杨耿 萧裕红 黄惠怡 卢映旬 李钦

（深圳信息职业技术学院 广东省深圳市 518000）

2019年国务院印发的《体育强国建设纲要》中提出要加快推动高新科技与体育实体经济深度融合；支持可穿戴运动设备和智能运动装备的研发与制造；促进体育制造业转型升级。为建设体育强国，首先需要完善体育配套设施的建设，大力推动体育产品的转型升级。VR设备是可用于体育运动的新型穿戴运动设备，VR的内容可以融合体育运动与体育训练内容，是体育强国建设中新型的体育产品发展方向。2020年《关于全面加强和改进新时代学校体育教育工作的意见》强调学校加强体育课程和教材体系建设，配齐配强体育教师，改善场地器材建设配备，需要大量的师资和设备资金投入。但未来随着VR体育教学共享平台[1]建设逐渐完善，可虚拟出的运动教练可以在VR中指导与规范运动人员的动作，并应用于师资匮乏、设施匮乏的西部地区，弥补全国体育师资与设施不平衡的现象，解决师资和设备资金投入问题。

1 VR技术原理

VR是一种由计算机生成的高技术模拟系统虚拟现实的关键技术。VR当前热门技术方向分为本地VR与云端（Cloud）VR。本地VR与Cloud VR的主要区别在于是否将计算、图像渲染放在云端。如图 1所示，本地VR在用户终端进行图像渲染，对GPU等硬件设备资源要求高，导致用户购置设备成本高，而Cloud VR将计算与图像渲染放在云端进行，降低了对终端设备性能与成本的要求；本地VR因硬件设备繁多导致佩戴时沉重、透气性不够、舒适度欠缺，而Cloud VR是在云端渲染，终端只需要显示与传输硬件，从而头显设备可以变得更轻更舒适；本地VR内容缺乏统一管理平台，内容版权缺乏有效保护，而Cloud VR通过云平台可使内容集中化，便于内容的统一分发、共享与版权管理。通过对比，Cloud VR在成本、体验感、内容方面更有优势，并且Cloud VR以成本低、终端无绳化、自由度高、内容云化等优势有效地解决制约了VR发展的痛点。因此，Cloud VR是VR发展的最佳选择之一。

图1：本地VR与Cloud VR对比分析

如图2所示，Cloud VR由内容层、平台层、网络层及终端层四部分组成。其中内容层由“内容提供”和“内容聚合”组成，其主要任务是负责向平台层提供VR内容，包括视频业务与强交互业务；平台层负责云渲染、流化、转码、编码及存储，可以实现直播、点播与投屏功能；网络层负责为Cloud VR提供稳定的网络传输；终端层主要负责控制信令采集、视频解码、屏幕呈现、接入网络。Cloud VR利用云平台强大的计算能力将VR内容上云、渲染上云甚至制作上云，再通过优质的网络将沉浸式的VR体验传递至终端用户。

图2：Cloud VR架构

2 VR应用情况

2.1 VR应用研究

随着VR技术的发展，VR在传统行业已经开始逐步应用，包括医疗、游戏、辅助训练、制造、设计、艺术与教学领域。例如，利用虚拟现实技术帮助自闭症儿童并解决其运动情境中的生活困境问题[2]；或利用虚拟现实和三维游戏技术，构建动态虚拟的相关场景，设计和开发基于游戏模式的行人横穿道路技能辅助训练系统，以便达到更好的教育效果[3]；或在虚拟现实环境中对机械手的作业情况进行了仿真模拟，以便提高采摘机器人机械手群体作业的效率和精度[4]；或以虚拟现实技术为基础技术依据,搭建相应的三维空间模型，在更大程度上保证室内家居设计的高拟真性[5]；或根据技术与非遗相结合，将非遗的保护模式分为“玩具”、“镜子”和“艺术”模式，从而对非遗进行数字化保护[6]；或基于虚拟现实的远程教学空间中的不同学习情景解决远程教学缺乏实时的沉浸性情境和协作互动[7]。“VR+”使得人类的学习、生活、工作变得更方便、更有趣、效率更高，未来VR将无所不在，在各个行业中应用，未来人类的文明将向前迈进一大步。

2.2 VR+体育典型应用

VR通过其构想性与交互性，构建虚拟教练代替真实体育老师，向学生讲授课堂知识以及让学生在虚拟场景中进行训练[8]。以篮球教学为例，如图 3所示，学生可以根据自己的想法与接受程度选择观看或者参加不同水平的篮球虚拟训练，从立体多维虚拟空间观看篮球技巧以及篮球知识，完成理论学习；若选择技巧训练，还可以在VR中互动和交互，进行速度调整与动作检验，提升篮球的学习效果。

图3：VR体育教学流程示例

VR通过其构想性与沉浸性构建虚拟赛事直播场景，让体育爱好者能获得到如临赛事现场的体验[9]。以马拉松比赛为例，具有参赛选手多、竞赛时间长、比赛范围大的特点。使用VR技术，用户可以自主选择不同的 VR 直播视角来观看赛事、可以自主选择不同的比赛区域范围观看赛事、甚至可以在马拉松比赛场地虚拟行走切换赛事地点、可以跟随某一喜欢的运动员一起跑步，或者零距离体验感为参赛人员加油助威。

VR+体育可以完成各类运动课堂知识的传授，实现各种体育球类的知识传授以及技巧展示；VR+体育可以直播各类体育比赛，实现足不出户地观看比赛，并实现亲临现场的体验感。VR+体育能够让用户体验体育活动现场的人、物与事，打破了时空的限制。在应急情况下，通过虚拟的教练、虚拟的运动空间，可以无接触、安全地完成体育教学与体育活动。在体育教学过程中，受限于师资力量与师资水平，教学内容与教材较为单一，学生较难获得感兴趣的学习内容。在高难度运动活动中，动作要领较难诠释，运动人员容易因错误运动造成损伤。部分运动所需运动设备与设施场所造价昂贵无法普及。VR作为可用于体育领域的新一代信息技术，具有构想性、交互性和沉浸性三大特点。构想性可为体育活动人员虚拟构造出各种想要学习的体育项目环境；交互性让体育活动人员可以体验使用虚构的体育器材和体育空间，补充体育活动实践所需设备条件；沉浸性让体育活动人员观看VR教学资源能够感受身临其境，从细节剖析每个动作、学习肢体正确的活动方式，以免因错误运动方法造成肢体损伤。采用VR技术可以解决传统体育教学与体育活动现存问题，补充实体体育教学与体育活动的不足，降低体育设施完善成本。

高血压C级血清明显超过A级、B级、对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）；高血压B级血清超过A级与对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。高血压A级、B级相较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

3 问题与对策

VR技术在体育教学与体育活动应用过程中存在着成本问题、安全问题、认知问题、内容问题、技术问题，具体问题描述如表1所示。针对成本问题，可采用Cloud VR技术，通过云端共享计算资源与数字资源方式，将硬件成本转移到云端；通过软件调度合理分配使用时间与资源占用，使用者只需要购买符合播放要求的低成本头显设备并通过有效的通信网络连接Could VR服务器即可享受优质的VR服务。针对安全问题，除提供低延时网络通信以降低不舒适感外，还应建立VR设备准入标准；设备的性能与参数应符合青少年生理安全要求的视觉效果，保护青少年的生理与心理健康。同时在VR设备使用范围内，建立物理安全保障设施，防止使用者越过边界造成自己或他人的人身伤害。针对内容问题，应针对体育教学与体育活动所需场景进行多元化设计，并结合体育教学与体育活动常见实体内容，设计并实现立体多维度的虚拟空间、虚拟元素、虚拟活动过程，提供完备的虚拟体育器材与虚拟体育设施。针对认知问题，可开展VR线下体验馆，设置VR体育体验、VR观赛等体验项目，进行“VR+体育”在学校、社区中的普及活动，激发人民群众在VR体育模式的兴趣与习惯。针对技术问题，应将人体生理学、心理学、体育学、VR技术、通信技术、硬件技术相结合，培养VR+体育综合性人才，引入更先进的技术，并通过工程化手段提升符合体育教学与体育运动要求的VR技术水平。

表1：VR技术在体育教学与体育活动应用问题

4 总结

本文从体育强国要求出发，介绍了VR的技术原理，并描述了VR在体育教学与体育活动的典型案例。针对现有VR技术模式与体育应用情况，总结出VR+体育可能存在的问题并提供了初步的解决对策。目前，VR技术在体育教学与体育活动方面的应用仍处于初级阶段，未来发展需要引入Could VR与5G技术、提供大量VR体育虚拟资源、完善标准与安全要求、推广VR体验、培养VR+体育综合性人才，最终为体育强国服务。