VR体育游戏对锻炼行为促进的实证研究

周建军

1 引言

国家体育总局发布的《中国群众体育发展报告(2018)》显示，2018年全民参加体育锻炼的人数超过1亿人次[1]。距离实现14亿人民参与体育锻炼的目标任重而道远。2019年国务院印发《体育强国建设纲要》明确提出，要求到2035年全国人民经常参加体育锻炼人数比例达到45%以上[2]。体育锻炼不仅能降低肥胖发生率，同时还能预防各类心血管疾病以及保持良好的心理状态[3-4]。养成良好的锻炼习惯可以促进个体健康水平，有利于提升全民健康素质，实现民族振兴与国家强盛[5]。《“健康中国2030”规划纲要》提出要广泛开展全民健身运动，引导广大群众积极参与锻炼促进健康[6]，但是在我国20岁及以上经常参加体育锻炼的人群比例为仅为14.7%[7]。那么，如何有效促进群众的锻炼行为，这是学界研究的热点。

近几年来，在体育游戏领域中虚拟现实(VR)技术被逐渐引入，并引起了学者们的广泛关注。VR体育游戏是以各类体育运动为3D构建场景，将现实体育活动的执行模式和规则路径，适应性地转化为游戏模式的计算机仿真系统，能够让锻炼者在游戏中扮演不同的游戏角色，在完成游戏任务的过程中实现体验式锻炼[8]。有研究指出VR技术对体育锻炼行为具有积极影响，例如Bird等指出当VR技术可以提升锻炼者的锻炼体验，进而增加其锻炼行为[9]。Shaw等运用了高沉浸性的虚拟现实系统对骑行锻炼者进行研究，研究结果也支持VR技术对体育锻炼的积极影响[10]。然而，目前的研究也存在一定的分歧，例如García-Vergara等使用两款不同的VR游戏进行干预，指出实验前后受试者的锻炼行为没有显著差异。同样地，Gillman &Bryan运用手机APP的虚拟图像反馈对跑步机上的锻炼者施加干预，结果显示VR体育游戏对锻炼行为无显著性差异[11-12]。

通过对已有研究的梳理，发现目前有VR体育游戏对锻炼行为的影响仍需进一步探讨。在国外已有研究中，针对VR体育游戏是否能够促进锻炼行为，不同的研究在实验设计、样本选取、外生变量的控制等方面存在一定的差异，得到的研究结果也存在一定的分歧。而目前国内鲜有对VR体育游戏对锻炼行为影响的实证研究，基于此，本研究试图从实证的角度进一步探究VR的体育游戏与锻炼行为间的关系，以期为VR技术在体育锻炼领域的应用，从而促进人们的体育锻炼行为提供理论支撑。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

实验采用随机抽样的方法，通过调查问卷的形式招募重庆市非体育人口141名(男性73名，女性68名)作为受试者，确保受试群体的年龄、职业、受教育程度、经济状况、休闲时间等客观因素无显著差异性，从而合理选择出研究对象。141名受试群体调查问卷统计结果如图1所示。

图1 受试者信息问卷调查统计

实验对象拟被分为实验组和对照组，为保证实验组和对照组的同质性，减少非实验因素的干扰，突出实验效果，以上人员均满足以下几个条件：①每周身体活动频度3次(含3次)以下；②每次身体活动时间30分钟以下；③每次身体活动强度中等程度以下；④之前未使用过VR体育游戏⑤之前未进入过健身房进行锻炼。实验对象拟被分为实验组和对照组，为保证实验组和对照组的同质性，最终筛选出实验人员共计108人(男性54名，女性54名)。

将108名受试者分为实验组和对照组各54人，组内和组间男女比例均为1：1，且两组受试人员年龄均在20—25岁之间，具备同质性要求；受教育程度主要集中在本科阶段，占总群体数量的87.9%；平均每周休闲时间在15h以上的受试者占86.1%，且其余14.9%的受试者平均每周休闲时间最低为12h；72.2%的受试者为私企的普通职工；95.3%的受试者平均月收入在5000-8000元之间。

2.2 研究设备

本研究使用Sony PSVR 2代虚拟现实设备套装(包含PSVR2头戴设备、体感棒、体感摄像头、处理器单元、交流电源转换器、耳机、HDMI线、USB线、8字电源线、PS主机、游戏光盘)作为实验组研究设备，游戏内容采用索尼开发的一款《NBA 2K VR》体育游戏，构建成VR体育游戏系统。此外，本研究采用德国益步A80跑步机作为对照组研究设备，全部受试者均在重庆乐刻运动健身房内进行实验操作。实验数据通过乐刻运动APP企业版记录，实验数据采用IBM SPSS Statistics 26进行数理统计分析。

2.3 研究设计

本研究实验，从108名受试者中随机选出54名作为实验组(以性别、年龄、受教育程度、休闲时间、经济水平五个维度作为控制标准)。因为实验以自愿参与的形式开展，且实验组个别受试者有出现使用VR体育游戏系统后身体不适现象，因此最终实验组有效实验人员为54名，对照组为54名。

实验中将对实验组受试者进行实验处理(自变量)，实验处理方式：在实验开始日起的3周内，受试者每次到健身场馆参加体育锻炼时，将会接受15min的VR体育游戏系统的热身操作，该操作过程安排在正式体育锻炼前的热身环节，受试者体育锻炼过程中则不施加额外干预，只对受试者的体育锻炼时间和频率进行监控记录。为了提高实验的有效性，在实验过程中，以传统慢跑和拉伸的热身形式作为对照组的干预控制，控制热身活动时间为15min，且受试者体育锻炼过程中不施加额外干预，只对受试者的体育锻炼时间和频率进行监控记录。为验证本研究提出的研究假设，整个实验划分为三个阶段，如图3所示：

图2 研究设计实现

图3 实验组与对照组实验内容框架及程序

第一阶段是预实验环节，主要目的是：①让受试者熟悉所使用的虚拟设备；②通过调查、访谈以及身体状况的分析，合理选择研究对象，即分析实验组和对照组客观因素影响的一致性，保证实验组和对照组的同质性。并进行体育运动动机量表的测量。预测实验持续一周时间(第1周)。第二阶段是实验环节，让受试者熟悉VR设备操作以及排除质变因素后实施正式锻炼活动(第2-4周)，分析在不同干预下对照组和实验组的锻炼频率和时间是否产生显著的差异。第三个阶段采用体育运动动机量表对实验组和对照组研究对象进行再次测评。

2.4 实验模块及程序

本研究借助VR技术构建出一种虚拟化的体育游戏场景，把锻炼内容无缝式嵌入该游戏运动场景，使锻炼者沉浸在这种场景能够通过娱乐性的游戏方式，有效激发锻炼者的锻炼行为，从而增强锻炼行为。根据“以健康为主体，以科学性为原则，以有效性为主导”的理念，热身活动环节设置为15min。除干预条件以外，两组受试者的客观锻炼因素(锻炼环境、锻炼使用器械等)保持一致性。针对实验组，所设定的VR体育游戏锻炼内容包括了几个环节：创设情境(Design Environment)；提出任务(Design Task)；获取分数(Points)；评价等级(Levels)；模式挑战(Challenges)。对照组受试者则设置两个环节：跑步(Running)；拉伸(stretching)。如图4所示。

图4 实验组与对照组运动频率比例统计

实验组受试者在《NBA 2K VR》中选择娱乐模式，并建立个人数据账户，然后以NBA球员的身份进入全明星篮球馆，这是游戏的第一个环节，实现受试者的沉浸式体验。受试者被要求完成三项任务：①收集起球馆内的全部篮球。②在替补席挥动毛巾为球员加油。③投篮练习。该三项任务可以增强受试者生理和心理活性，激活神经-肌肉系统，起到有效热身的效果，这是第二个环节。在游戏过程中会获得对应的分数，根据分数的累加达到相应等级，满足受试者自我效能感，最后根据完成度可以继续选择更运动高强度的挑战模式。对照组受试者则以传统热身方式进行共15min的跑步、拉伸的热身。

2.5 数据处理

计量资料以“平均数±标准差”表示，运用IBM SPSS Statistics 26统计软件建立数据库并进行统计分析，组间比较采用独立样本T检验，实验前后组内比较采用配对样本T检验。

3 结果与分析

3.1 不同锻炼干预方式对受试者锻炼频率的影响

表1是不同组别运动频率的差异分析。正态分布检验结果显示，所有数据均在5%显著水平拒绝原假设，这表明实验数据均符合正态分布，因此采用独立样本T检验对比分析了不同组别运动频率的差异。结果显示：进行实验组的锻炼频率(9.09±3.41)明显高于对照组(6.40±3.32)，且具有统计学显著差异(F=5.34，P<0.001)。这表示VR体育游戏对受试者的锻炼行为具有一定促进作用。

表1 不同组别锻炼频率的独立样本T检验结果

此外，就运动频率这单一维度因素而言，实验组受试者已经达到了国家体育总局发布的全民健身体育人口运动频率标准，即每周身体锻炼频度3次(含3次)以上。为进一步研究实验组和对照组受试者其运动频率达标率(体育人口评价标准)的差异性，分别对实验组和对照组运动频率(3周内)做统计分析，如图5所示。实验组54名受试者中有20名达到了运动频率标准(体育人口标准)，达标率为37%。相比之下，对照组54名受试者中仅有9名达到了运动频率标准(体育人口标准)，达标率为17%。因此就运动频率这一指标而言，VR体育游戏锻炼通过对锻炼行为的促进，可进一步增加体育人口数量，加快全民健身计划的实施进程。

3.2 不同锻炼干预方式对受试者锻炼时间的影响

为了探究不同锻炼干预方式对受试者锻炼时间的影响，采用独立样本T检验对比分析了不同组别在运动时间上的差异，如表2所示。结果显示：实验组的锻炼时间(527.01±218.35 min)明显高于对照组(365.14±200.05 min)，且具有统计学意义(F=6.03,P<0.001)。这表明VR体育游戏对受试者的锻炼时间的增加具有一定促进作用。

表2 不同组别锻炼时间(min)的独立样本T检验结果

3.3 VR体育游戏对不同性别锻炼行为的影响

采用独立样本T检验考察了VR体育游戏对不同性别锻炼行为的影响差异，如表3所示。结果显示，VR体育游锻炼热身干预在性别上不具有显著性差异。在锻炼频率上，男性为9.11±4.47次，高于女性8.44±4.29次，但不具有显著差异(F=0.21，P>0.05)。在锻炼时间上，男性为409.90±264.28，低于女性493.60±206.67次，也不具有显著差异(F=1.76，P>0.05)。这表明VR体育游戏对男性和女性锻炼行为的影响没有差异。VR体育游戏通过其特有的娱乐性沉浸体验为锻炼者提供娱乐锻炼环境[13-14]，以乐趣为主导的锻炼行为性别差异不显著，这与以往研究结果一致[15-17]。经过对锻炼者VR体育游戏使用体验感调查，发现男性受试者更关注VR体育游戏内容的娱乐程度，如VR游戏的操作体验和挑战性，如对“挥毛巾”环节身心活跃性更高，女生则更侧重于VR体育游戏的沉浸效果，如更关注VR游戏体育场内的视觉画面和音频效果。男生组和女生组在VR体育游戏干预下有较高的锻炼行为，但其主要影响因素是否有区别，需要进一步深入研究。

表3 实验组男性与女性运动锻炼行为的差异分析

4 研究结论

研究从VR体育游戏技术实现和锻炼行为的视角出发，强调VR体育游戏对锻炼行为的促进作用，依托现有的研究基础，提出基于VR的体育游戏能够促进锻炼行为的研究假设。运用IBM SPSS Statistics 26对受试者运动频率和运动时间以及实验干预前后的锻炼行为水平进行了统计分析，结果表明，基于VR的体育游戏可以有效促进锻炼行为，这与现有的理论研究结论具有一致性[9-14]。且VR体育游戏对男性和女性锻炼行为影响程度无显著差异。