計算機虛擬現(xiàn)實技術在高校體育訓練中的應用

楊繼宏，朱德龍

（1.安徽理工大學 體育部，安徽 淮南232001；2.合肥師范學院 體育科學學院，合肥230061）

0 引言

隨著我國綜合國力的不斷提升，黨和各級政府越來越重視國民的身體素質(zhì)發(fā)展，中共中央、國務院相繼發(fā)布了《“健康中國2030”實施綱要》《全民健身實施計劃（2021—2025 年）》等文件.近些年，國民的體育鍛煉意識不斷加強，越來越多的人在業(yè)余時間開始從事體育鍛煉活動.高校體育教育為社會培養(yǎng)了各類體育人才，但是傳統(tǒng)的體育訓練方法已經(jīng)不能滿足時代的需要.體育訓練方法是體育理論和訓練實踐之間連接的橋梁，在體育訓練中有著非常重要的地位［1］.教育改革和技術進步有著密不可分的聯(lián)系，高校所采用的體育訓練方法也發(fā)生了潛移默化的變化，這些變化促使人們對體育訓練有了更高的標準和要求.因此，在現(xiàn)代體育訓練中應該積極采用創(chuàng)新性的訓練方法，解決訓練過程中的重難點問題.虛擬現(xiàn)實技術是通過計算機、VR技術和傳感器等建立的一種接近現(xiàn)實的虛擬環(huán)境，具有交互性、沉浸性和想象性三個特征［2］.虛擬現(xiàn)實技術有著廣泛的應用領域，如外科手術、教育、康復訓練等.虛擬現(xiàn)實技術對教育的推動作用十分顯著，與傳統(tǒng)的教學方法相比，發(fā)揮了學生的主觀能動性.在高校體育訓練中，建立全新的訓練模式，使學生能夠快捷學習和掌握運動知識，提高運動技能.

1 文獻回顧

虛擬現(xiàn)實技術很早就被傳入中國，20世紀90年代初相關部門和科研工作者開始對虛擬現(xiàn)實技術進行深入的研究，自此，我國虛擬現(xiàn)實技術進入蓬勃發(fā)展時期.國內(nèi)學者羅恒等（2021）在文中提到，通過簡易的VR 眼鏡和智能手機就能實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實模擬，并進一步介紹了Unity3D 引擎的特征、結(jié)構(gòu)和功能，論述了虛擬現(xiàn)實技術的基本開發(fā)步驟，主要包含立體視覺功能的實現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實技術的一般化運用奠定了基礎［3］；鄭玲等（2021）認為虛擬現(xiàn)實技術在教育領域有著長遠的應用前景，作為重要的信息載體，能夠讓使用者產(chǎn)生身臨其境的感覺，構(gòu)建完整的知識體系，從而激發(fā)學生的學習興趣，是一種全新的教學模式［4］；華子荀等（2021）指出虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)對傳統(tǒng)教育產(chǎn)生了深遠的影響，改變了傳統(tǒng)的教學方法和教學理念，在體育訓練領域更是如此，全新的訓練設施的運用，極大地提升了運動員的運動技能［5］；王安然（2021）提到，虛擬現(xiàn)實技術是多媒體技術的深入發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術可以把運動員的基本動作轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，并配上必要的注釋和說明，根據(jù)學生的具體需要提供給學生，這種全新的教學方法不僅可以完成知識的講授，同時也能糾正和規(guī)范學生的運動動作.因此，虛擬現(xiàn)實技術在體育訓練的各個領域中都能取得了較好的教學效果［6］；楊青和鐘書華（2021）在文中總結(jié)到，虛擬現(xiàn)實技術在體育訓練中的運用主要是過程模擬和競爭模擬，如運動訓練過程智能化監(jiān)控、信息收集與分析、體育設施的研發(fā)、運動動作的編排等等.在各類競技運動中都能看到虛擬現(xiàn)實技術的身影，在體育運動中虛擬現(xiàn)實技術有著廣泛的應用前景［7］.由于體育運動的特殊性，虛擬現(xiàn)實技術和體育訓練相結(jié)合的成功案例并不多，相關研究也并不深入，有待進一步挖掘虛擬現(xiàn)實技術在體育訓練中的應用.

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

為了深入分析虛擬現(xiàn)實技術在高校體育訓練中的應用情況，本文以高校網(wǎng)球訓練的學生為主要研究對象.在確定了研究對象之后，通過查閱相關的文獻，在線上使用知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫搜索虛擬現(xiàn)實技術的研究文獻，把握這一研究的最新動態(tài)，為后續(xù)研究奠定基礎.為了使研究更加貼近實際，首先對高校的網(wǎng)球教師進行訪談，更加全面地了解高校網(wǎng)球訓練開展的全部流程.然后請教網(wǎng)球?qū)＜遥攸c了解虛擬現(xiàn)實技術在網(wǎng)球訓練中的運用.通過專家訪談，認真聽取他們對研究的理解與建議，制定出具有實踐性的實驗方案［8］.在網(wǎng)球?qū)W習效果的評價上采用“網(wǎng)球?qū)W習效果調(diào)查問卷”，分別在實驗前后進行發(fā)放，對問卷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，對比學生的學習效果，判斷虛擬現(xiàn)實技術的科學性.

2.2 問卷信效度檢驗

本文對網(wǎng)球運動效果量表的信度分析主要采用重測法，以第一次填寫的問卷數(shù)據(jù)為基礎，在30 天后進行重新調(diào)查，對兩次填寫的樣本數(shù)據(jù)進行對比分析，采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進行對比，最后得到網(wǎng)球運動效果量表效度為0.837＞0.8，問卷信度符合要求，具體檢驗步驟為：

（1）將網(wǎng)球運動員劃分為實驗組和對照組，每組20人，在實驗之初進行問卷發(fā)放和現(xiàn)場回收；

（2）30天之后對實驗組和對照組發(fā)放同樣的調(diào)查問卷，并進行現(xiàn)場發(fā)放和回收；

（3）整理兩次調(diào)查問卷的數(shù)據(jù)，進行分析、計算和對比.

關于效度的檢驗主要采用專家評定法，邀請10 位網(wǎng)球運動專家組成專家評審團.通過評審團的判定，認為調(diào)查問卷效度檢驗合格，調(diào)查問卷能夠全面地反映實驗對象對網(wǎng)球運動的興趣、學習動機和學習效果.因此，調(diào)查問卷具有較好的效度.

2.3 實驗設計

2.3.1 自變量、因變量和控制變量

自變量為不同的訓練方法，在實驗中對照組采用傳統(tǒng)訓練方法，實驗組采用虛擬現(xiàn)實技術訓練方法.本文的研究目的在于分析虛擬現(xiàn)實技術對體育訓練的影響，訪談相關專家后，結(jié)合本文的研究目的，確定因變量為網(wǎng)球?qū)W習效果.在控制變量上，需要保證實驗對象無顯著差異、任課教師和測試教師均保持一致、教學和測試的時間地點具有同質(zhì)性.

2.3.2 虛擬現(xiàn)實技術的應用

根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術的應用特點，主要分為三個步驟：前期拍攝、中期合成和后期應用.在本研究中虛擬現(xiàn)實技術主要運用于實驗組，在前期拍攝中需要提前安置好攝像設備，如表1 所示，對實驗對象的動作進行捕捉；在中期對全部的視頻素材進行2D 和3D 處理；在后期可對視頻資源進行反復觀看，并進行必要的測試.

表1 虛擬現(xiàn)實技術實驗步驟

2.3.3 實驗測試指標

在開展實驗之前，按照《國家學生體質(zhì)健康標準》測量學生的肺活量、立定跳遠和50 m短跑成績，衡量實驗對象的身體機能.在網(wǎng)球能力的測試方面，測試內(nèi)容主要包括正反手斜線擊球和正反手精準擊球.

球感測試：對實驗對象進行20 s 原地擊球、20 s 落地顛球和20 s 凌空顛球測試，記錄累計成功個數(shù)作為成績.

正反手斜線擊球：待實驗對象做好準備后，站在底線中間點的位置，授課教師將球送到指定范圍，實驗對象采用正反手斜線擊球，正反手斜線擊球各10 球，擊中1 球計10 分（正反手斜線擊球滿分各為100分）.正反手斜線擊球線路如圖1所示.

圖1 正反手斜線擊球線路

正反手精準擊球：待實驗對象做好準備后，站在底線中間點的位置，教師在指定地點拋球，學生擊球到指定地點即可得分，正反手精準擊球各10球，擊中1球計10分（正反手精準擊球滿分各為100分）.

3 研究結(jié)果與分析

3.1 身體機能分析

授課結(jié)束后，對實驗對象進行再次測試，為了保證實驗的科學性，實驗前后的測試指標均保持一致.實驗前后運動員身體機能指標數(shù)據(jù)如表2和表3所示.對比表2和表3數(shù)據(jù)可知，實驗后實驗組學生的立定跳遠、50 m 跑和肺活量成績與實驗前相比均有所提升，可以認為虛擬現(xiàn)實技術對實驗對象的身體機能有顯著的提升作用.進一步比較實驗后實驗組和對照組學生身體機能指標數(shù)據(jù)的T值和P值，發(fā)現(xiàn)實驗組學生的立定跳遠、50 m 跑和肺活量成績與對照組學生相比有顯著提升，且差異明顯，說明虛擬現(xiàn)實技術訓練法要優(yōu)于傳統(tǒng)訓練法.

表2 實驗前學生身體機能指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表3 實驗后學生身體機能指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3.2 正反手斜線擊球分析

實驗組的學生通過對操作技術的重復訓練，能夠更好地掌握這一技術，有更好的球感.實驗組和對照組學生的正反手斜線擊球成績?nèi)绫?所示.由表4可知，實驗組和對照組學生的正反手斜線擊球平均得分為88.53，85.45分和75.32，72.48分，實驗組學生的成績較對照組成績有一定提升，且存在明顯差異，主要原因在于實驗組采用的是虛擬現(xiàn)實技術訓練法，在同樣的時間內(nèi)實驗組成績有明顯提升，足見虛擬現(xiàn)實技術法的巨大作用.

表4 實驗組和對照組學生正反手斜線擊球成績統(tǒng)計表

3.3 正反手精準擊球分析

實驗組和對照組學生的正反手精準擊球成績?nèi)绫? 所示.由表5 可知，實驗組和對照組的正反手精準擊球成績分別為83.54，79.78分和73.47，71.23分，實驗組成績有一定提升.根據(jù)實驗結(jié)果可以判斷，虛擬現(xiàn)實技術訓練法和傳統(tǒng)訓練法具有顯著差異，實驗組學生在擊球精準性上要高于對照組學生.其原因可能是在虛擬現(xiàn)實技術訓練中，學生通過虛擬現(xiàn)實技術對擊球的各項技術細節(jié)有著充分的認知，并在訓練過程中得到不斷的加強.隨著熟練度的提升，實驗組學生的擊球技術會越來越好，從而會激發(fā)學生的學習興趣.

表5 實驗組和對照組學生正反手精準擊球成績統(tǒng)計表

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文通過建立實驗組和對照組，在實驗組采用虛擬現(xiàn)實技術訓練法，對照組采用傳統(tǒng)訓練法，對實驗數(shù)據(jù)進行分析后得到如下結(jié)論：實驗后實驗組學生的立定跳遠、50 m 跑和肺活量成績均有所提升，說明虛擬現(xiàn)實技術對實驗對象的身體機能有顯著的提升作用；實驗組和對照組學生的正反手斜線擊球分數(shù)分別是88.53，85.45分和75.32，72.48分，正反手精準擊球分數(shù)分別是83.54，79.78分和73.47，71.23分，實驗組的成績較對照組成績有明顯提升，且差異顯著.根據(jù)實驗結(jié)果可以判斷，虛擬現(xiàn)實技術訓練法和傳統(tǒng)訓練法具有顯著差異.

4.2 建議

（1）提高虛擬現(xiàn)實技術在高校體育訓練中的普及程度.根據(jù)實驗結(jié)果，虛擬現(xiàn)實技術對運動員體育能力的提升有著顯著的促進作用.在條件允許的前提下，高校在運動員訓練中可以適當擴充虛擬現(xiàn)實技術設備，創(chuàng)新高校體育訓練方法，采用全新的技術提高訓練效果.虛擬現(xiàn)實技術的推廣應循序漸進，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，并予以糾正.

（2）積極進行體育訓練法創(chuàng)新.目前，國內(nèi)高校中大多數(shù)體育訓練都是采用傳統(tǒng)的訓練法，傳統(tǒng)訓練法有著成本低、操作簡單的優(yōu)勢.昂貴的技術設備是高校體育訓練的瓶頸，高校應積極創(chuàng)新體育訓練法，讓虛擬現(xiàn)實技術能夠進入高校體育訓練中，促進我國體育事業(yè)的發(fā)展［9］.

（3）加大投入促進體育訓練方法革新.相關單位應轉(zhuǎn)變高校教師的觀念，加大資金投入和宣傳力度，與專業(yè)的科技公司合作，制作更為優(yōu)良的教學素材，建立數(shù)據(jù)庫，讓虛擬現(xiàn)實技術能夠更廣泛地服務于體育教學.虛擬現(xiàn)實技術作為一種輔助的訓練手段，在高校教學中取得了良好的效果，但并不能完全取代傳統(tǒng)的訓練方法，在實際教學中要將二者相互結(jié)合，取長補短，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢.