虚拟现实技术改善运动记忆的研究分析*

李 栋

虚拟现实技术改善运动记忆的研究分析*

李 栋

（浙江警察学院 警察体育部，浙江 杭州 310051）

文章对虚拟现实技术干预运动记忆的研究分析。结果表明，虚拟现实技术十分契合扭转运动记忆所需要的信息传播程度，并且虚拟现实技术的运动信息传播相较于传统传播技术存在更多的优势，体现在信息反馈及时性、动作演示准确性、感官刺激丰富性、训练选择便利性。虚拟现实技术在运动记忆中的具体应用有：构建正确的三维体育技术动画；模拟逼真的运动现场环境；创造虚拟的竞技对手；实时动态评估反馈训练效果；塑造运动员竞赛心理。总结分析其重要性和未来的发展，其目标是在运动员运动记忆的虚拟现实技术应用方面取得科学突破，从而更有利于运动员科学的改进技术动作，推动竞技体育发展。

虚拟现实技术；运动记忆；运动心理；竞技体育

运动记忆也被称为肌肉记忆，属于程序式记忆，运动员在学习运动技术时，运动员大脑皮质运动中枢内所支配的部分肌肉活动的神经元在机能上进行排列组合，兴奋和抑制在运动中枢内有顺序，有规律的，有严格时间间隔地交替发生，形成了一个稳定条件发射系统——运动动力定型[1]。最终允许运动员在没有意识的情况下执行肌肉记忆，这个过程因为减少了注意力的需要，大大提高了肌肉系统的执行效率。因此可以更确切地说，运动记忆的形成就是建立运动动力定型的结果。肌肉记忆的例子可以在许多日常活动中发现，这些活动随着练习次数的增加而变得更为完善和自动化，例如骑自行车，在键盘上打字，演奏乐器，跳舞等各项肢体运动技术。可是动力定型的缺点在于一旦形成便难以更改，若运动员在学习技术动作时，没有采取正确的动作姿势，形成了错误的动作记忆，则后期更改矫正变得十分困难。运动员错误技术动作记忆没有标准，运动员的技术动作都是建立在自身个体差异上的，而错误技术动作特指那些出现了额外的力量代偿，额外力量损失的技术动作[2]，在动力定型情况下，调整错误动作记忆就变得十分困难。根据Wade Kimberley-A等人的研究（2002），发现相较于传统的信息传播，暗示性信息的传播可以导致人们创造新的虚拟记忆[3]，学者所做的实验是通过各种内容形式的媒体植入虚拟记忆，例如童年的书面叙事以及照片，亦或是儿时熟悉的歌谣，实验之后，学者在实验人员大脑皮层中检测到新的活跃记忆区块。这说明了虚拟记忆对运动记忆改变的可行性，关键在于传播暗示性的信息是否丰富。信息丰富的标准有如下几个：及时反馈能力，如感官知觉的反馈是否快速准确；传输信息能力，如图形符号以及暗示性的提示；语言能力，包括数字和自然语言；受外界关注的能力，如外界气氛的渲染能够极大丰富信息传播质量[4]。Segovia Kathryn-Y等学者的观点（2009），暗示性的信息在媒体丰富性方面越强大，则人们越有可能将全新的信息纳入大脑记忆中，这也就是说明了人们的大脑皮层中的运动记忆可以通过暗示性的信息而得到改变和扭转[4]。

现如今，一种蓬勃发展的媒体信息传播技术，即虚拟现实技术，其蕴含的沉浸式体验非常契合暗示性信息传播方式，可以很好的充当暗示性信息传播的媒介[5]。对运动员打破错误的运动动力定型，改善不足的技术动作有着很好的现实意义。另外通过虚拟现实技术影响运动员的自我效能，也可以更好的干预竞技场上各种心理变化，疏导运动员的不良运动心理。虚拟现实技术不管是对运动员生理和心理方面均有极大改进空间，在此进行详细的分析研究。

1 虚拟现实技术在运动领域应用特征

VR是虚拟现实技术的缩写，也被称为灵境科技，现目前已被广泛应用于运动领域，它具有高度的人机界面，具有以下基本特征：沉浸，交互和可视化[6]。计算机系统和图像声音设备是外部设备随着VR的快速发展，已经广泛应用于运动领域。VR在运动领域的工作是利用计算机图形，仿真技术，多媒体技术，人工智能，网络技术，并行处理和多参数环境感知技术，模拟运动员的视觉，听觉，触觉感觉等感官器官，使运动员沉浸在虚拟的体育世界中。还通过语言和手势的即时交互，为运动员创造出多维数据空间[7]。近年来，全世界，特别是我国，大量投入了VR在运动领域的应用。 VR作为体育运动的必备品已被纳入奥运等大型体育赛事和比赛阶段。VR系统的互动性是区分VR系统和传统三维卡通的最为明显的特征[8]。例如篮球虚拟世界中，运动员可以运球朝向各个方法进行突破，也可以和虚拟队友打出各种巧妙的配合，互动是创造性的极大体现，创造性是现实世界和虚拟世界区别最大的一道门槛，创造性越丰富，互动越多，则虚拟现实技术的仿真更为真实。VR系统的可视化使得运动员从定性诊断和配给的综合环境中获得感知和理性的认识[9]，从而加深运动观念，可让运动员深刻的明白自己的技术动作是否符合规范动作。 例如运动员在虚拟现实技术中进行运动时，伴随着运动的进行而做出相应的技术动作，VR可以根据运动员个体的技术差异给出运动员技术的改进指标，直观的反应在虚拟屏幕上，对动作的时机和细节起到正向积极引导作用。

以上VR的各项特点，为运动员构建逼真、及时、立体的暗示信息提供了极为重要的先决条件，为运动员调整运动记忆起到了关键的作用。

2 虚拟现实技术传播运动暗示性信息的优势

2.1 信息反馈及时性

目前的VR组成的专业计算机运算速度以突破微秒级别，在设备先进的情况下，人体感官根本无法察觉延迟[10]，也就是说在虚拟现实世界中所反映的信息指标能立刻反馈，运动员在做完一组技术动作之后，VR会通过视觉触觉听觉等感官知觉几乎零时差反馈给运动员，让运动员能够立刻察觉动作的差异之处，及时的信息反馈对细微的动作矫正有极大的好处，对顶尖运动员提高运动成绩提高了可能性，这就是VR区别于传统技术教学矫正的一个重大便利之处

2.2 动作演示准确性

VR系统通过对运动员个体的建模，在运动员多次练习动作后通过详细的运算能够找出力量代偿的错误动作细节，从而模拟出最适合运动员个体的技术动作标准，而VR系统创建的个体化的标准技术动作每次演练均保持不变，如此下来，只要运动员在VR个体动作标准下进行数次重复的动作练习，准确性的动作动态反馈会反复的刺激运动员的神经反射系统，最终在大脑回路中加深运动记忆区块，将这种准确的动作记忆保持和巩固下来

2.3 感官刺激丰富性

虚拟现实技术的感官刺激丰富程度不是传统信息传播系统所能比拟的，综合了视觉，听觉，触觉，嗅觉，几乎调动所有感官系统，并在此基础上，最大限度的模拟现实世界，随着科技的进步，虚拟世界将越来越趋向于现实世界，感官刺激丰富程度越来越高，也许到不远的未来，就如电影黑客帝国一样，分不清是在现实世界中，还是在虚拟世界。那时，运动员在虚拟世界中运动将和现实几乎没有区别，所有现实中可以学习的东西在虚拟世界中一样能够完成，还更有效率。

2.4 训练选择便利性

虚拟现实技术为运动员创造了各种训练环境，可以是高原气候，平原气候，亦或是某些运动紧张时刻和浮躁时刻[11]。这使得运动员能够针对性的在自身生理或心理上的弱点选择对应的虚拟环境，这就为运动员提高了极大的选择便利性，不需要在将时间浪费在路程上的奔波和整顿，并且还可以极大的减少外出经费的使用，还便于教练团队随时的跟踪调查，这一切都是VR创造全能的虚拟世界所带来的便利性。

3 虚拟现实技术在改善运动记忆中的应用

3.1 构建正确的三维体育技术动画

通过虚拟现实技术建立的运动技术标准动画，能够在获取运动员个体差异的生理指标基础上，模拟出最符合运动员的动作轨迹。为运动员在虚拟现实技术的沉浸之下，深刻的感受自身动作和标准动作的细微差距，将技术动作向标准轨迹靠拢，并逐步熟悉标准化下的肌肉发力顺序和知觉，通过不断的三维体育技术动画在视觉，听觉，触觉上的刺激，使运动员产生新的肌肉记忆，并最终在大脑回路中形成稳定的条件反射

3.2 模拟逼真的运动现场环境

众所周知，肌肉记忆的创造和稳固离不开运动现场氛围的渲染。为了改善运动员的技术，许多教练正在考虑如何创造一个类似真正竞技的训练环境，VR为其提供了最可行的方案，可以实现真实的虚拟环境交互，真实的竞技环境或其他培训环境[12]，例如放松的训练环境，紧张的训练环境以及压力强度大的训练环境。这种训练方法改变了传统的训练方式，使运动员形成了和虚拟环境的互动，这需要技巧，战术和耐力，使运动员产生更多的新异刺激，从而更为深刻刺激动作神经条件反射，更有力的创造新的运动记忆]。此外VR不但使得训练变得更加真实，还可以大大降低运动员在热身赛中的伤害率，也能极大减少运动训练的投资和节约不必要的精力浪费。

3.3 创造虚拟的竞技对手

运动员所学习的运动技术均要在竞技赛场上表现出来，而竞技赛场不可避免的就是对手的干预，所以运动员所习的的运动记忆必须是在对手干预之下建立的才有现实意义。通过分析对手的相关数据，创造出无限仿真的虚拟对手，运动员进通过三维实心头盔进入虚拟环境与对手竞争。以这种方式，运动员可以与最强的对手进行虚拟对战。运动员通过VR和身体训练的结合获得技术，战术，心理和体能训练，并通过正向反馈不断将同竞技对手有关的对抗技术融入运动记忆之中，有利于训练效果，更有利于实战竞技比赛。

3.4 实时动态评估反馈训练效果

训练效果评估是运动员改变运动记忆的重要指向标。当通过VR技术收集日常培训信息后，运动员可以通过运动模拟系统模拟计算机上的训练动作，然后通过将训练模拟与标准模拟，过去训练动作和上级动作进行比较，客观评估训练效果，找出技术动作进步的角度，纬度和距离。教练员基于对训练效果和运动员个人特征的评估，可对运动员的行为进行深入分析，为运动员的下一期培训提出更好的行动计划，并且在长期的训练计划刺激下，达到最终改变运动记忆的目的。

3.5 塑造运动员竞赛心理

不同的运动员有不同的心理素质，存在不用的心理缺陷，心理的塑造与环境关系密切，VR能够模拟出针对性的虚拟世界，例如模拟出运动员焦躁不安，紧张，易怒的环境，使运动员的心理缺陷得以暴露出来，让运动员积极的去改善，克服心理缺陷，并在此心理基础上去做相应的技术动作，并最终印刻在动作记忆回路中。当然，也可以模拟鼓舞欢呼放松的训练环境，特别是在运动员做出正确的技术动作之后，给予鼓励表扬，更能够激起运动员的成就感和喜悦感，将这种美好的运动记忆保存下来。

4 结语

运动定型使技术动作条件反射稳固化，改变技术动作意味着需打破之前的大脑反射回路，建立新的条件反射，无论是对运动员本人还是训练环境都有很严苛的要求，虚拟现实技术的出现带来了便利性和可行性。当前VR技术所创造的运动虚拟场景距离现实场景仍有差距。但随着科技的快速发展，在不久的未来，VR将能极大程度仿真现实运动场景，运动员能够在虚拟环境中精准改善自身薄弱环节，普通人也能自由学习任何运动技术。虚拟现实技术改变了以往运动领域的数字化体育的传统思维方式，对体育领域的发展意义重大。

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[4]Segovia Kathryn-Y.,Bailenson Jeremy-N.. Virtually True: Children's Acquisition of False Memories in Virtual Reality[J]. Media Psychology, 2009,12(4): 371-393.

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The Feasibility Application of Virtual Reality Technology in Improving Sports Memory

LI DONG

(Sports Department, Zhejiang Police College Police , Hangzhou 310051, Zhejiang, China)

浙江警察学院校级科研项目2020QNY001。

李栋(1993—)，硕士，助教，研究方向：体育教育训练学。