基于虚拟现实技术的格斗训练系统设计

摘要：格斗起源于武术，它以技击动作为主要内容，以克敌制胜为主要目的，是军校学生的必修教学内容之一。当前，格斗教学仍以传统教学模式为主，存在教学内容单一、教学手段陈旧、“练、战脱节”、少数学生畏战、惧战等问题。因而，针对性地进行格斗教学改革尤为重要。本研究旨在设计一套虚拟格斗训练系统，构建“VR+格斗”的教学新模式，对促进当下格斗教学质效的提高、推动格斗教学改革有着重要的实用价值。

关键词：格斗；VR技术；虚拟格斗训练系统；格斗教学改革

一、引言

格斗起源于武术，属于技能主导类格斗对抗类项目，它以技击动作为主要内容，以克敌制胜为主要目的，是军校学生的必修、必训内容之一。教学内容主要包括基本技术、组合技术和实战对抗等。通过训练旨在使学生掌握格斗基本技术，提高实战对抗技能水平，培养英勇顽强、果敢坚毅的意志品质和“召之能来、来之能战、战之必胜”的杀敌本领，提升战斗意识，培育战斗精神。

二、格斗教学的局限性

格斗属于综合性较强的对抗性项目，要求有强大的上、下肢力量及爆发力，这是出招制胜、一招制敌的必要条件。只有全身配合，协调发力，才能达到最佳攻击力度，实现最佳攻击效果。如：在进行直拳等拳法进攻时，需要蹬地、转腰、送肩，将身体的力量由下向上传达，通过全身各部位发力，增加攻击力度。其次，也要有极快的速度和敏捷的反应力，这是成功制服敌方的关键。在对抗时，需要时刻保持沉着冷静。若是盲目出手只会浪费体力，并且给对手创造进攻条件和时机。因此，这一项目对教师、学生都有较高的要求。

当前，军队院校格斗教学仍以传统教学模式为主，存在一定的局限性。教学往往以听、看、模仿练习为主，教学内容单一，教学手段陈旧，示范→练习→纠正的教学方法、讲解→传授→灌输的教学模式使得课堂的生动性不够，导致学生参与训练的积极性下降。教学过程中反馈不及时、效果评估缺失容易造成学生对动作的理解不到位，从而出现动作路线错误、击打角度不准、击打力度不够等问题，这都会造成学生技术动作掌握慢，技能水平提升慢。“重技术，轻实战”也是教学中较为常见的问题，“练、战脱节”的现象不利于战斗意志的塑造、战斗精神的培养。另外，少数学生（尤其是女生）存在畏战、惧战的心理障碍，因而故意降低自我要求、标准，减少训练投入，以此逃避训练。上述问题对军队院校格斗课程教学质量、教学效果产生了较大的消极影响。

三、虚拟格斗训练系统模块设计

为了解决以上问题，针对性地进行格斗教学改革，将现代化、智能化信息技术融入教学实践尤为重要。VR技术是20世纪迅速发展并风靡全球的一项综合性信息技术，目前已广泛应用于军事、教育、医学、娱乐等诸多领域[1][2]。“VR+教育”“VR+体育”也成了近几年的研究热点之一。较多学者认为，VR技术能够有效提高运动训练效果[3][4][5][6]。因而构建“VR+格斗”的教学新模式，设计开发出一套虚拟格斗训练系统，丰富教学内容，创新教学方法，激发学习兴趣，提高格斗实战对抗能力，塑造战斗意志，提升战斗意识，对当下军队院校格斗教学质效的提高有着重要的实用价值。

虚拟格斗训练系统应由硬件设备设施和软件系统两大部分组成，二者相辅相成，缺一不可。硬件设备设施包括终端计算机、服务器、VR眼镜、动作捕捉设备（根据经费情况选择惯性动作捕捉或光学动作捕捉等设备）、数据手套及其他辅助配件和设备。软件系统则由格斗基本技术学习、格斗组合技术学习、技术评估训练、实战对抗训练和视频复盘模块五大分系统组成。

硬件设备设施是现实世界与虚拟世界联系的中介，而软件系统则是整个系统的核心。本研究重点介绍软件系统设置。

1.格斗基本技术学习模块

该模块主要采用人机跟练模式。教学内容涵盖手型、步型、拳法、腿法、肘法、膝法等基本技术。需提前采集格斗基本动作的标准动作，并将其置于动作库中。练习者借助VR眼镜（Pico Neo 4）沉浸到虚拟训练场景中，进行360°立体式、全方位、全视角的模仿学习。虚拟教练便会根据情况对该技术动作进行标准动作、慢动作、分解动作、完整动作的讲解与演示。练习者能够身临其境地观看技术动作，并进行相应的模仿练习。当练习者出现错误动作时，虚拟教练能够实时反馈，给予错误提示，并进行正确的动作指导。该模块有助于学生建立正确的动力定型。

2.组合技术教学

该模块主要采用人机跟练模式。教学内容包含格斗组合一至五练习。需提前采集格斗组合动作的标准动作，并将其置于动作库中。练习者借助VR眼镜（Pico Neo 4）沉浸到虚拟训练场景中，选择相应组合动作进行360°立体式、全方位、全视角的模仿学习。练习者能够身临其境地观看、学习组合技术动作，虚拟教练会根据选择对该组合技术动作进行连贯动作或慢动作、分解动作或完整动作的讲解与演示。通过虚拟训练场景中的虚拟教练和反馈系统，学生可以获得正确的动作指导，以加快组合动作的掌握。该模块还设计了播放/暂停、快进/慢进等功能。当练习者对当前技术动作未完全掌握时，可以选择暂停、慢放或重复学习。该模块有助于学生建立正确的动力定型。

3.技术评估训练模块

该模块主要采用动作评价模式。将前面两个模块采集的格斗教学基本动作、组合动作置于动作库中。支持练习者借助VR眼镜（Pico Neo 4）沉浸到虚拟训练场景中，采用攻击点标定、动画透视等展现形式，进行技术格斗教学基本动作、组合动作评估训练。虚拟教练会根据练习者的动作路线、力度、速度、方向、角度等做出反应，并针对练习者的技术动作进行实时反馈和技术动作评价（得分、攻击点标定等），使学生了解自身动作是否规范、标准，是否存在错误动作情况。该模块有助于改进技术动作、组合动作，提高动作完成质量。

4.实战对抗

该模块主要采用人机对抗模式。需提前建立虚拟对手模型，该虚拟对手掌握格斗基本技术，具备一定的格斗技能水平、攻击能力和防御能力等，能够根据实战情况随机应变，并依照练习者的攻击、防御动作做出与之相适应的攻击类、防守类、躲闪类动作。根据练习者的技能水平高低设置初级、中级、高级模式（虚拟对手技能水平由高至低），训练时可根据技能水平选择相应级别的虚拟对手。练习者借助VR眼镜沉浸到虚拟战场环境中，与虚拟对手进行1VS1实战对决，如：攻击、防御等，从而获得虚拟竞技感受、对抗情境体验，这能够大大降低传统训练的危险性。该虚拟对手具备智能行为特征，掌握格斗基本技术，具备一定的格斗技能水平、攻击能力和防御能力等，能够根据实战情况随机应变，依照练习者的攻击、防御动作做出与之相适应的攻击类动作、防守类动作、躲闪类动作等。系统也会针对虚拟实战情况分别对练习者及虚拟对手进行评分。通过模拟比赛，可以克服畏战、惧战等胆怯心理，增强敌情意识，培育战斗精神，提高实战对抗能力，从而达到安全、高效的训练效果。

5.视频复盘

该模块主要采用技术回放评估模式，具备技术回放、数据提取和评估分析等功能。通过全方位、全过程实时捕捉其他模块训练时的数据，将其存储到数据库中，利用视频监控软件进行回放，使练习者、组训者能够直观、立体地感受到训练时的三维动作形象，多角度分析位置、路线、方向、击打点等动作要素，从而精细查找、精准分析训练问题，加深对动作全方位的理解，改正错误动作，有的放矢地解决训练问题，帮助学员快速掌握技术动作，提升教学训练效果。此外，课后学生可以登录系统，随时查看视频资源，反复查找训练问题，不断提高对动作的认识，持续改进技术动作，提升技能水平。

四、虚拟格斗训练系统操作步骤

虚拟格斗训练系统的操作步骤如下：

1.启动虚拟格斗训练系统软件系统

开启虚拟格斗训练系统电脑主机，启动基于虚拟现实技术的格斗训练系统软件，登录系统平台，输入姓名等个人基本信息，点击登录，从而启动、运行软件。

2.调试、校准仪器设备

根据系统操作提示进行检验步骤，检查是否存在定位不准确、检测不到等情况，并查看训练设备的声音、场地的定位器、手柄的校准调试等，如：训练者是否处于动作定位装置范围之中。调试完成后，穿戴完整VR设备rf0vfH4x3xTNtdx2EJbQhSu/Bgnpg3zYHQPME5Tn0LE=，届时系统界面将自动提示校验完成。

3.训练过程操作

校验完成后将进入训练板块的主界面。系统界面分为5大模块，分别是格斗基本技术学习模块，格斗组合技术学习模块，技术评估训练模块，实战对抗训练模块和视频复盘模块。根据练习者的训练目的、训练需求，选择前4大模块中相应的模块，并选择想训练的内容，然后点击开始训练即可（或回看复盘）。

4.保存训练数据，分析训练情况

点击保存按钮之后，练习者可以在训练结束后查看本次或者前期训练的情况。练习者、组训者能够反复观看训练视频，并根据情况进行标定以进行数据的分析。

五、结语

在数字化、智能化背景下，我国已经迎来了“VR+教学”“VR+体育”的重要发展机遇，科技助力体育教学势必成为未来的发展趋势。虚拟格斗训练系统实用性虽强，但包含很多现代化信息技术，是一个非常复杂的系统，需持续投入、推广。相关部门应持续推进VR技术在格斗教学训练中的应用，致力开发虚拟格斗训练系统等新兴技术辅助教学，助力格斗教学改革，提升人才培养质量。

参考文献：

[1]茅洁.基于VR、AR、MR技术融合的大学体育教学应用研究[J].武汉体育学院学报，2017，51（9）：76-80.

[2]陈明.基于虚拟现实（VR）技术的乒乓球裁判员实践训练系统设计开发及应用[D].上海体育学院，2022.

[3]刘传鑫.基于VR模拟训练提升大学生平衡能力的实验研究[D].成都体育学院，2022.

[4]李万里.虚拟现实技术辅助训练在高校跆拳道队中的应用研究[D].新疆师范大学，2022.

[5]孔凡明，米靖，马杰.VR技术在青少年男子足球运动员战术训练中的应用研究[M].第十一届全国体育科学大会论文摘要汇编，2019.

[6]秦绪喆.VR技术在拳击训练中的应用研究[D].海南师范大学，2021.