虚拟现实技术在体育教学和训练中的应用

王爽

[摘要] 本文对虚拟现实技术进行了研究, 分析了虚拟现实技术的主要特征以及在体育教学和体育训练方面的应用。认为虚拟现实技术作为一个新技术,将最终会在体育教学和体育训练领域获得广泛应用。

[关键词] 虚拟现实技术体育教学体育训练

虚拟现实技术

虚拟现实技术（简称VR），是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。虚拟现实系统的核心设备仍然是计算机，它的一个主要功能是生成虚拟境界的图形。近年来，虚拟现实技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面，它正在改变着我们的生活。体育领域的虚拟现实技术也得到了发展，各种虚拟体育运动的技术系统得到开发并付诸实践。

虚拟现实技术主要特征有:

1.多感知性——所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

2.浸没感——又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。

3.交互性——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。

4.构想性——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。

虚拟现实技术在体育教学及训练中的应用

虚拟现实技术应用于体育教学是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式转换为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。

利用虚拟现实技术建立起来的虚拟体育设备，其“部件”多是虚拟的，可以根据需要随时生成新的设备。训练内容可以不断更新，使训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的环境中扮演一个角色，全身心地投入到环境中去，这非常有利于学生的技能训练。由于虚拟的训练系统无任何危险，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。

以下为几个虚拟现实技术在体育教学及训练中的应用实例：

1.三维蹦床运动模拟与仿真系统。蹦床运动项目是一种技巧类体育运动项目，该项目中在训练中存在很高的难度和风险。而如果采用数字化三维蹦床运动模拟与仿真系统，可以很好地帮助蹦床运动员进行科学训练。该系统以数字化三维人体运动的计算机仿真技术、人体运动生物力学数据和真实人体运动数据为基础，以三维方式逼真模拟、设计蹦床技术动作，模拟生成成套技术动作编排，并辅之以人体运动的动力学原理验证、分析技术动作，最后将模拟动作与实际训练动作同屏、同步对比，从而具有更强的指导意义。

2.虚拟网络马拉松。该系统中，个人可以通过计算机网络和屏幕内的虚拟场景，借助于跑步机或踏步机进行健身、娱乐和竞技。这样该系统就不仅仅用于辅助训练，更重要的是可以成为一种娱乐的方式。

系统有三个模式：单机训练、网络漫游和网络竞技。单机训练模式可以通过跑步机等硬件设备与系统交互，而系统可以对训练时的速度心率等信息予以实时显示，同时可以存储用户历史训练信息。漫游模式中，多个用户可以在场景中同时漫游，用户可以从一个场景切换到另一个，走到一些特定的物体前面可以选择察看物体的详细信息。竞技模式中，借助于网络，运动员间可以进行马拉松比赛，跑到终点后，系统将会根据用户所用的时间，给出一个排名。

3.虚拟自行车。自行车运动作为奥运项目在奥运会中占有一定的地位，但是，作为室外的场地赛和公路自行车项目的训练往往受制于天气等外界条件，此外，由于自行车运动特点对运动做功测试以及监控往往受到一定的限制，此外，还有诸如调时差训练等的特殊要求。而虚拟自行车系统就可以满足这方面需求。

系统的硬件部分是一辆自行车，它包含传感器或采集卡，能够实时地采集一些数据，如包括角度、角速度以及心率等。然后将这些数据通过串口或其他接口送往计算机。软件模块根据接受到的这些数据，可以对自行车在特定场景进行实时模拟。系统还可以提供分布式仿真的支持，使得多个运动员通过网络可以在同一个场地参加训练和比赛，同时把运动员训练和比赛的数据保存下来，以备统计分析，有利于教练员更好地指导运动员训练和分析对手。

总结

虚拟现实技术进入体育教学和训练的研究将对提高体育教学、训练技术水平，改善体育教学、训练环境，优化体育教学、训练过程，培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响。随着虚拟现实技术的不断发展和完善,虚拟现实技术以其自身强大的优势和潜力, 将会逐渐受到重视和青睐, 最终将在体育领域广泛应用并发挥其重要作用。

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作者单位：西安体育学院网络管理中心陕西西安