新兴科技在体育训练中的应用——基于虚拟现实和增强现实的研究综述

张 昊,尹文荣

(山东华宇工学院,山东 德州 253034)

在数字化飞速发展时代,新兴科技正深刻地影响着各个领域的发展,体育训练领域同样受益匪浅。在传统体育训练依赖于实地操作和教练直接指导的背景下,随着虚拟现实(Virtual Reality,VR)和增强现实(Augmented Reality,AR)技术的崭露头角,运动领域迎来前所未有的创新机遇。VR通过模拟虚构的环境为运动员提供更为真实的训练体验[1],有利于激发运动员的潜在激情和竞技潜力,而AR能够融合数字信息与真实世界,通过为运动员提供实时数据反馈精准地引导和改进其训练过程。基于此,探究VR和AR在体育训练中的应用现状、技术优势与挑战及其在不同体育项目中的实际应用效果,通过对两者进行比较研究,为体育训练领域提供科学依据,供教练和运动员选择更适合的技术方案。

1 虚拟现实(VR)技术在体育训练中的应用

虚拟现实是通过计算机技术模拟出具有三维立体感的全新体验,用户可以通过穿戴特殊设备或进入特定的虚拟空间与虚拟环境实现交互,其原理是基于计算机图形学、传感技术及人机交互的综合运用,通过先进的计算机图形学技术,系统可以创建逼真的虚拟环境,为运动员提供更加真实的感觉和体验。

体育训练中,VR被广泛应用于多个方面：①在技术细节的训练上大放异彩,如在足球领域,运动员可以通过佩戴VR头戴设备在虚拟场地上与对手进行一对一的竞技,感受真实的比赛氛围,从而提高技术水平。②在战术演练时,通过VR技术模拟不同的比赛场景,让运动员更好地理解和适应战术变化[2]。

VR技术应用在体育训练中有诸多优势：①通过创造高度沉浸式的体验使运动员身临其境地感受训练场景,增强了训练的现场感。②根据不同运动员的需求制订高度个性化、灵活性的训练方案,更好地满足个体的训练需求,使运动员可以在不同时间、不同地点进行虚拟训练,提高了训练的效率和灵活性。

VR技术在体育训练中的应用也面临一些挑战：①技术本身具复杂性,硬件和软件等的投入成本高。②运动员对VR的适应需要时间,可能引起晕动症等不适感需要及时解决。

2 增强现实技术(AR)在体育训练中的应用

增强现实技术能通过计算机技术将数字信息叠加到真实世界,使用户能够在真实环境中看到与现实世界融合的虚拟元素。AR技术的原理涉及计算机视觉、传感技术及实时数据处理,通过设备的摄像头捕捉真实世界的图像或视频,并将这些信息传输给计算机进行处理。计算机通过对图像或视频的分析,识别并定位真实世界中的物体,然后在用户设备上叠加相应的虚拟元素,最终通过显示设备(如头戴式显示器或手机屏幕)呈现给用户。

AR在体育训练中的应用涵盖了多个方面：①在技术细节训练中发挥关键作用,如篮球运动员可以通过AR眼镜观看比赛录像并在训练中实时获取投篮姿势的反馈,从而精准调整技术动作。②在战术演练中,通过在实际场地上叠加虚拟信息使教练能够更好地设计战术布局和队形变化。③提供实时数据分析,帮助运动员和教练更好地理解比赛状况,制订更精准的战术。

AR在体育训练中的应用具有独特的优势,提供的实时、个性化信息反馈使运动员能够在训练过程中及时调整和改进动作技巧,增加训练的互动性,使训练更富有趣味性和吸引力[3],但应用过程中也面临一些挑战：①对硬件设备的依赖性较强,成本较高,AR眼镜等设备的普及尚需时间。②运动场地存在一定复杂性和不确定性,对AR的精准应用提出了更高的要求。

3 VR与AR的应用在体育训练中的比较

如表1所示,从技术基础来看,VR通过创造封闭式虚拟环境使用户完全沉浸于虚拟世界,而AR更注重与真实环境的结合,通过开放式环境提供更灵活的交互方式,使用户可以在虚拟与真实之间进行切换。

表1 VR与AR的技术基础比较Tab.1 Comparison of technical basis of VR and AR

如表2所示,从运用场景来看,VR主要用于创造虚拟环境,适用于体育模拟训练和战术演练,AR更注重将虚拟元素与真实场景相结合,适用于实时指导、心理训练等场景。

表2 VR与AR的运用场景比较Tab.2 Comparison of application scenarios of VR and AR

如表3所示,从效果与成效来看,VR能够提供高度的沉浸体验,适合个体独立训练,AR则注重保留真实世界感和虚拟元素的叠加,更适用于团队合作和个体训练的实时反馈。

表3 VR与AR的训练效果与成效比较Tab.3 Comparison of effect and effectiveness of VR and AR

选择VR或AR技术进行体育训练时,需考虑到技术成本、用户适应度、实时性与灵活性等因素。如表4所示,VR的高成本和相对封闭性使其更适合对训练环境要求较高的场景,AR则凭借低成本、易适应及灵活性的特点更适用于开放式环境下可以进行实时指导与个性化训练的场景。

表4 VR与AR技术应用的选择考量Tab.4 Consideration of application selection of VR and AR

4 讨论与结论

4.1 发展趋势

未来,新兴科技在体育训练中将迎来更多技术创新与突破,VR有望在沉浸感、图像质量及交互性方面取得重大进展,更高分辨率、更真实的模拟环境将提供更逼真的训练体验,使运动员仿佛置身于真实的比赛场景中。新一代的VR设备会更加轻便、便携,增强训练的灵活性。AR领域未来将注重技术的融合与创新,通过将虚拟元素与真实场景更加无缝地结合,为运动员提供更为细致、个性化的实时反馈。

AR和VR在体育训练中的应用将不断拓展,不仅局限于传统的体育模拟训练和战术演练,未来将从以下几个方面进行拓展：从心理训练与认知提升方面来看,利用VR技术能够使运动员在模拟的高压比赛场景中进行心理训练,增强其抗压能力。AR可以用于认知训练,通过叠加虚拟元素来提高运动员的感知和决策速度。从协同训练与团队建设来看,新兴科技将促进协同训练和团队建设领域的发展,通过AR和VR开展训练,团队成员可以实现远距离实时协同训练,增进团队默契[4]。从个性化康复和伤害预防来看,康复方案将更加精准,运动员能够在虚拟环境中进行康复训练,实时接受医疗团队监测康复进展,提高治疗效果。

4.2 面临的挑战

新兴科技在体育训练中的应用也面临一些挑战：①技术成本。VR和AR设备的成本仍然较高,可能限制其进一步推广。随着技术的不断进步,要提高设备的易用性,降低硬件成本。②技术的普及度不够。VR和AR要想在体育领域得到更广泛的认可和应用,需加大推广力度,与体育组织合作推动技术应用,提高用户对技术的接受度。③隐私和数据安全问题。采集和分析运动员数据时需要确保数据的隐私性和安全性,防止泄密和滥用,可通过建立健全的法规和标准来确保数据的合法性,使其被安全使用。

4.3 结论

VR和AR技术在体育训练中的应用较为理想,在提升训练效果、优化运动员体验方面发挥了积极作用。VR的沉浸式体验为运动员提供了置身于真实比赛场景的机会,有助于提升运动员的心理素质和认知水平,AR则通过叠加虚拟元素、实时反馈及数据分析来为运动员提供更准确的训练指导。

从二者的差异来看,VR更注重创造出全新的虚拟环境,使用户完全融入其中,则AR更强调将虚拟元素与真实环境融为一体,需要根据具体需求和目标来灵活运用这两项技术,使其更好的为体育训练服务。

未来,VR和AR在体育训练领域的应用仍将是研究的热点,更多的跨学科研究将推动VR和AR与认知科学、运动生理学等领域的深度融合。从技术方面来看,期待更先进、更轻便的设备问世,以优化用户体验,降低应用门槛。实际应用中,需要深入研究如何更好地整合这些新技术,使其能够在现有的体育训练模式中最大程度地发挥优势,同时关注隐私和安全等伦理问题,确保数据安全使用。