健美操訓練中虛擬現實技術的應用探討

山西農業大學信息學院

健美操作為追求美感的體育項目，漸漸被融入實際的體育課程中去，很多學生都比較喜歡這樣的學科。健美操訓練中有肉眼觀察不到的細微動作，還需要有著一定的情境性，才能夠進入到理想的訓練格局，此時如果僅僅使用傳統訓練的手段來開展，未必能夠取得理想的訓練效果。在這樣的背景下就可以積極將虛擬現實技術滲透其中。

一、虛擬現實技術概況

以計算機技術為基礎去實現虛擬環境的構建，打造對應的適合體育鍛煉的場景，由此起到體育訓練的效果，這就是虛擬現實技術融入教育領域的基本原理。這種技術有著很強的沉浸性，交互性和構想性，屬于計算機高級人機交互應用的范疇。在此技術發揮效能的過程中，會將多維圖形技術，多媒體技術，仿真技術，傳感器技術等滲透進去，技術組合之后確保感官功能可以模擬，也就是說仿佛身處其中，可以聽到，可以觸及到，可以看到，屬于一種人為的虛擬環境創設過程。對于用戶而言，可以在這樣的技術幫助下，實現與系統之間的交互，可以是身體上，也可以是語言上的，繼而創設出多維擬人化的空間格局，會使得人產生對應的沉浸感。從這個角度來看，虛擬顯示技術不僅僅是在演示媒體，還是一種有效的設計工具。

二、虛擬現實技術在體育訓練中運用的實踐案例

基于虛擬現實技術實現對應體育訓練系統的構建，這是當前很多學校體育教育教學投入的重要項目之一，其主張將虛擬現實技術架構起來的體育訓練系統，使用到體育鍛煉和體育教學中去，以此提升實際的教育教學的效果。當然這種系統的構建需要遵循對應的步驟，也需要使用對應的技術架構，詳細來講述，主要可以將其歸結為：

（一）三維建模的運用

首先要關注于學生的三維模型，關注于運動場景的三維模型構建，顧名思義就是依照教育教學實體實現對應訓練模型的構建，在此過程中常常需要使用對應的建模工具或者軟件，主要有：Maya、3Dmax 等，依靠這些軟件使得三維模型得以構建，畫出物體的二維矢量圖，在此基礎上進入到三維建模的狀態，就可以達到對應的建模效果。

（二）體育仿真系統的結構分析

除了要使用三維建模技術之外，還需要懂得體育仿真系統的架構，這也是實現虛擬現實技術應用的前提和基礎。一般情況下基于虛擬現實技術的體育系統仿真主要由三個部分構成：輸入系統、虛擬環境產生器部分、輸出系統。對于輸入系統而言，就是依靠方向跟蹤元器件，數據手套，手套輸入控制，轉換器等構件起來的子系統；虛擬環境產生器，就是由用戶系統，三維處理器，三維數據庫，仿真管理器，高性能計算機，端口，圖形卡，觸覺力覺反饋裝置構建而成的；輸出系統的結構為信號轉換器和效果顯示器。對于用戶而言，可以借助這樣的系統架構產生更加真實的視覺體驗或者聽覺體驗，甚至因此去實現與虛擬環境中的交互，就如同自己就處于對應場景一樣，有著很強的沉浸性。

三、虛擬現實技術在健美操訓練中的應用

健美操訓練中會有很多高難度的動作，并且這些動作需要配合對應的音樂節奏去進行，這樣就使得其有著很強的表演性，也就是說對于參與者而言需要確保音樂，背景與肢體語言融合起來，完成對應的演繹任務，以此呈現出健康與美的價值觀。一套健美操的訓練，必須是高質量的，能夠對有難度的動作進行跳幀，符合節目編排和表現的訴求，達到一定的藝術指標。在實際的教育教學的過程中，如果比賽現場的真實環境能夠被模擬出來，就可以確保每個組合動作進入到精細化分析和研究的狀態，依靠這樣精細化的數據可以使得學生的體操水平得到更好的評估，可以找到對應訓練節點上存在的偏差，繼而確保后續的訓練朝著更加理想的方向發展和進步。詳細來講述虛擬現實技術在健美操訓練中的應用集中體現在如下幾個方面：

（一）依靠虛擬現實技術實現健美操考核選拔機制的構建

如何以更加先進的方式去實現健美操人才的選拔和考核，是健美操教育教學中必須關注的問題，這不僅僅關乎健美操運動的積極發展，還關乎到后續運動質量的提升，更加關乎學生健美操運動能力的可持續發展和進步。以前在教育教學中對于學生的選拔或者評估都是依靠教師的經驗來進行判定的，這樣很容易出現隨意性的情況，難以進入到科學全面的分析狀態，此時就可能出現部分有潛質的學生被疏忽，繼而使得他們難以成為健美操項目的佼佼者。從實踐選拔和評估的現狀來看，其考量的指標主要有學生的體重參數，學生的身高參數，學生肌肉分布參數，學生的柔韌程度，學生的反應速度，學生的力量參數等，在獲取這些數據信息之后，然后將其歸結到實際的仿真模型中去，這樣學生就可以進行類別的劃分，在此基礎上實現對應健美操教育教學內容和方式的優化，可以確保實際健美操的訓練進入到更加分層化的狀態，這將為后續的訓練奠定良好的基礎。

（二）借助無限回看功能實現訓練動作的精細化設計

使用現實虛擬技術可以使健美操過程中學生的各個動作參數得以呈現，無論是時間點上的動作細節，還是連續動作中的關聯，都可以借助這樣的方式呈現出來，這樣就可以更好的去了解每個學生的訓練學情。借助現實虛擬技術，可以將對應的動作納入虛擬環境中去，甚至沒有到對應動作點之前就可以實現多個動作的預演，在視頻和專業研究軟件的幫助下，積極實現精準動作與學生運動動作之間的對比分析，這樣可以更加全面的了解學生在運動動作中存在的缺陷和不足，由此降低教師去發現學生訓練差異的難度，使得教師可以更快的掌握對應的動作缺陷，在此基礎上制定后續的訓練計劃，可以使得實際的教育教學設計朝著更加連貫性，更加交互性的方向發展。基于這樣的考量，實際學生的動作質量，對應整體的訓練效果也會朝著更加理想的方向發展[1]。

（三）依靠精細化的數據創設更加理想的訓練環境

將國內國際上健美操的場地標準參數，實際競技場地的規格參數納入實際的系統中去，并且以軟件的角度來進行補貼角色的合理設定，可以使得實際的訓練比賽的情境得以構建，這樣就可以引導學生進入到更加理想的訓練格局，使得實際的虛擬現實技術與健美操的訓練比賽關聯起來。對于學生而言，能夠在這樣虛擬的環境中去進行鍛煉，可以更快的進入到狀態，在此過程中系統會將學生的動作表現記錄下來，并且依靠之前建立的動作評估，及時實現實際訓練成績的生成，獲得對應訓練報告之后，學生可以在系統中看到自己的不足和缺陷，然后將此作為后續訓練的節點，這樣就可以引導學生進入到良好的自主學習自我調整的狀態，很明顯這樣就可以使得實際的健美操的訓練朝著更加自主化和個性化的方向發展和進步[2]。

四、基于現實虛擬技術的健美操訓練機制的構建

既然現實虛擬技術在健美操訓練中可以發揮如此大的效能，就需要積極主動的將其滲透到實際的健美操訓練中去，最好可以實現日常化，由此營造良好的健美操訓練環境和氛圍，這對于提升實際健美操訓練質量而言，是至關重要的。在此環節還需要積極做好如下幾個方面的工作：

（一）加大對基于現實虛擬技術健美操訓練系統的投入

很明顯基于現實虛擬技術健美操訓練系統的構建需要很大的投入，在此方面需要對應的教育主體可以正確認識實際健美操訓練中現實虛擬技術的價值，積極主動的增加在此方面的投入，確保可以與對應的系統供應商實現合作，結合人自身學校健美操訓練的實際訴求，確保對應的系統可以滿足實際訓練和教育教學的訴求，由此使得自身健美操體育教育教學朝著更加精細化的方向發展。除了前期的系統架構投入之外，在實際系統使用方面，系統維護和管理方面也需要進行投入，也就是說需要形成持續性的投入機制，這樣才能夠確保基于現實虛擬技術的健美操訓練系統可以很好服務于健美操訓練工作[3]。

（二）提升健美操教育工作者使用虛擬現實技術的素質

需要了解到的是虛擬現實技術最終要作用于實際的健美操訓練，而作為實際健美操訓練和教育的主體，教師必須要有此方面的素質和能力，如果學校在此方面進行了投入，但是忽視了教師自身專業素養的培訓，就可能使得教師的教育教學行為與虛擬現實技術處于相互脫軌的狀態。為此就需要積極主動的做好如下幾個方面的工作：其一，在實際系統構架完畢之后，積極召集健美操體育教師，開展專業化的培訓課程，培訓課程的內容牽涉到系統的使用技巧，系統與訓練任務之間的融合技巧等，繼而確保教師可以積極主動的進入到對應的系統使用狀態；其二，不斷總結和反思實際虛擬現實技術的使用經驗，反思實際使用過程中存在的不足和缺陷，然后積極的去進行交互，確保實際的虛擬現實技術的使用素質朝著更加高的方向發展和進步[4]。

（三）建立現實虛擬技術健美操訓練的標準和規范

隨著越來越多的學校開始將虛擬技術引入到實際健美操訓練中去，在此方面的經驗會得到不斷的積累，關于此方面的研究理論基礎也會朝著更加夯實的方向發展，此時就可以召集此方面的專家積極結合健美操教育教學和訓練的訴求，對于虛擬系統構建的歷程進行分析和歸結，做好研判之后，實現對應系統架構標準和規范的構建。這樣的標準和規范將成為各個學校建設此類型系統的重要參考，這樣可以使得實際的系統兼容性和適應性得以提升，由此確保實際虛擬現實技術可以更好的服務于健美操訓練和教育教學。

五、結語

虛擬現實技術在健美操訓練中的運用，是科學技術發展到一定階段的產物，其可以引導健美操訓練進入到更加高質量的狀態。對于實際學習者而言，能夠進入到這樣的學習格局，可以使得自身健美操的技術素養得以不斷提升。