虚拟技术在优化训练效果的应用机理

1、虚拟技术在优化训练效果的应用机理刘贵宝1 作者简介：刘贵宝（1974-），黑龙江省体育科研所（150008），助理研究员联系电话8705 电子邮箱：research 刘宪国 杨春怀（黑龙江省体育科学研究所）前言在日新月异的科技发展环境下，运动训练领域不断受到高科技的影响和冲击。对于训练效果最佳化的研究，即是理论问题，又是实践问题，涉及训练学、生理学、生物力学等多个领域。传统的方法是通过理论和实践之间循环，形成动态调整和发展，不断优化训练效果。虚拟技术是具有巨大发展前景的高科技，它在许多领域发挥了积极的作用。虚拟技术可以成为训练理论和训练实践之间的有机接口，即透过虚

2、拟训练这个接口，可以观察试验不同的训练理论和技术方法，采取不同的实践方式和辅助手段。虚拟训练密切结合实际训练，研究针对实际训练上重大问题的形成机理和解决方法，研究结果结合实际训练实施应用。所谓虚拟训练，就是利用虚拟技术，营造一种运动训练环境，使运动员产生一种沉浸感，并能够交互性地完成训练。不论在什幺情况下，运动员都是训练意义的主动建构者，虚拟训练可以帮助教练员组织、指导、促进这种意义建构，虚拟训练使教练员主导作用的内涵发生了实质性的变化。虚拟训练所提供的内容是运动员主动建构意义的对象，即作为运动员主动训练、交互式体验工具，使运动员变得更加自信，在心理上做好迎接一切挑战的准备。1 虚拟技术在运动

3、训练的应用特点信息技术的发展，特别是计算机仿真技术与多媒体技术相结合的人机交互技术的发展，给实现高质量的虚拟训练带来了契机。虚拟训练有三个重要特点：模拟性、交互性和试验性。这些特点也反映着虚拟技术在运动训练领域的应用机理。在复杂的虚拟训练系统中，可能有许多参与者共同在虚拟环境中协同工作，所以需要各领域专家联合起来开展研究，协同攻关。虚拟训练的特点可极大地发挥运动员的主动性、积极性和创新能力，加深对新训练体验的感受，特别是训练重点和难点的体验。在虚拟训练环境里，运动员可以更多地去主动摸索、主动发现。虚拟训练有助于系统训练方案的总体把握和进程推进。如果遇到训练难点和复杂的动作技术，可以方便地实现重

4、复训练过程，从而达到训练意义建构的目的。而这类训练若在真实环境上操作，往往需要比较长的时间周期。显然，在传统训练模式下，让每一位运动员都能全身心地参与每项训练过程是难以做到的。2 虚拟训练的作用机制运动训练是培养运动员的基本运动素质。运动训练刺激对于人体运动系统的适应性改变具有敏感性和成效性，并且在一定时段内，人体运动系统对训练效果具有保持性。在更长的时段内，人体运动系统对于训练刺激具有记忆性，合理的训练刺激能够促进人体运动系统的机能发展。基于这种训练机制，需要研究和解决的问题就是如何再现成功的训练刺激，为不同运动员共享，达到虚拟训练的目的。通过这种虚拟训练，研究不同的训练刺激对训练效果的作用

5、机制，为训练负荷安排、训练周期计划提供科学依据。对于运动员来说，更直接的是感觉世界。虚拟技术使训练信息感觉化。运动员在虚拟的刺激和感觉里进行训练，形成感觉交互作用层。在虚拟训练情境下，一方面可以使运动员能利用自已原有体验结构中的有关经验去同化当前训练到的新体验，从而赋予新体验以某种意义。如果原有经验不能同化新体验，可以引起“顺应”过程，即对原有体验结构进行改造与重组，达到对新体验意义的建构。另一方面，通过逼真的虚拟训练的动态执行，教练员可以帮助运动员建立“新体验”与“旧体验”之间的联系，提高运动员的参与和领悟能力，从而激发训练动机，促进体验体系的建构，使运动员实现更有效果和更有意义的训练。3

6、运动训练信息的价值和意义成功的运动训练所蕴含的信息具有重要的借鉴作用。通过这些信息建立以虚拟技术为支撑，为训练合理化和科学化提供实验平台。通过运动训练信息化，建立运动员的训练信息数据库，并在虚拟仿真技术帮助下，形成运动训练模拟环境。为不同运动员体验某种训练模式提供科学再现依据，使成功的运动训练信息得到实践性共享。通过监测和反馈优秀运动员的运动训练过程，使不同运动员在一个虚拟训练环境中达到模拟性训练体验，摸索符合个体特征的优化训练程序。这种环境是基于成功的运动训练信息构建的。这里所谓的个人优化训练环境是指在一定条件下的，包括：高水平运动员的训练环境、历史最好训练环境、拟定目标训练环境等。4 虚拟

7、训练对运动体验的重要性在运动范围内优化运动机能已经是许多运动员的追求，他们正在寻找一种独特的负荷训练方式。这种追求的事实根据是，每项运动有自己的机能曲线，每个运动员有自己的身体结构。运动体验对运动员的运动机能发展具有非常重要的训练意义。例如，速度感是速度项目的运动员的基本素质，尤其绝对速度体验具有更重要的作用，可以使运动系统深层次地保持速度感，本能地提高训练效果。这种潜意识驱动比训练计划和要求更重要，更具有现实的训练意义。同样，对于肌肉力量训练需要考虑肌肉的生理机能特点。根据传统的结构和代谢特点分析，肌肉纤维可分为快肌和慢肌两大类。快肌纤维粗大，易疲劳。慢肌纤维细小，不易疲劳。代谢特点的差异导

8、致这两种肌纤维运动能力和运动特点的不同，所以基于肌肉的性能特点选择不同的训练方式。在当前的训练技术条件下，想要刺激有关肌肉深层运动活性，必须施加新的工作负荷模式。增加运动范围内的负荷强度一直都是许多运动员的梦想。而虚拟训练的特点特别适合于运动员完成不同的和独特的训练程序的需要。最终使这些受训肌肉形成新的运动适应性，获得更好的机能发展。训练方式不同，对人体运动系统的刺激就不同，培养训练不同的运动机能。虚拟技术能够模仿各种运动训练刺激或目前尚未出现的训练刺激，可以通过虚拟训练进行训练理论和训练实践的分析研究，仿真各种训练刺激及改进设计训练环境等。运动员能够在虚拟训练环境中的任何运动点瞬时改变负荷量

9、大小。如果掌握了如何适当地调整训练负荷，运动员可以达到更高的训练负荷。虚拟训练的灵活负荷设置可以满足运动员特殊的运动要求。在虚拟训练，运动员按照运动瞬间疲劳或胶粘点，可以在任何时候改变训练负荷大小。通常，运动员的训练智能水平，主要在于改变训练负荷的时机和多少。5 虚拟训练的实现途径虚拟训练有其二重性：对于运动员的感官来说，它是真实的；对于所构造的环境来说，它又是虚拟的。建构虚拟训练的关键有两个，一个是训练环境的逼近度，一个是运动感觉的逼真度。在研究方法上，将训练科学和信息科学的方法密切交叉结合，针对同一问题将训练科学中的训练理论技术、训练模型方法等和信息学中的建模仿真、非线性动力学有机结合。为

10、了达到良好的交互训练效果，虚拟训练主要是采用交互性仿真模式，运动员可以操纵仿真中的各个部分，并观察自已行为所产生的结果。从运动感觉的角度看，可以把训练体验分为多个体验点，组成相互独立又联系紧密的训练单元，并存放在相应的体验库里。通过树状结构的组织，当运动员在训练的时候，可以按逻辑关系把一部分体验点提取出来，成为有联系、有针对性的训练。这样，运动员不仅可以控制训练情境的复杂度和逼真度，还可以弱化甚至剔除真实情境中无关的干扰因素。抽取训练内容中的重点、难点加以呈现，使运动员把注意力集中于关键内容，达到有目标的训练意义建构，实现个体化训练、提高训练时效和运动能力的目的。运动训练环境的虚拟现实需要大量

11、的支持构件，包括硬件和软件。这些构件用于监测运动员的生理变化和训练负荷，再现和反馈训练刺激。这是一个复杂系统，需要各种传感器、跟踪器、显示器、测量仪器，构建一个具有相当程度“沉浸感”的训练环境。虚拟训练系统需要高性能信息处理技术，主要包括资料转换和资料预处理技术；实时、逼真的训练刺激生成与作用技术；多种刺激的合成与刺激空间化技术；多维信息资料的融合、数据压缩以及数据库的生成；包括不同刺激识别，以及运动员反馈信息的检测等在内的模式识别；分布式与并行计算，以及高速、大规模的远程网络技术。信息处理系统性能如何，直接影响虚拟训练环境的刺激效果、仿真实体的运行和决策。虚拟训练产生的信息和资料快速、实时地

12、转变为具有明确物理意义的表现形式，使运动员在仿真环境里各种媒体的引导下，通过参与和感受，更加方便、正确地体验和熟悉所涉及到的训练内容。虚拟训练对训练信息价值进行了深一步挖掘，并进行身临其境的全方位的审视，使训练方案可视化，可以选择并自由切换多种运动模式，还可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较。为运动员创设从不同侧面、不同角度进行训练，体验多种刺激情况，以便运动员在自主探索过程中随意进入其中任一种情境去训练。在虚拟训练信息内容的组织中，最关键的是训练体验的构成体系与训练内容的定位、更新和优化。对于不同的训练目标，其虚拟训练系统内容的选取和组织上应有所不同；而对于虚拟训练系统使用方式的不同，虚拟训练系统在内容的表现形式与训练策略上也应有所不同。6 总结虚拟训练能够优化运动员的训练时效。虚拟训练可以辅助运动员完成实际训练无法完成的训练内容，或在较短时间内体验在实际训练中需要较长周期才能建立起来的感觉。运动员的训练质量不会因为虚拟训