nèi)容。這項(xiàng)技術(shù)不僅為學(xué)生提供了更精確、更個(gè)性化的指導(dǎo)，還為他們提供了理解自身運(yùn)動(dòng)能力的機(jī)會(huì)。這樣，他們就可以根據(jù)自身的情況來(lái)調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃，從而更有效地提升運(yùn)動(dòng)技能。

大數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，不僅改變了我們獲取和理解籃球教學(xué)數(shù)據(jù)的方式，也為學(xué)生提供了全新的學(xué)習(xí)工具，使他們能夠更深入地理解和參與籃球運(yùn)動(dòng)。這無(wú)疑為高校籃球教學(xué)打開(kāi)了一扇新的大門(mén)，讓我們看到了未來(lái)的可能性。

1.1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事、教育、體育領(lǐng)域的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)和仿真技術(shù)等創(chuàng)造出虛擬環(huán)境，通過(guò)視、聽(tīng)、觸覺(jué)等感覺(jué)通道使個(gè)體沉浸于其中并與虛擬環(huán)境互動(dòng)的新興技術(shù)。

在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建了一個(gè)沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，使他們能夠身臨其境地感受知識(shí)的魅力，進(jìn)而更直觀地理解那些曾經(jīng)抽象難解的概念和理論。CovaciA等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)虛擬的籃球訓(xùn)練系統(tǒng)，主要利用了運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，學(xué)生可在沒(méi)有教師的情況下開(kāi)展投籃訓(xùn)練。

國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展借助了國(guó)務(wù)院《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》的產(chǎn)業(yè)政策春風(fēng)，各相關(guān)業(yè)內(nèi)企業(yè)加大投入，專(zhuān)注于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)組成硬件和軟件產(chǎn)品研發(fā)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將沿著虛擬現(xiàn)實(shí)與現(xiàn)實(shí)世界在感知系統(tǒng)上的對(duì)等性，“沒(méi)有什么是做不到的，只有我們想不到的”這一夢(mèng)想邁進(jìn)。學(xué)習(xí)者可以實(shí)現(xiàn)“意隨心動(dòng)”，可以沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)中并與之互動(dòng)，通過(guò)眼看、耳聽(tīng)、鼻聞、手動(dòng)以及大腦思考的過(guò)程，獲得“做的經(jīng)驗(yàn)”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的整體構(gòu)造主要分為硬件與軟件的相互融合，能夠利用沉浸式體驗(yàn)讓人置身其中，并成為虛擬環(huán)境中的一部分（見(jiàn)圖1）。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育領(lǐng)域的研究也頗有成效，北京仿真中心、浙江大學(xué)等都是國(guó)內(nèi)研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要科研院所，他們基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)了進(jìn)行健身的運(yùn)動(dòng)器材系統(tǒng)。如虛擬保齡球健身機(jī)系統(tǒng)，它是結(jié)合三維圖形顯示、動(dòng)畫(huà)、交互式碰撞檢測(cè)和圖像處理技術(shù)開(kāi)發(fā)成功的一項(xiàng)新產(chǎn)品，有效地縮短了保齡球運(yùn)行的球道長(zhǎng)度，節(jié)省了場(chǎng)地資源和經(jīng)費(fèi)投入，還有體育仿真中心研發(fā)的虛擬健身車(chē)等，都是VR技術(shù)在健身行業(yè)的典型應(yīng)用。

1.2、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在籃球教學(xué)中的潛在應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在籃球教學(xué)中的應(yīng)用眾多，主要表現(xiàn)在多個(gè)方面（如圖2）：

數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)籃球教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，提供詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)信息和趨勢(shì)分析；

動(dòng)作捕捉和姿勢(shì)識(shí)別。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過(guò)攝像頭或傳感器等設(shè)備對(duì)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉和分析。通過(guò)分析學(xué)生的動(dòng)作姿勢(shì)，系統(tǒng)可以給出針對(duì)性的指導(dǎo)和改進(jìn)建議，幫助學(xué)生提高籃球技術(shù)水平和動(dòng)作表現(xiàn)；

虛擬訓(xùn)練和模擬比賽。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具備模擬實(shí)際籃球比賽環(huán)境，學(xué)生可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，模擬比賽的壓力和戰(zhàn)術(shù)決策，提前熟悉各種情況并獲得實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)；

個(gè)性化籃球?qū)W習(xí)。通過(guò)學(xué)生的學(xué)習(xí)和動(dòng)作數(shù)據(jù)，人工智能系統(tǒng)能夠根據(jù)每個(gè)學(xué)生的獨(dú)特特點(diǎn)和個(gè)性化需求，精心制定并推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃和內(nèi)容。教師也可以通過(guò)此種方式做出針對(duì)性的教學(xué)計(jì)劃，做到因材施教，分層教學(xué)；

裁判輔助和視頻判定。在學(xué)習(xí)籃球裁判內(nèi)容方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助學(xué)生裁判員進(jìn)行判罰決策和判定爭(zhēng)議。通過(guò)分析比賽視頻和使用相關(guān)算法，可以提供客觀、準(zhǔn)確的裁判輔助決策，減少錯(cuò)誤判決的發(fā)生，并提高教學(xué)比賽和實(shí)際比賽的公正性。

2、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與籃球教學(xué)的融合

2.1、虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建與呈現(xiàn)

構(gòu)建籃球教學(xué)虛擬場(chǎng)景是借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的模擬可以讓學(xué)生“身臨其境”，一覽全景，但是看到的場(chǎng)景和人物全是假的，因此可以安全地模擬教學(xué)。對(duì)于虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建要確定籃球教學(xué)虛擬場(chǎng)景的類(lèi)型和目標(biāo)（圖3），例如室內(nèi)或室外場(chǎng)地、比賽場(chǎng)景或特定技術(shù)動(dòng)作的練習(xí)場(chǎng)景等，根據(jù)教學(xué)需求和教學(xué)目標(biāo)來(lái)確定場(chǎng)景的設(shè)置。然后使用3D建模軟件或虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)上的場(chǎng)景編輯工具，創(chuàng)建與學(xué)校實(shí)際場(chǎng)地相似的虛擬場(chǎng)景模型并設(shè)計(jì)場(chǎng)景的細(xì)節(jié)，包括籃球場(chǎng)地的大小、地面標(biāo)識(shí)、籃框位置等。

2.2、手勢(shì)和身體追蹤技術(shù)的應(yīng)用

通過(guò)籃球手勢(shì)和身體追蹤技術(shù)，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中模擬真實(shí)的籃球動(dòng)作，如投籃、傳球、運(yùn)球等（如圖4）。這種直觀的互動(dòng)方式不僅增加了教學(xué)的趣味性，還提供了更加自然和流暢的操控方式。在虛擬現(xiàn)實(shí)籃球教學(xué)中，身體追蹤技術(shù)允許學(xué)生的動(dòng)作被實(shí)時(shí)記錄和映射到虛擬環(huán)境中，從而使得學(xué)生能夠全身投入到虛擬場(chǎng)景中。無(wú)論是調(diào)整投籃姿勢(shì)、變換傳球角度還是進(jìn)行快速變向動(dòng)作，都可以通過(guò)身體的真實(shí)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種身體追蹤技術(shù)為學(xué)生提供了更加身臨其境的體驗(yàn)，讓他們感受到籃球運(yùn)動(dòng)的真實(shí)性和挑戰(zhàn)性。身體追蹤技術(shù)的應(yīng)用不僅局限于籃球教學(xué)，它在籃球訓(xùn)練和技術(shù)分析中也具有重要作用，學(xué)生可用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)籃球技巧進(jìn)行訓(xùn)練。

2.3、運(yùn)動(dòng)行為識(shí)別和分析

利用可穿戴系統(tǒng)對(duì)籃球教學(xué)中學(xué)生的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)識(shí)別，可穿戴設(shè)備系統(tǒng)一般包括：傳感監(jiān)測(cè)組件（可穿戴材料、智能織物和傳感器等）；執(zhí)行和處理組件（執(zhí)行器、系統(tǒng)處理單元和無(wú)線通訊模塊等）；反饋和交互組件（軟件界面、算法、數(shù)據(jù)處理等），通過(guò)可穿戴系統(tǒng)來(lái)捕捉學(xué)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并利用高精度的傳感器和算法進(jìn)行實(shí)時(shí)的姿態(tài)追蹤和行為識(shí)別。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅可以實(shí)時(shí)識(shí)別學(xué)生的運(yùn)動(dòng)行為，還可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析。通過(guò)對(duì)學(xué)生打球時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、加速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以評(píng)估學(xué)生的技術(shù)水平和身體素質(zhì)，教師可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)課堂教學(xué)中存在的不足進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)教師也可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估學(xué)生的技術(shù)水平和身體素質(zhì)，來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)隊(duì)選拔，將識(shí)別的數(shù)據(jù)作為選拔的參考，提升運(yùn)動(dòng)選材的高效性。

2.4、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化——戰(zhàn)術(shù)模擬學(xué)習(xí)

目前，大部分高校對(duì)于籃球戰(zhàn)術(shù)部分的教學(xué)效果并不明顯，班級(jí)中學(xué)生籃球水平參差不齊，對(duì)于戰(zhàn)術(shù)的理解也大不相同，在實(shí)際跑位當(dāng)中配合度不夠，學(xué)習(xí)效果不佳。針對(duì)戰(zhàn)術(shù)模擬學(xué)習(xí)的部分，利用虛擬現(xiàn)實(shí)可以充分利用智能技術(shù)，模擬各種籃球戰(zhàn)術(shù)（如圖5）。

圖5 虛擬現(xiàn)實(shí)模擬籃球戰(zhàn)術(shù)圖

戰(zhàn)術(shù)內(nèi)容按籃球戰(zhàn)術(shù)分類(lèi)設(shè)計(jì)德波爾戰(zhàn)術(shù)、芝加哥配合、場(chǎng)角的配合、中鋒繞切、高位策應(yīng)、交叉切入和弱側(cè)掩護(hù)等多個(gè)二級(jí)戰(zhàn)術(shù)配合動(dòng)作激活按鈕。在虛擬環(huán)境中對(duì)籃球戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行模擬，從而可以多角度地觀看和展示科學(xué)規(guī)范的籃球運(yùn)動(dòng)員連續(xù)動(dòng)態(tài)的戰(zhàn)術(shù)配合線路，通過(guò)直接生動(dòng)的視覺(jué)圖像有利于運(yùn)動(dòng)員清晰形象思維，總結(jié)規(guī)范合理的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練方法。

3、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于籃球教學(xué)中的挑戰(zhàn)

3.1、教學(xué)與技術(shù)應(yīng)用的匹配

目前，高?；@球的教學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的匹配上還存在不足，例如動(dòng)作捕捉限制，對(duì)于細(xì)微的手部和手指動(dòng)作的捕捉可能不夠準(zhǔn)確，這會(huì)影響教學(xué)中對(duì)于技術(shù)細(xì)節(jié)的傳授和訓(xùn)練。在運(yùn)動(dòng)感知和身體反饋上也會(huì)存在一定問(wèn)題，雖然在虛擬現(xiàn)實(shí)中可以模擬籃球場(chǎng)景和動(dòng)作，但缺乏真實(shí)的運(yùn)動(dòng)感知和身體反饋，這對(duì)于學(xué)生的運(yùn)動(dòng)技巧和空間感的培養(yǎng)可能存在一定的局限。

雖然在籃球教學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用匹配方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍存在一定的不足之處，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如要與籃球教學(xué)更好地匹配，需進(jìn)一步突破技術(shù)瓶頸，提供更加精準(zhǔn)、個(gè)性化和身臨其境的籃球教學(xué)體驗(yàn)。

3.2、進(jìn)一步研發(fā)和改進(jìn)方向

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在籃球教學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成果，但仍有一些方面可以進(jìn)一步研發(fā)和改進(jìn)，提高教學(xué)效果和使用體驗(yàn)。

在場(chǎng)景設(shè)計(jì)方面上需進(jìn)一步優(yōu)化，做到能夠模擬各種不同的比賽場(chǎng)景和球場(chǎng)情況，使其更加逼真、真實(shí)，以提供更全面的教學(xué)體驗(yàn)；在動(dòng)作捕捉技術(shù)上需不斷加強(qiáng)，尤其是對(duì)細(xì)微的手部動(dòng)作和手指動(dòng)作，以求提供更細(xì)致精確的反饋和指導(dǎo)?？梢越Y(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等方法，進(jìn)一步提高動(dòng)作捕捉的精度和實(shí)時(shí)性；VR籃球教學(xué)在改進(jìn)的過(guò)程中還需引入互動(dòng)交流和多人協(xié)作的功能，使師生之間能夠進(jìn)行交流和討論?？梢酝ㄟ^(guò)語(yǔ)音和實(shí)時(shí)對(duì)戰(zhàn)等方式，營(yíng)造更加真實(shí)的社交環(huán)境；進(jìn)一步融合其他技術(shù)，結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將虛擬籃球場(chǎng)疊加到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，為訓(xùn)練者提供更加豐富的學(xué)習(xí)場(chǎng)景。

4、結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生提供了身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，能夠提升他們?cè)诨@球技術(shù)方面的接受度和適應(yīng)性。但在高?；@球教學(xué)中仍面臨一定挑戰(zhàn)，我們需要進(jìn)一步改進(jìn)動(dòng)作捕捉技術(shù)，以提高動(dòng)作捕捉的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性；需要根據(jù)學(xué)生的不同水平和需求提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和進(jìn)度；還需要加強(qiáng)互動(dòng)交流和多人協(xié)作的功能，提高學(xué)生之間的合作與協(xié)調(diào)能力等。在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步融合其他技術(shù)，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能等，創(chuàng)造更加豐富多樣的教學(xué)方式和體驗(yàn)。同時(shí)，我們還可以開(kāi)展更多的實(shí)證研究，深入評(píng)估虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校籃球教學(xué)中的有效性和可行性。

總體來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高?；@球教學(xué)中具有巨大的潛力。通過(guò)持續(xù)的研究和改進(jìn)，我們可以進(jìn)一步提升虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的質(zhì)量和效益，為高?；@球教學(xué)帶來(lái)更好的教學(xué)效果和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

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