基于虛擬仿真訓練模式的投籃技術動作優化設計及效果研究

周 珂 ，王 晨，房冬梅

(江蘇師范大學 體育學院，江蘇徐州 221116)

籃球運動以其獨特的魅力在高校體育教學中,吸引著眾多學生。學生作為高校體育教學的主體,其需求每年都在不斷增加中,不僅僅是局限于書本知識掌握,甚至是對于當前高校籃球的發展趨勢、籃球技術類型等也提出了新的要求。高校的教師是教學的主導重要因素,在教學中如能搜集新的教學資源,更新教學理念與教學方法,推陳出新,同樣會吸引更多的學生投入到這項充滿激情的運動中來。籃球運動的投籃技術作為得分制勝的唯一來源，是籃球運動中最為重要的一項技術，也是高校籃球教學的主要內容之一。

2017年7月13日，教育部印發了《關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，決定在高校實驗教學改革和實驗教學項目信息化建設的基礎上，于2017-2020年在普通本科高等學校開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設工作。教育部辦公廳在上述文件中明確提出，建設示范性虛擬仿真實驗教學項目，能有效推動高校教學發展，積極探索線上線下教學相結合的個性化、智能化、泛在化實驗教學新模式，支撐高等教育教學質量全面提高。這充分說明了國家對高校虛擬仿真實驗教學的重視程度，同樣體現了虛擬仿真技術在高校教學實踐中運用的價值所在。

隨著科學技術的不斷進步和發展，計算機技術具備了逐步成熟的模擬現實場景技術，已滲透到人類生活的多個領域當中，計算機虛擬仿真技術必將能大量應用在高校體育訓練這一領域[1]。其中，虛擬仿真技術成為體育領域技能訓練不可或缺的有力助手，在高校體育教學訓練中同樣發揮了巨大作用。運用虛擬仿真技術進行仿真訓練,能夠實現運動訓練方法從傳統的以人眼觀察為主到高精度運動捕捉與分析的人體運動測量方法和從基于經驗的方法到人體運動模擬與仿真的人體運動分析方法的兩個轉變。虛擬仿真訓練模式能有效解決高校體育教學訓練過程中所不能避免的難題，從而提高課上學生技術動作學習的效率。

1 研究目的與意義

1.1 研究目的

本文的研究目的旨在通過梳理籃球技術動作相關研究，運用虛擬仿真技術的運動捕捉技術對高校學生的投籃技術動作進行優化設計和效果分析，以期在高校投籃教學中規范學生的投籃動作和提高學生投籃的技術能力。

1.2 研究意義

1.2.1 理論意義

目前，虛擬仿真訓練在體育領域方面應用的研究還相對較少，前人已有的研究主要著眼點在競技領域，而不是體育教學領域。通過對投籃技術動作優化的設計，能在理論上豐富投籃訓練仿真系統理論，為體育教學中投籃訓練仿真系統理論的完善做出貢獻。

1.2.2 實踐意義

基于虛擬仿真訓練模式研發的投籃技術動作優化系統可以通過運動捕捉技術對練習者投籃動作進行實時捕捉，對練習者進行數據采集，利用效果評價分析技術對練習者投籃出手后的動作效果進行分析，練習者可通過反饋報告對自身的動作進行調整以規范正確的動作，從而實現投籃技術動作優化設計及效果。

1.3 實驗設計

在籃球運動員的投籃訓練中，通過運動捕捉技術對籃球運動員投籃動作進行實時捕捉，籃球運動員可以通過音像資料回看，觀察自己的投籃技術動作，教師觀察籃球運動員的投籃動作是否保持正確的投籃技術動作。動作捕捉技術是在某固定時域上對一些生物中的一些虛擬仿真結果中具有關鍵信息的節點的運動軌跡進行追蹤[2]。受測的籃球運動員手臂至肩需要帶上兩條袖套，便于數據的采集。另外，此實驗采用MAYA軟件構建虛擬的籃球投籃技術動作模擬仿真。袖套中有傳感器連接電腦，采集到的所有數據信號會一并上傳至電腦處理匯總。

1.4 實驗分析

本文章受測的籃球運動員每天2分鐘測試，針對其投籃技術動作，針對其投籃時籃初速度、投籃角度、投籃命中率進行數據分析。

圖1 投籃角度與命中率

如圖1所示，籃球運動員投籃技術動作中投籃角度對籃球運動員的命中率有著非常大的幫助，投籃角度45%有助于提高籃球運動員的投籃命中率。正確的選擇投籃角度45%，可以大大提升命中率，也是投籃命中率的保證。在平時訓練中，就要加強和注意投籃角度的訓練，使籃球運動員保證一定的命中率，這樣才能使籃球運動員在比賽中更好的得分。

表2 投籃初速度與命中率

如圖2所示，籃球運動員投籃技術動作中投籃初速度對籃球運動員的命中率的多少也有著密切的聯系，投籃初速度在10m/s相對于投籃初速度20m/s是籃球運動員命中率呈上升的趨勢，可以看出投籃初速度在10m/s有利用提高運動員的命中率。

2虛擬仿真技術在籃球投籃技術的運用

虛擬仿真技術成為體育領域技能訓練不可或缺的有力助手，在高校體育教學訓練中同樣發揮了巨大作用。運用虛擬仿真技術進行仿真訓練,能夠實現運動訓練方法從傳統的以人眼觀察為主到高精度運動捕捉與分析的人體運動測量方法和從基于經驗的方法到人體運動模擬與仿真的人體運動分析方法的兩個轉變。虛擬仿真訓練模式能有效解決高校體育教學訓練過程中所不能避免的難題，從而提高課上學生技術動作學習的效率。虛擬仿真訓練可以通過以下幾個方面解決投籃訓練中出現的難題：第一，利用虛擬仿真技術其自身多環境捕捉功能，能夠對訓練者的的投籃動作進行實時監控；第二，虛擬仿真技術可以解決現實訓練中所無法克服的問題，通過教師傳統教學方式，學生不能很好地領悟到投籃的出手動作，而通過虛擬方式訓練可將現實訓練所存在的問題虛擬化，練習者可以在虛擬環境中進行投籃練習以真正地理解掌握投籃技術動作；第三，通過虛擬仿真技術，在虛擬環境中實現了力觸覺和視覺多覺融合，能夠增強訓練者與體育仿真系統進行交互的能力，即使是在虛擬的環境中進行投籃訓練，也可以體驗到更加真實的感覺。在此基礎上，最終可實現回放式“助理教師”功能，利用虛擬仿真效果評價技術對練習者進行投籃動作訓練效果的優化，是解決上述問題的根本途徑。

3 建議與結論

3.1 建議

在傳統的籃球投籃技術教學中存在的問題是不容忽視的：一方面，學生在學習過程中僅通過教師的示范動作很難形成自身本體投籃感覺，而且一旦形成習慣性的錯誤動作，這將會導致學生不能正確地掌握投籃的動作技能，在其以后的教學過程中亦不能正確進行運動技能的傳授；另一方面，投籃運動自身具有瞬時性，學生在練習過程中，很難看清籃球在空中及籃框上面的運行軌跡，相應地，投籃動作完成后練習者還沒能準確地感知到出手時的動作及本體感受。學生由于獲取不到力觸覺和視覺上的刺激，往往會使學生缺乏學習動作技能的興趣，會給學生在思想上帶來一定的滯后性。在這種情況下，如何有效利用科學技術進行系統、科學、有效的技能學習研究成為了亟待解決的主要問題。

3.2 結論

(1)擬仿真技術其自身多環境捕捉功能，能夠對訓練者的的投籃動作進行實時監控。

(2)虛擬仿真技術可以解決現實訓練中所無法克服的問題，通過教師傳統教學方式，學生不能很好地領悟到投籃的出手動作，而通過虛擬方式訓練可將現實訓練所存在的問題虛擬化，練習者可以在虛擬環境中進行投籃練習以真正地理解掌握投籃技術動作。

(3)通過虛擬仿真技術，在虛擬環境中實現了力觸覺和視覺多覺融合，能夠增強訓練者與體育仿真系統進行交互的能力，即使是在虛擬的環境中進行投籃訓練，也可以體驗到更加真實的感覺。

在此基礎上，最終可實現回放式“助理教師”功能，利用虛擬仿真效果評價技術對練習者進行投籃動作訓練效果的優化，是解決上述問題的根本途徑。