探析视频融合技术在运动技能学习中的应用

唐夏琳

(湖南永州职业技术学院，湖南永州 425006)

探析视频融合技术在运动技能学习中的应用

唐夏琳

(湖南永州职业技术学院，湖南永州 425006)

我国体育教学和训练普遍存在高重复低效率的运作模式，教练和教师对现代高、新科技工具和手段了解少、应用少。为使我国体育由大变强，开发和应用高新技术是当前我国体育发展的基本策略。视频融合技术的开发是顺应时代、社会和体育发展的科技产品，将此产品应用与大众体育运动技能学习将有效推动大众体育学习热情、大步提升运动技能学习效率和丰富体育运动技能教学和训练的手段。将视频融合系统应用与运动技能学习的各个阶段，为各阶段要完成的具体任务提供丰富反馈信息;为运动技能学习提供科学化工具，推进体育技能学习兴趣化、娱乐化和科技化。

视频融合;运动技能;技术

在科技发达的今天，各行各业都不断吸收和利用多种科技手段，各行业中效率竞争的焦点集中在科技利用水平和科技更新步伐。纵观我国体育教学和训练，基本都是师徒式的手把手和经验型填鸭式教学训练。对比其他学科的教与学，不难发现体育教学训练中对现代科技设备的利用和吸收水平极低。众所周知运动技能的学习属运动认知领域，它需要对物体运行速度、蕴含力量、所处空间进行综合认知，而所有这些如果能借助一些科学技术更为直接的呈现，将有助于人们对物体的运动认知更清晰、更准确。因此解决当前运动技能学习中效率问题的关键在于研发和利用高科技产品。本研究中的视频融合技术就是要研发和利用现代科技视频设备，将多种视频源信息进行综合处理，以帮助人们利用视觉感官提高对物体的空间、速度和力量认知的一种现代化技术。

1 视频反馈技术概述

随着科技水平的日益进步，视频反馈技术在运动技能学习上得到推广和应用。这也极大地推进了运动技能学习方式的变革。近年来，刘晓茹(2007)运用不同相对频率的视觉表现反馈对运动技能学习的效果进行了实验研究，认为高频率视觉反馈组的绩效好于低频率视觉反馈组;施芹(2006)运用多通道信息反馈教学法对运动技能学习的效果进行了实验研究，认为多通道信息反馈教学法有助于提高练习者的运动技能;蔡正新(2006)运用不同反馈频次对羽毛球技能学习的效果进行了实验研究，他认为高频次的反馈信息更有利于立即表现学习成绩的提高，在技能学习的初始阶段和矫正错误动作练习中，应在教学中采用高频次的反馈信息。以上学者从理论和实证方面的研究成果为视频融合技术在运动技能学习中发挥的应用奠定了很好的基石。

2 视频融合技术概述

视频融合技术是指综合两个或多个源视频的信息，以获取对同一场景更为精确、全面，更为可靠的视频描述技术。它能将多源视频信息资源的利用率得以最大限度地发挥，多源图像配准和融合技术的理论研究已经取得了很多成果。如在图像处理、计算机、汽车制造、无线电等行业被广泛运用。例如:伍军(2003)、张进华(2006)等学者曾利用视频融合技术对机器人遥控、火焰识别等进行研究，为各自相关领域的研究提供了理论依据与实践经验。由于可以有效综合多源图像信息，采用多传感器数据融合比单一传感器信息能够得到对目标更精确的描述。所以近年来成为国际学术界图像处理研究领域的一个热点。但是可实用的图像融合系统目前还处于实验研究阶段。国外有关实时图像融合系统的报道甚少，国内的有关研究［1－6］局限于利用高性能数字信号处理器提高处理速度，在体育训练教学中暂且还没有研究和应用。图像融合技术应用的突出障碍是实时性与处理速度。本文提出的实时视频图像融合系统，具有实时、高速、通用特点。

视频融合和视频反馈有些相同的方面，但也有着质的差别。虽然视频反馈技术在运动技能学习中得到了推广应用，但视频反馈对运动技能的掌握存在一定和制约因素:这主要表现为反馈的滞后性，以往视频反馈一般在练习者动作完成后，才能进行反馈，降低了运动技能的学习效果。而视频融合技术可以将练习者的动作技术与优秀运动员的动作技术同步反馈在同一视频中，并能在练习者做动作的过程中即时反馈出来，这一技术的运用将极大地提高运动技能学习的效率，为运动技能的学习提供新的手段和方法，为运动技能学科体系的完善提供理论依据。视频反馈是视频融合技术的低级阶段和基础保障。

3 视频融合技术对运动技能学习机制的作用

3.1 运动技能学习机制与视频融合

运动技能是在运动的过程中按一定技术要求完成的随意运动行为，它是人体在运动过程中通过学习而获得的技能。教育、心理、体育等学科的研究者们［7－12］分别从不同角度探讨了运动技能的概念及本质属性。运动技能形成的机制的普遍共识为［13－15］:(1)巴甫洛夫创立的条件反射学说;(2)从控制论视角的建构机制学说。前者是当前比较广泛运用阐明与解释运动技能形成机制的一种理论。该学说认为运动学习和运动记忆是通过神经系统不断地接受环境的变化而获得新的行为习惯或经验的过程;依据该学说理论可知，运动学习中一个非常重要的环节就是要让接受的环境不断变化，以使神经系统对运动技能产生新的记忆和经验。通常的运动学习主要是通过运动技能的示范动作和观看别人的运动动作来感受环境的变化，但是人对这些信息的记忆和处理总是短暂的和不重复的，若能将这些变为能重复和长久，更有利于大脑强化运动环境变化的感受。视频融合正好具备这样的特点，该技术能整合不同场景的动作示范，包括自己和别人，且还能实现及时和延时不同时间段的反馈要求，这就丰富了条件反射中的刺激类型和刺激强度，从而使条件反射更稳定。视频融合技术在该理论学说中能起到强化环境变化的效用。建构机制学说认为运动技能的形成，是在大脑皮层感觉区域或运动区，形成感觉记忆痕迹或技巧运动功能构型，当再现运动技能时，大脑皮层就根据来自体内外的输入信息，引出一定的记忆痕迹或运动构形，运动控制系统即自动地“跟随”该痕迹或构型而活动。该理论中运动技能形成的必备条件是输入信息，只有输入信息才可能引出记忆运动痕迹，由此可知运动技能学习中主要解决信息的输入，信息输入的通道有两种，一者是第一信号系统，二者是第二信号系统，其中第一信号系统的输入直接、强烈。这里的第一信号系统主要指人体的感官，其中最重要的感官就是视觉，人们通过视觉能感知物体的速度、力量和空间位置。没有视觉的参与很难完成体育运动，因此盲人基本上没有技能类体育运动。从该理论我们不难得知，在运动技能学习中要着重发挥视觉感官的信息输入作用。而视频融合技术就是通过对多个视频信息源的采集和整合，将这些丰富的信息通过人的视觉感官进行输入，达到调动大脑运动记忆痕迹目的。因此视频融合技术在建构学说理论中能担负丰富输入信息的作用。综上可知视频融合技术符合运动技能形成机制客观规律，如能研发使用有助运动技能加速形成。

4 视频融合技术在运动技能学习中的应用

4.1 粗略掌握动作阶段的应用

粗略掌握动作阶段主要的任务是形成对动作概念的认识。针对此阶段的任务本研究设计的视频融合包括这几方面的内容。一、示范动作和正常动作节奏视频的融合，融合的办法是将一个动作划分成几个阶段，以每个阶段为起点提取一个周期的视频，然后将这些阶段的多个视频进行融合，形成一个融合视频画面。通过该画面帮助初学者建立完整动作概念;二、示范动作慢节奏视频的融合，融合的办法同上，只是将播放速度进行有效控制。这样融合解决的是让初学者对动作概念有个清晰的认识;三、示范动作的快慢动作视频融合，即将教师或优秀运动员的动作示范视频分为正常节奏与慢节奏两种不同的画面，再将两个不同的画面融合在同一屏幕上播放，快慢节奏融合的视频画面主要作用就是帮助初学者建立一个连续而又完整的动作概念。这三种融合的视频在屏幕上实现切换和选择。切换和选择指其中的三种画面，一者为正常节奏画面，一者为慢节奏画面，还有一个为快慢融合的画面。在选择出任意一幅融合的视频为主的情况下，还可以实现画面的画中画切换。四、练习者模仿示范动作的视频融合，通过对示范动作的理解，练习者进行模仿学习，将模仿学习的视频图像进行融合，使得练习者在获取该动作的一个初步的本体感觉后，再通过观看练习的融合视频，从而达到借助视觉感官来及时调整和提升自身本体感觉对该项技能操作的运动认知。

4.2 改进提高阶段的应用

改进提高阶段要解决的是多余动作、错误动作和动作的熟练程度。针对这样的任务我们设计了这样一些视频融合。一、训练者的练习动作图像和示范者示范动作图像进行视频融合，让练习者通过自身和示范者之间融合的图像对比和发现自己动作差距及错误。在这个融合的视频中，同屏里可以实现示范者视频图像、练习者视频图像和两者融合图像的三种视频的选择和切换。其目的是通过观看自己的练习视频明白自己对动作的理解水平和掌握程度，通过观看示范者的动作视频图像达到进一步加深对正确动作的记忆和认识，通过观看两者融合的视频图像达到清楚认识自己的动作差距和差距存在的具体环节，以便下一步练习有的放矢。二、训练者练习动作图像视频和训练者练习动作提取出来的棍棒图像进行视频融合，该融合视频着重突出练习者棍棒视频效果，这样做的目的特别有益于练习者通过视频看清自己运动动作的真实轨迹，这部分的视频融合量因运动技能的不同提取的量不同，一般情况下主要采集人体各主要运动关节处的棍棒图与运动视频进行融合，具体就是以每一主要运动关节为主提取连续棍棒图和相匹配的人体实体动作制作出一个相应的视频融合。三、示范者示范动作图像视频与示范者示范动作提取的棍棒图像进行视频融合，该融合的目的是让练习者对正确动作有个稳定的动力定型概念，从而达到真正从动作概念、动作结构和动作动力定型三方面提升对该动作的把握。四、将示范者的棍棒图像和练习者的练习动作的棍棒图像一一对应地制作出融合视频，让练习者将各运动关节处的动作与示范者该处的动作进行运动轨迹、运动幅度运动角度对比，达到练习者自身识别和查找错误动作、多余动作的功效。针对典型错误类型本研究还开发出相匹配的错误动作改进方法，练习者点击进入错误动作改进视频，该视频软件就可以用语音和视频相结合的方式提醒练习者动作要领、动作感受和简单的动作评价，这部分主要用以提高练习者的练习积极性、兴趣性和运动中的娱乐性。

4.3 巩固运用自如阶段的应用

巩固运用自如阶段，动作技能基本达到自动化，该阶段主要任务是提高技能的应用能力，和自动化水平。应用能力提高主要通过经验的积累和对动作技能核心的把握。为了积累经验和把握技术核心，本研究主要采用调集优秀运动员历史资料数据库，将他(她)们在以往各种比赛实战中的有关某一技术应用的视频从数据库调集出来，一方面可以调看库中每位优秀运动员以往比赛某一技术的画面和镜头，从他们的历史比赛对技术的应用上积累出较为具体的理性经验，另一方面是将一些有意义的两个视频画面进行融合，这里既可以是同一运动员在不同时候同一技术应用的视频融合，也可以是不同运动员在不同比赛中画面的融合，练习者通过观看这些融合画面找出该技术的核心部分，以便更深刻地巩固，再者通过这些融合画面找出该项技术在实际应用中要注意的时机、力度和注意的空间位置。对于动作自动化水平，主要在于动作能在身体处在不同状态时技术的应用能力，因此强化不同状态下动作的应用水平就是从根本上解决和提高动作自动化的手段和方式。这里提到的不同状态包括两层含义，一层为各种不同身位、体位的状态;一层为不同的身体机能状态。其中要训练动作自动化水平，一者是让身体处在不正常的身位、体位来进行动作的高水平操作训练;二者是让机体处在相对疲劳、相对困乏或高强度、高紧张氛围的情况下进行规范和高频次训练。为此本研究中将练习者在上述描述的各状态下训练的画面与以往运动员在这种场景中运动技能运用的画面进行融合，通过这样的融合视频让练习者有针对性地提高自己的核心技术和技术应用中的应变能力。这个阶段的融合视频应更多地强调依据训练者的个性进行选择，而并非随便剪辑相对比的融合画面。

5 结束语

视频融合技术在很多领域都已经得到推广和应用，尤其是在实践操作类的培训体系得到了较好的应用和发挥功效。在体育运动训练和教学中应用还相对较少，在大众体育运动训练这一大块几乎为零，因此借鉴科技、利用科技是当前我国推进体育科学化，促进体育高效化，尤其是推进大众体育普及化、社会化的重要手段。

视频融合技术在日常运动技能教学和训练中有着很大的应用市场，它能解决一般运动技能学习中的学习效率问题，能为运动训练打开多视角、多信息通道的问题、同样也能给运动训练者提高兴趣、带来快乐以及健康身心。当然事物都有优点也存在缺点视频融合技术在体育训练和教学中主要解决的只是个体动作技能学习方面的效率、兴趣、快乐，而对体育运动中的战术教学和训练有些束手无策。由此如何提高战术教学和训练效率的手段和方法还有待同行们去研究。

［1］刘卫光.基于VME总线视频融合系统［J］.电路与系统学报，2006，11(2):124－127

［2］Mark H Linderman，Richard W Linderman.Real－ Time STAP Demonstration on an Embedded High Performance Computer［J］.IEEE AESMagazine，1998，13(3):15 －21

［3］曹治国.多总线多DSP实时图像处理操作系统的设计与实现［J］.计算机学报，2002，25(7):708－715

［4］王祖斌.一种新型多DSP并行计算结构及其应用［J］.系统工程与电子技术，2001，23(3):19－22

［5］沈胜宏，韩月秋.基于多DSP和FPGA的高速并行互相关图像跟踪技术［J］.北京理工大学学报，2000，20(1):98－101

［6］徐向辉.视频图像采集系统的设计与实现［J］.系统工程与电子技术，2001，23(10):13 －16

［7］顾明远.教育大辞典(1)［M］.上海:上海教育出版社，1990:155

［8］朱智贤.心理学大词典［M］.北京:北京师范大学出版社，1989:909

［9］马启伟.体育心理学［M］.北京:高等教育出版社，1996:132

［10］邵瑞珍.教育心理学［M］.上海:上海教育出版社，1997:154

［11］中国体育科学学会编.体育科学词典［M］.北京:高等教育出版社，2000:400

［12］刘江南.运动技能两侧性迁移机制及迁移不对称性的国外研究学说［J］.广州体育学院学报，2004，02

［13］高丹.论运动技能转换在田径技术教学中的运用及技术形成的生理机制［J］.哈尔滨体育学院学报，2004

［14］李志清.运动技能学习的神经机制［J］.体育科技，2002

［15］谭兵.对影响运动技能形成的主要因素的分析研究［J］.安徽体育科技，2007

Analysis of the Application of Video Fusion Technology on the Learning of Motor Skill

TANG Xia－lin

(Yongzhou Vocational and Technical College，Yongzhou 425006，China)

The mode of high－repetition and inefficient was a common phenomenon in sports teaching and training of China.Coaches and teachers have little known of modern high and new technology tools and instruments.Video fusion is a technology products complying with the times，social and sports.Application of this product would stimulate enthusiasm，improve efficiency and rich instrumentality of mass sports.This study will be video fusion system at all stages of motor skill learning.The application has provided a rich feedback for the various stages of the specific tasks.The application has provided scientific tools for learning motor skill and promoted interesting entertainment，science and technology while learning sports skills.

Video fusion;motor skill;technology

G80－05

A

1007－323X(2010)05－0069－04

2010－07－18

唐夏琳(1962－)，女，永州人，副教授

研究方向:体育教学与训练