5G+VR技術的智慧體育教學方案分析

蘭 坤

（江西省郵電規劃設計院有限公司，江西 南昌 330002）

1 VR+5G與智慧教學存在的聯系

1.1 5G與VR的關系

華為公司CEO李騰躍曾經說過這樣一句話：“5G加速了VR產業的發展，VR產業也是5G發展的重要需求。”5G為VR技術實現更好的發展創造了高質量的網絡環境，促使VR關鍵技術持續得到創新與突破，與此同時，VR應用本身的特點也注定了其發展離不開5G的大力支持。于是，我們有必要將二者進行有效結合，為各個行業的未來發展進行更好的助力。

1.2 VR技術下的智慧體育

VR技術的實現主要是在近眼顯示、感知交互、網絡傳輸和內容制作等新型技術的支持下，建設跨越端管云的新業態，借助體感交互的方式為體驗用戶創造虛擬的沉浸式、可交互的網絡環境，實現用戶對體育身臨其境般的體驗需求，進一步實現信息式消費與擴大升級[1]。5G通信網絡技術主要包括智能技術、大規模MIMO技術、網絡切片技術等關鍵技術，這些技術能夠為體育行業實現智慧應用給予技術支持。在5G網絡技術與VR技術背景下開展智慧體育教學，能夠對原有教學內容進行豐富。首先，能夠將遠程教學變為可能。通過使用AI智能攝像頭、全景攝像頭、麥克風等影音設備開展高清晰畫面視頻教學或全景運動教學，師生能夠進行實時互動，讓教學效果更加突出；其次，在技能訓練方面，能夠借助VR技術創造虛擬的技能訓練或職業實訓環境，讓學生在室內仍然能夠體驗到真實的訓練氛圍，以此來更好的學習職業技能；然后是體能評測方面，利用全景攝像機對學生的動作進行攝錄，利用教學建模、AI算法、動作識別庫實現對運動員運動狀態的分析與測評，有利于制定有針對性性的提高方案。

2 關于智慧體育在教學方案方面的設計分析

2.1 方案框架

“5G智慧體育教學”的教學方案是由通信網絡、終端、云、平臺四個關鍵部分組成的。其中，終端部分主要是一些智能設備，具有包括高清攝像頭、VR頭盔、智慧體育設備等，達到遠程接入、視頻錄制、場景攝制、動作識別等服務；通信網絡部分主要有5G網絡、智能互聯網，為體驗者提供連接與業務輸入服務；云平臺主要用來對網絡與云化進行布局；平臺部分主要包括播控平臺、內容平臺和移動邊緣計算平臺，主要為了實現控制教學、分發內容以及分析處理視頻資料等功能[2]。

2.2 方案主要流程

“5G智慧體育教學”的主要環節是VR視頻直播，其主要流程有視頻采集、傳輸處理、視頻播放三個環節。

2.2.1 視頻采集環節

在該環節里主要是借助全景攝像機對教學過程進行全景畫面拍攝，借助CPE、5G手機或設備本身具有的5G模塊與基站實現有效連接，將形成的RTSP或RTMP格式視頻流傳送到5G網絡接入網[3]。

2.2.2 傳輸處理環節

5G承載網借助“虛擬專網”的功能實現對直播內容的有效保證，保證VR直播流流利的傳送至內容平臺。然后，云端的內容平臺對其實行本地存儲，同時對分辨率、碼率、封裝格式等進行轉換操作，再把新生成的VR視頻流利用承載網上傳至終端。

2.2.3 視頻播放環節

VR視頻流借助基站下行通道上傳到電機機、移動手機、VR頭盔等設備上進行解碼播放，終端設備不同接收到的視頻流碼率以及分辨率等也會存在差異，當通信網絡發生變化的時候，同一個終端設備接收的視頻流參數也將發生改變。5G技術支持下的MEC網元，通過該服務器云端處理能夠下沉至網絡邊緣節點。當給用戶的VR視頻流至5G網絡中的MEC服務器后，它會結合用戶的觀看朝向、硬件配置、帶寬通信狀況，對收到的內容進行轉碼處理，給用戶提供絕佳的觀看體驗效果。

2.3 此方案具有的優勢

與有線寬帶或者4G通信網絡技術下的視頻教學進行比較，5G通信網絡技術支持下的智慧體育教育教學具有移動性更好、業務質量更穩定、用戶花費更少等優點。

2.3.1 移動性更好

用于采集的硬件設備能夠借助5G模組接入通信網絡，解決了有線方式存在的移動限制，并且還有效解決了與Wi-Fi相關的一切復雜問題，促使采集機位靈活性更好、移動性更佳，將多角度采集與空間變換變成可能。

2.3.2 業務質量更穩定

5G網絡下的“虛擬專網”在很大程度上幫助VR視頻流開通了自己的專屬通道，避免了其他業務資源的影響，使得視頻流質量更好。

2.3.3 用戶開銷更低

MEC服務器的出現與應用，為用戶省去了寬帶支出。把360°的視頻壓縮到以前的1/3-1/2，為用戶省去了流量費用。與此同時，該視頻放映對硬件設備的配置要求較低，這也間接省去了用戶購買硬件的費用。

3 方案的應用與推廣

智慧體育教學方案適用于遠程教學、技能訓練、體能評測等方面。

3.1 遠程教學

5G+VR技術下的遠程教學模式有兩種：一種是高清視頻教學，在不同的兩所學校中選擇一間教室布置高清AI跟蹤攝像頭、具備語音采集功能的麥克風對師生課上的反應進行拍攝，從而達到音頻與視頻的采集。通過使用5G網絡，能夠將課堂畫面、教學行為同時在兩個課堂上放映，并且實現互動；另外一種是沉浸式全景教學，在運動區域布置全景攝像機對教師的教學行為進行清晰拍攝，學生佩戴具有VR功能的眼鏡，感受虛擬的運動環境，學習運動細節，領會動作要點，達到室內體驗教學訓練的效果。

3.2 技能訓練

現階段，借助VR技術已經成功構建出了網球、射藝、皮劃艇等虛擬的技能訓練場景，沖破了以前體育課程對教學場所、硬件設施、安全等諸多方面的制約，幫助學生在虛擬現實環境下實現訓練，使其獲得身臨其境的真實體驗，實現教學目標[4]。并且在5G通信網絡技術的支持下將隔空訓練對抗變成可能，促使不同地點的兩個人能夠體驗到真實的實戰對抗。比如排球、羽毛球等對抗性體育項目，能夠借助VR技術對比賽對手進行模擬，模仿另一方的動作招式，在比賽之前提前進行練習，熟悉掌握對手的動作套路，找出對抗辦法，進而提升自己在實際對戰中的獲勝幾率。比賽結束后，借助平臺功能回放比賽場景，對比賽整體進行總結，對于自身存在的不足并且有針對性的進行提高，對數據庫中的人員數據進行更新，達到及時分析、戰術調整的目的。

3.3 體能評測

為了更好的攝錄學員的訓練動作、速度等，需要在訓練動場所多布置幾臺全景攝像機，利用5G通信網絡將其實時上傳至MEC邊緣平臺。然后，5G網絡下的MEC平臺利用數學建模與AI算法兩種常用方法，提取運動視頻中具有的特征，同時根據運動員自身情況建設體能模型與大數據庫，參照動作識別庫對運動員運動狀態展開對比分析，并且把分析得出的結果實時傳送至訓練場地，便于教練對運動員的動作與方式作出科學指導。如武術、體操、摔跤等競技類體育項目，對運動員專業素質要求較高，根據標準動作傳入到系統之后，通過使用AI智能攝像頭對運動員的運動軌跡進行全面捕捉，通過使用VR技術對運動員在實際訓練中的細小動作進行還原。運動訓練完成后，生成個人體能測評報告，實現對所有運動員技術動作特點與不規范動作的分析，同時參照分析得出的報告結果制定出有針對性的、科學的訓練方案，這樣做可以實現訓練質量的有效提升，確保運動訓練更加準確與科學。

4 結束語

由此可見，5G與VR技術的發展與不斷完善對智慧體育教學實現遠程教學、技能訓練、體能評測等項目具有很好的促進作用和深遠的影響。除此之外，5G通信技術的出現與落實還會增加視頻內容的費用，將VR行業的發展潛力顯露出來，滿足人們對沉浸式、交互式體驗的渴望。這種教學模式，能夠打破地域限制，優化升級原有的遠程教學形式，為人們帶去更加真實的互動體驗。與此同時，該技術還能應用到體育賽事與電子競技等領域，推動智慧體育朝向更好的方向發展。