蘭 坤

（江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，江西 南昌 330002）

1 VR+5G與智慧教學存在的聯(lián)系

1.1 5G與VR的關(guān)系

華為公司CEO李騰躍曾經(jīng)說過這樣一句話：“5G加速了VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，VR產(chǎn)業(yè)也是5G發(fā)展的重要需求?！?G為VR技術(shù)實現(xiàn)更好的發(fā)展創(chuàng)造了高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，促使VR關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)得到創(chuàng)新與突破，與此同時，VR應用本身的特點也注定了其發(fā)展離不開5G的大力支持。于是，我們有必要將二者進行有效結(jié)合，為各個行業(yè)的未來發(fā)展進行更好的助力。

1.2 VR技術(shù)下的智慧體育

VR技術(shù)的實現(xiàn)主要是在近眼顯示、感知交互、網(wǎng)絡(luò)傳輸和內(nèi)容制作等新型技術(shù)的支持下，建設(shè)跨越端管云的新業(yè)態(tài)，借助體感交互的方式為體驗用戶創(chuàng)造虛擬的沉浸式、可交互的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)用戶對體育身臨其境般的體驗需求，進一步實現(xiàn)信息式消費與擴大升級[1]。5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括智能技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)能夠為體育行業(yè)實現(xiàn)智慧應用給予技術(shù)支持。在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與VR技術(shù)背景下開展智慧體育教學，能夠?qū)υ薪虒W內(nèi)容進行豐富。首先，能夠?qū)⑦h程教學變?yōu)榭赡堋Ｍㄟ^使用AI智能攝像頭、全景攝像頭、麥克風等影音設(shè)備開展高清晰畫面視頻教學或全景運動教學，師生能夠進行實時互動，讓教學效果更加突出；其次，在技能訓練方面，能夠借助VR技術(shù)創(chuàng)造虛擬的技能訓練或職業(yè)實訓環(huán)境，讓學生在室內(nèi)仍然能夠體驗到真實的訓練氛圍，以此來更好的學習職業(yè)技能；然后是體能評測方面，利用全景攝像機對學生的動作進行攝錄，利用教學建模、AI算法、動作識別庫實現(xiàn)對運動員運動狀態(tài)的分析與測評，有利于制定有針對性性的提高方案。

2 關(guān)于智慧體育在教學方案方面的設(shè)計分析

2.1 方案框架

“5G智慧體育教學”的教學方案是由通信網(wǎng)絡(luò)、終端、云、平臺四個關(guān)鍵部分組成的。其中，終端部分主要是一些智能設(shè)備，具有包括高清攝像頭、VR頭盔、智慧體育設(shè)備等，達到遠程接入、視頻錄制、場景攝制、動作識別等服務；通信網(wǎng)絡(luò)部分主要有5G網(wǎng)絡(luò)、智能互聯(lián)網(wǎng)，為體驗者提供連接與業(yè)務輸入服務；云平臺主要用來對網(wǎng)絡(luò)與云化進行布局；平臺部分主要包括播控平臺、內(nèi)容平臺和移動邊緣計算平臺，主要為了實現(xiàn)控制教學、分發(fā)內(nèi)容以及分析處理視頻資料等功能[2]。

2.2 方案主要流程

“5G智慧體育教學”的主要環(huán)節(jié)是VR視頻直播，其主要流程有視頻采集、傳輸處理、視頻播放三個環(huán)節(jié)。

2.2.1 視頻采集環(huán)節(jié)

在該環(huán)節(jié)里主要是借助全景攝像機對教學過程進行全景畫面拍攝，借助CPE、5G手機或設(shè)備本身具有的5G模塊與基站實現(xiàn)有效連接，將形成的RTSP或RTMP格式視頻流傳送到5G網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)[3]。

2.2.2 傳輸處理環(huán)節(jié)

5G承載網(wǎng)借助“虛擬專網(wǎng)”的功能實現(xiàn)對直播內(nèi)容的有效保證，保證VR直播流流利的傳送至內(nèi)容平臺。然后，云端的內(nèi)容平臺對其實行本地存儲，同時對分辨率、碼率、封裝格式等進行轉(zhuǎn)換操作，再把新生成的VR視頻流利用承載網(wǎng)上傳至終端。

2.2.3 視頻播放環(huán)節(jié)

VR視頻流借助基站下行通道上傳到電機機、移動手機、VR頭盔等設(shè)備上進行解碼播放，終端設(shè)備不同接收到的視頻流碼率以及分辨率等也會存在差異，當通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化的時候，同一個終端設(shè)備接收的視頻流參數(shù)也將發(fā)生改變。5G技術(shù)支持下的MEC網(wǎng)元，通過該服務器云端處理能夠下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點。當給用戶的VR視頻流至5G網(wǎng)絡(luò)中的MEC服務器后，它會結(jié)合用戶的觀看朝向、硬件配置、帶寬通信狀況，對收到的內(nèi)容進行轉(zhuǎn)碼處理，給用戶提供絕佳的觀看體驗效果。

2.3 此方案具有的優(yōu)勢

與有線寬帶或者4G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的視頻教學進行比較，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下的智慧體育教育教學具有移動性更好、業(yè)務質(zhì)量更穩(wěn)定、用戶花費更少等優(yōu)點。

2.3.1 移動性更好

用于采集的硬件設(shè)備能夠借助5G模組接入通信網(wǎng)絡(luò)，解決了有線方式存在的移動限制，并且還有效解決了與Wi-Fi相關(guān)的一切復雜問題，促使采集機位靈活性更好、移動性更佳，將多角度采集與空間變換變成可能。

2.3.2 業(yè)務質(zhì)量更穩(wěn)定

5G網(wǎng)絡(luò)下的“虛擬專網(wǎng)”在很大程度上幫助VR視頻流開通了自己的專屬通道，避免了其他業(yè)務資源的影響，使得視頻流質(zhì)量更好。

2.3.3 用戶開銷更低

MEC服務器的出現(xiàn)與應用，為用戶省去了寬帶支出。把360°的視頻壓縮到以前的1/3-1/2，為用戶省去了流量費用。與此同時，該視頻放映對硬件設(shè)備的配置要求較低，這也間接省去了用戶購買硬件的費用。

3 方案的應用與推廣

智慧體育教學方案適用于遠程教學、技能訓練、體能評測等方面。

3.1 遠程教學

5G+VR技術(shù)下的遠程教學模式有兩種：一種是高清視頻教學，在不同的兩所學校中選擇一間教室布置高清AI跟蹤攝像頭、具備語音采集功能的麥克風對師生課上的反應進行拍攝，從而達到音頻與視頻的采集。通過使用5G網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)⒄n堂畫面、教學行為同時在兩個課堂上放映，并且實現(xiàn)互動；另外一種是沉浸式全景教學，在運動區(qū)域布置全景攝像機對教師的教學行為進行清晰拍攝，學生佩戴具有VR功能的眼鏡，感受虛擬的運動環(huán)境，學習運動細節(jié)，領(lǐng)會動作要點，達到室內(nèi)體驗教學訓練的效果。

3.2 技能訓練

現(xiàn)階段，借助VR技術(shù)已經(jīng)成功構(gòu)建出了網(wǎng)球、射藝、皮劃艇等虛擬的技能訓練場景，沖破了以前體育課程對教學場所、硬件設(shè)施、安全等諸多方面的制約，幫助學生在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下實現(xiàn)訓練，使其獲得身臨其境的真實體驗，實現(xiàn)教學目標[4]。并且在5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下將隔空訓練對抗變成可能，促使不同地點的兩個人能夠體驗到真實的實戰(zhàn)對抗。比如排球、羽毛球等對抗性體育項目，能夠借助VR技術(shù)對比賽對手進行模擬，模仿另一方的動作招式，在比賽之前提前進行練習，熟悉掌握對手的動作套路，找出對抗辦法，進而提升自己在實際對戰(zhàn)中的獲勝幾率。比賽結(jié)束后，借助平臺功能回放比賽場景，對比賽整體進行總結(jié)，對于自身存在的不足并且有針對性的進行提高，對數(shù)據(jù)庫中的人員數(shù)據(jù)進行更新，達到及時分析、戰(zhàn)術(shù)調(diào)整的目的。

3.3 體能評測

為了更好的攝錄學員的訓練動作、速度等，需要在訓練動場所多布置幾臺全景攝像機，利用5G通信網(wǎng)絡(luò)將其實時上傳至MEC邊緣平臺。然后，5G網(wǎng)絡(luò)下的MEC平臺利用數(shù)學建模與AI算法兩種常用方法，提取運動視頻中具有的特征，同時根據(jù)運動員自身情況建設(shè)體能模型與大數(shù)據(jù)庫，參照動作識別庫對運動員運動狀態(tài)展開對比分析，并且把分析得出的結(jié)果實時傳送至訓練場地，便于教練對運動員的動作與方式作出科學指導。如武術(shù)、體操、摔跤等競技類體育項目，對運動員專業(yè)素質(zhì)要求較高，根據(jù)標準動作傳入到系統(tǒng)之后，通過使用AI智能攝像頭對運動員的運動軌跡進行全面捕捉，通過使用VR技術(shù)對運動員在實際訓練中的細小動作進行還原。運動訓練完成后，生成個人體能測評報告，實現(xiàn)對所有運動員技術(shù)動作特點與不規(guī)范動作的分析，同時參照分析得出的報告結(jié)果制定出有針對性的、科學的訓練方案，這樣做可以實現(xiàn)訓練質(zhì)量的有效提升，確保運動訓練更加準確與科學。

4 結(jié)束語

由此可見，5G與VR技術(shù)的發(fā)展與不斷完善對智慧體育教學實現(xiàn)遠程教學、技能訓練、體能評測等項目具有很好的促進作用和深遠的影響。除此之外，5G通信技術(shù)的出現(xiàn)與落實還會增加視頻內(nèi)容的費用，將VR行業(yè)的發(fā)展?jié)摿︼@露出來，滿足人們對沉浸式、交互式體驗的渴望。這種教學模式，能夠打破地域限制，優(yōu)化升級原有的遠程教學形式，為人們帶去更加真實的互動體驗。與此同時，該技術(shù)還能應用到體育賽事與電子競技等領(lǐng)域，推動智慧體育朝向更好的方向發(fā)展。