基于VR&AR 技术的高校体质健康系统功能融合与质量提升研究

刘成永（浙江商业职业技术学院 浙江 杭州 310053）

引言

随着人类文明的进步、科学技术的飞速发展，人类对健康的认识和评价，从医学和生物学的范畴，逐渐延伸到心理和社会的领域，“健康”在人们生活中的地位越来越重要。而健康管理作为一个全面、系统的管理健康的体系，已在发达国家取得了良好的实践效果，并受到众多国家政府部门和机构的关注和研究。我国政府亦逐步认识到健康管理的重要性，并随着国家医疗信息化的快速发展，健康管理得到了极大普及，高等院校的学生健康管理也得到长足的发展，但是建立电子化的健康档案，并据此进行健康管理并没有得到很好的普及，尤其是将虚拟现实技术（AR&VR）应用于此更是鲜有报道。AR&VR 也称虚拟环境，是利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟逼真的场景，为体验者提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让其感觉仿佛身临其境，不仅可以实时且无限制地观察三维空间内的物体，还可以与之交互。当前，国内外关于AR&VR 技术在体育教学和运动训练中的应用并不少见。德国从21 世纪初期，便开始借助电子计算机来实施授课，依靠动画技术引入情境资源，让学生在体验的过程中学习体育知识；美国在2012 年开发出用于足球教学的智能化教学软件“Footballstu”，其中加入了AR 模拟系统，以此来对学生的体育活动能力与足球技巧展开训练。刘传鑫通过VR模拟训练手段发现相对于常规训练，其更利于大学生系统参训提升综合平衡能力。王海则在研究中讨论了VR 技术创新体育教学模式的可行性，借由VR 技术，导入学生能力训练、体能素质检测等学习活动；姜瑞婷的研究将VR 技术应用到了学生素质评价、实训引导等活动当中，形成了具有交互价值的学生教育体系；杨扬、王子涵则讨论了信息化传输视角下的依靠VR 技术投放教学资源的具体方法。

综上所述，国内外很多研究多是从如何在体育教学中应用AR&VR 技术这一角度展开，忽视其在高校体质健康管理系统中的作用，体质健康是大学生全面发展的重要组成部分，传统的体质健康管理方式已经不能满足学生的需求，而VR&AR技术的迅猛发展，则为高校体质健康管理带来了新的机遇与挑战。因此，本文旨在研究如何利用VR&AR 技术进行高校体质健康系统功能融合与质量提升，从而提高高校体质健康系统的服务质量和效果，为将来更好地服务于校内师生体质健康工作，及对外提供体质健康监测、诊断和运动处方等服务，奠定了良好的物质与技术基础。

1、高校学生体质健康系统的现状

1.1、高校体质健康教育的现实状况：基础性保障不足，评价跟踪不完善

（1）基础性保障不足。

一些高校在体质健康教育方面缺乏必要的基础性保障，例如场地设施不足、师资力量匮乏、教学资源紧缺等，影响了体育教学和健康促进活动的质量和深度。

（2）针对性教育效果不明显。

目前体质健康教育针对不同群体、不同需求的个性化教育效果不够明显，很多教育活动还停留在普遍性的宣传和普及知识的层面，缺乏针对性、个性化的健康教育服务。

（3）评价机制不完善。

目前对于体质健康教育的评价机制相对滞后，缺乏科学、合理的评价标准和方法，无法客观评估学生身心健康状况和教育效果，也难以对教育工作者进行有效的评价和激励。

（4）缺乏长期跟踪机制。

对学生身心健康问题的长期跟踪和干预机制不够健全，缺乏系统的健康档案和个性化的跟踪服务，无法及时发现和应对潜在的健康问题。

1.2、高校体质健康系统存在的问题：数据采集局限性，分析反馈不到位

（1）测试内容缺乏全面性。

大多数高校的体质健康测试只涉及身体形态、身体素质等方面，而对于体成分、营养状况、心理状态、生活习惯等方面的关注较少，导致无法全面反映学生的健康状况，也难以提出针对性的改善建议。

（2）测试方法缺乏科学性。

一些高校在测试过程中采用传统的手动测试方法，缺乏严谨的科学依据，增加了测试的误差率，同时学生的姿势、动作等细节往往被忽视，这也影响了测试结果的可靠性，加上测试人员的专业水平参差不齐，也影响了测试结果的准确性。

（3）测试软件缺乏智能化。

大多数高校的体质健康测试软件功能较为单一，只能进行简单的数据录入和报表生成，缺乏对个体差异和动态变化的深入分析，无法根据学生的具体情况提供个性化的训练建议和健康指导。

（4）测试设备缺乏自动化。

一些高校体测设备陈旧、自动化程度较低，仍然采用手动操作或半自动化的测试设备进行测试，这不仅增加了测试的时间和人力成本，也影响了测试的效率和准确性。

2、VR&AR 技术在运动训练及康复中的应用场景

2.1、VR&AR 技术在运动训练中的应用场景

（1）运动技能训练。

VR 和AR 技术可以用来模拟各种运动技能的训练场景，如足球运动员通过虚拟现实体验射门、传球等动作，篮球运动员通过增强现实技术进行投篮动作的辅助训练，提高技术动作的准确性。

（2）运动技能评估。

运动员可以在虚拟现实中重复模拟特定的动作，系统可以即时捕捉、分析和评估运动员的姿势、动作准确性和效率等指标，提供针对性的反馈和改进建议。

（3）运动生物力学评估。

VR 技术可以模拟运动员的生物力学状态，通过运动捕捉系统获取运动员的关节角度、力量输出等数据，帮助运动员和教练员了解运动机能，并进行改进和优化训练。

总之，VR&AR 技术在运动训练和评估中的应用场景非常丰富，可以在多方面提升训练效果、改进运动技能、战术和整体表现，提高运动员技能水平，全方位推动体育运动训练的发展。

2.2、VR&AR 技术在身体康复中的应用场景

（1）运动模拟和功能恢复。

VR 技术可以模拟各种康复运动和动作，帮助学生在虚拟环境中进行模拟训练，对身体功能进行恢复。学生可以在虚拟环境中进行功能性训练，如平衡、协调和肌肉力量训练，从而促进康复效果。

（2）疼痛管理和情绪调节。

通过VR 技术，学生可以被带入美丽和放松的虚拟环境，从而缓解疼痛感受和焦虑情绪，使康复过程更加愉悦、有效。

（3）功能评估和数据监测。

利用AR 技术，在进行康复训练时可以实时监测学生的运动数据，对姿势、动作和肌肉活动状态进行精准评估，从而调整康复训练计划，确保训练效果最大化。

（4）虚拟现实镜像疗法。

通过VR 技术，学生可以观看自己在虚拟环境中进行正常运动，从而激发对康复的积极性和信心，促进康复过程中失去信心的同学重建自信。

（5）个性化康复方案。

VR 技术可以根据个体的情况和需求，定制个性化的康复训练方案，针对性进行交互式训练，提高康复效果。

尽管VR 和AR 技术在身体康复中的应用效果明显，并且在功能恢复、疼痛管理和心理调节等方面有着独特优势，但也面临一些挑战，其中资金是其中之一。在推广和应用这些技术时，学校需要投入大量的资金用于购买相应的设备、进行培训以及进行系统的维护和更新。

3、基于VR&AR 技术的高校体质健康系统架构设计和实现方式

3.1、身体健康监测诊断模块

这一模块可以整合各种生物感知技术，如通过智能穿戴设备（如智能手环、智能手表）或智能手机传感器实时采集生理数据，并与系统进行数据互联，用于监测学生的生理数据，如心率、步数、睡眠质量等，为后续的康复和训练提供数据支持。

3.2、虚拟现实康复训练模块

该模块提供基于虚拟现实技术的身体康复训练方案，包括针对不同康复目标和需要的个性化训练模拟。该模块可以通过头戴式显示设备向学生提供各种训练场景并实时监控其康复情况，如利用VR 头戴设备和手柄进行模拟训练，通过头戴设备的头部追踪和手柄的位置追踪实现学生在虚拟环境中的互动。

3.3、增强现实健身指导模块

这一模块可以为学生提供增强现实技术下的健身指导，例如通过手机AR 应用或AR 眼镜，为学生展示正确的健身动作姿势，并实时纠正他们的动作，通过摄像头捕捉用户的动作并进行实时分析，根据运动姿势提供反馈建议，帮助他们更科学地进行健身活动。例如，通过虚拟现实跑步机、虚拟现实自行车、虚拟现实动感单车、虚拟现实游泳池、虚拟现实篮球训练器、虚拟现实健身操教练，实时捕捉学生的身体动作，将其映射到虚拟环境中，不仅增加了运动的趣味性，还可以模拟各种实际运动场景，有效提升了学生的体能和心肺功能。

3.4、数据分析与个性化模块

基于学生的个性化健康数据和训练反馈，这一模块可以利用大数据分析和机器学习算法，对数据进行分析，为学生提供个性化的康复训练方案和健身建议。例如，通过多功能智能体测仪，学生可以完成身高、体重、体脂率、心率等多项身体指标的测试，自动上传至系统生成详细的健康报告，并为其推荐合适的锻炼项目和饮食建议。

3.5、虚拟体育运动竞技模块

此模块可提供学生参与虚拟体育运动竞技的机会，例如体育比赛的虚拟模拟、多人在线竞技等，可以通过虚拟现实技术营造更真实的运动感受，激发学生的运动兴趣。

3.6、学生体质健康管理平台

该平台用于整合学生健康数据、康复训练进展及健身活动记录，为校医院、教练和学生提供身体健康管理和监护服务，支持医疗资源优化分配。

4、高校学生体质健康系统功能融合与质量提升的方法与途径

4.1、功能融合的方法与途径

（1）数据互联与共享。

通过建立数据互联和共享机制，不同模块之间可以实现数据的传输和共享，提高系统的整合性和功能性。例如，将身体健康监测模块中收集到的生理数据与虚拟现实康复训练模块进行共享，为康复训练提供个性化的数据支持。

（2）接口设计与交互优化。

优化系统的用户界面和交互设计，提升用户体验和使用便捷性。在不同功能模块之间实现一致的界面风格和操作逻辑，减少用户的学习成本和操作困难，提高整体系统的易用性。

（3）融合技术互操作性。

确保VR 和AR 技术之间的互操作性，使不同的技术可以相互配合和协同工作。例如，将虚拟现实康复训练模块中的虚拟环境与增强现实健身指导模块中的真实环境相结合，实现更具吸引力和互动性的训练体验。

（4）数据分析与个性化推荐。

利用大数据分析和机器学习算法，实现系统对用户数据的深入分析和个性化推荐。根据学生的个人特点和康复需求，为其提供定制的虚拟现实康复训练方案和增强现实健身指导建议。

（5）多模态融合。

结合不同的传感器和交互设备，实现多模态的用户交互体验。例如，结合手势识别技术、语音识别技术和头部追踪技术，使学生可以通过手势、语音和头部动作来与系统进行交互，提升交互的自然性和灵活性。

（6）用户反馈与持续改进。

设立用户反馈机制，收集学生的意见和建议，并持续改进系统的功能和服务。通过学生反馈，不断优化系统的各个功能模块，提高系统的稳定性、可用性和用户满意度。

通过以上方法和途径，可以实现基于VR&AR 技术的高校体质健康系统功能融合，提升系统的综合效益和用户体验，为学生提供更全面、个性化的体质健康管理服务。

4.2、质量提升的途径

（1）数据安全与隐私保护。

确保系统中涉及的学生健康数据的安全性和隐私保护，采用加密传输、权限管理和数据匿名化等技术手段，保障数据不被泄露和滥用。

（2）精准的数据采集与分析。

利用VR&AR 技术提供的精准数据采集功能，对学生的健康数据进行实时监测和分析，例如心率、步数、睡眠质量等，从而为个性化康复训练和健身指导提供更准确的支持。

（3）用户体验优化。

优化系统界面设计和交互操作，确保系统的易用性和友好性。通过调研和反馈收集，不断改进系统的界面布局、交互方式和操作流程，增强用户体验。

（4）个性化服务与定制化方案。

基于大数据分析和机器学习算法，提供个性化的康复训练方案和健身指导。根据学生的健康数据和个人偏好，定制健康管理方案。

（5）用户培训与支持。

为系统的用户提供必要的培训和支持，确保他们能够充分利用系统提供的功能，根据实际需求提供相应的培训课程和支持服务。

（6）有效的技术支持与维护。

建立完善的技术支持体系，及时响应用户问题和需求，保障系统稳定运行，提供7×24h 的技术支持服务。

通过上述方法和途径，可以有效提升基于VR&AR 技术的高校体质健康系统的质量，保障系统的可靠性、安全性和用户满意度，为学生提供更好的体质健康管理服务。

5、结语

本文研究了基于VR&AR 技术的高校体质健康系统功能融合与质量提升的问题。通过整合VR&AR 技术的应用，提供了身体健康监测诊断、虚拟现实康复训练、增强现实健身指导等功能模块，并通过数据分析与个性化推荐、用户反馈与持续改进等研究方法实现了功能融合与质量提升。该研究结果对于进一步推进高校体质健康管理的现代化发展具有重要意义。