虛幻引擎技術(shù)在冰壺課程中的應(yīng)用研究

王曉冬

摘要：隨著我國冰雪運(yùn)動的普及，越來越多的高校都開設(shè)了冰雪課程。但是在實(shí)際教學(xué)過程中，由于冰壺運(yùn)動的特殊性，其教學(xué)方法還存在很多不足之處。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，比如軍事模擬、醫(yī)學(xué)研究、科學(xué)計(jì)算等，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與冰壺運(yùn)動相結(jié)合，既能讓學(xué)生了解冰壺運(yùn)動的相關(guān)知識，也能為學(xué)生提供一個(gè)全新的學(xué)習(xí)平臺。本文主要研究了虛幻引擎技術(shù)，及其應(yīng)用于冰壺課程中的意義，并將冰壺游戲引入到高校體育課堂中來。分析了虛幻引擎技術(shù)應(yīng)用于冰壺課程中的架構(gòu)整體架構(gòu)，分析了虛幻引擎技術(shù)在冰壺課程中的應(yīng)用研究。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將冰壺運(yùn)動及相關(guān)知識點(diǎn)、技能及知識模擬出來，使學(xué)生對冰壺運(yùn)動有更加深入的認(rèn)識，同時(shí)也可以鍛煉學(xué)生的空間思維能力和動手能力。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);冰壺課程;虛幻引擎

近年來，隨著國家對冰雪運(yùn)動的重視，我國冰雪運(yùn)動迎來了爆發(fā)式的發(fā)展，全國各地高校都開設(shè)了冰雪運(yùn)動課程。在這樣的背景下，冰雪運(yùn)動的普及與推廣就顯得尤為重要。因此，各大高校都在積極地探索、開發(fā)適合本校學(xué)生的冰雪教學(xué)模式，其中冰壺運(yùn)動就是很多高校積極探索的體育課程之一。雖然目前高校在冰壺課程中，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為一種趨勢，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，還存在著一些問題，如冰壺游戲的畫面效果和交互體驗(yàn)感不夠完美，游戲過程中還存在卡頓等情況，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在冰壺課程中的應(yīng)用研究非常必要。本文采用虛幻引擎技術(shù)，以冰壺運(yùn)動為題材，把冰壺游戲搬到校園，建立一個(gè)逼真的、可交互的、具有真實(shí)體驗(yàn)感的虛擬游戲世界。

一、虛幻引擎技術(shù)

虛幻引擎（ Unreal Engine）是一種用于構(gòu)建3D 虛擬世界的軟件，它為學(xué)生提供了一個(gè)模擬真實(shí)世界中物體的運(yùn)動和交互方式，讓學(xué)生能夠沉浸其中進(jìn)行互動，并且通過不同的視角和動作可以獲得不同的體驗(yàn)效果。

虛幻引擎是基于微軟 Windows 系統(tǒng)開發(fā)的一款3D 引擎軟件，一個(gè)用來建立3D 虛擬世界和物體交互系統(tǒng)的軟件。它通過使用一組標(biāo)準(zhǔn)程序來創(chuàng)建逼真、沉浸和交互式體驗(yàn)。其中，虛幻引擎有許多核心模塊，包括物理、圖形、聲音和學(xué)生界面它支持將物理、圖形和學(xué)生界面集成到一個(gè)單獨(dú)的模塊中，以創(chuàng)建更真實(shí)的交互體驗(yàn)。

虛幻引擎的主要功能模塊包括：場景創(chuàng)建模塊、碰撞檢測模塊、光照模塊、物理模擬模塊、粒子系統(tǒng)和物理碰撞檢測模塊。其中場景創(chuàng)建模塊是用于構(gòu)建3D 虛擬世界的核心，它包括了物理模擬、材質(zhì)貼圖和渲染過程。碰撞檢測是用于檢測場景中的物體間碰撞和物體間的交互作用，如物體相互碰撞會導(dǎo)致物體間的交互作用發(fā)生改變;材質(zhì)貼圖用于為場景中的物體提供顏色和材質(zhì)效果，它可以使場景更加真實(shí)。

二、虛幻引擎技術(shù)在冰壺課程中應(yīng)用研究的意義

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對教育事業(yè)也越來越重視，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種重要的教學(xué)手段，對于高校體育教學(xué)具有十分重要的意義。

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入，可以豐富體育課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在傳統(tǒng)的體育課堂教學(xué)中，教師只能通過自己的講解，讓學(xué)生掌握一定的技術(shù)動作要領(lǐng)，但是由于場地、時(shí)間、環(huán)境等因素限制，往往不能將每個(gè)動作都進(jìn)行演示。

而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有非常強(qiáng)的交互性，能夠把抽象的技術(shù)動作變得生動形象，使學(xué)生更好地掌握技術(shù)要領(lǐng)。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)體育課堂教學(xué)中的不足，提高學(xué)生參與體育課程的積極性

傳統(tǒng)的體育課堂教學(xué)內(nèi)容比較單一，以學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)為主，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對體育課程的內(nèi)容進(jìn)行模擬，讓學(xué)生通過觀看視頻、模擬比賽等形式，提高學(xué)生對運(yùn)動項(xiàng)目的理解，從而提高學(xué)生對體育課程的興趣。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以豐富體育教學(xué)手段，為學(xué)生提供更加直觀形象、生動活潑的體育課堂教學(xué)環(huán)境，從而提高課堂效率

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育教學(xué)中的應(yīng)用，可以使學(xué)生感受到更加直觀形象的運(yùn)動場景，從而使學(xué)生可以更好地掌握體育動作要領(lǐng)，避免了因運(yùn)動技巧和動作要領(lǐng)掌握不熟練而導(dǎo)致的運(yùn)動損傷，從而提高學(xué)生的參與度，使體育教學(xué)效果得到提升。

（四）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為學(xué)生提供真實(shí)而又直觀、生動、形象的體育運(yùn)動場景，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬體育場景可以幫助學(xué)生們更好的理解冰壺運(yùn)動，在練習(xí)的過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使自己的冰壺技術(shù)不斷提高，從而培養(yǎng)了學(xué)生們的動手能力和創(chuàng)新精神，這對于高校體育教學(xué)有著十分重要的意義。

三、研究內(nèi)容

本文以冰壺運(yùn)動的玩法和比賽規(guī)則為依據(jù)，在 VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)中以圖像、圖形、聲音、位置、姿勢、力反饋、觸覺等為依據(jù)，建立了一個(gè)虛擬的冰壺訓(xùn)練場地。通過視覺、聽覺、觸覺、力覺等多種感官的互動，達(dá)到“身臨其境”的境界。在冰壺運(yùn)動教學(xué)中，可以對技術(shù)動作進(jìn)行逼真的演示，也可以用三維交互的形式來替代傳統(tǒng)的技術(shù)動作錄像，將完整的推冰壺技術(shù)和刷冰的技術(shù)環(huán)節(jié)以及教學(xué)中的輔助手段在技術(shù)動作的過程中進(jìn)行展現(xiàn)，體會身體各部位發(fā)力的力度、順序以及動作的幅度，從而產(chǎn)生運(yùn)動共感。通過這種方式，既能讓學(xué)生學(xué)會正確的操作方式，又能讓他們對發(fā)球時(shí)肌肉的用力狀態(tài)有一個(gè)清晰的認(rèn)識，在這種不斷地、身臨其境地感受之后，他們就能更快速、更精確地掌握技術(shù)動作。從多個(gè)角度、多個(gè)距離地排練多個(gè)技術(shù)動作，并最終實(shí)現(xiàn)掌握技術(shù)動作的目的。

在大學(xué)里開設(shè)冰雪課程，不能太過單調(diào)，要想讓他們的學(xué)習(xí)興趣得到充分的體現(xiàn)，因此，尋找冰雪類的課余活動就顯得十分必要。這一課題的研究屬于教育改革中的一種創(chuàng)新，屬于對教育方法進(jìn)行改進(jìn)，要持續(xù)增加大眾性、趣味性的冰雪運(yùn)動課程，以此來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而提升教育的質(zhì)量，并將課程資源的優(yōu)點(diǎn)充分利用起來。

可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對實(shí)際不具備的設(shè)施場地條件進(jìn)行仿真，以協(xié)助體育項(xiàng)目來進(jìn)行訓(xùn)練和教學(xué)，但這只是一種輔助教學(xué)手段，用這個(gè)技術(shù)手段可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以及提高學(xué)習(xí)的硬件條件，進(jìn)而幫助學(xué)生在真正的體育項(xiàng)目訓(xùn)練中取得更好的學(xué)習(xí)效果。冰壺是一項(xiàng)對運(yùn)動員技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)、心理和個(gè)人綜合素質(zhì)要求較高的體育運(yùn)動，而室內(nèi)冰壺對青少年的身心健康有著很好的作用，在中國，利用室內(nèi)冰壺可以培養(yǎng)他們的新的技能和社交技能，這對于他們未來的發(fā)展有著很大的好處。采用 VR 的方式來實(shí)現(xiàn)的體育競技類游戲，之所以推出這款游戲，其主要目的是利用VR 技術(shù)的交互方式，讓玩家在游戲中更好地感受到這款體育運(yùn)動。在游戲中，玩家可以利用 HT ive 等 VR 設(shè)備，感受到自己在虛擬世界中探索的樂趣，還可以選擇不同的國家和不同的隊(duì)伍來進(jìn)行對抗賽。這款游戲是一款 VR 競技游戲，它完全還原了冰壺比賽的全過程，讓玩家對這項(xiàng)比賽有一個(gè)全面的認(rèn)識。這項(xiàng)工作是以出色的發(fā)動機(jī)制造工藝、技巧、動作的真實(shí)性、圖像的真實(shí)性等為基礎(chǔ)，全面地再現(xiàn)了冰壺項(xiàng)目。