虚拟现实技术在体育教学中的应用探讨

朱臣廷

【摘 要】 虚拟现实技术是一门新兴的现代科学技术，在军事领域以及医学领域都有较多推广，是一门许多相关学科领域交叉、集成的产物，其融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术和传感器技术等多个信息技术分支，并有很大的应用前景。建立现代体育教学服务系统是促进我国现代教育技术在学校体育中应用的较好办法，同时利用虚拟技术在体育教学中应用进而推广，对体育教学的教学效果有很大的促进作用，本文利用文献法、逻辑分析法、专家调查法等方法对近60篇相关文献和相关数据进行研究，进行了概括性论述，并在之前的基础上拓展了应用的领域，以供参考。

【关键词】虚拟现实技术 体育教学

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是应用计算机生成的一种模拟环境，通过各种传感设备使用户“投入”虚拟环境中，使用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实技术是由美国人加龙·兰里尔（Jaron Lanier）在20世纪80年代初正式提出来的，90年代有了实质性的发展，其综合了计算机图形学，图像处理与模式识别，智能技术，传感技术，语音处理与音响技术，网络技术等多门学科将计算机处理的数字化信息变成为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息，通过视觉、听觉、触觉等作用于使用者，对使用者的控制行为做出动态的交互反应。虚拟现实技术（VR）主要包括模拟环境，感知，自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除了计算机图形技术所生成的感知觉以外，还有听觉、触觉、力觉、运动感知等，因此也可以称之为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛，手势，或者其他身体的行为动作由计算机处理被试者的动作并做出相应的数据并对用户的动作做出实时反应，并且分别传感到被试者的五官。传感设备即三维交互设备。常用的有立体头盔、数据手套、二维鼠标等穿戴于被试者身上的装置和设施于现实环境中的传感装置，如地板压力传感器等。截止到现在，此技术已经广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、体育训练、游戏娱乐等许多领域，并且已经开始进入教育领域，它曾和多媒体教学、网络技术并成为教学领域的三大创新技术。

一、基本特征

1. 沉浸性

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境当中，成为虚拟环境中的一员，虚拟环境中的图像会因使用者的身体变化而变化，且可以听到三维仿真声音，使使用者感觉很逼真，如身临其境一样。

2. 交互性

虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者既可以用键盘、鼠标进行，也可以通过特制的头盔，数据手套等传感设备进行，计算机可以根据使用者的不同身体活动来调整系统的图像及声音，这种反映可以使使用者随时对自己的动作或心理进行考察或者调整。

3. 多感知性

由于虚拟现实系统中装有很多类型的传感及反应装置，因而使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到近似真实的感受。

二、虚拟现实技术的类型及与构建方法

1. 虚拟现实技术的类型

1）沉浸型。此类系统是一套比较复杂的系统。使用者必须用头盔、数据手套等传感跟踪设置，才能与虚拟环境进行交互。此类系统可以很好地使被试者避免外界的干扰，使用户完全沉浸到虚拟环境中。缺点是设备价格昂贵，因此难以广泛推广。

2）简易型。此类系统只要有一台普通的计算机就可以组成，被试者通过键盘、鼠标便可以与虚拟环境进行交互。结构简单，价格低廉，易于推广，是一套比较经济使用的系统，适合做一些实验过程简单，演示性强，交互性较少的实验。

3）共享型。此类型系统是借助于远程网络将异地不同的用户连接起来共享由多个用户所组成的一个虚拟系统，共同对一个虚拟环境进行观察，操作和研究。已达到协同工作的目的。优点是可以获取更多的不同的资源，群策群力，进行更加细致的不同层次的研究。缺点是牵涉到的范围较广，人员较多，不便于组织和不同地区之间的协同工作。

2. 虚拟现实技术的构建方法

1）利用高级语言和三维图库进行构建。常用的开发语言是VC，常用的图形数据库是OpenGL和Directx3D。优点是灵活性强，能实现比较复杂的功能。缺点是需要较高的编制水平，以及对图形数据库的掌握，开发难度大。

2）利用VRML语言（虚拟现实建模语言），并辅以其他工具。VRML是一个国际标准，其目标是建立一个基于网络交互式三维境界。文件格式为wrl，构建一个虚拟环境就是构建一个个wrl文件，通过包含关系和超链接连接起来。由于VRML是用代码描述了一个个实体和场景，这给编程者带来很大的困难。于是一些可视化的场景编辑器应运而生，常用的有SGI公司的Cosmo World，Platinum Technology公司的VRCreator等。

三、信息化背景下体育教育的特点及走向

1. 信息化背景下体育教育的特点

1）体育教学资源信息数字化

计算机已经广泛应用于体育教学，其优点是资源高度集成，性能稳定，技术标准统一，存储容量大处理速度快。

2）体育教学信息资源共享

这种共享包括软件资源和硬件资源的共享，如大容量的存储空间，网络教学资料，体育信息及新闻等。就目前而言，体育教学资源共享的核心是软件的共享。如北师大附中的体育教育专业网站的建成为体育教学资源的共享做出了很好的典范。

3）体育教学中学生学习地位的主体化

由于体育教学信息网络化，信息也呈现出多媒体化和信息的可扩充化等特点，学生可以积极主动地建构知识，实现不同环境下和不同条件下自主探索性的学习体育基本知识和技术，充分体现学生在学习过程中的主体地位。endprint

2. 信息化背景下体育教育的走向

1）体育教学过程中教的单极化走向合作化

信息时代，人们的工作与生存的特点，决定了人与人之间需要相互合作。体育教学也是如此，传统的单向灌输体育的基本知识和技能的方式已经不适合现代化发展的需要，培养现代化的人才就迫切需要现代化的体育教学方式，而合作学习又是当前国际教育的发展方向，也是现代教育正要解决的问题。

2）从单一运动场上的技术学习走向多环境下的技术学习

计算机各种硬件成本的降低使得计算机教学等先进的教学手段的实施成为现实，动作学习的可复制性使得学生可以在除学校之外的任何地方进行学习，这样就大大地缩短了学习的时间，及早建立动力定型，从而实现了体育技术教育跨时间，跨地点，形成立体化，多环境化的体育教学。

3）体育教学走向学习情景的虚拟化

体育教学情境是体育教学活动得以进行的场景，它直接影响着体育教学过程中学生认知的数量与质量。传统教学过程主要是通过讲解与示范，而这随着时代的发展远远是不够的，单一的教学方法使得教学缺乏情趣，影响学生的学习积极性。模拟技术则和多媒体技术则可以使得体育技术教学内容中涉及的技术动作模拟在学生面前，使学生身临其境，也使得学习的内容更加通俗易懂。如何选择和构造虚拟的体育教学情境，是未来体育教学发展方向。

4）体育教学模式由单一化走向多元化

随着教育信息化的发展，网络学习资源迅速膨胀，体育教学同其他学科一样，多元化的教育模式是体育教学发展的必然趋势。教师的工作重点也将会在教学中更加注重充分利用网络资源和各类资源来辅助学生的自主学习。

四、虚拟现实技术在体育教学中的应用领域

1. 知识学习

即学生利用虚拟现实系统学习各种体育知识与技能。主要有两个方面：一是再现实际生活中无法观察到的自然界现象或者事物的变化过程；二是使抽象的概念理论直观化，形象化，方便学生理解。

2. 技能训练

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，全身心地投入到学习环境中去，这将非常有利于学生的技能训练。如在不同的水平下找到不同的高水平训练人员是很难的，在虚拟教学中就可以模拟不同打法的高手进行针对性的训练。

3. 心理训练

虚拟现实系统的特性能够使使用者有身临其境的感觉，这就可以在赛前对怯场的运动员进行针对性的训练。如针对篮球的罚球，就可以让使用者在虚拟环境中体会到类似于真实比赛环境的气氛，从而达到提高心理适应能力的目的。

4. 虚拟运动实验

在虚拟的实验室里，学生可以进行某项运动，系统根据一系列的生理反应和受试者的目的对受试者运动方法、运动强度等给出合理的建议，有利于激发学生的热情，使学生进行合理的健康的运动。

5. 学术交流

体育教学领域的学术交流可以打破以往单一的报纸杂志等方式，利用虚拟现实技术分享比文本和图像更多的信息，虚拟现实技术提供面向对象的方法来描述动作，它可以更加直观地将学术交流的思想展现在学习面前，其必将成为体育学术交流领域的新技术标准。

五、结论与建议

虚拟现实技术虽然在某些体育竞技项目中已经有一定领域的使用和推广，但是在新的时代背景下，信息化的发展要求新的与之相适应的教学技术的出现。虚拟现实技术代表了新时期下体育教学模式发展的方向，也必将是未来的发展趋势。虚拟现实技术的实际应用推广并非易事，在我国现今的教育发展水平下，只能有很少一部分的学校可以有条件与资金进行虚拟现实技术等相关设施的配套工作。而且能够熟练掌握虚拟现实系统进行体育教学的人才也为数不多，况且工作人员和教师存在着一定的人员冲突，这都使得虚拟现实技术的实际应用工作难以得到开展。虽然现实社会是信息化的社会，但是如果完全依赖于虚拟的网络和系统对于社会的发展和进步都是很不利的。日本的学者的研究也证明，过分地依赖图文，以及虚拟的技术，久而久之，人自己的操作能力会有很大的退化。因而，合理地进行学习的组织与安排也是不容忽视的。

【参考文献】

[1]http：//lsk.cnki.net/kns50/Navigator.aspx？ID=1

[2]陈健，姚颂平.虚拟现实技术在体育运动技术仿真中的应用[M].体育科学，2006.

[3]王宏宇.谈在体育训练仿真中虚拟现实技术的应用[J].吉林体育学院学报，2007，2（23）.

[4]宋丽.应用虚拟现实技术对竞技体育进行仿真训练的探讨[J].西安体育学院学报，2007，12（6）.

[5]余千春，杜世全.虚拟现实技术在体育教学中的应用[M].安徽体育科技，2005，4（26）.

[6]林萍，杨文运，刘慧.现代教育技术在学校体育中应用现状分析[J].首都体育学院学报，2004，3（16）.endprint