VR技术在体育教学中作用的文献综述①

(哈尔滨工程大学体育部 黑龙江哈尔滨 150001)

VR技术是虚拟现实（Virtual Reality）技术的简称，被视为多媒体技术的终极应用形式，在技术成熟之初就被教学领域所重视，至今已在体育教学在内的许多学科中得到了广泛应用。体育界、学术界、科技界都对此种技术的学术定义、应用范围、目标前景进行了探析阐述。随着未来科技的不断进步，更多的VR产品将会改变人们的生活和学习状态。作为一项被视为引领未来科技的技术产品，VR在各领域的应用探索研究一直以来都是各界的热点，该文将对其在体育教学中的应用加以综述。

1 国外研究现状

1.1 VR技术的起源——美国

同许多其他民用先进技术一样，VR技术的起源也来自于军事技术开发。早在20世纪40年代，美国就致力于设计飞行模拟器。后随着计算机技术特别是计算机图形技术的不断发展，1965年，现代计算机图形学之父伊凡·苏泽兰提出了计算机屏幕可以用于终级显示的理论设想，随后他进一步提出了头盔式三维显示器的立体效果假设，也奠定了世界虚拟现实技术的理论根基。

1981年，年仅21岁的杰伦·拉尼尔正式提出了“Vir tual Reality”概念，并且他的创业公司VPL Research制作了世界上第一个商业化的VR产品，后来他成了一名艺术家和哲学思想家，同时也被誉为虚拟现实之父，时至今日都是VR领域的先锋人物。他在最新著作《一切新事物的黎明》一书中着重提出未来VR技术将会进一步融入人们的生活，同时，计算机技术的发达将会将人类的一切行为纳入到算法管理中，一定要采取措施，提前避免人性中的不安因素将以虚拟现实为代表的先进技术利用到不好的领域。这表明国外理论思想界对于虚拟现实技术的研究，已经从技术领域拓宽到了思想领域。

20世纪80年代，美国率先制作出了数据手套、数据外套、全立体声耳机等一系列虚拟现实技术设备，并且在90年代率先将其应用于军事研究领域，后逐渐拓展到社会其他领域，目前已经建立了各个领域的VR系统，其中就包括可以在全美范围内使用的VR教育系统。

1.2 欧美各国VR技术研究现状

美国教育领域很早就注重将VR技术引用到教学实践中。最早的教育领域并非某个学校，而是美国航天航空局的Ames研究中心，在进行科研的同时，也对相应的优秀学生进行虚拟现实技术的再教育，以满足美国航天事业发展的需要。从其目前公布的结果可以看出，该中心利用VR技术已经能够实现宇宙空间站的仿真操作，并推出了哈勃望远镜虚拟化仿真等代表世界VR最高水平的科学技术。

欧洲地区对于虚拟现实技术的发展也十分重视，英国是在相关方面投入开启较早的国家，因此目前研究成果较多的是英国，其在分布式编队规划、虚拟触觉感知辅助技术、空间完善营造等方面都有很多成果。英国在其Newcastle-Upon-Type中学里建立了一个VR教育工程，此教育工程开发了一系列的软件用于教育学科学习、工程安全培训等方面。诺丁汉大学专门开设了虚拟现实研究项目专业，目前的主要研究方向是将VR技术用于桌面上的输入设备，以便于此项技术能够更广泛地用于教育和学术领域。紧随其后的德国更加注重VR技术与工业实际的结合，德国的宝马、奔驰等公司将虚拟现实技术引入到了汽车制造、电影、阅读等方面，尤其注重自动驾驶技术过程当中对于虚拟现实技术的采纳。

1.3 国外教育方面VR技术的应用

在基础教学方面，1994 年，美国华盛顿大学和西屋科学基金会就开展了一个具有划时代意义的教学新计划，他们制作了一辆先进的虚拟现实技术的教学车，将之开到全美的各个学校进行教学实验，让中小学生体验到了虚拟现实技术下的学习环境。项目的研究者最后得出结论，VR技术有助于帮助中小学生提升学习兴趣和领悟能力。受此潮流影响，美国的许多高校也先后建立了用于教学或研究使用的虚拟环境技术实验室。例如北卡罗来纳州立联合大学就是美国高校中虚拟现实技术的重要研究中心，该机构推出的VR技术在高分子仿真建模、高仿真模拟外科手术、未来建筑艺术模拟、复杂条件航空器模拟等许多领域都有着突出成绩。

在体育教学方面，美国的VR技术也有了广泛的应用。美国橄榄球队现在普遍将VR训练列入球队日常训练，这样不但可以有效、准确地模拟相应的各种复杂情况，而且也能够大幅度降低训练所需的人力、物力成本。又比如高尔夫球运动教育领域是VR技术与体育训练的又一次成功结合的领域，Zepp公司推出了虚拟现实版本的高尔夫训练软件，许多美国高校利用Zepp Golf 3D Swing Analyzer高尔夫挥杆智能分析器，帮助训练者记录高清挥拍视频，并且通过附着在手套上的感应器来分析动作的各个要点，将具体数据与计算机系统中集合的PGA巡回赛中职业选手的挥杆数据相互比较，通过与专业选手的技术对比分析后，用大数据来给出实际的改进建议。

2 国内研究现状

2.1 我国VR技术的开展情况

早在20世纪80年代，虚拟现实技术就已经传入我国，但由于当时我国整体的计算机水平和社会经济发展程度所限，此项技术的发展并没有引起重视。即使在VR技术已经被列为了1996—2000年国家第9个五年计划重点战略项目，对此项技术的质疑也没有停止。直到21世纪初期，VR技术才引起了政府及学术界的全面重视。国家以高校作为发展前沿阵地，如清华大学、天津大学、北京航空航天大学都是国内首批开展虚拟现实研究技术的高校，经过多年努力已经搭建了中国自己的虚拟环境数据库，实现了人机沉浸式交互、物体虚拟特性模拟与再现，天津大学制作了基于VR技术的“妙手”手术机器人，一定程度上打破了“达芬奇”手术机器人的垄断。

2.2 VR技术在体育教学方面的研究成果

早在2003年，纪庆革、潘志庚、李祥晨就在《虚拟现实在体育仿真中的应用综述》一文中提出，虚拟现实技术对于已经明显呈高、难、精、尖趋势发展的竞技体育的重要意义。运用以虚拟现实技术为代表的现代科技手段，才能够更大限度地挖掘运动员的潜能，从而探索出符合体育运动内在规律的研究方法。文中提出了通过计算机技术的模拟功能来将教练员的训练意图、管理者的组织方案和运动员的训练过程进行准确的记录、分析、预判、评价，基于VR技术的全方位仿真实现交互性的沉浸。作者预测随着VR技术进一步发展，对于体育仿真的层面将突破视觉、听觉、触觉、嗅觉等现有层面，向更为复杂的心理和神经系统方向发展突破。

李学恒、裴晶晶（2011）在《VR 技术在体育教学中的应用》一文中对虚拟现实技术在体育教学中应用的可能性进行了分析，说明此种技术可以让学生在一个特定的虚拟环境下扮演某种角色，通过这种沉浸式的体验，让学生将全部身心投入到无比真实的虚拟学习氛围中，无形中更加有利于他们的技能提高。现在的科学技术已经能够制作出头盔显示器和其他装备将学生的各种感觉封闭起来，达到一种全身心投入的近乎完美的虚拟技术效果，并实时收集相应装备所传输的学生运动数据，正是由于如此巨大的推动作用和技术装备上的可行性，使得虚拟现实技术将在体育教学中被广泛应用。

安沙沙、王明明（2017）在《VR在高校体育教学中推广的可行性分析》一文中结合日渐开展的VR教学经验，对其在高校体育教育中的推广可行性进行了进一步分析，主要论点为3个方面，其中之一是能够营造突破时空限制模拟运动场景。目前高校的体育教学普遍面临着教学条件方面的限制，一方面可能是具体的场馆限制，另一方面是师资力量的不足。VR技术使得学生可以通过VR设备模拟的运动场景进行学习来解决场地和时空等的限制，并且获得计算机实时的运动技能辅导。例如，有的学校要进行乒乓球运动的教学，即使在师生交流最为理想的情况下，一名老师也不可能同时满足50人以上的课程，而通过VR技术则不一样，带着VR装备的学生可以看到模拟出的教练为他们进行详细的无限次数的动作讲解。

李统帅、逯明宇、孙宸、张龙、高远（2017）在《VR技术在高校太极拳课程教学的应用研究》一文中针对慕课和SPOC教学平台教学模式陈旧、课程设置单一、教学效果受限等问题进行了分析，进而指出，将VR技术引入SPOC教学平台，可以直接弥补目前平台无法对人物进行全方位同时展示的缺陷，世界各地的学生都可以观赏到最优秀运动员在最佳状态下的体育动作，并且这种展示是全方位的、无限次数的，这也就包括太极拳运动的VR展示。

王琳（2017）在《基于VR技术的体育健美操仿真系统设计与研究》一文中从电子工程设计专业的角度分析了如何提升VR健美操仿真系统的性能。设计者首先将整个系统分成了3个子系统，队形或图案设计系统、行为动作生成系统、健美操队形或图案变化控制。3个子系统良好配合才能做模拟体育健美操比赛相关的场景，也能够清晰记录出健美操动作组合的画面，同时也能够得出运动员在健美操过程当中的相关数据，与标准数据进行对比后，精准地判断出运动员动作的相应缺点和不足。

王涵（2018）在《VR技术在高校高尔夫教学中的应用》一文中以我国目前许多高校正在初步开始应用的高尔夫球专业的VR技术为研究对象，探讨了此技术对于掌握高尔夫球运动要领和提升运动成绩的重要性。高尔夫球在2016年的里约奥运会上作为参赛项目出现，距离上一次此项目参加奥运会已有112年，这对于世界高尔夫球运动的发展有重要的意义，中国要想在此项运动的开展方面走在世界前沿，就更应该注重VR技术在高校高尔夫教学中的应用。

广州体育学院的赵孟洋（2019）在其硕士毕业论文《虚拟现实技术在高校体育舞蹈教学中的应用研究》一文中以广东省的体育舞蹈专业授课情况为例，探讨了虚拟现实技术在教学过程当中的应用特点和教学设计情况。作者最后得出结论，当前广东省高校体育舞蹈教学总体情况一般，无论是舞蹈教学场所、音响设备等硬件条件，还是老师的年龄结构、性别结构、教学方法和评价手段等软件条件，都存在一定的不足，目前甚至多媒体技术在体育舞蹈教学中都没有广泛普及，虚拟现实技术的应用更是处于探索阶段。

2.3 VR技术在乒乓球教学中的作用研究

目前许多研究者也针对虚拟现实技术在乒乓球训练教学中的现状进行了研究，肖毅、李海鹏、任晓玲（2018）在《虚拟现实技术在乒乓球教学与训练中的应用》就指出，虚拟现实技术是保持我国乒乓球体坛优势的重要突破口，通过乒乓球数据人体化，可以克服时间、地点、场地及运动员伤病无法训练等因素，带给乒乓球运动员最真实的数据反馈，还可以通过模拟优秀运动员的动作，避免运动员不必要的运动损伤。但是尤其要指出的是，VR技术对于中国体育项目发展的重要性是毋庸置疑的，相信随着未来技术领域的发展和教学实践的增加，目前各个学术课题中所阐述的重要意义将得以充分发挥。

2.4 国内研究现状小结

从以上8篇文献研究进行分析，可以发现当前国内研究者在VR技术于体育教学的作用方面的研究成果，具有极大的共同性，即缺乏创新型的研究思维，有意义的研究结论比例较少。大多数论文期刊的写作思路都是首先对虚拟现实技术的概念和特点进行阐述，其次说明他们所研究对象现状方面的不足，再次是阐述VR技术在实际或理论运用当中所能够起到的效果意义及可能遇到的问题，最后对VR技术的体育教学应用提出相应的建议。

3 结语

VR技术进入体育教学的研究，将对提高体育教学训练水平、改善体育教学环境、优化体育教学过程、培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响。此课题也已经成为了国内外的研究热点，虽然国内目前的研究层级相对较低，但是随着技术水平的提高和学术氛围的发展，必将有全面而创新的突破。