前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的虛擬仿真系統在體育教學的應用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要:VR的仿真技術主要通過觸覺、視覺、聽覺等多種感知能力模擬現實環境，而體育教學中恰恰需要學生的多種感覺的共同參與。本文主要通過對VR技術的特點和體育教學過程本身的特點進行融合，強化運動強度和負荷在VR體育教學仿真系統中的運用。改變以往教師基于肉眼觀察在學生學習中存在的問題，到基于準確的人體運動技術測量數據;改變以往以經驗來主觀判斷學生學習中存在的問題，到基于程序化人體運動模擬與仿真人體運動分析，以客觀的數據來說明學習者存在的問題;減少學生在教學中運動體驗獲得時間，強化肌肉的動作記憶，縮短教學周期，提高教學效率。
關鍵詞:虛擬現實;體育教學;運動強度
一、緒論
體育教學目標是在特定的時間和空間內讓學習者達到預期的結果，在特定的時間和空間內主要激發學生學習興趣，充分調動學生主動參與的意識，激發學生學習動機。傳統的體育教學過程是教師講解示范，學生模仿，錯誤糾正，反復練習等過程，在信息化的今天，傳統的教學很難充分調動學生的學習激情，然而，基于VR體育教學讓學生真正體驗到身臨其境的感覺，通過肢體的活動充分感受到技能學習的效果，學習者通過與虛擬環境之間相互交互，在虛擬的環境中感受到真實的場景，在虛擬的環境中體驗動作的學習及動作的運用，改變了由以往的“以教促學”轉為“交互式”學習方式。
二、虛擬現實技術在體育教學應用的現狀分析
如何使廣大學生能在短時間內更好學會技術動作，在教學過程中采取什么樣的教學方法和策略，以及在教學各個環節易犯錯誤如何有效采取干預措施等成為廣大教師在今后的教學中研究重點［1］。傳統的教學方法主要是基于人肉眼觀察到人體運動技術分析及基于情感經驗方法去判斷教學中存在的問題;每位教師判斷的標準不一，帶有較強主觀性，不利于客觀分析每位學生技術特征，然而，VR虛擬仿真技術實現細微動作的精確捕捉和數據分析，有一個統一標準去比較技術的力學特征、動作的合理性等，幫助教師和教練員科學量化地分析和糾正學生的動作，找出正確的訓練方法，提高運動成績［2］。有學者認為虛擬現實技術可以從不同的角度、不同鏡面示范、不同的速度進行直觀的三維動畫演示，讓學生建立清晰的動作表象，進行模仿練習，學生能夠通過清楚看到自己的動作，同時可以把學生的動作與老師的動作進行對比分析，找出存在的問題及時進行糾正［3］。虛擬現實技術的出現將改變傳統的教學方法，虛擬現實技術實現虛物實化，讓使用者正真感受到身臨其境的感覺［4］。然而在研究中，學者多從虛擬現實本身的特點(沉侵感、交互性及想象性)，構建體育教學模式。這種新的教學模式給學生在技能學習中提供有利的幫助，同時帶來新鮮感，帶來興趣，給體育教學帶來新的技術，然而這些研究從虛擬現實的特點來分析如何運用于體育教學當中，從技術本身的角度去分析體育教學。體育教學過程特點即身體參與、體力與腦力活動相結合及運動負荷和強度。在這個過程中運動負荷和運動強度至關重要，也是體育課堂教學重點。本研究將虛擬現實與體育教學過程兩者的特點有機結合，在虛擬環境中加以運動強度和量的控制，使學生產生一定的運動負荷，提出構建虛實融合的體育教學模式。
三、體育教學仿真系統的設計過程
(一)三維建模
建模分為三部分:人體建模、場景建模、演示建模。人體模型數據庫包括:頭部模型、嘴鼻部細節模型、臂膀模型、小臂模型、肩關節模型、肘關節模型、腕關節模型、手部模型、上體模型、腹部模型、腰部模型、髖關節模型、大腿模型、膝關節模型、小腿模型、腳踝關節模型、腳部模型等。演示建模數據庫包括:專業運動員演示人體建模和相關的動畫設計等。場景模型數據庫包括:運動項目場景建模等。系統統一采用3DSMAX、OpenGL和Unity3D共同完成系統三維視鏡的建模以及相關動畫的制作。
(二)模型、場景的渲染
虛擬場景的燈光設定，通過3DSMAX自帶的環境光提高整個場景的亮度，在合適的3D坐標處設置光源，并在適當的位置上進行光線的補充，以及進行對相關陰影的柔化工作。要明確燈光的控制對象，對燈光布置的目的性，以及燈光強度的控制性，這將幫助虛擬場景更快更好的完成渲染。每個模型的每個節點，分塊都進行渲染，保證對關鍵細節的真實展現。采用Unity3D自帶的天空盒和燈光功能，給場景一個較為真實的虛擬化作業場景。
(三)模型動畫設計
本系統采用基于3DSMAX的腳本語言對相關模型對象進行動畫設計。最為當前最廣的三維動畫設計軟件，3DSMAX內嵌了強大的動畫開發功能。本系統將使用3DSMAX內置的Maxscript腳本語言對模型進行動畫的設計。首先設計的對象是演示模型的指導姿勢演示，采用關鍵細節強化感知的方式設計在環境人不同方式技術的規范動畫，目標在規范的動作上教導用戶。最后是環境的模型的動畫設計，旨在能在模型進行動作的同時，環境模型能較為真實的產生的印象反應出來。
(四)虛擬場景的建立
本系統將采用Unity3D建立所需的虛擬場景，并將它運用到VR中。首先將模型在3DSMAX建立完畢，然后分次序導出成Unity3d能導入的模式。將所有模型元素導入Unity3d引擎的場景試圖，調整對應的位置關系，并劃定場景邊界。在Unith3d引擎中導入適當的資源包，保證程序能正常有效的運行在VR環境中，并能將沉浸式體驗表示出來。
(五)動作捕捉
實時捕捉、記錄、獲取人體運動時的準確的動作姿勢，結合人體生理學、物理學等原理分析，研究動作改進方法;計算分析受試者特定關節點在某一時刻的速度、加速度、角度，并與數據庫中專業運動員數據進行對比分析，增強教學互動性，提升學習體驗，切實解決學習中定量研究和實時交互的關鍵問題，推動體育領域發展。通過大量高仿真3D動畫還原人體生理機制過程。將抽象的內容三維形象化，學生可以直觀的了解每個所學的知識點，深刻的理解和掌握所學知識，擁有極高的技術含量和獨特的應用價值?；赩R的體育教學仿真系統是典型的人機交互系統，它的教學效果將受到硬件系統、仿真軟件和操作人員三大因素相互影響。能否正確地向用戶展示規范的動作示范，用戶的動作能否成功地被識別并分析，將成為本系統真實效果和培訓效率的關鍵。因此將優化算法，提高代碼效率。良好的圖形界面有助于用戶更良好的體驗，本系統使用Unity3D作為2D界面的設計工具，采用貼圖、UI導入的方式來完成界面的設計，包括初始界面、場景選擇界面、動作教學選擇界面、計時欄、指示欄等。
四、虛擬現實技術在體育教學中的應用
(1)虛擬現實技術優化教學過程。傳統的教學過程是教師講解示范，學生模仿練習，建立動作概念;通過錯誤糾正反復的練習使動作連貫準確建立動力定型，再通過增加新的刺激條件使動作趨于鞏固和運用自如達到動力定型。虛擬仿真技術是學習者通過視覺(三維動畫多角度觀察)、聽覺(技術動作的講解)、觸覺(動作體驗)及互動(動作對比)對動作進行感知，創設虛擬情境進行再次互動(交流、對比、技術分析等)加深對動作的理解，通過增設新的情境加深技術的理解及肌肉的記憶使動作趨于穩固。(2)虛擬現實技術將使體育教學從單一教師教學生學到交互式綜合性模式。傳統的教學一般是在教師引導下進行練習，虛擬仿真技術下的教學是基于虛擬環境與真實環境相疊加的知識建構。(3)虛擬現實改變以往教師基于肉眼觀察在學生學習中存在的問題，到基于準確的人體運動技術測量數據;改變以往以經驗來主觀判斷學生學習中存在的問題，到基于程序化人體運動模擬與仿真人體運動分析，以客觀的數據來說明學習者存在的問題，教學過程更加科學化、合理化。(4)虛擬現實技術可以幫助克服恐懼。虛擬的恐懼和真實的恐懼并沒有兩樣，問題是什么導致真實的恐懼和虛擬的恐懼，怕什么并不重要，VR的有點在于可以詳細的重現真實的情景，讓自己面對感覺有壓力的東西，通過身處其境，不適感會開始降低，幫助大家體驗之前沒有體驗過的，并做出改變感覺自己就在其中，這樣擺脫恐懼的慢慢有所改觀。
五、結語
綜上所述，基于VR仿真技術運用于體育教學中，將真實的環境與虛擬的場景進行有機結合，有助于改善教學環境，實現教學場景真實化;改變傳統的教學過程即教師是知識的傳授者轉變為指導和組織者;提高教學效果，教師根據學生的學習情況，創設相應的虛擬教學場景及人物形象，供學生學習。由此可見，基于VR虛擬現實技術將在體育教學得到廣泛的運用。
參考文獻:
［1］鄭芳媛．普通高校游泳教學初探［J］．山西財經大學學報，2012，34(S2):79．
［2］陳健，姚頌平．虛擬現實技術在體育運動技術仿真中的應用［J］．體育科學，2006(09):34-39．
［3］劉煉，孫慧佳．虛擬現實技術在舞蹈教學中的應用現狀及設計要求［J］．中國電化教育，2014(06):85-88．
［4］劉衡，馮婷．基于虛擬現實技術的體育教學模式的實踐與思考［J］．北京師范大學學報(自然科學版)，2013，49(06):649-652.
作者:王冬 單位:淮陰工學院體育教學部
