健美操训练中虚拟现实技术的应用探讨

2021-01-09山西农业大学信息学院

体育风尚 2021年2期

山西农业大学信息学院

健美操作为追求美感的体育项目，渐渐被融入实际的体育课程中去，很多学生都比较喜欢这样的学科。健美操训练中有肉眼观察不到的细微动作，还需要有着一定的情境性，才能够进入到理想的训练格局，此时如果仅仅使用传统训练的手段来开展，未必能够取得理想的训练效果。在这样的背景下就可以积极将虚拟现实技术渗透其中。

一、虚拟现实技术概况

以计算机技术为基础去实现虚拟环境的构建，打造对应的适合体育锻炼的场景，由此起到体育训练的效果，这就是虚拟现实技术融入教育领域的基本原理。这种技术有着很强的沉浸性，交互性和构想性，属于计算机高级人机交互应用的范畴。在此技术发挥效能的过程中，会将多维图形技术，多媒体技术，仿真技术，传感器技术等渗透进去，技术组合之后确保感官功能可以模拟，也就是说仿佛身处其中，可以听到，可以触及到，可以看到，属于一种人为的虚拟环境创设过程。对于用户而言，可以在这样的技术帮助下，实现与系统之间的交互，可以是身体上，也可以是语言上的，继而创设出多维拟人化的空间格局，会使得人产生对应的沉浸感。从这个角度来看，虚拟显示技术不仅仅是在演示媒体，还是一种有效的设计工具。

二、虚拟现实技术在体育训练中运用的实践案例

基于虚拟现实技术实现对应体育训练系统的构建，这是当前很多学校体育教育教学投入的重要项目之一，其主张将虚拟现实技术架构起来的体育训练系统，使用到体育锻炼和体育教学中去，以此提升实际的教育教学的效果。当然这种系统的构建需要遵循对应的步骤，也需要使用对应的技术架构，详细来讲述，主要可以将其归结为：

（一）三维建模的运用

首先要关注于学生的三维模型，关注于运动场景的三维模型构建，顾名思义就是依照教育教学实体实现对应训练模型的构建，在此过程中常常需要使用对应的建模工具或者软件，主要有：Maya、3Dmax 等，依靠这些软件使得三维模型得以构建，画出物体的二维矢量图，在此基础上进入到三维建模的状态，就可以达到对应的建模效果。

（二）体育仿真系统的结构分析

除了要使用三维建模技术之外，还需要懂得体育仿真系统的架构，这也是实现虚拟现实技术应用的前提和基础。一般情况下基于虚拟现实技术的体育系统仿真主要由三个部分构成：输入系统、虚拟环境产生器部分、输出系统。对于输入系统而言，就是依靠方向跟踪元器件，数据手套，手套输入控制，转换器等构件起来的子系统；虚拟环境产生器，就是由用户系统，三维处理器，三维数据库，仿真管理器，高性能计算机，端口，图形卡，触觉力觉反馈装置构建而成的；输出系统的结构为信号转换器和效果显示器。对于用户而言，可以借助这样的系统架构产生更加真实的视觉体验或者听觉体验，甚至因此去实现与虚拟环境中的交互，就如同自己就处于对应场景一样，有着很强的沉浸性。

三、虚拟现实技术在健美操训练中的应用

健美操训练中会有很多高难度的动作，并且这些动作需要配合对应的音乐节奏去进行，这样就使得其有着很强的表演性，也就是说对于参与者而言需要确保音乐，背景与肢体语言融合起来，完成对应的演绎任务，以此呈现出健康与美的价值观。一套健美操的训练，必须是高质量的，能够对有难度的动作进行跳帧，符合节目编排和表现的诉求，达到一定的艺术指标。在实际的教育教学的过程中，如果比赛现场的真实环境能够被模拟出来，就可以确保每个组合动作进入到精细化分析和研究的状态，依靠这样精细化的数据可以使得学生的体操水平得到更好的评估，可以找到对应训练节点上存在的偏差，继而确保后续的训练朝着更加理想的方向发展和进步。详细来讲述虚拟现实技术在健美操训练中的应用集中体现在如下几个方面：

（一）依靠虚拟现实技术实现健美操考核选拔机制的构建

如何以更加先进的方式去实现健美操人才的选拔和考核，是健美操教育教学中必须关注的问题，这不仅仅关乎健美操运动的积极发展，还关乎到后续运动质量的提升，更加关乎学生健美操运动能力的可持续发展和进步。以前在教育教学中对于学生的选拔或者评估都是依靠教师的经验来进行判定的，这样很容易出现随意性的情况，难以进入到科学全面的分析状态，此时就可能出现部分有潜质的学生被疏忽，继而使得他们难以成为健美操项目的佼佼者。从实践选拔和评估的现状来看，其考量的指标主要有学生的体重参数，学生的身高参数，学生肌肉分布参数，学生的柔韧程度，学生的反应速度，学生的力量参数等，在获取这些数据信息之后，然后将其归结到实际的仿真模型中去，这样学生就可以进行类别的划分，在此基础上实现对应健美操教育教学内容和方式的优化，可以确保实际健美操的训练进入到更加分层化的状态，这将为后续的训练奠定良好的基础。

（二）借助无限回看功能实现训练动作的精细化设计

使用现实虚拟技术可以使健美操过程中学生的各个动作参数得以呈现，无论是时间点上的动作细节，还是连续动作中的关联，都可以借助这样的方式呈现出来，这样就可以更好的去了解每个学生的训练学情。借助现实虚拟技术，可以将对应的动作纳入虚拟环境中去，甚至没有到对应动作点之前就可以实现多个动作的预演，在视频和专业研究软件的帮助下，积极实现精准动作与学生运动动作之间的对比分析，这样可以更加全面的了解学生在运动动作中存在的缺陷和不足，由此降低教师去发现学生训练差异的难度，使得教师可以更快的掌握对应的动作缺陷，在此基础上制定后续的训练计划，可以使得实际的教育教学设计朝着更加连贯性，更加交互性的方向发展。基于这样的考量，实际学生的动作质量，对应整体的训练效果也会朝着更加理想的方向发展[1]。

（三）依靠精细化的数据创设更加理想的训练环境

将国内国际上健美操的场地标准参数，实际竞技场地的规格参数纳入实际的系统中去，并且以软件的角度来进行补贴角色的合理设定，可以使得实际的训练比赛的情境得以构建，这样就可以引导学生进入到更加理想的训练格局，使得实际的虚拟现实技术与健美操的训练比赛关联起来。对于学生而言，能够在这样虚拟的环境中去进行锻炼，可以更快的进入到状态，在此过程中系统会将学生的动作表现记录下来，并且依靠之前建立的动作评估，及时实现实际训练成绩的生成，获得对应训练报告之后，学生可以在系统中看到自己的不足和缺陷，然后将此作为后续训练的节点，这样就可以引导学生进入到良好的自主学习自我调整的状态，很明显这样就可以使得实际的健美操的训练朝着更加自主化和个性化的方向发展和进步[2]。

四、基于现实虚拟技术的健美操训练机制的构建

既然现实虚拟技术在健美操训练中可以发挥如此大的效能，就需要积极主动的将其渗透到实际的健美操训练中去，最好可以实现日常化，由此营造良好的健美操训练环境和氛围，这对于提升实际健美操训练质量而言，是至关重要的。在此环节还需要积极做好如下几个方面的工作：

（一）加大对基于现实虚拟技术健美操训练系统的投入

很明显基于现实虚拟技术健美操训练系统的构建需要很大的投入，在此方面需要对应的教育主体可以正确认识实际健美操训练中现实虚拟技术的价值，积极主动的增加在此方面的投入，确保可以与对应的系统供应商实现合作，结合人自身学校健美操训练的实际诉求，确保对应的系统可以满足实际训练和教育教学的诉求，由此使得自身健美操体育教育教学朝着更加精细化的方向发展。除了前期的系统架构投入之外，在实际系统使用方面，系统维护和管理方面也需要进行投入，也就是说需要形成持续性的投入机制，这样才能够确保基于现实虚拟技术的健美操训练系统可以很好服务于健美操训练工作[3]。

（二）提升健美操教育工作者使用虚拟现实技术的素质

需要了解到的是虚拟现实技术最终要作用于实际的健美操训练，而作为实际健美操训练和教育的主体，教师必须要有此方面的素质和能力，如果学校在此方面进行了投入，但是忽视了教师自身专业素养的培训，就可能使得教师的教育教学行为与虚拟现实技术处于相互脱轨的状态。为此就需要积极主动的做好如下几个方面的工作：其一，在实际系统构架完毕之后，积极召集健美操体育教师，开展专业化的培训课程，培训课程的内容牵涉到系统的使用技巧，系统与训练任务之间的融合技巧等，继而确保教师可以积极主动的进入到对应的系统使用状态；其二，不断总结和反思实际虚拟现实技术的使用经验，反思实际使用过程中存在的不足和缺陷，然后积极的去进行交互，确保实际的虚拟现实技术的使用素质朝着更加高的方向发展和进步[4]。

（三）建立现实虚拟技术健美操训练的标准和规范

随着越来越多的学校开始将虚拟技术引入到实际健美操训练中去，在此方面的经验会得到不断的积累，关于此方面的研究理论基础也会朝着更加夯实的方向发展，此时就可以召集此方面的专家积极结合健美操教育教学和训练的诉求，对于虚拟系统构建的历程进行分析和归结，做好研判之后，实现对应系统架构标准和规范的构建。这样的标准和规范将成为各个学校建设此类型系统的重要参考，这样可以使得实际的系统兼容性和适应性得以提升，由此确保实际虚拟现实技术可以更好的服务于健美操训练和教育教学。