5G+VR技术的智慧体育教学方案分析

兰 坤

（江西省邮电规划设计院有限公司，江西 南昌 330002）

1 VR+5G与智慧教学存在的联系

1.1 5G与VR的关系

华为公司CEO李腾跃曾经说过这样一句话：“5G加速了VR产业的发展，VR产业也是5G发展的重要需求。”5G为VR技术实现更好的发展创造了高质量的网络环境，促使VR关键技术持续得到创新与突破，与此同时，VR应用本身的特点也注定了其发展离不开5G的大力支持。于是，我们有必要将二者进行有效结合，为各个行业的未来发展进行更好的助力。

1.2 VR技术下的智慧体育

VR技术的实现主要是在近眼显示、感知交互、网络传输和内容制作等新型技术的支持下，建设跨越端管云的新业态，借助体感交互的方式为体验用户创造虚拟的沉浸式、可交互的网络环境，实现用户对体育身临其境般的体验需求，进一步实现信息式消费与扩大升级[1]。5G通信网络技术主要包括智能技术、大规模MIMO技术、网络切片技术等关键技术，这些技术能够为体育行业实现智慧应用给予技术支持。在5G网络技术与VR技术背景下开展智慧体育教学，能够对原有教学内容进行丰富。首先，能够将远程教学变为可能。通过使用AI智能摄像头、全景摄像头、麦克风等影音设备开展高清晰画面视频教学或全景运动教学，师生能够进行实时互动，让教学效果更加突出；其次，在技能训练方面，能够借助VR技术创造虚拟的技能训练或职业实训环境，让学生在室内仍然能够体验到真实的训练氛围，以此来更好的学习职业技能；然后是体能评测方面，利用全景摄像机对学生的动作进行摄录，利用教学建模、AI算法、动作识别库实现对运动员运动状态的分析与测评，有利于制定有针对性性的提高方案。

2 关于智慧体育在教学方案方面的设计分析

2.1 方案框架

“5G智慧体育教学”的教学方案是由通信网络、终端、云、平台四个关键部分组成的。其中，终端部分主要是一些智能设备，具有包括高清摄像头、VR头盔、智慧体育设备等，达到远程接入、视频录制、场景摄制、动作识别等服务；通信网络部分主要有5G网络、智能互联网，为体验者提供连接与业务输入服务；云平台主要用来对网络与云化进行布局；平台部分主要包括播控平台、内容平台和移动边缘计算平台，主要为了实现控制教学、分发内容以及分析处理视频资料等功能[2]。

2.2 方案主要流程

“5G智慧体育教学”的主要环节是VR视频直播，其主要流程有视频采集、传输处理、视频播放三个环节。

2.2.1 视频采集环节

在该环节里主要是借助全景摄像机对教学过程进行全景画面拍摄，借助CPE、5G手机或设备本身具有的5G模块与基站实现有效连接，将形成的RTSP或RTMP格式视频流传送到5G网络接入网[3]。

2.2.2 传输处理环节

5G承载网借助“虚拟专网”的功能实现对直播内容的有效保证，保证VR直播流流利的传送至内容平台。然后，云端的内容平台对其实行本地存储，同时对分辨率、码率、封装格式等进行转换操作，再把新生成的VR视频流利用承载网上传至终端。

2.2.3 视频播放环节

VR视频流借助基站下行通道上传到电机机、移动手机、VR头盔等设备上进行解码播放，终端设备不同接收到的视频流码率以及分辨率等也会存在差异，当通信网络发生变化的时候，同一个终端设备接收的视频流参数也将发生改变。5G技术支持下的MEC网元，通过该服务器云端处理能够下沉至网络边缘节点。当给用户的VR视频流至5G网络中的MEC服务器后，它会结合用户的观看朝向、硬件配置、带宽通信状况，对收到的内容进行转码处理，给用户提供绝佳的观看体验效果。

2.3 此方案具有的优势

与有线宽带或者4G通信网络技术下的视频教学进行比较，5G通信网络技术支持下的智慧体育教育教学具有移动性更好、业务质量更稳定、用户花费更少等优点。

2.3.1 移动性更好

用于采集的硬件设备能够借助5G模组接入通信网络，解决了有线方式存在的移动限制，并且还有效解决了与Wi-Fi相关的一切复杂问题，促使采集机位灵活性更好、移动性更佳，将多角度采集与空间变换变成可能。

2.3.2 业务质量更稳定

5G网络下的“虚拟专网”在很大程度上帮助VR视频流开通了自己的专属通道，避免了其他业务资源的影响，使得视频流质量更好。

2.3.3 用户开销更低

MEC服务器的出现与应用，为用户省去了宽带支出。把360°的视频压缩到以前的1/3-1/2，为用户省去了流量费用。与此同时，该视频放映对硬件设备的配置要求较低，这也间接省去了用户购买硬件的费用。

3 方案的应用与推广

智慧体育教学方案适用于远程教学、技能训练、体能评测等方面。

3.1 远程教学

5G+VR技术下的远程教学模式有两种：一种是高清视频教学，在不同的两所学校中选择一间教室布置高清AI跟踪摄像头、具备语音采集功能的麦克风对师生课上的反应进行拍摄，从而达到音频与视频的采集。通过使用5G网络，能够将课堂画面、教学行为同时在两个课堂上放映，并且实现互动；另外一种是沉浸式全景教学，在运动区域布置全景摄像机对教师的教学行为进行清晰拍摄，学生佩戴具有VR功能的眼镜，感受虚拟的运动环境，学习运动细节，领会动作要点，达到室内体验教学训练的效果。

3.2 技能训练

现阶段，借助VR技术已经成功构建出了网球、射艺、皮划艇等虚拟的技能训练场景，冲破了以前体育课程对教学场所、硬件设施、安全等诸多方面的制约，帮助学生在虚拟现实环境下实现训练，使其获得身临其境的真实体验，实现教学目标[4]。并且在5G通信网络技术的支持下将隔空训练对抗变成可能，促使不同地点的两个人能够体验到真实的实战对抗。比如排球、羽毛球等对抗性体育项目，能够借助VR技术对比赛对手进行模拟，模仿另一方的动作招式，在比赛之前提前进行练习，熟悉掌握对手的动作套路，找出对抗办法，进而提升自己在实际对战中的获胜几率。比赛结束后，借助平台功能回放比赛场景，对比赛整体进行总结，对于自身存在的不足并且有针对性的进行提高，对数据库中的人员数据进行更新，达到及时分析、战术调整的目的。

3.3 体能评测

为了更好的摄录学员的训练动作、速度等，需要在训练动场所多布置几台全景摄像机，利用5G通信网络将其实时上传至MEC边缘平台。然后，5G网络下的MEC平台利用数学建模与AI算法两种常用方法，提取运动视频中具有的特征，同时根据运动员自身情况建设体能模型与大数据库，参照动作识别库对运动员运动状态展开对比分析，并且把分析得出的结果实时传送至训练场地，便于教练对运动员的动作与方式作出科学指导。如武术、体操、摔跤等竞技类体育项目，对运动员专业素质要求较高，根据标准动作传入到系统之后，通过使用AI智能摄像头对运动员的运动轨迹进行全面捕捉，通过使用VR技术对运动员在实际训练中的细小动作进行还原。运动训练完成后，生成个人体能测评报告，实现对所有运动员技术动作特点与不规范动作的分析，同时参照分析得出的报告结果制定出有针对性的、科学的训练方案，这样做可以实现训练质量的有效提升，确保运动训练更加准确与科学。

4 结束语

由此可见，5G与VR技术的发展与不断完善对智慧体育教学实现远程教学、技能训练、体能评测等项目具有很好的促进作用和深远的影响。除此之外，5G通信技术的出现与落实还会增加视频内容的费用，将VR行业的发展潜力显露出来，满足人们对沉浸式、交互式体验的渴望。这种教学模式，能够打破地域限制，优化升级原有的远程教学形式，为人们带去更加真实的互动体验。与此同时，该技术还能应用到体育赛事与电子竞技等领域，推动智慧体育朝向更好的方向发展。