新興科技在體育訓練中的應用
——基于虛擬現實和增強現實的研究綜述

張 昊,尹文榮

(山東華宇工學院,山東 德州 253034)

在數字化飛速發展時代,新興科技正深刻地影響著各個領域的發展,體育訓練領域同樣受益匪淺。在傳統體育訓練依賴于實地操作和教練直接指導的背景下,隨著虛擬現實(Virtual Reality,VR)和增強現實(Augmented Reality,AR)技術的嶄露頭角,運動領域迎來前所未有的創新機遇。VR通過模擬虛構的環境為運動員提供更為真實的訓練體驗[1],有利于激發運動員的潛在激情和競技潛力,而AR能夠融合數字信息與真實世界,通過為運動員提供實時數據反饋精準地引導和改進其訓練過程。基于此,探究VR和AR在體育訓練中的應用現狀、技術優勢與挑戰及其在不同體育項目中的實際應用效果,通過對兩者進行比較研究,為體育訓練領域提供科學依據,供教練和運動員選擇更適合的技術方案。

1 虛擬現實(VR)技術在體育訓練中的應用

虛擬現實是通過計算機技術模擬出具有三維立體感的全新體驗,用戶可以通過穿戴特殊設備或進入特定的虛擬空間與虛擬環境實現交互,其原理是基于計算機圖形學、傳感技術及人機交互的綜合運用,通過先進的計算機圖形學技術,系統可以創建逼真的虛擬環境,為運動員提供更加真實的感覺和體驗。

體育訓練中,VR被廣泛應用于多個方面：①在技術細節的訓練上大放異彩,如在足球領域,運動員可以通過佩戴VR頭戴設備在虛擬場地上與對手進行一對一的競技,感受真實的比賽氛圍,從而提高技術水平。②在戰術演練時,通過VR技術模擬不同的比賽場景,讓運動員更好地理解和適應戰術變化[2]。

VR技術應用在體育訓練中有諸多優勢：①通過創造高度沉浸式的體驗使運動員身臨其境地感受訓練場景,增強了訓練的現場感。②根據不同運動員的需求制訂高度個性化、靈活性的訓練方案,更好地滿足個體的訓練需求,使運動員可以在不同時間、不同地點進行虛擬訓練,提高了訓練的效率和靈活性。

VR技術在體育訓練中的應用也面臨一些挑戰：①技術本身具復雜性,硬件和軟件等的投入成本高。②運動員對VR的適應需要時間,可能引起暈動癥等不適感需要及時解決。

2 增強現實技術(AR)在體育訓練中的應用

增強現實技術能通過計算機技術將數字信息疊加到真實世界,使用戶能夠在真實環境中看到與現實世界融合的虛擬元素。AR技術的原理涉及計算機視覺、傳感技術及實時數據處理,通過設備的攝像頭捕捉真實世界的圖像或視頻,并將這些信息傳輸給計算機進行處理。計算機通過對圖像或視頻的分析,識別并定位真實世界中的物體,然后在用戶設備上疊加相應的虛擬元素,最終通過顯示設備(如頭戴式顯示器或手機屏幕)呈現給用戶。

AR在體育訓練中的應用涵蓋了多個方面：①在技術細節訓練中發揮關鍵作用,如籃球運動員可以通過AR眼鏡觀看比賽錄像并在訓練中實時獲取投籃姿勢的反饋,從而精準調整技術動作。②在戰術演練中,通過在實際場地上疊加虛擬信息使教練能夠更好地設計戰術布局和隊形變化。③提供實時數據分析,幫助運動員和教練更好地理解比賽狀況,制訂更精準的戰術。

AR在體育訓練中的應用具有獨特的優勢,提供的實時、個性化信息反饋使運動員能夠在訓練過程中及時調整和改進動作技巧,增加訓練的互動性,使訓練更富有趣味性和吸引力[3],但應用過程中也面臨一些挑戰：①對硬件設備的依賴性較強,成本較高,AR眼鏡等設備的普及尚需時間。②運動場地存在一定復雜性和不確定性,對AR的精準應用提出了更高的要求。

3 VR與AR的應用在體育訓練中的比較

如表1所示,從技術基礎來看,VR通過創造封閉式虛擬環境使用戶完全沉浸于虛擬世界,而AR更注重與真實環境的結合,通過開放式環境提供更靈活的交互方式,使用戶可以在虛擬與真實之間進行切換。

表1 VR與AR的技術基礎比較Tab.1 Comparison of technical basis of VR and AR

如表2所示,從運用場景來看,VR主要用于創造虛擬環境,適用于體育模擬訓練和戰術演練,AR更注重將虛擬元素與真實場景相結合,適用于實時指導、心理訓練等場景。

表2 VR與AR的運用場景比較Tab.2 Comparison of application scenarios of VR and AR

如表3所示,從效果與成效來看,VR能夠提供高度的沉浸體驗,適合個體獨立訓練,AR則注重保留真實世界感和虛擬元素的疊加,更適用于團隊合作和個體訓練的實時反饋。

表3 VR與AR的訓練效果與成效比較Tab.3 Comparison of effect and effectiveness of VR and AR

選擇VR或AR技術進行體育訓練時,需考慮到技術成本、用戶適應度、實時性與靈活性等因素。如表4所示,VR的高成本和相對封閉性使其更適合對訓練環境要求較高的場景,AR則憑借低成本、易適應及靈活性的特點更適用于開放式環境下可以進行實時指導與個性化訓練的場景。

表4 VR與AR技術應用的選擇考量Tab.4 Consideration of application selection of VR and AR

4 討論與結論

4.1 發展趨勢

未來,新興科技在體育訓練中將迎來更多技術創新與突破,VR有望在沉浸感、圖像質量及交互性方面取得重大進展,更高分辨率、更真實的模擬環境將提供更逼真的訓練體驗,使運動員仿佛置身于真實的比賽場景中。新一代的VR設備會更加輕便、便攜,增強訓練的靈活性。AR領域未來將注重技術的融合與創新,通過將虛擬元素與真實場景更加無縫地結合,為運動員提供更為細致、個性化的實時反饋。

AR和VR在體育訓練中的應用將不斷拓展,不僅局限于傳統的體育模擬訓練和戰術演練,未來將從以下幾個方面進行拓展：從心理訓練與認知提升方面來看,利用VR技術能夠使運動員在模擬的高壓比賽場景中進行心理訓練,增強其抗壓能力。AR可以用于認知訓練,通過疊加虛擬元素來提高運動員的感知和決策速度。從協同訓練與團隊建設來看,新興科技將促進協同訓練和團隊建設領域的發展,通過AR和VR開展訓練,團隊成員可以實現遠距離實時協同訓練,增進團隊默契[4]。從個性化康復和傷害預防來看,康復方案將更加精準,運動員能夠在虛擬環境中進行康復訓練,實時接受醫療團隊監測康復進展,提高治療效果。

4.2 面臨的挑戰

新興科技在體育訓練中的應用也面臨一些挑戰：①技術成本。VR和AR設備的成本仍然較高,可能限制其進一步推廣。隨著技術的不斷進步,要提高設備的易用性,降低硬件成本。②技術的普及度不夠。VR和AR要想在體育領域得到更廣泛的認可和應用,需加大推廣力度,與體育組織合作推動技術應用,提高用戶對技術的接受度。③隱私和數據安全問題。采集和分析運動員數據時需要確保數據的隱私性和安全性,防止泄密和濫用,可通過建立健全的法規和標準來確保數據的合法性,使其被安全使用。

4.3 結論

VR和AR技術在體育訓練中的應用較為理想,在提升訓練效果、優化運動員體驗方面發揮了積極作用。VR的沉浸式體驗為運動員提供了置身于真實比賽場景的機會,有助于提升運動員的心理素質和認知水平,AR則通過疊加虛擬元素、實時反饋及數據分析來為運動員提供更準確的訓練指導。

從二者的差異來看,VR更注重創造出全新的虛擬環境,使用戶完全融入其中,則AR更強調將虛擬元素與真實環境融為一體,需要根據具體需求和目標來靈活運用這兩項技術,使其更好的為體育訓練服務。

未來,VR和AR在體育訓練領域的應用仍將是研究的熱點,更多的跨學科研究將推動VR和AR與認知科學、運動生理學等領域的深度融合。從技術方面來看,期待更先進、更輕便的設備問世,以優化用戶體驗,降低應用門檻。實際應用中,需要深入研究如何更好地整合這些新技術,使其能夠在現有的體育訓練模式中最大程度地發揮優勢,同時關注隱私和安全等倫理問題,確保數據安全使用。