国外运动视觉情报处理研究的现状与展望

吕中凡 周培勇

(1.辽宁师范大学 体育学院，辽宁 大连 116029；2.日本中京大学 大学院，4700374)

国外运动视觉情报处理研究的现状与展望

吕中凡1周培勇2

(1.辽宁师范大学 体育学院，辽宁 大连 116029；2.日本中京大学 大学院，4700374)

本文对EBSCO公司的电子文献数据库( SPORTDiscus with Full Text)中的近三十年来有关运动视觉情报处理主要相关文献进行了分析整理，在此基础上将该领域的主要研究成果、存在的问题以及将来的研究方向分别进行了详细阐述。

视觉探索策略；运动操作；视觉情报处理

1 前言

运动员特别是球类运动员在比赛过程中的各种技战术行为可以视为运动员对大量视觉信息，经大脑分析判断并迅速做出决定的过程。在这一过程中对哪些视觉信息进行观察处理、采用什么样的视觉探索策略、大脑对视觉信息的处理方式以及处理速度和准确性都会对运动员的运动操作效能产生巨大影响。正因为如此，针对运动员视觉信息处理能力的研究已经被广大运动认知心理学的专家学者所关注。

众所周知,很多运动项目特别是开放性运动项目，比赛中80%以上信息反馈来自视觉，所以视觉信息的快速，准确处理能力已经成为左右运动员技战术效能的关键因素之一。长期以来很多认知心理学专家学者一直都很关注运动员的视觉机能与运动效能之间的联系，一般通常采用比较不同水平运动员(或运动员与非运动员)在视觉信息处理方面的能力差异，来寻求与特定的运动技能相关的特殊视觉信息处理技巧，进而为运动员认知心理能力的评估以及有针对性的心理训练提供参考依据。

视觉情报处理是指大脑对环境中的视觉信息经过选择性地分析处理，并做出合理的判断的过程。这一过程主要包括视觉信息的输入、内部分析处理和指令的输出三个环节。视觉信息的输入环节主要包括影响视觉信息输入准确性和输入量等方面的因素。早期的研究也是围绕这一环节开展。由于受研究仪器等科研手段的影响，只限于对信息处理速度和准确性的评价，如通过视觉的简单反应时、选择反应时等评价运动员的反应速度和准确性；通过视野、注意广度等来检验视觉信息处理量的差异。但对影响反应快慢和准确性的主要因素和大脑内部的信息处理过程和机制，长期以来一直被视为神秘的黑匣子(black box),其运行机制尚不明确。但随着科研仪器的发展和进步，为人们探索研究“黑匣子”提供了可能。

本文在回顾运动视觉情报处理研究的发展历程基础上，重点对近年来最新的研究成果进行分析归纳，以期为我国在该领域的研究提供有益的参考。

2 研究方法

本文采用文献资料法对EBSCO公司的电子文献数据库(SPORTDiscus with Full Text)中的近三十年来有关运动视觉情报处理主要相关文献进行了分析整理，分别从该研究领域不同时期的研究内容和研究方法两方面分别进行归纳整理，在此基础上将主要研究成果和最新的研究动态以及该领域研究存在的问题分别进行了详细阐述。

3 运动视觉情报处理研究的回顾

运动视觉情报处理领域的研究可以追溯到上世纪50年代。在早期的研究中，很多学者试图寻找不同水平运动员之间在视觉情报处理能力方面的差异，以便确定什么样的视觉能力可以有效地区分高水平运动员与一般水平运动员。这一时期的研究内容集中在视觉信息的处理速度和准确性方面。这些学者的研究主要基于3种假设：即高水平运动员比初学者表现出更优异的视觉能力；可以通过相关的训练提高；视觉功能的提高可以促进运动操作的提高。虽然一些研究取得了一些成功，并且有些研究也证明了视觉能力与运动操作成绩之间在部分变量上存在着相关性，从而指出通过训练可以提高视觉能力和运动成绩。这些研究为一些运动项目尤其是闭锁性运动项目的科学训练提供了必要的参考依据，例如美国就设立了专门的视觉训练(vision training) 中心为棒球，拳击等运动员的视觉机能训练提供帮助。

人们通常认为不同水平运动员间可能存在基本视觉能力的差异，尤其是在受视觉影响较大的项目上如射击、射箭等。但Abernethy(1999)的研究表明，优秀射击运动员只具有一般的基本视觉技能就足够了，并不需要较高的视觉能力。这一结论对于那些主张通过训练基础视觉功能来提高运动成绩的学者而言是非常重要,也是值得慎重考虑的议题。

早期关于运动员的视觉情报处方面的研究主要集中在足球、排球、曲棍球手球和射击等项目上(Starkes,1987;Borgeaud,1987;Patrck,1978)。在研究方法方面，主要一个共同之处是采用与运动专项无关的视觉刺激信号(non-task-specific parameters)，对运动员的静态和动态视敏度、深度知觉、视野、外周视觉、视简单反应时、复杂反应时等指标进行测试分析，考察运动员在视觉情报的处理速度和准确性的差异。如对视觉信号的各种反应速度和准确性，对特定信号的发现速度和准确性、对观察过的视觉信息再现的准确性以及视野范围大小、注意范围的大小等。

多数研究表明，反映一般认知心理能力的“硬件”指标不足以反映出不同运动水平运动员的信息处理能力的差异。尽管一些研究证明了在一些运动项目上确实存在着差异，但也出现了许多批评与质疑，这主要集中在研究方法、研究指标和实验条件的设定上存在着许多问题，例如实验或测试条件与真实比赛条件差距过大等。

早期视觉情报处理研究领域的共同性结论是：与初学者相比，高水平运动员总体并不具有优异的视觉能力。视觉信息处理能力的一些“硬件”指标不足反映两者在运动绩效方面的差异。因此，对试图通过视觉能力训练以及其它一些相关服务来提高知觉运动能力的观念应持谨慎态度。

4 国外运动视觉情报处理研究的现状

4．1视觉情报处理领域的主要研究内容

从20世纪90年代起在视觉情报处理领域开始出现一些研究内容上的变化。由于早期的研究结果显示缺乏足够的证据支持视觉机能与专项技能间的相关性，导致研究者转而试图研究与运动员的专门知识结构密切相关的“软件”能力与运动绩效之间的相互关系。这些“软件”能力包括运动员恰当运用视觉寻求策略的能力、加工现场比赛线索的能力和针对一种特定比赛情境中对将会发生什么的预期能力等。

有关运动员视觉情报处理的研究较为代表性的学者有比利时的Helsen,英国的Williams。他们主要针对足球运动员在复杂比赛情况下处理视觉信息的策略进行的很多实验研究。尤其是在实验条件的设定上有了较大改观，例如为被试提示的视觉信号已经改为与运动员场上技战术情况相似的画面，且画面尺寸较大接近真实场景。所有这些实验条件的改善为研究结果的信赖性提高奠定了基础。在很多相关研究中，趋于一致的结论是高水平运动员经过长期的训练和比赛形成了专项运动领域特有的知识结构(knowledge structure),正是依靠此知识结构运动员可以更快速、准确地处理复杂的比赛信息，并能对比赛的进程进行准确的预测。

同样对运动员比赛中重要信息线索(cue)利用效果的研究也较为多见。比赛信息线索的利用是指运动员根据对手姿势和身体方面所表现出的信息，准确预测随后将发生的比赛行为的能力。基于有限的先前信息来预测对手动作的能力对于球类运动员是极为重要的，也是区别不同水平运动员的重要指标，因为在激烈的比赛中快速做出反应是取得主动的前提。Abernetthy对羽毛球运动员的研究表明，在动作的开始阶段，高水平运动员对回球的方向和速度的预测更为准确，能获取更多的预判线索，而初学者则对情境信息利用效率明显较低。Williams的研究也支持了运动员在利用预期线索方面的差异性。现在，利用录像的部分信息掩蔽技术已经成为此类研究最为流行的方法，并开始被运用于初学者运动员的训练中。

近年来对视觉探索策略的研究已成为视觉情报处理研究的热点领域之一。复杂、多变的比赛中要进行迅速、有效的预判，运动员必须将注意适时地集中于最重要的信息上，以什么方式搜索信息、搜索哪些信息都对信息的处理速度和准确性产生较大影响。视觉探索策略是指操作者注意视线的选择和切换方式，从而可以基于这些相关信息而做出正确决定。随着仪记录技术的不断发展，以轻量化和便携等为特征的最新式眼动仪已经被用于研究球类运动员视觉探索策略的研究中，它可以精确测量运动员的注视点，注视时间以及注视点的变化轨迹等信息。

Williams等(1994)研究表明高水平足球运动员在比赛视觉信息搜寻过程中表现出更有效和更具选择性，会注视于更有价值的信息区域。这预示着在不同技能水平间可能存在视觉探索策略差异。

Shank等(1987)对棒球的研究也得出了相似的结论，有经验的运动员几乎可以正确辨别所有投球，而新手只有6O%的正确率。研究者认为熟练的击球手，知道球出手前哪儿是最重要的线索，并直接注视于这一区域而忽略其它出手前的信息源。这说明熟练者精减了视觉搜寻内容，只对当前操作任务所需的最相关线索注意。

Helsen等在模拟比赛情况下也对不同水平足球运动员的视觉探索策略进行了研究， 发现优秀足球运动员表现出与初学者明显不同的策略，他们在观察区域方面很少注视球、球门；相反他们更多的注视接球队员、传球空档等。他们很少有长时间的注视行为，更多地在所呈献的信息间频繁转换，从而能熟练地预期到未来的行动。优秀足球运动员在总反应时上明显比初学者短，并且决策更为准确，反应时间的快速更明显地体现在大脑的决策速度上，而不是动作速度方面。视觉探索数据表明，初学者过于频繁地注视于球体和传球运动员，而优秀足球运动员采用一种更广泛的策略，对现场许多区域采取短时的注意方式，比较关注无球队员的跑动和位置。研究指出，在视觉寻求的组织原则上，熟练者的视觉方式比新手更经济，他们的视觉注视频率较低，但平均注视时间较长。这种差异是由于视觉行为的不同组织方式而引起的，熟练者的视觉行为是“综合型”的，新手的是“分析型”的。

总之，这些研究结果所证明的不同水平间运动员存在的视觉探索模式的差异可以为初学习者或青少年运动员的认知心理技能的训练提供参考。

4．2视觉情报处理研究领域的主要研究方法

视觉情报处理研究领域的研究方法可以归纳为两大类：间接研究技术手段(Indirect research techniques)和直接研究技术手段(Direct research techniques)。间接研究技术手段中主要包括“再认”(recognition)、“信号的探知”(signal-detection)。“再认”主要是通过瞬间向被试提示一幅静止的画面，要求被试尽可能准确地辨认出画面中的新旧两种信息。“信号的探知”要求被试对提示的画面中，尽可能准确、快速地判断出画面中是否有需要识别的特定刺激信号(比赛相关的视觉信息)。这些研究方法受测量方法的间接性影响，有着明显的局限性。

直接研究技术手段目前较为成熟而常用的方法是眼动记录技术。这种方法使用专门的仪器设备来跟踪被试操作具体任务时的眼动情况，是一项科技含量较高的实验方法，不仅表现在实验的过程上，还表现在对结果的分析上。早期的眼动仪测试时需要固定头部，而且比较笨重，严重限制了实验研究的应用范围。发展到九十年代中期开始使用ASL4OO0SU 眼动仪(Applied Science Laboratories)计算机分析系统，到今天较先进的AsL5OOOsu眼动仪。系统主要通过眼睛注视物体时的瞳孔和角膜光线反射来评价被试的注视点或区域、时间以及注视点的移动轨迹等信息来描述被试的认知策略。现在已有研究者在ASLS000SU 的基础上采用改装的更为人性化的眼动仪，使得研究手段朝着精确性和生态性双向发展。

5 视觉情报处理研究的展望

实验科研仪器的不断发展为运动视觉情报处理研究提供了保证，但要使研究更具有实际应用价值，未来必须进一步开展与运动情境相结合的实证性研究，对该领域的研究方法进行不断改进。目前在实验室情境中进行的测验局限性较大，运动员的一些认知技能方面的差异很难被真实反映出来。未来的研究将由室内转向到运动场上，在真实场景中开展研究。但即使如此，单纯依靠使用眼动记录技术来研究视觉信息处理的内在影响因素，还是某种程度上的局限，还需要辅以其他研究手段，如对被试口头报告进行分析研究。口头报告的使用，尤其是与眼动记录技术和掩蔽方法相结合，似乎能使运动绩效中的视觉搜寻策略和线索利用评定更为准确。同时，借助眼动仪只能对被试的中心视，即注视点进行精确测量，对对视野内的其他信息的利用，还没有被充分研究。对运动员中心视野(central visual)研究的同时对周边视野(peripheral visual)的研究是今后急需研究的课题。另外，要想更详细而全面地了解运动中视觉信息加工的具体作用，将来的研究不应集中于一般的视觉技能的测验，而应关注操作过程中的视觉搜寻和加工策略，探讨运动中进行这种训练的绩效问题。

6 小结

关于球类运动员视觉情报处理能力的研究经历了从“硬件”到“软件”的转变，也验证了视觉信息的探索模式、知识结构的有序化程度等因素对运动员的视觉信息的处理效率产生很多影响。这为认知心理训练提供科学的参考依据。但在该研究领域还有很多尚需深入研究的课题:优秀运动员的独特的视觉信息探索模式是否可以用于初学者的训练?基于录像的认知训练可以提高运动员的策略水平，但是否可以迁移到实际比赛情境中？此外，在什么年龄段开始认知心理训练运动员最敏感，以及遗传性的策略技能占多大的比率? 也都是急需证实的问题。

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ReviewandProspectofVisualInformationProcessingofSport

Lv Zhongfan1,Zhou Peiyong2

(1.School of P.E.,Liaoning Normal University,Dalian,116029,Liaoning,China; 2.Graduate School,Chukyo University,4700374,Japan)

This article analyzes the main research techniques,contents and results on visual information processing in sport by reviewing the literatures in database of SPORTDiscus over the last 30 years.Based on these analyzes of literature reviews the authors describes the main results,problems and future direction in the fields of visual information processing.

visual search strategy；sports performance；visual information processing

2010-03-25；

2010-04-21

吕中凡(1965-),男，副教授，博士，硕士研究生导师，主要研究方向为运动心理学。

G804

A

1672-1365(2010)03-0083-03