王爽

[摘要] 本文對虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行了研究, 分析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征以及在體育教學(xué)和體育訓(xùn)練方面的應(yīng)用。認(rèn)為虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一個新技術(shù),將最終會在體育教學(xué)和體育訓(xùn)練領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 虛擬現(xiàn)實技術(shù)體育教學(xué)體育訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（簡稱VR），是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計算機高級人機界面。它綜合利用了計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進(jìn)行實時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間，具有廣闊的應(yīng)用前景。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心設(shè)備仍然是計算機，它的一個主要功能是生成虛擬境界的圖形。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用已大步走進(jìn)工業(yè)、建筑設(shè)計、教育培訓(xùn)、文化娛樂等方面，它正在改變著我們的生活。體育領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實技術(shù)也得到了發(fā)展，各種虛擬體育運動的技術(shù)系統(tǒng)得到開發(fā)并付諸實踐。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要特征有:

1.多感知性——所謂多感知是指除了一般計算機技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。

2.浸沒感——又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。

3.交互性——指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實時性)。

4.構(gòu)想性——強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

一般來說，一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育教學(xué)及訓(xùn)練中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于體育教學(xué)是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍。它營造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學(xué)習(xí)方式。

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的虛擬體育設(shè)備，其“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時生成新的設(shè)備。訓(xùn)練內(nèi)容可以不斷更新，使訓(xùn)練及時跟上技術(shù)的發(fā)展。同時，虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。由于虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。

以下為幾個虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育教學(xué)及訓(xùn)練中的應(yīng)用實例：

1.三維蹦床運動模擬與仿真系統(tǒng)。蹦床運動項目是一種技巧類體育運動項目，該項目中在訓(xùn)練中存在很高的難度和風(fēng)險。而如果采用數(shù)字化三維蹦床運動模擬與仿真系統(tǒng)，可以很好地幫助蹦床運動員進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練。該系統(tǒng)以數(shù)字化三維人體運動的計算機仿真技術(shù)、人體運動生物力學(xué)數(shù)據(jù)和真實人體運動數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以三維方式逼真模擬、設(shè)計蹦床技術(shù)動作，模擬生成成套技術(shù)動作編排，并輔之以人體運動的動力學(xué)原理驗證、分析技術(shù)動作，最后將模擬動作與實際訓(xùn)練動作同屏、同步對比，從而具有更強的指導(dǎo)意義。

2.虛擬網(wǎng)絡(luò)馬拉松。該系統(tǒng)中，個人可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)和屏幕內(nèi)的虛擬場景，借助于跑步機或踏步機進(jìn)行健身、娛樂和競技。這樣該系統(tǒng)就不僅僅用于輔助訓(xùn)練，更重要的是可以成為一種娛樂的方式。

系統(tǒng)有三個模式：單機訓(xùn)練、網(wǎng)絡(luò)漫游和網(wǎng)絡(luò)競技。單機訓(xùn)練模式可以通過跑步機等硬件設(shè)備與系統(tǒng)交互，而系統(tǒng)可以對訓(xùn)練時的速度心率等信息予以實時顯示，同時可以存儲用戶歷史訓(xùn)練信息。漫游模式中，多個用戶可以在場景中同時漫游，用戶可以從一個場景切換到另一個，走到一些特定的物體前面可以選擇察看物體的詳細(xì)信息。競技模式中，借助于網(wǎng)絡(luò)，運動員間可以進(jìn)行馬拉松比賽，跑到終點后，系統(tǒng)將會根據(jù)用戶所用的時間，給出一個排名。

3.虛擬自行車。自行車運動作為奧運項目在奧運會中占有一定的地位，但是，作為室外的場地賽和公路自行車項目的訓(xùn)練往往受制于天氣等外界條件，此外，由于自行車運動特點對運動做功測試以及監(jiān)控往往受到一定的限制，此外，還有諸如調(diào)時差訓(xùn)練等的特殊要求。而虛擬自行車系統(tǒng)就可以滿足這方面需求。

系統(tǒng)的硬件部分是一輛自行車，它包含傳感器或采集卡，能夠?qū)崟r地采集一些數(shù)據(jù)，如包括角度、角速度以及心率等。然后將這些數(shù)據(jù)通過串口或其他接口送往計算機。軟件模塊根據(jù)接受到的這些數(shù)據(jù)，可以對自行車在特定場景進(jìn)行實時模擬。系統(tǒng)還可以提供分布式仿真的支持，使得多個運動員通過網(wǎng)絡(luò)可以在同一個場地參加訓(xùn)練和比賽，同時把運動員訓(xùn)練和比賽的數(shù)據(jù)保存下來，以備統(tǒng)計分析，有利于教練員更好地指導(dǎo)運動員訓(xùn)練和分析對手。

總結(jié)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)入體育教學(xué)和訓(xùn)練的研究將對提高體育教學(xué)、訓(xùn)練技術(shù)水平，改善體育教學(xué)、訓(xùn)練環(huán)境，優(yōu)化體育教學(xué)、訓(xùn)練過程，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人才產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其自身強大的優(yōu)勢和潛力, 將會逐漸受到重視和青睞, 最終將在體育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。

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作者單位：西安體育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)管理中心陜西西安