林少悅，王艷冰

（廣州市荔灣區(qū)真光中學(xué)，廣東 廣州 510375）

近年來(lái)由于學(xué)生體質(zhì)逐年下降，我國(guó)發(fā)布了有關(guān)增強(qiáng)學(xué)生身體素質(zhì)的一系列文件，如《關(guān)于加強(qiáng)青少年體育增強(qiáng)青少年體質(zhì)的意見(jiàn)》等，要求通過(guò)陽(yáng)光體育活動(dòng)的開(kāi)展，讓學(xué)生每天能鍛煉一個(gè)小時(shí)，促進(jìn)學(xué)生身心健康全面發(fā)展。為了響應(yīng)國(guó)家的政策號(hào)召，大課間活動(dòng)逐漸在各校開(kāi)展開(kāi)來(lái)。學(xué)校大課間的編排與訓(xùn)練涉及音樂(lè)的選擇、動(dòng)作的選編、復(fù)雜路線設(shè)計(jì)和全體師生重復(fù)多次的演練，如果考慮不周極易出現(xiàn)混亂和錯(cuò)誤，導(dǎo)致師生怨聲載道，浪費(fèi)時(shí)間、人力和物力，降低學(xué)生訓(xùn)練的積極性和影響活動(dòng)的效果。如何提高編訓(xùn)的效率，減少師生無(wú)謂的重復(fù)演練是急需解決的難題。

20世紀(jì)90年代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人機(jī)交互界面的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域，為各類(lèi)工程的大規(guī)模數(shù)據(jù)的可視化提供了新的描述方法。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到大課間編排中，可以隨時(shí)與虛擬環(huán)境中的場(chǎng)景和對(duì)象進(jìn)行自由交互，為設(shè)計(jì)者、實(shí)施者與決策管理者提供可視化的決策工具。虛擬現(xiàn)實(shí)中的三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)可以建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)技健美操運(yùn)動(dòng)員動(dòng)態(tài)模型，用來(lái)虛擬創(chuàng)編動(dòng)作，進(jìn)行試探、分析、評(píng)價(jià)、反饋、修改和確定等工作，減少創(chuàng)編環(huán)節(jié)中負(fù)面的人為因素的影響，使創(chuàng)編效率和質(zhì)量進(jìn)一步提高。

1 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于大課間編排階段的介紹

（1）沉浸感（Immersion） 。沉浸感又稱(chēng)臨場(chǎng)感，指參與活動(dòng)的師生感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶(hù)難以分辨真假，使參與活動(dòng)的師生全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，所達(dá)到的最高境界就是：模擬校園環(huán)境中的一切物品看上去是真的，音樂(lè)聽(tīng)上去是真的，每個(gè)動(dòng)作動(dòng)起來(lái)是真的，如果能配備上相關(guān)的材料，甚至聞起來(lái)、嘗起來(lái)等一切感覺(jué)都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺(jué)一樣。

（2）交互性（Interactivity） 。 相對(duì)早期的三維動(dòng)畫(huà)，虛擬仿真技術(shù)更講求使用者對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，學(xué)生可以用眼睛直接看模擬環(huán)境中虛擬的同伴，這時(shí)眼睛看到了同伴的感覺(jué)，并可以感覺(jué)到自己站立的位置是否合理，通過(guò)調(diào)整位置同伴也能立刻隨著需要而移動(dòng)。

（3）構(gòu)想性（Imagination） 。 大課間的編排注重“一校一品”，每所學(xué)校需要展示專(zhuān)屬于自己學(xué)校的特色，因此對(duì)編排者的創(chuàng)意設(shè)計(jì)提出很高的要求。虛擬仿真現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)為創(chuàng)編者提供廣闊的可想象空間。拓寬編導(dǎo)的認(rèn)知范圍，不僅可以將編導(dǎo)已有的構(gòu)思呈現(xiàn)出來(lái)，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的內(nèi)容，借助他人已經(jīng)使用成熟的環(huán)境，甚至可以創(chuàng)設(shè)一些現(xiàn)實(shí)不可能發(fā)生的環(huán)境。

2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于大課間實(shí)際教學(xué)階段的介紹

2.1 在大課間各個(gè)模塊的應(yīng)用

大課間的形式有常規(guī)型大課間和展示型大課間2種。常規(guī)型是基礎(chǔ)，符合國(guó)家推廣大課間的原意。常規(guī)型大課間的內(nèi)容分為入場(chǎng)、自編操、跑操、特色內(nèi)容、放松操、退場(chǎng)等6個(gè)模塊。

2.1.1 在入場(chǎng)和退場(chǎng)方面的應(yīng)用每所學(xué)校的構(gòu)造和布局不同，有的學(xué)校位于老城區(qū)，學(xué)校規(guī)模比較小，教室主要以多層建筑為主，上下的通道少，再加上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所少，給大課間的進(jìn)退場(chǎng)造成很大的障礙。模擬仿真技術(shù)系統(tǒng)通過(guò)建立中央集成模塊，將數(shù)據(jù)庫(kù)與虛擬現(xiàn)實(shí)模型實(shí)時(shí)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)虛擬模型的實(shí)時(shí)、交互控制，呈現(xiàn)架設(shè)過(guò)程中各建筑物的樓層、尺寸、寬度、長(zhǎng)度、拐角、位移等，與完成大課間進(jìn)場(chǎng)退場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況相結(jié)合，將所需的時(shí)間、路線等數(shù)據(jù)附著于圖像展示出來(lái)，便于執(zhí)行和操作。

2.1.2 在自編操和放松操方面的應(yīng)用自編操和放松操是展示學(xué)校特色的主要內(nèi)容，模擬仿真技術(shù)中VRP顯示系統(tǒng)為主程序提供直觀、友好的動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景，通過(guò)動(dòng)畫(huà)展示動(dòng)作的節(jié)數(shù)，清晰顯示動(dòng)作的位置、運(yùn)行軌跡、動(dòng)作控制的角度。師生可以隨機(jī)進(jìn)行交互操作學(xué)習(xí)，可以進(jìn)行放大、旋轉(zhuǎn)、回放、重復(fù)播放等各種控制和深入觀察；也可根據(jù)教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的觀察和練習(xí)；也可以分發(fā)給學(xué)生回家自行練習(xí)，提高動(dòng)作完成質(zhì)量，減輕體育教師的工作量。

2.1.3 在跑操方面的應(yīng)用跑操要求在跑動(dòng)過(guò)程中步伐、步調(diào)整齊一致，間隔距離保持恒定，排面整齊，節(jié)拍統(tǒng)一。在常規(guī)型的大課間基礎(chǔ)上往往會(huì)向展示型大課間轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的首選就是通過(guò)跑操來(lái)顯示各種圖案。主程序的控制是以目錄樹(shù)的形式分級(jí)顯示各階段的圖案變化，每一層內(nèi)容變化之間層次清楚、查詢(xún)方便，操作者可以通過(guò)該控件直觀的調(diào)用查詢(xún)各段動(dòng)作變化的時(shí)間、圖形、尺寸、路線、重量長(zhǎng)度等參數(shù)。

2.1.4 在特色內(nèi)容方面的應(yīng)用“一校一品一特色”是大課間的核心內(nèi)容，在創(chuàng)編特色內(nèi)容時(shí)需要以學(xué)校已有的傳統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合音樂(lè)再加上藝術(shù)的修飾呈現(xiàn)出來(lái)，在這個(gè)過(guò)程中需要多次的修改和完善。模擬仿真技術(shù)中VB-VRP操作系統(tǒng)的3個(gè)模塊在這方面能替代人來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)查看效果進(jìn)行修改完善，減輕了人的負(fù)擔(dān)。這3個(gè)模塊為虛擬現(xiàn)實(shí)模型、數(shù)據(jù)庫(kù)和中央集成模塊。虛擬現(xiàn)實(shí)的建模是通過(guò)自己編寫(xiě)的應(yīng)用軟件“CIS2CAD”將CIS2轉(zhuǎn)化為AUTOCAD文件。該軟件可直接讀取、設(shè)計(jì)、分析、制作大課間模型的STP文件，并可立即產(chǎn)生整個(gè)大課間特色活動(dòng)的三維CAD實(shí)體模型。

2.2 虛擬仿真技術(shù)在大課間實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

虛擬仿真技術(shù)系統(tǒng)一方面可以詳細(xì)地展現(xiàn)大課間實(shí)施階段每一個(gè)8拍的截面尺寸、形狀、面積、長(zhǎng)度、動(dòng)作規(guī)格和實(shí)時(shí)教學(xué)完成百分比，以及提供詳細(xì)的教學(xué)動(dòng)畫(huà)演示等。

2.2.1 小班（年級(jí)）教學(xué)階段的應(yīng)用在完整大課間展示之前先根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行分小班（年級(jí)）教學(xué)，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)坐標(biāo)系的運(yùn)用，以學(xué)校體育場(chǎng)的東西方向?yàn)樽鴺?biāo)軸中的X軸方向，西方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向，南北方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的Y軸方向，南方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向，垂直方向?yàn)閆軸方向，其中X的零點(diǎn)在體育場(chǎng)地的中心軸線。通過(guò)精確的坐標(biāo)定位，可以將大課間的整體內(nèi)容分拆成不同的模塊進(jìn)行小班或按年級(jí)進(jìn)行教學(xué)，各個(gè)班在練習(xí)時(shí)可以獨(dú)立開(kāi)展，就像工廠里生產(chǎn)零部件一樣互不干擾，為最后的“組裝”做好準(zhǔn)備。

2.2.2 集體合練階段的應(yīng)用集體合練是介于分組練習(xí)及正式展示之間的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。音樂(lè)的適宜性和動(dòng)作美觀實(shí)用性都要在這個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行修改和提高，最終達(dá)至大課間整體方案的重新選擇和優(yōu)化。以往的大課間編訓(xùn)方法及教學(xué)組織主要是建立在施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，存在一定局限性，同時(shí)大課間編訓(xùn)是一項(xiàng)耗時(shí)耗力巨大的學(xué)校體育活動(dòng)，具有不可重復(fù)性。使用該平臺(tái)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將可以直觀、科學(xué)地展示不同階段的設(shè)計(jì)和教學(xué)效果，可以定性地完成教學(xué)方案的對(duì)比，有助于教學(xué)方案的選擇和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)真正的最優(yōu)教學(xué)。

2.2.3 成品展示階段的應(yīng)用將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于大課間的成品展示中，把現(xiàn)代教學(xué)管理的工作內(nèi)容做到“圖像化”“具體化”和“簡(jiǎn)單化”，將復(fù)雜的動(dòng)作編排、音樂(lè)編輯、隊(duì)形變化、路線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“數(shù)據(jù)附著于圖像，圖像蘊(yùn)含著數(shù)據(jù)”，在成品展示的初期可以組織學(xué)生反復(fù)觀看動(dòng)畫(huà)，熟悉流程和細(xì)節(jié)，減少現(xiàn)場(chǎng)演練面對(duì)復(fù)雜多變的人群，室外不確定的天氣場(chǎng)地因素，大大縮短集體訓(xùn)練時(shí)間和訓(xùn)練難度，增加學(xué)生的成功感，教會(huì)學(xué)生統(tǒng)籌策劃能力，有利于學(xué)生多種能力素質(zhì)的培養(yǎng)。虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化仿真技術(shù)在大課間成品展示階段的應(yīng)用，具有操作性強(qiáng)、仿真性強(qiáng)，設(shè)計(jì)科學(xué)、教學(xué)技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)勢(shì)，為減輕師生在編訓(xùn)過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度作出突出貢獻(xiàn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用為大課間的有效實(shí)施和校核工作提供了很大方便，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大課間整體編排及訓(xùn)練的數(shù)據(jù)化管理，可以任意查詢(xún)各部分的實(shí)施過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)節(jié)點(diǎn)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)模型的實(shí)時(shí)控制，方便了師生對(duì)整個(gè)活動(dòng)中每個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控，改變了以往單憑體育教師手繪圖紙、調(diào)用學(xué)生反復(fù)試驗(yàn)的落后工序。這項(xiàng)新技術(shù)的引入實(shí)現(xiàn)了編訓(xùn)過(guò)程的直觀化，革新了教學(xué)技術(shù)，有助于創(chuàng)編者發(fā)揮創(chuàng)造性，同時(shí)縮短了室外教學(xué)的時(shí)間，降低了教學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化仿真計(jì)算及顯示方法已經(jīng)成為大課間活動(dòng)設(shè)計(jì)、實(shí)施優(yōu)先考慮的手段。隨著大課間活動(dòng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，此項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)向大型開(kāi)幕式的設(shè)計(jì)創(chuàng)編、施工組織等將有更廣闊的發(fā)揮空間。