我国优秀电子竞技运动员手眼协调能力的实验研究

孙　鹏　王元刚　何　青

(安庆师范大学体育学院，安徽 安庆　246133)



我国优秀电子竞技运动员手眼协调能力的实验研究

孙鹏王元刚何青

(安庆师范大学体育学院，安徽 安庆246133)

摘要:通过文献资料法、实验法及数理统计法等研究方法，对我国优秀电子竞技运动员与其他群体的手眼协调能力进行了比较分析。研究表明：1)电子竞技运动员的手眼协调能力优于同为技能主导类项目的篮球运动员，且明显优于非体育专业人群，手眼协调能力在电子竞技运动竞技能力构成中占主导地位；2)学习曲线表明手眼协调能力可经训练习得，长期从事电子竞技运动可使运动员手眼协调能力得以提高。

关键词:电子竞技；手眼协调能力

电子竞技是近几年在世界范围内广泛开展的一项新兴竞技运动，我国也已于2003年11月28日将电子竞技正式确定为体育竞技项目，国家体育总局将电子竞技定义为以高科技软硬件设备为运动器械进行的、人与人之间的智力对抗运动，并指出通过这项运动可以锻炼和提高参与者的思维反应能力和心眼四肢协调能力。手眼协调能力是指眼睛神经传导的生理反射快速反映在动作上的能力，眼睛视觉系统有诸多视觉功能的反射与传导，将大环境周围观察所得的信息输入大脑中枢，再传导驱动神经肌肉骨骼运动系统并反映在手或脚的动作上[1]。电子竞技“人机互动”的竞技方式导致该项目竞技能力中技术、战术等训练全部依托虚拟环境完成，被学者称为是一种“基于虚拟现实的认知博弈”[2,3]，同样由于“人机互动”这种独特的项目特征导致了视觉与肢体动作之间的协调能力成为了该项目竞技能力构成中的主导因素。

在电子竞技运动过程中，运动员对虚拟运动场景的识别模式(比如视觉深度、纵横向距离的判断等)与对真实三维运动空间的识别模式有很大不同[4]，运动员并不是以最终运动轨迹为判断依据的，图1从生理学角度展示了电子竞技运动员的识别反应过程，整个视觉识别和反馈过程往往只在瞬间完成，运动员在这个过程中不仅要充分调动大脑进行绝不亚于现实过程的空间、直觉形象思维决策，还要借助各种逻辑数理思维进行分析判断，并结合以往的技战术储备做出反应。在实际竞技过程中视觉信息捕捉、大脑思维分析和完成手部操作这三个过程在时间上存在着高度的重叠性，由感知到动作整个过程体现出的最大特点就是“思维过程的行动性”[5,6]。由此可见，手眼协调能力的好坏直接影响着电子竞技运动员竞技水平的高低，在电子竞技运动员的竞技能力构成中占有重要地位。

图1　电子竞技运动员视觉识别反馈系统

通过以上分析我们可以看出，手眼协调能力既可以作为今后电子竞技训练的一个重要组成部分，也可以尝试作为电子竞技运动员选材的一个重要评估指标。但纵观国内外对电子竞技的研究，虽然理论上对此做了假设，并没有实证研究说明长期从事电子竞技与手眼协调能力发展的相关性。因此本研究将电子竞技运动员的手眼协调能力与非体育专业人群进行了对比，以验证其手眼协调能力是否与普通人群存在显著性差异。同时为了进一步横向比较，在体育项目范畴内，电子竞技作为一项技能主导类项目，本研究还将其与同为技能主导的球类项目运动员进行了对比，球类项目对运动员的“视觉——空间智能”有着很高的要求，有研究曾指出视动协调过程中决策的准确性及速度可作为球类项目运动员选拔的重要参考指标[7]。若电子竞技运动员的手眼协调能力明显优于此项目群体，且存在显著性差异，则可证明此项能力在电子竞技能力构成中占有主导地位，在今后的电子竞技运动训练和选材中，应针对此方面能力提高重视程度，组织安排有效的训练方法手段，建立相应的指标评价体系。同时本研究在对比分析的基础上讨论了电子竞技运动对发展手眼协调能力起作用的理论依据。

1研究对象与方法

1.1研究对象

本研究以20名曾参加过WCG中国赛区比赛并进入前16强或参加CEG、CIG决赛进入前5名的男子优秀电子竞技运动员为研究对象，平均年龄为20.70±1.69岁，平均训练年限为4.55±1.00年，并随机抽取了体育学院篮球专业大学生和非体育专业普通大学生各20名作为对照组。

1.2研究方法

1.2.1测试方法

对手眼协调能力的测试使用BD-Ⅱ-302型双手调节器进行。被试通过控制两个摇柄，使指针从调节器上黑色不规则曲线带的一端移动到另一端。移动过程中指针若偏离曲线带，接触两旁的金属区域，就会有铃声响起，计为一次失误。测试于环境相对安静的实验室中进行，每一被试练习一次，然后开始正式测试，每一被试测10次，主试记录下被试每次完成所需的时间和失误次数。最后根据每组被试每次练习所用平均时间及平均失误次数绘出学习曲线。

1.2.2数据处理

数据运用SPSS 11.0统计软件进行统计处理，组间比较采用t检验，显著性标准为P<0.05。

2研究结果与分析

2.1手眼协调测试的时间指标分析

表1为三组被试手眼协调能力10次测试结果的统计数据，从数据上我们可以看出，以电子竞技组的完成时间最快，分别与其他两组比较进行T检验分析，发现差异都达到了极其显著的水平(P<0.01， 见表1)。 同时， 通过本研究根据对三组被试手眼协调能力10次测试的数据分别绘出的时间曲线(图2)我们可以看出，三组被试的曲线随练习次数的增多都呈现出完成时间缩短的趋势，符合运动技能形成的规律，证明手眼协调能力可经训练而获得提高。

在手眼协调能力测试中，完成时间的快慢取决于测试过程中被试对视觉信息加工速度的快慢。曾有研究指出，良好的视觉信息加工能力对篮球运动员学习和掌握运动技能起着重要的影响作用，可促使运动成绩提高30-40%[8]，可见视动协调能力在球类项目运动员的竞技能力构成中占有重要地位。而对电子竞技运动来说，它是一种忽略了对抗中的体能因素，更强调技能发挥的认知操作过程，它对运动员手眼协调能力的要求比球类项目更高。目前大部分电子竞技项目实现人机交互的设备都是鼠标和键盘，运动员对视觉信息快速加工能力直接体现为上肢对鼠标键盘的操作动作，是一种典型的操作思维。电子竞技过程中视动协调的内部生理基础是运动员视觉感受器接收到画面虚拟竞技环境的变化刺激，将刺激能量转化为神经冲动而发生大脑皮质兴奋与抑制的相互转化，来支配上肢肌肉积极工作，应对人机交互中的各种刺激，通过实体界面反馈给虚拟竞技环境的规则机制，从而产生交互循环[9]。而手眼协调测试中，是被试接受指针运行轨迹和轨道曲线走势等变化刺激，刺激能量转化为神经冲动支配双手对手柄的控制，从而产生人与仪器的交互循环。因此手眼协调测试与电子竞技过程最为相似的地方是，两者都不是直接对目标(指针和虚拟场景中的3D模型)进行控制，而是将手眼关系通过第三方媒介(双手调节器操作手柄和电脑鼠标键盘)反馈于控制目标。测试过程中任何一种突如其来的细微变化都要求被试认知过程的不断反馈与调整，而反馈调整速度的快慢取决于被试对每次变化产生的视觉信息加工速度的快慢。

表1　手眼协调能力10次测试结果比较(±S)

注： 与篮球专业组比较，*：P<0.01；与非体育组比较，*：P<0.01；与篮球专业组比较，#：P<0.01；与非体育组比较，#：P>0.05。

图2　三组被试手眼协调10次测试时间差异性对比图

对视觉信息进行快速加工的前提是能否在第一时间提取到最有效的视觉线索加以利用。通过与电子竞技运动员的交流得知，在信息输入阶段，电子竞技运动员模式识别的预测成功与否，几乎完全取决于视觉线索的提取和利用。在电子竞技过程中，为了缩短视觉信息加工的时间，同时为了提高视觉反馈信息的精度，大部分电子竞技运动员都将注意力完全集中于屏幕游戏场景变化，而非手与鼠标键盘的位置关系，同时根据屏幕二维图像的成像原理，越靠近图像中心的区域，图像畸变和物体形变就越小[10]，所以电子竞技运动员都习惯性将虚拟竞技环境中需要锁定的目标投影在图像中心区域，目标投影在这个区域时视觉反馈信息的精度就越高，这样可以有效的提高手眼协调的效率，缩短视觉信息加工时间，减少视觉反馈次数。与此同理，在本研究测试过程中，电子竞技运动员则习惯性将视觉焦点锁定于仪器指针在轨道上所处的位置，而不是去观察手与手柄的位置关系，但其他两组被试，特别是很多非体育组被试却经常将注意力分散到手与手柄的位置关系上，大大增加了视觉反馈次数，延缓了完成测试的时间。因此在电子竞技过程中，若不考虑整体战术的需要，电子竞技运动员在如此短的时间内信息加工的首要决策是基于信息模糊集的识别与反应，即击键[10]，通过键鼠操作控制虚拟竞技环境视场角度的变化，以使需要锁定的目标投影在二维图像视场的中心区域。而在手眼协调测试中，电子竞技组被试的首要决策变成了摇动手柄，通过两个手柄控制指针在沿轨道曲线移动过程中始终处于轨道中央。不管是击键还是摇动手柄，这一看似简单的决策过程，实际上都要求电子竞技运动员要在极短的时间里完成对视觉信息有效线索的捕捉和加工，以对目标锁定点做出判断和预测。为了达到这种视觉加工速度上的要求和对视觉信息瞬间整合能力上的要求，电子竞技运动员在竞技过程中对画面的识别模式并非以最终运动轨迹为判断依据，而是时空知觉对运动轨迹部分线索的预计，以此来缩短视觉信息加工的时间，实现实体界面下手部的键鼠操作动作与虚拟竞技环境下的规则机制之间的快速交互循环，而在手眼协调测试中，这种将对运动轨迹部分线索的预计作为决策依据，以缩短视觉信息加工时间的方法同样适用。

综上所述我们可以看出，在手眼协调测试中，完成时间长短取决于被试与仪器交互能否快速循环，而人机交互得以快速循环的关键则是被试视觉信息加工速度的快慢。由图2的学习曲线我们可以看出手眼协调能力可经训练提高，由于电子竞技自身项目特点的要求，长期从事对手眼协调能力要求如此之高的运动项目，必然使得运动员的视觉信息加工速度得以加快，致使在本研究测试中电子竞技组被试的操作时间明显短于其他两组被试，与其他两组的差异达到了极其显著的水平。

2.2手眼协调测试的失误指标分析

图3是本研究根据对三组被试手眼协调能力10次测试的数据分别绘出的失误次数曲线，跟时间曲线的走势一样，失误次数曲线也基本呈现出随练习次数增多，错误数减少的趋势，同样符合运动技能形成的规律，由此证明手眼协调能力可经训练习得。同时，从表1三组被试手眼协调能力10次测试结果中关于失误次数指标的统计数据可以看出，以篮球组的错误数最高，经t检验分析，与电子竞技组差异达到了非常显著的水平(P<0.01，见表1)。篮球组失误次数高于非体育组，可能是受本研究中篮球专业组被试的运动水平、被试的数量及被试在测试过程中的唤醒水平等因素影响而导致的，此外采用双手协调器进行手眼协调能力的测试与篮球实际运动中的视觉加工模式相差较远，这也可能是导致篮球专业组失误次数较多的部分原因。数据统计结果还显示(表1)，电子竞技组的错误次数与非体育组相比差异未达到显著水平，其错误数平均值也稍高于非体育组，电子竞技组的错误数总平均值为3.58±0.88，而非体育组为3.43±0.79，但综合时间曲线和错误数曲线来分析，我们还是可以看出电子竞技组在以最短的时间完成测试的同时，仍是兼顾了操作效率的，较好的确保了操作的准确性。

图3　三组被试手眼协调10次测试错误差异性对比图

在手眼协调能力测试中，时间和失误次数实际上是相互制约的，也就是说被试过分在意完成时间的快慢，速度提高了，效率肯定就会降低，即失误次数会增多。一般来说，认知决策的正确率要高于直觉决策的正确率[11]，电子竞技运动是典型的直觉决策思维过程，但它在确保决策速度的前提下，对决策准确性有着同样高的要求，比较图2和图3中三组被试的曲线我们可以看出，电子竞技组的手眼协调能力是三组中最优秀的，他们完成测试的平均时间最短，平均失误次数也较少，这说明长期从事电子竞技运动使他们具备了在快速进行操作的同时确保操作精确度的能力，其知觉运动系统为了减少不确定性和协调动作，在各个通道内部、不同通道之间以及在有因果关系的运动发送与反馈之间，将能关联起来的东西关联起来，建立了协变功能，这种协变功能被存储后，现实刺激中任何持续的差异相对于这些被存储的图式都将是不协调的，因而该系统将对其自身做出相应的调整，而平常进行手眼协调操作较少的非体育组这种调整能力就相对较差。从认知心理学角度讲，这种心理图式上的加工分为“自下而上”和“自上而下”两种方式，自下而上的加工也叫刺激驱动，它指图式识别加工过程由感受器获取的刺激信息触发，强调刺激本身在加工过程中的重要性，而自上而下的加工也叫概念驱动，它强调运动经验在加工过程中的重要影响，即用已有的问题解决图式来指导对外界信息的加工[3]。虽然电子竞技单一的信息通道使视觉信息刺激在图式识别加工过程中占有重要作用，但优秀电子竞技运动员在实际竞技中的图式识别加工过程更趋向于是一种自上而下的加工模式，运动员用当做协变功能存储起来的图式与现实刺激对比产生的差异作为自身调整的依据，也就是在已有的问题解决图式中寻找一种情景依据，这种情景与他们通过当前视觉信息建构起来的比赛情境心理图式相类似，这些基于专业知识和竞技经验建立起来的情景依据可以有效的帮助他们缩短视觉信息加工过程的时间，提高手眼协调过程的速度和准确度。电子竞技运动在游戏过程中依赖于对信息检测的准确性和检测速度，要同时把握好这两个关键因素才能在电子竞技过程中占据优势，而要把握好这两个因素，视觉扫描对移动目标的线索提取至关重要，积极的选择是视觉的一种基本特征，大量的测定表明，正常人看一遍能记住的孤立信息项目是5-6个，电子竞技组被试往往能在第一眼出现在视域范围内的所有信息项目中快速分拣那些有效线索。研究表明，运动水平不同的运动员在同一运动情境下，其选择目标的“眼动”路线有着显著差别[3]，高水平的运动员总是能在第一时间把自己需要细细审视的视域置于最集中和最敏感的目光之下，在运动过程中能更迅速的寻找探测到那些与运动任务有关的线索，并利用预感、直觉或猜想对这些必要的线索进行确认和加工，但这种线索的提取不仅是空间上的视觉加工，它依赖于一套复杂的信息表征储存系统和临场因素的相互作用(见图4)。

电子竞技运动对抗的即时性要求很高，运动员凭借操作思维进行决策，对输入信息的高水平加工依赖高度专业化的知识结构，以此作为信息预测的依据，在电子竞技过程中，单一的学习通道(视觉为主)使这种信息预测依据的作用表现的更为突出。在运动主体与环境系统(包括虚拟的竞技环境和现实世界环境)不断的应答反馈中，视觉加工速度模式不仅使电子竞技者对控制虚拟现实中的3D模型采取何种运动模式做出预测决策，而且因运动中不断注视扫视对目标产生的知觉恒常性，也保证了电子竞技者在游戏过程中对目标的快速精确锁定，因此电子竞技组在注视中解决某个问题的能力要较强于其他两组被试。

电子竞技运动同现实运动中双目立体视觉的差异较大，其可视化通道仅包括屏幕上视口区域里与观察者有关的位置、方向和视野，无论在清晰度和灵活度上都无法与篮球项目这种现实运动中的视觉通道相提并论，但由于视觉通道的单一化，视野范围的缩小，竞技者对情境关注的效率会提高，因而会产生宏观控制更加快速高效的优化决策。此外，用双手协调器测试手眼协调能力的同时，其实也体现出了被试左右手同时进行操作这一协调能力的好坏。电子竞技要求在竞技过程中两只手分别操作键盘和鼠标，以实现对游戏场景中3D虚拟模型的精确方位控制，这种精细操作要求电子竞技运动员的双手要具有高度的协调能力，这应该也是使电子竞技组在本指标测试中成绩优于其他两组的一个原因。

3结论

1)在手眼协调能力测试中，电子竞技组被试的操作速度明显优于其他两组被试，而操作效率以篮球组被试最差，综合两项指标的分析结果可看出，电子竞技运动员的手眼协调能力明显优于非体育专业人群，而在体育技能主导类项目中，电子竞技运动员的手眼协调能力优于篮球运动员，在竞技能力构成中占主导地位。

2)三组被试的学习曲线表明，手眼协调能力可随练习次数增多而提高，鉴于电子竞技运动自身项目特点对手眼协调能力形成的较高要求，长期从事此种运动可使运动员手眼协调能力得以提高。

参考文献：

[1] 杨博民.心理实验纲要[M].北京:北京大学出版社,1989.6.

[2] 贾鹏,姚家新.电子竞技运动：基于虚拟现实的认知博弈[J].武汉体育学院学报,2005,39(1):36-39.

[3] 漆昌柱,梁承谋,徐培.优秀运动员直觉性运动思维的表征特点[J].北京体育大学学报,2004,27(1):35-37.

[4] 鲁道夫·阿恩海姆著.滕守尧译.视觉思维[M].北京：光明日报出版社,1987.

[5] 卢茜,王蓓蓓.坐式太极运动增强虚弱老人手眼协调能力的效果[J].中国康复医学杂志，2009,24(3):236-239.

[6] 孙鹏,李宗浩.我国优秀电子竞技运动员操作思维特征[J].天津体育学院学报，2007,22(4):350-352.

[7] 闫苍松,郑宏伟.运动决策训练对篮球运动员决策速度及准确性的影响[J]. 北京体育大学学报,2008,31(11):1569-1571,1582.

[8] 孙义良.篮球运动员的视觉能力及其训练的探讨[J].成都体育学院学报,2003,29(2):49-51.

[9] 李育泽,王蔚.基于身体运动智能的电子游戏分类研究[J].软件导刊(教育技术),2009(1):87-89.

[10] 苏剑波,席裕庚.二维运动的眼注视方法及实验研究[J].机器人,1999,21(2):86-91.

[11] 迟立忠,周湘文,戴劲. 情绪变化对羽毛球运动员决策速度准确性的影响[J].北京体育大学学报,2012,35(1):65-68.

Experimental Research on Hand-eye Coordination Ability Of the Excellent E-sports Players in China

SUN Peng，WANG Yuan-gang，HE Qing

(Anqing Teachers College，AnQing 246133,China)

Abstract：The comparative study is conducted on the hand-eye coordination ability between the excellent E-sports players and people from other fields, based on the literature, experiments and statistics. What the research indicates are as follows: First, the E-sports players are superior to basketball players who are also in the leading competitive event when it comes to the hand-eye coordination ability. E-sports players greatly excel other amateurs. Hand-eye coordination plays a leading role in the composition of overall competitive ability in E-sports. Second, the learning curve shows that the hand-eye coordination ability can be acquired through regular training and the E-sports players can boost the hand-eye coordination excessively from participation in E-sports events for a long time.

Key words：E-sports; hand-eye coordination ability

* 收稿日期：2016-03-18； 修回日期：2016-05-07

基金项目:安徽省体育教育专业综合改革试点项目(2014zy152)。

作者简介：孙鹏(1980 -)男，副教授，硕士，研究方向:体育教育与运动训练。

中图分类号:G804.8

文献标识码：A

文章编号：1672-1365(2016)03-0049-06

◀运动人体科学与应用心理学