篮球运动中虚拟现实技术的应用教育论文

篮球运动中虚拟现实技术的应用教育论文

1．研究目的

随着现代篮球运动的发展，世界篮球被美国长时间统治的格局被打破，各国的篮球水平差距也在逐渐的缩小。我们知道在现代篮球比赛中，人的体能和精神的激发几乎都达到了极限，胜败往往只在毫厘之间，仅靠强健的肌肉和良好的竞技状态已很难获胜，运动员们越来越多地要依靠科学家、教练员的智慧和先进的科学技术!而随着雅典奥运会的闭幕，2008年中国奥运会进入倒计时阶段，“科技奥运”工程也已经从先期的规划准备阶段进入到实施阶段，以计算机技术为代表的现代科技日益发挥出巨大能量，并以强大的亲和力渗透到现代体育的各个领域当中。虚拟技术作为一项前瞻的科学技术，在现代体育中的地位日益上升，显示出了传统体育教学和训练等所不能比拟的优越性。

我们知道在现代篮球运动快速发展中不仅需要大量、直接、生动形象的教学素材，而且篮球技术不断的提高，使普通教师和教练员有时在教学和训练中很难完成示范动作；有些战术内容因复杂多变使教练员一时也很难用言语和动作路线来表达清楚；同时在教学和训练过程中，运动员有时需要有大量的观察、模仿、反馈、修正等除了本体感觉外的感觉信号特别是视听感觉。而虚拟仿真技术所具有的特征却能很好弥补这些不足之处，这样教练员不必是技术顶尖的人物甚至不必是国手级人物，运动员也能很好的观察到顶尖选手的技术动作以及听到专家学者的解说。所以基于计算机3D的虚拟仿真技术不但可辅助传统的教学和训练方式，另外也有利于激发运动员的学习和训练的兴趣和认知主体作用的能力，有利于知识的获取和实现对教学训练信息的有效组织与管理，为教学和训练提供一个较理想的环境。

所以基于计算机3D的虚拟仿真技术作为新的教学媒体，它的出现对现代篮球技战术的教学和训练提供了新的教学环境和工作平台，它产生了不可估量的影响。在这种背景下，采用虚拟技术对于积极探索现代篮球的技战术的发展和变革教学训练方式有着重要的意义。

2．研究方法

2．1 专家讨论法：

在2004年11月25日来自中国科学院、清华大学、首信集团、浙江大学、北京航空航天大学、上海交通大学、曲阜师范大学、沈阳体育学院、南京大学、南京师范大学等几十个高校院所共40位专家学者在国家体育总局体育科学研究所就体育系统仿真与虚拟现实技术问题进行了学术讨论。

2．2 计算机模拟设计法：就虚拟现实技术在篮球中的应用方面在计算机中进行了模拟和设计。

2．3 文献资料法：就虚拟现实技术(VR)问题查阅了国内外相关资料。

3．结果与分析

3．1 虚拟现实的基本概念及基本特征

虚拟现实技术(Virtual Reality)是利用计算机技术建立一种逼真的虚拟环境，集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、传感器、网络、并行处理等技术的最新发展成果，浏览者通过数字手套、立体头盔、立体眼镜和三维鼠标等传感器与计算机发生联系，从而减小人机差距，最终产生一个拟人化的三维信息环境，在这个环境中，人们的视觉、听觉和触觉等的感受像是在真实的环境中一样，即有“身临其境”的感觉，人们可以沉浸在这个环境中与环境进行实时交互。这就是它的所谓“沉浸性”、“实时性”和“主动的交互性”。虚拟现实技术是一项极具发展前途和实际应用前景的技术，已经运用到了很多领域，如生产监控、教育训练、教学导览、设计与规划等。

3．2 现代篮球运动中虚拟现实技术的作用

3．2．1 弥补现代篮球教学训练条件的不足。在现代篮球教学训练中，往往因为天气、场地、器材、经费等方面的原因，从而使一些教学和训练课无法进行。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以了解篮球技战术，获得与真实感觉一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。

3．2．2 避免高难度和复杂的技术动作所带来的运动伤害。随着现代篮球技术的高度发展，篮球的对抗性和高空争夺的竞争越来越激烈，技术难度也越来越高。利用虚拟现实技术进行虚拟动作实验(必须与篮球运动实际相结合以及结合人体科学和人体运动规律等)，则可以免除这种顾虑。学生和运动员在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种高难度的动作。例如，高空的高难度的扣篮动作。

3．2．3 彻底打破空间、时间的限制。利用虚拟现实技术，可以彻底打破时空的限制，足不出户就可以观看全世界优秀运动员的技战术和世界著名教练员的技术指导和体验现代篮球理念。

3．2．4 可以虚拟人物形象。虚拟现实系统可以虚拟世界上著名的运动员和教练员等各种人物形象，创设一个人性化的学习环境。例如NBA2005游戏就是这样的一个例子，在虚拟的游戏中我们可以选择自己喜欢的球队和运动员，我们还可以同虚拟的乔丹、科比、姚明等全世界著名的"运动员同场竞技，在虚拟的课堂学习气氛中，我们还可以与虚拟的教练员、教师、运动员等一起交流、讨论，共同探讨学习训练中的各种技战术的问题，进行合作化学习。

3．3 篮球运动中虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术能够为学生及运动员提供生动、逼真的学习环境，学生和运动员能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，可以和世界上著名的运动员和教练员一起同场竞技，这对调动学生和运动员的学习积极性，突破技战术的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。虚拟仿真技术可以虚拟出世界上著名的运动员和教练员，还可以仿真出著名的运动员的技术和著名教练员的战术，使体育训练摆脱纯粹的依靠经验的状态，进入理论化、数字化的时代。还可以把成绩差的运动员的动作捕捉下来建立3D仿真技术，将其与优秀运动员的动作进行对比分析，从而帮助其训练。虚拟现实技术在远程教学中的应用主要有以下几个方面。

3．3．1 辅助教学

虚拟仿真技术作为一种崭新的科学技术，它不仅弥补了现代篮球教学方式的不足，同时也丰富了教学手段和方法，现代篮球技战术复杂多变，教师和教练员在教学和训练时，有时很难用简洁的语言来表达清楚这些复杂多变的技战术，如果用虚拟仿真技术逼真的去展示，那么就会起到意想不到的效果，真正做到事半功倍!

3．3．2 辅助设计

3．3．2．1 建立虚拟仿真人物和虚拟环境。用虚拟仿真技术可以仿真出世界上最优秀的运动员和教练员，利用交互的特点可以同他们同场竞技。

3．3．2．2 以三维方式虚拟仿真技术动作。通过形象化的方式让运动员更容易、更快速地掌握技术动作要领，从而大幅度地提高运动员整体运动技能水平。这项技术不仅可以用于日常训练，而且还可以用于(国际)教练员、运动员和裁判员培训。

3．3．2．3 新动作设计与技术动作标准化。可以编辑、修改、设计新动作(必须与篮球运动实际相结合以及结合人体科学和人体运动规律等)，通过该工具还可以让教练员设计出自己头脑中“理想”的动作，据此建立标准技术动作库，用于教学与(国际)培训，提高比赛成绩。

3．3．2．4 技术动作分析。可以对技术动作做量化分析，并以图形方式展示分析结果，包括位移、速度、力等。在此基础上，可以对“理想”动作与运动员技术动作做深层次的分析，并给出运动员改进技术动作的指导性意见。

3．3．2．5 战术模拟和分析。现代篮球技战术丰富而复杂多变，教练员可以利用仿真技术虚拟对手的战术变化和特点，以直观逼真的3D动画仿真技术展示出来，这样运动员便能很形象、生动地观察到对手的战术特点，从而教练员根据对手的特点，有针对的制定出相应的破解战术和对策，这样在比赛中更容易取得比赛的胜利。

3．3．3 应用培训

虚拟现实技术广泛的应用于教练员和裁判员培训中，虚拟现实技术作为一种崭新的技术，给我们带来了崭新的教育思维，解决了以前我们无法解决的问题。在传统的教练员岗位培训中以及裁判员培训中，往往采取传统的教学方式，室内的理论介绍和场地的临场指导这两种形式为主。而虚拟现实技术作为一种崭新的技术，不仅弥补了传统的篮球教学的不足，而且还提供了一种崭新的教学平台，我们足不出户就有身临其境的感觉，全新的3D虚拟动画技术使复杂的内容可以用简单的方式来表达，使教学者更容易地去表达自己的教学思想和内容，使学习者更直观，形象，更容易理解教学者的教学思想和教学内容。

3．3．4 成果展示

在以往的成果展示中，展示的方式往往采取文字、图片、幻灯片、视频等技术，而3D虚拟仿真技术的出现让参展者多了一种展示方式的选择，它给传统的展示注入了新鲜的血液，使得更加丰富多彩。例如：在大型的篮球比赛前，比赛组织者和赞助商往往要了解场地布置以及广告布置，以往大多采用二维的平面设计，以图片展示，现在我们就可以用3D虚拟仿真动画技术来展示!再如：在大型篮球场地建造前的效果图设计中，设计单位往往采取平面设计图纸来展示，而现在就可以采用3D虚拟仿真技术更好的来展示!又如：随着恐怖主义在世界上活动的猖獗，一些国家在举办大型的篮球比赛中，往往会做反恐布置和训练以及以最快速度疏散人群等，这样我们就可以预先用3D虚拟仿真技术来逼真的演示1

4．结论与建议

4．1 结论

虚拟现实技术作为一个新型教学平台，不但在篮球技术教学中可以应用，在其他技术动作项目的教学中亦可推行，特别在以下方面应用较为普及。

4．1．1 辅助教学：弥补传统教学方式的不足，丰富教学手段和方法。

4．1．2 辅助设计：虚拟仿真人物和环境以及仿真技术动作并进行技术动作分析以及战术模拟和分析等方面。

4．1．3 应用培训：虚拟现实技术可以应用于教练员和裁判员培训中。

4．1．4 成果展示：可以应用于场地布置以及战术布置和模拟等。

4．2 建议

4．2．1 虚拟现实技术只能作为篮球运动中的一种辅助手段，要适当的运用于辅助教学、技术设计和分析、战术模拟和分析，以及应用培训和成果展示等方面，不能过多的强调甚至取代传统的篮球教学和训练。

4．2．2 虚拟现实技术要与篮球运动实际相结合，如果脱离了实际那么犹如纸上谈兵，就失去了价值。

目前，尽管虚拟现实系统的硬件设备还比较昂贵，虚拟现实技术尚未普及。但是，随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实技术作为一个新型教学平台，以其自身强大的教学优势和潜力，不但在篮球技术教学中可以应用，在其他技术动作项目的教学中亦可推行，我们相信最终会在整个体育领域发挥其重要作用。

主要参考文献

1．韦有双，杨湘龙，王飞．虚拟现实与仿真[M]．国防工业出版社，2004年1月第一版

2．李祥晨，孙晋海．体育系统仿真[M]．人民体育出版社，2004年1月第一版

3．纪庆革，潘志庚，李祥晨．虚拟现实在体育仿真中的应用综述[R]．2004年11月25日“首届全国体育系统仿真和虚拟现实技术会议”

4．汪成为，高文，王行仁．灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用[J]．广西科学技术出版社，1996：1—10

5．范伯元．科技奥运[M]．北京：北京科学技术出版社。2001．