AR/VR技术应用于封闭式环境下居家体育教学的对策研究
——基于新冠肺炎疫情的思考

赵 朦 耿文光

（南京农业大学，江苏 南京 210095）

居家隔离是科学防控新冠肺炎疫情的重要手段，也是阻止病毒传播蔓延的重要方法之一，解放军总医院第五医学中心传染病防控专家认为，科学合理地进行居家隔离，需要把握好科学饮食、合理锻炼和保持良好的卫生习惯3个方面；钟南山院士提示，居家体育锻炼对于隔离防控、提高抵抗力具有重要作用。至2021年，新冠肺炎疫情仍没有完全褪去，那么在疫情期间怎样进行体育锻炼，也成为了人们研究和讨论的一个重要话题之一，根据教育部“停课不停学”的重要指示，体育课作为一个特殊课程，对于空间、器材、场地等都有一些特殊的要求，而高校体育课程主要是以选项课的形式存在，特别是一些球类项目，若在居家隔离期间进行线上教学则有一定的难度，全国各地的高校针对居家隔离期间的体育课教学内容也在一定程度上做了调整，目的使学生在居家隔离期间能够保持一定的体育锻炼，增强体质，抵抗疫情。

1 高校体育教学发展现状

现代高校体育课程多种多样，除去专业体育院校，普通大学生的体育课程主要分为专选必修课、公共选修课等，大部分高校学生在大一、大二阶段的体育课基本上为必修课，进行不同项目的选课，如篮球、排球、羽毛球、健美操、定向越野、游泳等，体育项目种类的多种多样，也能够使学生可以更多学习和接触不同的运动项目，使体育课不再局限和单一，开阔学生的眼界，让学生掌握更多的运动技能。但是，高校目前的授课形式还是传统的教师课堂一人授课，几十名学生跟学、练习的形式，每周平均一次体育课，每个学期平均为18周的课程，由于不同运动项目都有较难或较关键的技术，如果学生课上对于一些较难或较关键的技术掌握不是很熟练，课下又没有积极练习，则一学期下来对于该运动项目只能掌握很表浅的知识技能，现在各大高校的现状普遍是学生对于每学期所学的不同项目的体育课程，大多不能深入理解，对于一些技术性较强不好掌握的课程，大多学习较浅，效果不佳。

2 疫情期间高校体育课程现状

疫情期间各大高校体育课基本以网课的形式呈现，而许多项目令授课老师头疼，很难以网课的形式呈现，特别是有器材的项目，如：篮排足羽乒网，由于疫情突然发生，很多学生家里并不具备这些器材，物流、快递在疫情期间也受影响，不能正常进行网购，导致学生的专项体育课就不能正常进行，目前，各大高校教学部紧急修订体育教学方案，有直播课程，有慕课播放等不同形式，但是大多压缩了专项体育课的内容，将适合室内体能锻炼的项目加入到体育课中，使学生选修到的专项课程学习大受影响，学生大多根据教师发放的教学视频、文件来学习专项课内容，学习形式普遍是观看视频或模仿动作，而对于一些细节的动作则很难把握，并且关于对抗类的一些项目，例如一些球类，学生很难切实沉浸在击打、对抗的环境中，对于在高校本来就学习效果一般的专项课程更加雪上加霜，学校想要学生既学习好教学内容又要锻炼体能，则很难共同兼顾，而疫情期间的体育课也渐渐变成了体能锻炼课，专项技能被弱化，失去了教学计划的本质。

3 VR/AR技术在体育领域的应用研究

3.1 VR技术在体育领域的应用研究

随着时代和科技的进步，虚拟现实技术（VR）越来越多地运用于各行各业，如航空航天、军事、医学、娱乐、室内设计、房产开发、工业仿真、消防应急推演、文物古迹、康复训练、教育等，在我们现实生活中，身边接触最多的VR技术可能是游戏类，现在大大小小的VR体验室层出不穷，给大家带来了很愉悦的视觉体验。在教育领域，虚拟现实技术则是教育技术发展的一个飞跃，现阶段主要应用于科技研究、虚拟实验基地、虚拟仿真校园等，例如南宁农业大学就有专门的生命科学虚拟仿真实验室，在体育领域，虚拟现实技术（VR）也开始涉足，运用较多的还是竞技体育，但是对于高校体育教学于训练中VR的应用还是相对较少，例如黑龙江八一农垦大学的武术训练，运用了虚拟仿真技术，但是在球类项目当中，真正运用于学生训练和教学的还是少之又少，在不久的将来，信息化运用于体育教学是一种必然也是一种趋势。

3.2 AR技术在体育领域的应用研究

国外增强现实技术的研究较为成熟，成果众多。而我国增强现实技术的相关研究则相对滞后，规模也较为有限，主要以高等院校、科研单位为研究主体，具体包括北京理工大学、电子科技大学、上海大学、北京航空航天大学等。其中，北京理工大学在增强现实技术发展的贡献最为突出。从研究内容来看，国内增强现实技术研究多集中于配准技术。其中北京理工大学以动态注册为主要方向的研究具有前瞻性和巨大价值，整体来看，国内高等院校对于增强现实技术的研究仍然存在进步的空间，实际应用开发的研究成果数量较少。目前，全球共有108个增强现实技术应用专利，我国仅北京理工大学占有一个名额。除了北京理工大学之外，还有一些大学在增强现实技术的研究上有比较突出的成果。其中，国防科技大学将虚拟演播室的三维注册、虚实融合以及虚拟摄像控制技术等作为研究重点，取得了前瞻性的成果；而浙江大学的章国峰博士则侧重于增强现实注册算法的相关研究。2010年，央视体育频道所播放的节目中，通过虚拟技术对南非世界杯的不同球场进行展示，而且可以随着镜头的变化发生视角和纵深的变化，实现了对世界杯赛事的生动解读。自此，增强现实技术开始在电视节目中大量运用。2015年10月17日，首届长城马拉松赛事顺利落幕，赞助商“幻视”则以增强现实技术贯穿在赛事全程，这是国内增强现实技术在体育赛事中应用的少数事例之一，“幻视”实现了虚拟与现实的结合，参赛选手可以通过幻视来查询马拉松的具体路线以及能量补给站的位置，为数字体育行业应用新技术提供了参考方向。

4 VR/AR技术应用在高校体育教学的可行性对策

4.1 VR和AR技术应用在高校体育教学的思路设计

前期会进行有关VR/AR技术体育教材或相关APP的开发，需要前期将传统的体育教材的教学内容进行拍摄——建模——录入，拍摄需进行各个方位的拍摄，学生在观看的时候可以通过佩戴VR/AR眼镜、摄像头查看各个角度细节，更有利于细节学习，也可以开发相应APP，学生配备相应VR/AR器材（VR/AR眼镜、摄像头），学生在居家期间可以通过佩戴VR/AR眼镜，用手机扫描实物、文字、图片等，生成的虚拟现实的3D动态模型图，该虚拟现实图像或增强现实图像可通过摄像头、ARVR眼镜呈现，VR眼镜是在完全的虚拟环境中，与现实环境交互较少，现实真实性较弱，但沉浸感较强，而AR眼镜所呈现的增强现实，使虚拟与现实相交互，学生可以在现实环境中通过AR眼镜呈现的增强现实影像，更好的交互式学习和练习，针对于体育教学来说，AR更适合体育教学，也更轻便，但是造价和成本也较高。

4.2 VR/AR技术应用在高校体育教学的研究对策和技术路线

在疫情期间，由于体育不同项目授课受限，加上其他学科VR与AR技术在教育教学上有不同程度的展开，在此研究背景下，确定疫情期间研究AR/VR技术应用于封闭式环境下居家体育教学的可行性对策，在走访调查VR和AR技术在市场上的应用情况，亲身体验市场上游戏运动类的虚拟现实技术体验感，调研各高校使用VR技术参与教学的情况，确定技术路线的研究方向，技术开发方面可交由专业的技术人员操作，首先是拍摄不同体育项目的关键技术动作的3D视频，获取真实世界的场景信息，然后进行3D建模录入，制作相关APP，学生可以通过相关APP扫描二维码或实物，佩戴VR、AR眼镜或计算机摄像头捕捉动态进入虚拟现实场景，在交互式的虚拟现实场景中进行不同体育项目的学习和练习，通过使用学习可以总结反馈，在技术层面不断改进更新，使传统体育教学走向智能化体育教学更进一步，因此，VR和AR技术应用在高校体育教学是可行的。

图1 技术路线框架图

5 制约因素与解决办法

5.1 制约因素

5.1.1 经费不足

AR/VR技术应用于封闭式环境下居家体育教学的未来发展趋势是可见的，因为不止是在特殊的新冠肺炎疫情期间，后期疫情解除，学生无论在课下还是放假在家期间，学生都可以随时随地进行学习和练习。目前开发AR体育教材或相关APP，遇到最大的困难就是经费问题，AR市场近些年刚刚兴起，大多用于广告业、工业设计、航空航天等高投入行业，如果使用开发好的成品模型和应用价格相对较低，如果定制化拍摄、建模，价格相对较高，VR市场相对已经成熟，但是如果想画面更逼真，沉浸感和交互感更真实，那么制作的技术费用也会相对较高，针对整个体育项目的体育教材或者APP制作来说，从单一项目入手相对容易，若多个项目同时拍摄、全部建模则经费需求较大。

5.1.2 技术难度

无论是虚拟现实还是增强现实，都需要拍摄，3D建模，而市场上大多呈现的是比较粗糙画面的游戏类虚拟现实，如果专门开发教学类的相关VR/AR教材、APP等，大多需要重新拍摄、3D建模，如果想达到逼真、清晰、沉浸感强的画面体验感，除投入费用比较高，技术难度也相对较大。目前市面上提供开发服务的企业良莠不齐，若进行简单拍摄、建模一些公司尚可，能做到场景逼真、沉浸感强、细节优秀的公司不多。另外，若想获得较好效果，对如微软holense眼镜这类专用设备的依赖性较大，具有研发这类设备能力的企业屈指可数。

5.1.3 制作周期长

如果想将AR/VR技术完整的运用到体育教学中，那么涵盖的体育项目、体育类别等就非常大，不但涉及不同运动项目，每个运动项目所涵盖的不同技术也比较多，需要一一录制、拍摄、建模，另外体育教学也涵盖了许多体育理论知识，如配套开发，涉及的方方面面又会更多。AR/VR技术开发难度较高也影响着制作周期，效果较好的教材、APP、眼镜等应用系统开发周期较长。若因此想制作一个完整的AR/VR体育教材、APP，则需要一定的时间完善内容。

5.1.4 国内缺少相关科研团队和研究成果

随着教育信息化进程推进,国外将AR/VR技术应用于教育领域的研究越来越多,大部分的研究关注AR/VR技术对某一学科领域的学习成效的具体作用。而国内关于AR/VR技术与教育结合的研究较少,教育领域的AR/VR技术应用研究还不成熟。这导致了AR/VR体育教材、APP等开发的难度增加，国内可参考的相关研究成果有限，也缺少专门的科研团队。

5.2 解决办法

5.2.1 寻求赞助

开发AR/VR体育教材、APP，遇到的最大困难就是经费问题，寻求一些资质较好的公司、企业进行赞助或合作可以有效解决当前资金困难的问题。

5.2.2 洽谈合作

与市面上资质较好，开发制作技术精良的公司寻求合作，洽谈开发AR/VR体育教材、APP的优势和发展前景，合作的互惠互利办法，使开发出的AR/VR体育教材、APP能够呈现出更逼真、现实的效果，既解决了开发技术难度大的问题，运用成功，使用率高又可以为其合作的公司做宣传。

5.2.3 广告宣传

开发AR/VR体育教材、APP进行一定程度上的广告宣传，不仅可以吸引一些资金注入、赞助商加盟，另外在各大高校、中小学、教育培训机构、喜爱健身的家庭、个人等进行宣传的话，也可以更好地扩大AR/VR体育教材、APP的使用，增加学习兴趣，提高学习效果，促进体育的信息化发展，广告宣传也可能会吸引更多的科研工作者、科研团队来研究、优化AR/VR体育教材、APP，为更多的智能化体育提供帮助，使AR/VR体育教材、APP更加普及化。

5.2.4 建立科研团队

开发AR体育教材需要一定的周期，并有一定的技术难度，有较好的科研团队合作，能够提高开发效率、缩短制作周期、增加科研成果。

6 结语

AR/VR技术已经在其他学科包括其他学科领域展开运用，但目前体育学科开发国内还相对较少，本研究尝试了将AR/VR技术引入到居家体育教学中，并对高校体育课发展现状、VR/AR技术在体育领域的应用进行调研，对开发流程做了初步探索，本研究提出了VR/AR技术应用在高校体育教学的研究对策和技术路线，分析了制约因素与解决办法，如果今后将AR/VR技术运用体育教学完整化，又有较好的效果，不但激发学生的兴趣，提高老师的教学效果，也为未来体育教学走入信息化时代、体育教学改革和体育教学研究奠定了坚实的基础。