计算机虚拟现实技术在高校体育训练中的应用

杨继宏，朱德龙

（1.安徽理工大学 体育部，安徽 淮南232001；2.合肥师范学院 体育科学学院，合肥230061）

0 引言

随着我国综合国力的不断提升，党和各级政府越来越重视国民的身体素质发展，中共中央、国务院相继发布了《“健康中国2030”实施纲要》《全民健身实施计划（2021—2025 年）》等文件.近些年，国民的体育锻炼意识不断加强，越来越多的人在业余时间开始从事体育锻炼活动.高校体育教育为社会培养了各类体育人才，但是传统的体育训练方法已经不能满足时代的需要.体育训练方法是体育理论和训练实践之间连接的桥梁，在体育训练中有着非常重要的地位［1］.教育改革和技术进步有着密不可分的联系，高校所采用的体育训练方法也发生了潜移默化的变化，这些变化促使人们对体育训练有了更高的标准和要求.因此，在现代体育训练中应该积极采用创新性的训练方法，解决训练过程中的重难点问题.虚拟现实技术是通过计算机、VR技术和传感器等建立的一种接近现实的虚拟环境，具有交互性、沉浸性和想象性三个特征［2］.虚拟现实技术有着广泛的应用领域，如外科手术、教育、康复训练等.虚拟现实技术对教育的推动作用十分显著，与传统的教学方法相比，发挥了学生的主观能动性.在高校体育训练中，建立全新的训练模式，使学生能够快捷学习和掌握运动知识，提高运动技能.

1 文献回顾

虚拟现实技术很早就被传入中国，20世纪90年代初相关部门和科研工作者开始对虚拟现实技术进行深入的研究，自此，我国虚拟现实技术进入蓬勃发展时期.国内学者罗恒等（2021）在文中提到，通过简易的VR 眼镜和智能手机就能实现虚拟现实模拟，并进一步介绍了Unity3D 引擎的特征、结构和功能，论述了虚拟现实技术的基本开发步骤，主要包含立体视觉功能的实现，为虚拟现实技术的一般化运用奠定了基础［3］；郑玲等（2021）认为虚拟现实技术在教育领域有着长远的应用前景，作为重要的信息载体，能够让使用者产生身临其境的感觉，构建完整的知识体系，从而激发学生的学习兴趣，是一种全新的教学模式［4］；华子荀等（2021）指出虚拟现实技术的出现对传统教育产生了深远的影响，改变了传统的教学方法和教学理念，在体育训练领域更是如此，全新的训练设施的运用，极大地提升了运动员的运动技能［5］；王安然（2021）提到，虚拟现实技术是多媒体技术的深入发展，虚拟现实技术可以把运动员的基本动作转化成数字信息，并配上必要的注释和说明，根据学生的具体需要提供给学生，这种全新的教学方法不仅可以完成知识的讲授，同时也能纠正和规范学生的运动动作.因此，虚拟现实技术在体育训练的各个领域中都能取得了较好的教学效果［6］；杨青和钟书华（2021）在文中总结到，虚拟现实技术在体育训练中的运用主要是过程模拟和竞争模拟，如运动训练过程智能化监控、信息收集与分析、体育设施的研发、运动动作的编排等等.在各类竞技运动中都能看到虚拟现实技术的身影，在体育运动中虚拟现实技术有着广泛的应用前景［7］.由于体育运动的特殊性，虚拟现实技术和体育训练相结合的成功案例并不多，相关研究也并不深入，有待进一步挖掘虚拟现实技术在体育训练中的应用.

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

为了深入分析虚拟现实技术在高校体育训练中的应用情况，本文以高校网球训练的学生为主要研究对象.在确定了研究对象之后，通过查阅相关的文献，在线上使用知网、万方数据库搜索虚拟现实技术的研究文献，把握这一研究的最新动态，为后续研究奠定基础.为了使研究更加贴近实际，首先对高校的网球教师进行访谈，更加全面地了解高校网球训练开展的全部流程.然后请教网球专家，重点了解虚拟现实技术在网球训练中的运用.通过专家访谈，认真听取他们对研究的理解与建议，制定出具有实践性的实验方案［8］.在网球学习效果的评价上采用“网球学习效果调查问卷”，分别在实验前后进行发放，对问卷数据进行统计，对比学生的学习效果，判断虚拟现实技术的科学性.

2.2 问卷信效度检验

本文对网球运动效果量表的信度分析主要采用重测法，以第一次填写的问卷数据为基础，在30 天后进行重新调查，对两次填写的样本数据进行对比分析，采用SPSS 22.0对数据进行对比，最后得到网球运动效果量表效度为0.837＞0.8，问卷信度符合要求，具体检验步骤为：

（1）将网球运动员划分为实验组和对照组，每组20人，在实验之初进行问卷发放和现场回收；

（2）30天之后对实验组和对照组发放同样的调查问卷，并进行现场发放和回收；

（3）整理两次调查问卷的数据，进行分析、计算和对比.

关于效度的检验主要采用专家评定法，邀请10 位网球运动专家组成专家评审团.通过评审团的判定，认为调查问卷效度检验合格，调查问卷能够全面地反映实验对象对网球运动的兴趣、学习动机和学习效果.因此，调查问卷具有较好的效度.

2.3 实验设计

2.3.1 自变量、因变量和控制变量

自变量为不同的训练方法，在实验中对照组采用传统训练方法，实验组采用虚拟现实技术训练方法.本文的研究目的在于分析虚拟现实技术对体育训练的影响，访谈相关专家后，结合本文的研究目的，确定因变量为网球学习效果.在控制变量上，需要保证实验对象无显著差异、任课教师和测试教师均保持一致、教学和测试的时间地点具有同质性.

2.3.2 虚拟现实技术的应用

根据虚拟现实技术的应用特点，主要分为三个步骤：前期拍摄、中期合成和后期应用.在本研究中虚拟现实技术主要运用于实验组，在前期拍摄中需要提前安置好摄像设备，如表1 所示，对实验对象的动作进行捕捉；在中期对全部的视频素材进行2D 和3D 处理；在后期可对视频资源进行反复观看，并进行必要的测试.

表1 虚拟现实技术实验步骤

2.3.3 实验测试指标

在开展实验之前，按照《国家学生体质健康标准》测量学生的肺活量、立定跳远和50 m短跑成绩，衡量实验对象的身体机能.在网球能力的测试方面，测试内容主要包括正反手斜线击球和正反手精准击球.

球感测试：对实验对象进行20 s 原地击球、20 s 落地颠球和20 s 凌空颠球测试，记录累计成功个数作为成绩.

正反手斜线击球：待实验对象做好准备后，站在底线中间点的位置，授课教师将球送到指定范围，实验对象采用正反手斜线击球，正反手斜线击球各10 球，击中1 球计10 分（正反手斜线击球满分各为100分）.正反手斜线击球线路如图1所示.

图1 正反手斜线击球线路

正反手精准击球：待实验对象做好准备后，站在底线中间点的位置，教师在指定地点抛球，学生击球到指定地点即可得分，正反手精准击球各10球，击中1球计10分（正反手精准击球满分各为100分）.

3 研究结果与分析

3.1 身体机能分析

授课结束后，对实验对象进行再次测试，为了保证实验的科学性，实验前后的测试指标均保持一致.实验前后运动员身体机能指标数据如表2和表3所示.对比表2和表3数据可知，实验后实验组学生的立定跳远、50 m 跑和肺活量成绩与实验前相比均有所提升，可以认为虚拟现实技术对实验对象的身体机能有显著的提升作用.进一步比较实验后实验组和对照组学生身体机能指标数据的T值和P值，发现实验组学生的立定跳远、50 m 跑和肺活量成绩与对照组学生相比有显著提升，且差异明显，说明虚拟现实技术训练法要优于传统训练法.

表2 实验前学生身体机能指标数据统计表

表3 实验后学生身体机能指标数据统计表

3.2 正反手斜线击球分析

实验组的学生通过对操作技术的重复训练，能够更好地掌握这一技术，有更好的球感.实验组和对照组学生的正反手斜线击球成绩如表4所示.由表4可知，实验组和对照组学生的正反手斜线击球平均得分为88.53，85.45分和75.32，72.48分，实验组学生的成绩较对照组成绩有一定提升，且存在明显差异，主要原因在于实验组采用的是虚拟现实技术训练法，在同样的时间内实验组成绩有明显提升，足见虚拟现实技术法的巨大作用.

表4 实验组和对照组学生正反手斜线击球成绩统计表

3.3 正反手精准击球分析

实验组和对照组学生的正反手精准击球成绩如表5 所示.由表5 可知，实验组和对照组的正反手精准击球成绩分别为83.54，79.78分和73.47，71.23分，实验组成绩有一定提升.根据实验结果可以判断，虚拟现实技术训练法和传统训练法具有显著差异，实验组学生在击球精准性上要高于对照组学生.其原因可能是在虚拟现实技术训练中，学生通过虚拟现实技术对击球的各项技术细节有着充分的认知，并在训练过程中得到不断的加强.随着熟练度的提升，实验组学生的击球技术会越来越好，从而会激发学生的学习兴趣.

表5 实验组和对照组学生正反手精准击球成绩统计表

4 结论与建议

4.1 结论

本文通过建立实验组和对照组，在实验组采用虚拟现实技术训练法，对照组采用传统训练法，对实验数据进行分析后得到如下结论：实验后实验组学生的立定跳远、50 m 跑和肺活量成绩均有所提升，说明虚拟现实技术对实验对象的身体机能有显著的提升作用；实验组和对照组学生的正反手斜线击球分数分别是88.53，85.45分和75.32，72.48分，正反手精准击球分数分别是83.54，79.78分和73.47，71.23分，实验组的成绩较对照组成绩有明显提升，且差异显著.根据实验结果可以判断，虚拟现实技术训练法和传统训练法具有显著差异.

4.2 建议

（1）提高虚拟现实技术在高校体育训练中的普及程度.根据实验结果，虚拟现实技术对运动员体育能力的提升有着显著的促进作用.在条件允许的前提下，高校在运动员训练中可以适当扩充虚拟现实技术设备，创新高校体育训练方法，采用全新的技术提高训练效果.虚拟现实技术的推广应循序渐进，及时发现其中存在的问题，并予以纠正.

（2）积极进行体育训练法创新.目前，国内高校中大多数体育训练都是采用传统的训练法，传统训练法有着成本低、操作简单的优势.昂贵的技术设备是高校体育训练的瓶颈，高校应积极创新体育训练法，让虚拟现实技术能够进入高校体育训练中，促进我国体育事业的发展［9］.

（3）加大投入促进体育训练方法革新.相关单位应转变高校教师的观念，加大资金投入和宣传力度，与专业的科技公司合作，制作更为优良的教学素材，建立数据库，让虚拟现实技术能够更广泛地服务于体育教学.虚拟现实技术作为一种辅助的训练手段，在高校教学中取得了良好的效果，但并不能完全取代传统的训练方法，在实际教学中要将二者相互结合，取长补短，充分发挥二者的优势.