VR技术在体育领域中的应用研究

许世文

(河南工业和信息化职业学院 河南焦作 454000)

现阶段，人们对VR技术的认知越来越深、对其认可度、接受程度也越来越高，这有利于VR技术与体育领域更好地融合发展，且在相互融合实践中不断进步。从社会发展进程看，无论是哪一次科学技术创新、技术发展都是从不同程度上颠覆了人们的生活方式与认知，VR 技术在体育领域的应用在未来可能会更加普及，充分利用VR技术价值与优势，必然会推动体育本身与体育产业的发展。

1 VR技术简述

这是一种以计算机为载体生成的高技术模拟系统虚拟现实的关键技术。当前，VR 技术分为本地VR 和云端（Cloud）VR，二者根本区别在于是否将计算和图像渲染在云端[1]，具体对比见图1。本地VR 是在用户端进行图像渲染，这对CPU 等硬件设备有着较高的要求，也会增加用户的购买成本；佩戴设备较为沉重，舒适度有限。云端VR因为计算和渲染均在云端，终端只需要显示和传输，也就降低了对终端设备的要求，可有效控制成本，设备也更轻巧。可见云端VR优势更为明显，能解决VR 技术发展的局限性，是未来VR 技术更好发展的途径之一。

图1 本地VR与云端VR的对比

云端VR 的构成包含内容层、平台层、网络层、终端层这4 个部分，其中内容层又包含内容提供与内容聚合两个部分，主要的任务是为平台层传递VR内容，如视屏业务[2]。网络层要为云端VR 提供稳定的网络传输，终端层则是负责控制命令采集、视屏转码、屏幕层现、接入网络等。云端VR发挥作用的根本是计算机的应用能力，即内容上云、渲染上云的能力，简言之，云端VR需要优质网络才能保证沉浸式体验。

2 VR技术在体育领域中的应用体现

2.1 体育训练

当前VR技术已经在不同体育项目中得到广泛的应用，如VR网球（VR tennis），也有部分国家将VR技术引入运动员高水平训练中旨在提升体育训练的成绩。例如：在雪橇队训练的时候，美国雪橇队应用头部设备与STRIVR 软件模拟运动员高山竞速训练。教练可以借助视频捕捉到运动员的训练情况、运动路线，以相对校对的速度录制，再加快速度，运动员也能实时看到比赛的赛道情况[3]。2014年巴西世界杯开始前，荷兰足球队应用VR训练系统，通过某个运动员眼睛可以重新回放比赛的特定场景，应用这一“回放训练”方式可以衡量运动员做出决策的速度，教练以此为依据制订足球训练方案。可见VR可以作为最大化赛场表现工具，提升运动员训练水平，对奥运会等大型国际赛事有巨大影响。

2.2 体育类游戏

日本游戏公司SAT-BOX 在2017年推出一款为不擅长运动群体提供运动机会的《VR运动》游戏，希望以此让不同年龄段的玩家都能体会到VR 运动体验。这一游戏中包含保龄球、室内跑步、足球、篮球、射击、拳击等多个游戏项目，只需要HTC 的VIVE 头显适配即可。对游戏而言，VR技术的应用不仅是一种新的游戏模式，更是为将来不同类型的体育运动游戏发展奠定基础。而且VR技术与体育结合，让玩家有着更强烈的参与感与代入感。一旦VR体育类游戏发展成熟，体育类游戏必然会发生质的变化，甚至会改变目前网络游戏的格局。原本单纯手柄操作或者键盘操作的体育游戏形式可能沦为历史，被调动五感的VR体育类游戏取代。

2.3 体育赛事直播

VR技术在体育赛事中的应用也十分广泛，于近年兴起的赛事直播推动了VR 技术与体育文化传播。例如：VR 流媒体公司NEXTVR 为代表的VR 体育直播平台，因为直播一年一度NBA比赛获得较大知名度。用户只要应用专业VR设备即可收看赛事直播，打破了需要到赛场观看比赛的传统，在家中就有了“身临其境”的感受。而且从观看比赛成本角度看，VR技术观看体育赛事成本远低于现场购票的成本，也优化了用户的感官体验。随着5G 移动通信技术的发展，VR 体育赛事直播也进入高速发展时期。5G技术传输速度快、容量大的特征让VR体育赛事信息的传递速度更快，影像也更加清晰。例如：NBA 国王队选择与高校粉丝一起进行“5G+VR”直播体验，让球迷如临现场，这也是第一支应用“5G+VR”技术的专业NBA队伍。

2.4 体育教学

体育教育理念不断变化，学生的体育活动也越加丰富，部分高校扩展体育教学项目开设高尔夫、攀岩、射箭等项目。随着VR技术的发展，开始将其应用到体育教学中，进行不同层次实验。以高尔夫项目的相关实验为例，将没有学习过高尔夫的学生分为两个小组，对照组教师常规教授，实验组则是采用VR模拟训练，借助3D演示熟悉并练习高尔夫的动作要领，实施为期一个月的学习之后，实验组的学生在运动技能、技术动作方面优于传统学习的对照组学生，但是在运动素质方面弱于对照组的学生[4]。VR技术在体育教学中对学生身体素质没有改善效果，但是技术教学方面具有优势。

2.5 体育健身行业

“VR技术+健身器材”的应用促进VR健身行业发展，即通过仿真模拟生态环境，让用户沉浸在由画面、音效共同形成的虚拟自然环境中，有一个轻松的运动氛围，目前已经有VR跑步机、VR单车等。2018年，青岛的VR技术创新大会中，VR智能单车备受关注，它的出现打破了传统单车健身方式，让用户有了“足不出户，畅游世界”的感受。这一技术实践已经在全方位转向操控、智能化运动传感系统、动力智能控制系统、交互阻力系统等功能上获得专利认证。它的外观与传统动感单车的差异不大，但是实际的应用和内在是不同的，VR 单车是计算机仿真为基础的虚拟现实技术实践，它是一个集全景实景、智能传感、数据跟踪于一体的VR健身设备单品，旨在让用户应用VR技术提升运动健身的积极性；用户可以自主设定想要健身的场景，无论是虚拟的大草原、浪漫的沙滩还是广袤的宇宙都可以实现，让用户身临其境地体验，别有一番滋味。美国拉斯维加斯的CES 世界消费电子展览上，美国退役拳王弗洛伊德·梅威瑟向大众展示自己的VR拳击健身系统，用户可以在健身App 中应用VR 头戴设备与手柄，跟随他一起锻炼[5]。用户可以在进阶学习中逐步提升训练强度、训练的难度，同时也能看到跟练者的心率、力量、消耗热量情况等，随时掌握自己运动数据，制订科学锻炼计划，如图2 所示。由此可见，VR 在健身中应用是完全可行的，正在推动健身行业的变化，让越来越多的消费者可以接受到更为专业的训练方式。

2.6 极限运动模拟锻炼

极限运动因为极具技术技巧、挑战性的特征，备受人们关注。然而因为这些运动形式的高危险性、高成本的特征也让很多人望而却步。例如：跳伞、翼装飞行等项目除了参与者的专业技术、良好体质外，也需要相关航空器等的支持，对参与者的要求是十分苛刻的。这也是导致目前即使蹦极、翼装飞行等极限运动已经有了较为成熟的技术和保障措施，但是真正参与的人依旧有限的原因之一。VR 技术的出现让更多人可以体会到极限运动的乐趣，已经有VR技术公司与户外运动公司贝德福德合作，在三星Gear VR支持下，将跳伞头盔和垂直风动机结合风动机，让想要跳伞又不敢跳伞的人，在地面就可以体会到跳伞的乐趣。这项运动与其他VR 运动的显著区别是需要一个具有风洞的场地才能实现虚拟跳伞[6]。通过VR头盔，参与者可以看到自己和安全风洞在一个虚拟环境中体会跳伞运动。

3 VR技术在体育领域中的应用存在的问题

3.1 设备存在局限性

VR技术发展与应用，推动体育相关行业进一步发展，所以它带来的积极价值是不容忽视的。但是不能忽视的一个现实问题是，具备经济条件、可以购买到相匹配的头盔、眼镜或者手持设备的人，之后如何将这些设备应用到体育活动中，并且能起到学习的效果，这一环节无人关注。例如：借助VR技术学习篮球，VR眼镜设备等设备让应用者可以感受到篮球运动的氛围，学习具体篮球技术理论，但是虚拟环境无法完全模拟实际篮球对抗的动态变化场景，VR模拟均是现有参数转换成的环境，与现实环境中的篮球比赛依旧有差异。同时，“VR技术+篮球运动”方式，即使设备满足技术技巧锻炼的要求，但是忽视了人们对篮球运动的体验感。经过VR技术处理后的篮球活动若是失去原本的乐趣，自然无法体现VR 这项技术的优势。如何更好地应用VR技术，提升运动体验感，提升VR技术在体育运动中的实效性，仍需进一步探索。

3.2 比赛模拟的局限

体育比赛具有对抗性、观赏性，当对抗双方全身投入其中，为了比赛拼搏的状态必然会感染受众。虽然通过VR技术还原了运动比赛的实际情境，但是对很多体育项目而言，虚拟情境带来的感受与现实存在差异的。例如：篮球是一个高速、对抗性强的比赛，队员的高速度轮转、争球、对抗是这一运动最大的特点。然而即使VR技术视觉上可以达到无延时的还原效果，但是无法还原受众的感知，对此场景设计与感知技术等需要加强。

3.3 VR技术运动应用范围局限

体育领域范围广、规模大、运动项目多，但是VR技术并未与所有的体育运动项目结合，在体育运动的范围应用依据有限，即使篮球、足球等这类较为普遍的运动方式，也没有完全开发，如运动轨迹练习、出手点位置选择训练等。这些技术开发难度并不大，但是VR技术还无法做到高、精、准，达到与实际运动感受更为相似的水平，其运动应用范围精确度还需要提升。

4 解决VR技术在体育领域中的应用问题的建议

4.1 尝试技术创新，打破困难屏障

“VR技术+体育”的融合发展不仅是科技发展的体现，也是促进体育产业进一步发展，实现VR技术价值的重要途径。然而从实际角度看，VR技术在体育领域内应用依旧遇到不同的困难。虽然VR 技术在体育领域内应用已经有很多年，但是“VR 技术+体育”的应用范围依旧有限。为此，VR 技术只有结合环境与时俱进，进行技术创新才能打破VR技术在体育领域应用的困境。例如：可以借助5G技术的优势，创新VR技术的应用形式。目前，广州5G 联合创新基地将“5G 技术+VR 直播”的组合，只要站在大型折叠U 型屏幕前，受众就可以体验到3D裸眼的效果，无须设备，没有延迟。但是，VR技术在体育领域的创新发展必须结合体育产业实际需要，只有这样才能确保VR技术真正为体育发展服务。

4.2 创新硬件设备，提高专业项目

VR技术应用体育项目中需要提升自身精度，才能更好地发挥VR技术在体育运动中的价值，但是当前的VR技术、设备尚未达到具体要求。对此，在技术设备突破中可以将VR技术、穿戴设备与AR相结合，形成新的发展格局，而且要改变传统VR设备的设计，应用新的材料，提升轻巧度。同时也要提升分辨率、刷新率，让体育运动项目的模拟更为专业，或者是对专业项目开发具体的VR技术设备，以此确保硬件设备与参数更加精确，满足实际体育运动感知体验，提升VR技术运动专业性。

4.3 提高安全性能，突破安全困境

安全性是新兴技术发展的关键，对VR 技术同样如此，将VR技术与体育领域融合安全性也是十分重要的。因为网络延迟性、分辨率问题可能导致很多技术问题，所以在VR技术设备与体育应用开发中，需要强化软件与硬件的安全性。对不同水平、不同体育形式设计不同的安全保护设备、安全防护系统等，更好地消除因为网络或者VR技术带来的安全隐患。例如：移动类的体育项目，需要设置具体的警戒限制，对网球这类挥拍的运动则是要设置边界警示、环境警示等。

4.4 结合社会需求，打破内容困境

VR技术在体育领域的应用不仅是推广技术，也是推动体育的发展，在不同环境中的应用，不仅可以满足多元化的社会需要，也能打破体育的局限性。

4.4.1 家庭健身

随着社会经济的发展，人们生活方式、运动方式也发生了改变，人们运动健身的场所不再局限在健身房、公园等。居家健身成为人们的新追求，其不仅经济实惠，也能随时开始，时间成本、经济成本都较低。然而这种家庭健身形式也让健身器材、健身形式受到限制。而采用“VR 技术+健身”形式，可以进一步丰富健身形式、内容，为人们提供丰富的运动场景，提升运动的趣味性，给锻炼者带来更好的运动感受。

4.4.2 学校体育教育

将VR技术应用到地理条件、经济条件较差的教育环境中也是可行的，有助于打破体育资源的局限性。例如：偏远小学因为场地、设备等限制，可以借助5G与VR技术为学生提供VR设备去观看比赛、进行VR运动健身，让学生沉浸体验，满足学生的需要。

5 结语

科学技术不断发展有助于推动体育进步，VR技术目前已经在体育教学、体育赛事直播、运动健身、极限运动等领域得到应用，突破了传统的体育运动形式、体育参与模式，一定程度上打破了体育产业发展的困境。但是将VR技术应用于体育领域中还存在一定的问题，无论是设备与场地应用、体育活动模拟、VR 技术体育学习、运动应用范围等方面都存在提升空间。基于此，深入探索VR技术，创新发展打破局限，创设新的硬件设备，保证安全性能，满足多样化的应用者需要十分重要，而且也要进一步扩展对VR技术在体育领域中的宣传推广，吸引更多受众参与其中，进一步扩大VR技术在体育领域的应用范围与应用是深度。