基于人工智能的虚拟现实技术辅助高校篮球教学研究

摘要：本文运用文献资料法、逻辑分析法等方法对虚拟现实技术在篮球教学中的应用进行探析，通过对相关文献的综述和实证研究的分析，发现在高校篮球教学中引入虚拟现实技术可帮助学生获得更为真实的感知体验，提供更丰富的训练场景和情境，并能够增强学生的主动性和参与度。同时，虚拟现实技术还可以通过即时反馈机制帮助教师精准指导学生的动作技巧，提高教学效果。然而，虚拟现实技术在高校篮球教学中还存在一些挑战，如设备成本高昂、技术稳定性不足等问题，需要进一步地研究和改进，以此来利用该技术增强高校篮球教学效果，提高大学生篮球技能。

关键词：人工智能 虚拟现实技术 高校 篮球教学

中图分类号：G80 文献标识码：A 文章编号：1006-8902-（2024）-20-157-3-ZQ

篮球作为一项全身性运动，除了需要技术的熟练掌握外，还需要对比赛情境的适应能力。然而传统的篮球教学存在着一些局限性，如教学内容的单一、学生参与感的欠缺等。而虚拟现实技术的应用可以打破这些限制，通过模拟真实的比赛环境和动作细节，使学生能够更加直观地理解和体验篮球的技术要素。本文旨在探讨虚拟现实技术在篮球教学中的应用，对其效果进行评估，从而为改善传统教学模式提供一种创新的解决方案。通过本文的研究，希望能够深入了解虚拟现实技术在篮球教学中的应用潜力，同时探讨其对学生技能提升和教学效果的影响，以此能够为体育教育的创新提供一种全新的思路和实践路径。

1、相关理论与技术应用

人工智能（AI）是现代信息科技领域最前沿的技术，可赋能众多领域的创新发展，为社会提供更具智能化的产品与服务。从高校篮球运动发展的视角审视，人工智能以其多感知、数据驱动的特性，为篮球教学领域带来了革命性的改变。

随着科技的不断革新，大数据和虚拟现实（VR）技术正在教育领域发挥着日益重要的作用。最近的一项研究更是将这两种技术结合，为高校篮球教学带来了新的可能性。该研究利用大数据分析系统，整合了学生在篮球运动中的各种数据，包括运动强度、运动周期、身体状况等多元化的数据内容。这项技术不仅为学生提供了更精确、更个性化的指导，还为他们提供了理解自身运动能力的机会。这样，他们就可以根据自身的情况来调整训练计划，从而更有效地提升运动技能。

大数据和虚拟现实技术的结合，不仅改变了我们获取和理解篮球教学数据的方式，也为学生提供了全新的学习工具，使他们能够更深入地理解和参与篮球运动。这无疑为高校篮球教学打开了一扇新的大门，让我们看到了未来的可能性。

1.1、虚拟现实技术在军事、教育、体育领域的应用

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术产生于20世纪60年代，是运用计算机图形技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术和仿真技术等创造出虚拟环境，通过视、听、触觉等感觉通道使个体沉浸于其中并与虚拟环境互动的新兴技术。

在教育领域，虚拟现实技术为学生构建了一个沉浸式的学习环境，使他们能够身临其境地感受知识的魅力，进而更直观地理解那些曾经抽象难解的概念和理论。CovaciA等人开发了一个虚拟的篮球训练系统，主要利用了运动捕捉技术，学生可在没有教师的情况下开展投篮训练。

国内虚拟现实技术的发展借助了国务院《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》的产业政策春风，各相关业内企业加大投入，专注于虚拟现实技术系统组成硬件和软件产品研发。虚拟现实技术将沿着虚拟现实与现实世界在感知系统上的对等性，“没有什么是做不到的，只有我们想不到的”这一梦想迈进。学习者可以实现“意随心动”，可以沉浸在虚拟现实中并与之互动，通过眼看、耳听、鼻闻、手动以及大脑思考的过程，获得“做的经验”。虚拟现实技术的整体构造主要分为硬件与软件的相互融合，能够利用沉浸式体验让人置身其中，并成为虚拟环境中的一部分（见图1）。

虚拟现实技术在体育领域的研究也颇有成效，北京仿真中心、浙江大学等都是国内研究虚拟现实技术的主要科研院所，他们基于虚拟现实技术开发了进行健身的运动器材系统。如虚拟保龄球健身机系统，它是结合三维图形显示、动画、交互式碰撞检测和图像处理技术开发成功的一项新产品，有效地缩短了保龄球运行的球道长度，节省了场地资源和经费投入，还有体育仿真中心研发的虚拟健身车等，都是VR技术在健身行业的典型应用。

1.2、虚拟现实技术在篮球教学中的潜在应用

虚拟现实技术在篮球教学中的应用众多，主要表现在多个方面（如图2）：

数据分析和统计。虚拟现实技术可以对篮球教学数据进行深入分析，提供详细的统计信息和趋势分析；

动作捕捉和姿势识别。虚拟现实技术可以通过摄像头或传感器等设备对学生的运动进行实时捕捉和分析。通过分析学生的动作姿势，系统可以给出针对性的指导和改进建议，帮助学生提高篮球技术水平和动作表现；

虚拟训练和模拟比赛。虚拟现实技术具备模拟实际篮球比赛环境，学生可以通过虚拟现实技术进行训练，模拟比赛的压力和战术决策，提前熟悉各种情况并获得实战经验；

个性化篮球学习。通过学生的学习和动作数据，人工智能系统能够根据每个学生的独特特点和个性化需求，精心制定并推荐个性化的学习计划和内容。教师也可以通过此种方式做出针对性的教学计划，做到因材施教，分层教学；

裁判辅助和视频判定。在学习篮球裁判内容方面，虚拟现实技术可以帮助学生裁判员进行判罚决策和判定争议。通过分析比赛视频和使用相关算法，可以提供客观、准确的裁判辅助决策，减少错误判决的发生，并提高教学比赛和实际比赛的公正性。

2、虚拟现实技术与篮球教学的融合

2.1、虚拟场景的构建与呈现

构建篮球教学虚拟场景是借助虚拟现实技术实现的。虚拟现实技术对现实场景的模拟可以让学生“身临其境”，一览全景，但是看到的场景和人物全是假的，因此可以安全地模拟教学。对于虚拟场景的构建要确定篮球教学虚拟场景的类型和目标（图3），例如室内或室外场地、比赛场景或特定技术动作的练习场景等，根据教学需求和教学目标来确定场景的设置。然后使用3D建模软件或虚拟现实平台上的场景编辑工具，创建与学校实际场地相似的虚拟场景模型并设计场景的细节，包括篮球场地的大小、地面标识、篮框位置等。

2.2、手势和身体追踪技术的应用

通过篮球手势和身体追踪技术，学生可以在虚拟环境中模拟真实的篮球动作，如投篮、传球、运球等（如图4）。这种直观的互动方式不仅增加了教学的趣味性，还提供了更加自然和流畅的操控方式。在虚拟现实篮球教学中，身体追踪技术允许学生的动作被实时记录和映射到虚拟环境中，从而使得学生能够全身投入到虚拟场景中。无论是调整投篮姿势、变换传球角度还是进行快速变向动作，都可以通过身体的真实动作来实现。这种身体追踪技术为学生提供了更加身临其境的体验，让他们感受到篮球运动的真实性和挑战性。身体追踪技术的应用不仅局限于篮球教学，它在篮球训练和技术分析中也具有重要作用，学生可用虚拟现实技术对篮球技巧进行训练。

2.3、运动行为识别和分析

利用可穿戴系统对篮球教学中学生的运动行为进行监测识别，可穿戴设备系统一般包括：传感监测组件（可穿戴材料、智能织物和传感器等）；执行和处理组件（执行器、系统处理单元和无线通讯模块等）；反馈和交互组件（软件界面、算法、数据处理等），通过可穿戴系统来捕捉学生的运动数据，并利用高精度的传感器和算法进行实时的姿态追踪和行为识别。

虚拟现实技术不仅可以实时识别学生的运动行为，还可以根据运动数据进行深入的分析。通过对学生打球时的运动轨迹、速度、加速度等数据进行分析，可以评估学生的技术水平和身体素质，教师可以根据这些数据对课堂教学中存在的不足进行优化，同时教师也可以利用虚拟现实技术评估学生的技术水平和身体素质，来进行运动队选拔，将识别的数据作为选拔的参考，提升运动选材的高效性。

2.4、教学内容的优化——战术模拟学习

目前，大部分高校对于篮球战术部分的教学效果并不明显，班级中学生篮球水平参差不齐，对于战术的理解也大不相同，在实际跑位当中配合度不够，学习效果不佳。针对战术模拟学习的部分，利用虚拟现实可以充分利用智能技术，模拟各种篮球战术（如图5）。

图5 虚拟现实模拟篮球战术图

战术内容按篮球战术分类设计德波尔战术、芝加哥配合、场角的配合、中锋绕切、高位策应、交叉切入和弱侧掩护等多个二级战术配合动作激活按钮。在虚拟环境中对篮球战术进行模拟，从而可以多角度地观看和展示科学规范的篮球运动员连续动态的战术配合线路，通过直接生动的视觉图像有利于运动员清晰形象思维，总结规范合理的战术训练方法。

3、虚拟现实技术应用于篮球教学中的挑战

3.1、教学与技术应用的匹配

目前，高校篮球的教学与虚拟现实技术应用的匹配上还存在不足，例如动作捕捉限制，对于细微的手部和手指动作的捕捉可能不够准确，这会影响教学中对于技术细节的传授和训练。在运动感知和身体反馈上也会存在一定问题，虽然在虚拟现实中可以模拟篮球场景和动作，但缺乏真实的运动感知和身体反馈，这对于学生的运动技巧和空间感的培养可能存在一定的局限。

虽然在篮球教学与虚拟现实技术应用匹配方面已经取得了一定的进展，但仍存在一定的不足之处，虚拟现实技术如要与篮球教学更好地匹配，需进一步突破技术瓶颈，提供更加精准、个性化和身临其境的篮球教学体验。

3.2、进一步研发和改进方向

虚拟现实技术在篮球教学领域已经取得了一定的成果，但仍有一些方面可以进一步研发和改进，提高教学效果和使用体验。

在场景设计方面上需进一步优化，做到能够模拟各种不同的比赛场景和球场情况，使其更加逼真、真实，以提供更全面的教学体验；在动作捕捉技术上需不断加强，尤其是对细微的手部动作和手指动作，以求提供更细致精确的反馈和指导。可以结合机器学习和深度学习等方法，进一步提高动作捕捉的精度和实时性；VR篮球教学在改进的过程中还需引入互动交流和多人协作的功能，使师生之间能够进行交流和讨论。可以通过语音和实时对战等方式，营造更加真实的社交环境；进一步融合其他技术，结合增强现实技术可以将虚拟篮球场叠加到现实环境中，为训练者提供更加丰富的学习场景。

4、结语

虚拟现实技术为学生提供了身临其境的学习体验，能够提升他们在篮球技术方面的接受度和适应性。但在高校篮球教学中仍面临一定挑战，我们需要进一步改进动作捕捉技术，以提高动作捕捉的准确性和实时性；需要根据学生的不同水平和需求提供个性化的学习内容和进度；还需要加强互动交流和多人协作的功能，提高学生之间的合作与协调能力等。在未来的研究中，可以进一步融合其他技术，如增强现实、人工智能等，创造更加丰富多样的教学方式和体验。同时，我们还可以开展更多的实证研究，深入评估虚拟现实技术在高校篮球教学中的有效性和可行性。

总体来说，虚拟现实技术在高校篮球教学中具有巨大的潜力。通过持续的研究和改进，我们可以进一步提升虚拟现实技术的质量和效益，为高校篮球教学带来更好的教学效果和学习体验。

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