張懷雨，周小青，張冬琴，陳俊羲，尤才成，楊 力，李 然

（北京體育大學，北京100084）

VR（Virtual Reality）名為虛擬現(xiàn)實，即虛構模擬出來的與真實世界相似的假想世界。它是利用計算機圖形系統(tǒng)和各顯示及控制等接口設備，在計算機上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉穩(wěn)感覺的技術。[2]它主要包含聽覺和視覺反饋，但是也可能有其他類型的感覺反饋，例如觸覺。這種身臨其境的環(huán)境可以類似于現(xiàn)實世界，也可以是幻想。當前虛擬現(xiàn)實技術最常見的用途是虛擬現(xiàn)實耳機或多項目環(huán)境。有時結合物理環(huán)境或道具，生成逼真的圖像、聲音和其他感覺，模擬用戶的身體在一個虛擬或虛構的環(huán)境。一個人使用虛擬現(xiàn)實設備能夠“環(huán)視”整個人造世界，移動并與虛擬人物或物品進行交互。[3]效果通常是由組成的虛擬現(xiàn)實耳機頭戴顯示設備與小屏幕前的眼睛，而且還可以通過與多個大屏幕特別設計的房間。

運行一個VR系統(tǒng)主要由計算機設備、應用軟件系統(tǒng)、輸入和輸出設備以及數(shù)據(jù)庫4個組成部分。它們的作用分別是實現(xiàn)構建交互的虛擬世界、完成虛擬幻境中所有物體模型和聲音合成的建立及管理以及實現(xiàn)現(xiàn)實世界與虛擬世界的識別與交互以及存儲所有虛擬環(huán)境中的物體及信息。這種技術已經廣泛用于教育、游戲、視頻以及遠程醫(yī)療等領域。VR的第一代產品誕生可追溯到20世紀60年代，但一直不為人所重視，直到近幾年各大互聯(lián)網企業(yè)紛紛斥巨資投身VR產業(yè)才被大眾所關注。如何將VR技術應用于武術散打的教學是筆者本文的重點。

1 VR技術應用于武術散打教學的價值

1.1 降低入門門檻，擴大學習人群 武術散打屬于技能主導的格斗對抗性項目，它具有鮮明的體育性、激烈的對抗性、獨特的民族性以及傳統(tǒng)的文化性等特點。它不僅能夠強身健體、防身自衛(wèi)、磨煉意志和培養(yǎng)品德，而且還有娛樂觀賞、運動休閑、交流技藝以及增進友誼的作用。[4]同時它在身體形態(tài)、身體機能、身體素質以及心理素質方面對練習者有很高的硬性要求。致使一些有意愿學習武術散打的人望而卻步。而VR技術可以大大降低武術散打對人們身體的硬性要求。[5]

在傳統(tǒng)的武術散打教學模式中，教師遵循師徒制按照一對多或一對一進行教授。教學內容主要包括規(guī)則允許的拳法、腿法以及摔法。練習的方式主要是一對一打靶練習、單人打沙包練習、一對一實戰(zhàn)練習。在教師做示范動作時，練習者常常不能清晰準確地把握動作要點，且不明白自己的錯誤點在哪，以致學習的動作錯誤多、學成慢。VR技術可以讓學生360度觀察教師的示范動作，反復地觀看，還可以將自己的動作對比教師的動作模型，更好地糾正錯誤動作。在一對一實戰(zhàn)練習中，學習者會因為對方的攻擊而出現(xiàn)閉眼、無防守抱頭、過度下蹲甚至是逃跑等舉動。VR技術可以根據(jù)不同練習者的身體運動習慣，模擬出速度合適、攻擊方位明確的攻擊，便于練習者的防守以及反擊練習。教師也可以通過VR技術回放學生的動作，找出學生的錯誤并給予正確指導。VR技術還可以通過大數(shù)據(jù)模擬出世界頂尖水平的運動員，普通練習者也可以和拳王來一場“實戰(zhàn)比賽”。

1.2 模擬運動場景，突破時空限制 如今的教學課堂中，學校大量地采用新媒體技術進行教學。如：電子黑板、投影儀以及慕課等。但普通的媒體技術展現(xiàn)給學生是二維的，沒有立體感和真實感受。學生并沒有將二維轉化為三維的能力，而VR技術就可以很好的彌補。教師通過一定的操作，給學習者們展現(xiàn)出一個立體物象來，學生可以根據(jù)學到的書面知識對其進行觀察。如：武術散打規(guī)則中的比賽場地尺寸、得分部位和方式以及裁判的手勢等都可以通過VR技術立體地展現(xiàn)在學生面前。這樣還增強了學習者對事物的觀察力，在觀察的過程中，學生對這節(jié)課的內容記得也就會更深刻。

在武術散打教學中，教學場地場館建設情況的不同成為限制教學的主要外部條件。此時利用VR技術將運動場景通過計算機模擬成三維圖像再顯示到VR設備就能很好地解決此問題。學生學習武術散打就可以通過借助VR技術模擬出的場景進行練習，以此解決場地和時空等限制，彌補了教學條件的不足。如賽前模擬實戰(zhàn)，全班數(shù)十名同學一節(jié)課的時間不可能都進行一場正規(guī)比賽環(huán)境下的實戰(zhàn)練習，那么就可以通過VR進行散打賽場模擬以及實戰(zhàn)練習。通過VR眼鏡學生們可以看到觀眾席、正規(guī)的比賽場地、身著正式服裝的模擬裁判、無數(shù)的鮮花掌聲、數(shù)字化的比賽數(shù)據(jù)以及動作模仿同步分析等，簡單、便利、快捷、真實性和可操作性等優(yōu)勢極大的突破了時空地限制。以目前的VR技術完全可以做到，美國已經結合虛擬現(xiàn)實與實體場景打造出超重度交互的虛擬現(xiàn)實主題公園The Void。在這里，人們不僅可以自由行走，感受魔幻風情，還可以與多種場景進行互動。飛天遁地、探索外太空、漫步瑪雅古城、大戰(zhàn)僵尸、體驗一回超級英雄都不在話下。[6]同時，人們還從The Void獲得無與倫比的真實交互感。例如：你能夠觸摸到參天古木那樹皮的粗糙，你也能夠觸摸到瑪雅神殿那古老墻壁的冰冷，你更能以超過30米每秒的速度繞著The Void跑圈，累得氣喘吁吁。

1.3 創(chuàng)新教學模式，提高學生學習興趣和教學效果 傳統(tǒng)散打教學的一般內容和順序是：基本功、基本姿勢、基本步法拳法技術、腿法技術、摔法技術、組合技術、防守技術、條件實戰(zhàn)、模擬實戰(zhàn)以及自由實戰(zhàn)。但在教學過程中，無論是單一技術運作還是組合技術動作，都要分教會動作、喂引動作和實戰(zhàn)這幾個步驟來進行。一名習練散打多年的學生，他的課通常包括熱身、游戲、拉韌帶、基本功練習、打靶練習、條件實戰(zhàn)以及放松肌肉。而一個初學者或無武術散打基礎的體育生，他們的一節(jié)課除了熱身、游戲和放松肌肉，大部分時間都花在基本功的學習。且教師只是在找出學生的錯誤動作和做正確示范之間輾轉往返。再者武術散打課多在散打場館內進行，長期在同一個空間內學習。對于學生來說，課堂內容和方式過于枯燥無味，從而喪失了學習的興趣和動力。將VR設備引入武術散打教學的課堂，利用VR教學具有沉浸性、交互性和想象性等特點，改變傳統(tǒng)教學單調的你說我做，充分發(fā)揮了學生的主體作用，調動學生主動學習，充分發(fā)揮學生學習的積極性和主動性。學生利用VR設備可以學習到現(xiàn)實教學形式中無法做到的教學內容，學習內容更加豐富，形式更加多樣，虛擬環(huán)境提供更形象、更有趣、更多重的感官刺激等教學讓學生萌生新的聯(lián)想，啟發(fā)他們的創(chuàng)新性思維。[7]比如學習躲閃對方左右直拳，對于無扎實基礎的人，此練習非常考驗人體的瞬目反射。許多學生會出現(xiàn)過大的防守動作甚至無防守動作，此時利用VR設備進行動態(tài)模擬出拳，可以將拳變?yōu)闅馇?、棉花球和蒲公英等，或是降低來拳的速度，在降低學生恐懼心理的同時提升學生練習的興趣，利用VR技術教學也可以改變練習的場景和環(huán)境。例如：在陽光四射的夏威夷沙灘伴著草裙舞娘，或是在寒冷荒蕪的南極洲大陸陪著黃眉企鵝等都可以使學生真正感受到虛擬物體與他們近在咫尺，生動鮮活，大大提高學習的興趣和積極性。由此可見，引入VR技術可以幫助教師豐富課堂教學的方式方法。學生通過VR設備的第一視角，與系統(tǒng)進行交互，可以激發(fā)想象，從而提高學生的學習興趣和教師的教學效果。[8]

1.4 數(shù)字化學習，跟蹤學習數(shù)據(jù)，有效監(jiān)控學習行為傳統(tǒng)的武術散打課，教師是通過提前準備的學期計劃、月計劃、周計劃以及課計劃和教案來控制訓練內容、負荷量以及負荷強度。但是由于每個學生的身體素質、身體狀態(tài)和掌握水平等因素的不同，加上教師并不能通過肉眼觀察出這些，導致武術散打課教學效率低和練習效果差。這樣的教學模式會在一定程度上致使我們達不到預期的結果。然而特定的VR程序和VR設備可以準確地跟蹤某一學生的心率、呼吸、眼動、肌電、動作速度、動作軌跡以及動作力量等。對比學生以往練習時的數(shù)據(jù)，判斷學生的身體疲勞程度和動作掌握程度。VR技術將學生練習武術散打過程中的一系列表現(xiàn)以數(shù)字的形式展現(xiàn)在學生和教師面前，幫助他們更直觀地掌握學習現(xiàn)況，從而改善原有的教學計劃，進行適合學生個體的學習。

在一對多人的散打課堂中，教師往往不能夠仔細地觀察每個學生的動作規(guī)范及學習情況。以致一些學生長時間以錯誤動作練習，甚至出現(xiàn)運動損傷。結合VR技術和動作捕捉技術開發(fā)的程序和設備能夠自動將學生的出拳動作或踢腿動作對比數(shù)據(jù)庫中的標準動作，找出學生動作的錯誤點及成因并提示學生改正。學生和教師也可以反復地觀看學生動作及程序給出的數(shù)據(jù)進行分析，更清晰直觀地了解錯誤，進而做出合理地改進。

數(shù)字化學習可以很好地記錄學生練習過程，跟蹤其練習數(shù)據(jù)，有效監(jiān)控其練習行為。根據(jù)其練習過程、練習行為等數(shù)據(jù)來有效地反饋學習效果。在學生沉浸于虛擬的教學場景、與系統(tǒng)進行交互學習的同時，系統(tǒng)亦可以科學地監(jiān)控其學習行為和學習過程，跟蹤其精確的學習數(shù)據(jù)，給出合理的建議，以完善新的教學模式，有效提高學習效果。

1.5 功能可開發(fā)性強，武術散打教學應用前景廣闊 現(xiàn)如今只有極少體育項目的教學引入虛擬現(xiàn)實技術和VR設備。英國貝爾法斯特女王大學的Cathy Craig教授創(chuàng)立的INCISIV公司已經將VR技術應用于網球、板球、英式橄欖球以及足球的教學和訓練中。北京體育大學體育工程學院的“千人計劃”學者劉昊揚教授所創(chuàng)立的NOITOM公司也將VR技術以及動作捕捉應用于高爾夫球的教學訓練并取得了實質的商業(yè)回報。關于格斗對抗類項目教學的VR程序設計和內容開發(fā)基本沒有。

目前國外已開發(fā)出能夠應用于對抗格斗類運動項目的設備，如：德國哈索·普拉特納(Hasso Plattner)學院人機交互實驗室研發(fā)的一款叫Impacto的拳擊設備，通過電流刺激系統(tǒng)和震動馬達模擬肌肉收縮運動，讓佩戴者感受到虛擬世界里的力反饋作用，以為自己擊中了游戲中的對手。西班牙的NeuroDigital Technologies公司發(fā)布的一款虛擬現(xiàn)實設備Avatar VR，通過把觸覺轉化為震動感，用戶就可以在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中觸摸物品。你可以在游戲中暴打敵人，手能感知到這些拳頭的力量反饋；看到一個西瓜，可以去感知它的重量與表面的光滑程度。蘇格蘭的Tesla Studios公司開發(fā)了一套覆蓋全身的傳感外衣Teslasuit。其中內置了系列網格狀分布的傳感器，依靠肌肉神經元電信號傳導產生的電刺激檢測技術，模擬不同的感官刺激體驗，例如：觸摸、吹風、淋水、加熱、降溫和推力。[9]當穿上Teslasuit之后，用戶能逼真地感受到虛擬世界中的各種變化，例如下雨時的絲絲涼意、刮風時的冷風拂面、受傷了的陣陣痛感等。

有關技術部門可以加大對格斗項目教學虛擬現(xiàn)實技術研發(fā)的力度，開發(fā)出適用于已有VR設備的VR教學程序。同時，還可以在一些高校進行VR散打教學試點，收集學生使用情況和教學效果的相關數(shù)據(jù)，以此來進一步完善其VR教學系統(tǒng)的功能和內容。待武術散打VR教學軟硬件技術提高和完善，能夠很好地融入到教學中，再大范圍推廣到各學校、武館的武術散打教學中，其應用前景將會更加廣闊。

通過VR設備的設計和開發(fā)，加上后續(xù)教學程序和軟件的跟進，更多的教學功能有待實現(xiàn)，VR虛擬現(xiàn)實在武術散打教學中應用的前景非常廣闊。

2 VR技術應用于武術散打教學的問題

2.1 成本和價格限制了VR技術的應用 目前除了最大的三家VR設備生產廠商Oculus、SONY和HTC，三星、大朋、和小米等公司也在VR設備領域占有一席之地。Oculus公司的Rift CV1售價約為600美元，索尼公司的PS VR需要花費約400美元，HTC公司發(fā)售的Vive Pro頭顯則高達940美元，三星的Gear VR售價近150美元，小米的VR一體機售價220美元，大朋的VR E3P則為625美元。其中Oculus、SONY、HTC和大朋生產的VR設備更適用于武術散打教學。但是想要真正的運用到實際教學中，這些公司都需要在現(xiàn)有消費級VR設備的基礎上，結合武術散打的特點和切實需求，進行升級、改造甚至是重新研發(fā)。所以新開發(fā)的適用于武術散打教學的VR設備自然價格不菲，成本昂貴會是影響VR技術應用于武術散打教學的最大問題。

2.2 VR硬件與軟件技術開發(fā)不成熟 參加2018“世界VR產業(yè)大會”的公司多達70家，全球布局VR行業(yè)的公司也不下200家，但能夠量產消費級VR設備的廠商屈指可數(shù)。市面上的VR設備大多服務于游戲，還不能完全發(fā)揮VR本身的功能和價值。許多功能性強大的VR設備僅存于實驗室之中，VR設備的研發(fā)和生產還要等待一些日子。VR軟件的設計也多出自于游戲廠商，如：SONY公司為旗下的PS VR開發(fā)了超過160個VR軟件，但盡屬游戲娛樂。與醫(yī)學、教育、體育以及航空航天等領域相關的VR軟件少之又少，相關VR軟件的開發(fā)還有待VR公司更多地關注和付出。VR硬件和軟件開發(fā)的不成熟勢必影響VR技術應用于武術散打的教學。

2.3 人們對VR技術的認識不夠全面 雖然第一臺VR頭戴顯示器誕生于1962年，但直到2014年Facebook公司以20億美元收購VR技術公司Oculus，VR才開始受到越來越多人的關注?？申P注VR的人大部分關注的是金融資本的注入，他們并沒有體驗過VR設備，不知道VR技術是什么。人們對VR的了解僅限于新聞報道，而新聞報道的多為VR游戲，以致大家認為VR技術只是游戲的新技術。游戲只是VR技術的一小部分，恰好被人們放大，卻看不到VR技術對于教育、醫(yī)學、軍事以及體育等領域的重要作用。人們對VR技術的片面理解也會阻礙其應用于武術散打的教學。

2.4 VR技術削弱了學生之間交流、合作與反應能力

VR技術帶來的沉浸式課堂，是借助視聽設備使學習者能在構建的虛擬學習環(huán)境中達到接近真實學習的效果。同時也會出現(xiàn)阻隔學生對外界的聽覺、視覺、觸覺以及部分本體感覺的不利影響。學生只專注于自己的虛擬世界之中，從而減少了與同學及教師的語言和肢體交流，武術散打教學中的交流、合作是不可或缺的?，F(xiàn)有的VR技術還達不到媲美人體反應能力的速度，這也將會影響它應用于武術散打的教學。

2.5 VR技術或將導致教師過分依賴 VR技術具有數(shù)字化、實時監(jiān)控和動作捕捉等優(yōu)勢，可以大大減輕教師的教學負擔并提高教師的教學效率。但教師過度地依賴和過分地相信VR設備會導致教師失去教學的主導性。設備只是輔助教師教學的工具，并不能替代教師。未來VR技術應用于武術散打的教學或將出現(xiàn)由于教師的惰性和依賴性而導致教學主體變?yōu)闄C器的現(xiàn)象，這對于VR技術在這一領域的應用和推廣無疑是不利的。

3 促進VR技術應用于武術散打教學的對策

3.1 加大VR技術研究的投入 2016年全球的VR/AR領域共收入投資約23.2億美元，較2015年增長了236.2%。2017年隨著各大投資公司回歸冷靜和理性，投資增長率降至32.8%，約30.8億美元。2017年，各大VR公司在VR技術研究的投入占總投入的25.8%，較2016年的14%有明顯的提升。而2017年在VR硬件上的投入僅占比15.6%，較2016年下降了22.4%。其中動作捕捉技術公司Leap Motion和Cubic motion融資表現(xiàn)突出，均獲得了超過2000萬美元的投資。[10]這些動作捕捉技術與硬件公司和VR軟件開發(fā)公司有著密切地聯(lián)系與合作。隨著人們對VR軟件畫質的要求越來越高，動捕技術需要不斷地提升，VR與動捕技術的結合也是發(fā)展方向之一。這也說明VR產業(yè)發(fā)展已經逐漸回歸到行業(yè)進步的核心，即技術是第一推動力。同時技術投入比例提高將加快虛擬技術的成熟，有助整個行業(yè)的成熟發(fā)展。而VR行業(yè)的成熟勢必會降低消費者使用VR硬件和軟件的成本和價格。解決了成本和價格的問題會大大促進VR技術應用于武術散打教學的推廣和普及。

3.2 高校與VR企業(yè)合作，加快相關VR硬件和軟件的開發(fā) 目前并沒有開發(fā)與武術散打教學相關的VR硬件和軟件。國內外將VR技術應用于體育教學的案例也較少耳聞。據(jù)了解，NOITON公司開發(fā)的MySwing已應用于高爾夫的教學訓練，且已進入消費市場，取得了不錯的成績。[11]VR企業(yè)可以與高校合作，高校可以為VR企業(yè)提供硬件和軟件開發(fā)需要的實驗場地以及人才，甚至還有課題專項資金的支持。VR企業(yè)可以為高校提供量身打造的先進VR硬件及軟件。VR企業(yè)應該抓住與高校合作的機會，VR技術應用于教育領域還比較少，市場潛力大。合作成功可以為VR企業(yè)帶來巨大的商業(yè)價值，更重要的是為教育領域注入一股新鮮的血液。體育是教育的一部分，自然也能享受合作成果。尋找合適的VR企業(yè)，與其合作勢必會加快VR技術應用于武術散打教學。

3.3 加強VR技術的宣傳力度、拓寬宣傳渠道 在加大對VR技術的投入以及加快對VR硬件和軟件開發(fā)的同時，應加強VR的宣傳。VR技術再好，不被人所知曉，自然不會被使用，也就發(fā)揮不了其作用。應當借助新媒體的途徑扭轉人們對VR只是打游戲工具的偏見，把VR的宣傳做得又好又廣，加深人們對VR的正確認識。對于體育人，VR企業(yè)應該使他們更加清楚地了解VR技術具有的在教學及訓練領域的作用和優(yōu)勢。甚至讓教師、教練和高水平運動員通過免費學習掌握一定的操作技術。加大人們對VR技術的認識對其應用于武術散打的教學會起到較好的促進作用。

隨著VR技術的進步，人們已經可以同時出現(xiàn)在一個VR場景之中，且你可以和自己的好友一起互動、交流。伴著相關技術的進一步升級，關于VR技術削弱學生反應能力的問題也將會有所改善，在VR場景中也會更加地栩栩如生。

若要將VR技術應用于武術散打的教學，最重要的是離不開政府的政策支持和資金投入。不僅需要企業(yè)加大在VR的研究投入，加快相關VR硬件和軟件的開發(fā)，加強VR的正面宣傳，還需要體育教學的主力軍--體育院校的積極響應。

4 結 語

利用VR技術這種新的教學技術是整個教學科技未來發(fā)展的趨勢。未來VR技術的教學產品會越來越多，VR技術的發(fā)展不會只停留在理論層面，VR教學也不是遙不可及的夢想，VR+體育教學的模式也一定會有更好的明天?？茖W合理地運用VR技術，在提高教學水平、改善教學環(huán)境、優(yōu)化教學過程等方面起到很大的積極作用。進而可以培養(yǎng)有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的體育人才及團隊，并產生深遠的影響。

將VR技術融入到武術散打教學，可以降低學習入門門檻，擴大學習人群，模擬運動場景，突破時空限制，創(chuàng)新教學模式，提高學生學習興趣和教學效果，提供數(shù)字化學習，跟蹤學習數(shù)據(jù)，有效監(jiān)控學習行為。VR技術功能可開發(fā)性強，武術散打教學應用前景廣闊。目前將VR技術應用于武術散打的教學還存在著諸如成本和售價過高、軟硬件技術開發(fā)不成熟、可能削弱學生交流協(xié)作和應變能力以及教師可能過分依賴等實際問題。但其作為一種新興技術，理念是非常先進的，且其具有強大的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?。相信隨著科學技術的不斷進步，VR軟硬件開發(fā)的不斷完善，成本和售價的不斷下降，VR技術在武術散打教學甚至是體育教學領域的影響將會不斷擴大，并發(fā)揮重要作用。也希望VR企業(yè)與高校合作，推動VR體育教學試點，創(chuàng)新和完善教學模式，為師生提供一個嶄新的未來式教學課堂。VR技術應用于武術散打教學是切實可行的，同時相信VR技術的廣泛應用可以更好的推廣和發(fā)展武術散打。