立体视频对羽毛球运动员视觉预判能力的影响实验设计

立体视频对羽毛球运动员视觉预判能力的影响实验设计

1.实验设计

实验采用2×2×2的多因素混合实验设计。

自变量一为被试运动水平，分为专家组和新手组；自变量二为素材呈现方式，分为立体呈现（3D）和平面呈现（2D）；自变量三为预判任务，分为方向判断（direction）和落点判断（location）。

实验共分4个区组，分别为：平面方向判断（2D-ditection）、立体方向判断（3D-direction）、平面落点判断（2D-location）、立体落点判断（3D-location）。采用时间阻断技术，每名被试每个区组观看30次相同位置、高度的杀球视频素材，每个区组视频素材的呈现顺序随机由电脑选择，测试指标即因变量为运动员在观看视频材料下对对手杀球的预期决策指标：反应时、反应正确率。 2.立体材料的准备 拍摄

立体材料的拍摄邀请天津市羽毛球队专业运动员作为拍摄对象，为实验提供杀球素材，拍摄地点为天津体育学院羽毛球馆。

设计立体素材的拍摄方案有两种：

方案一：拍摄设备选用Panasonic HDC-Z10000一机双头立体摄像机，该摄像机的优势在于操作简便，可直接生成AVCHD格式混合双流的立体视频，对于素材的整理和后期的剪辑有较大的便利性和实用性；缺点在于拍摄帧数难以达到高速运动摄像机的标准，帧速率只能限制在25帧/秒，这在客观上影响了视频信息的呈现效果（尤其是高速运动）。

方案二：选用两台帧速率较高的高速摄像机，依照人眼瞳距并排架设，同时进行拍摄。此方案的优点在于运动信息记录较为完整和清晰，误差较小；缺点为：（1）瞳距设置、立体深度均需手动设置（2）生成两路完整视频需要后期根据细节动作对应合成（3）剪辑负荷重，需要高性能设备。

根据现实条件、应用普及性以及完成实验的可能，本实验选择第一种方案进行立体视频的拍摄。 剪辑

视频材料通过Edius 6.5软件进行剪辑，遮蔽素材和停帧图片通过

Photoshop CS5进行处理，音频降噪利用Cooldedit 2.1完成。

实验的停帧时间为运动员触球前一帧（40ms）。

剪辑完成的立体素材分辨率为1920×1080，格式为*.avi，生成的立体格式为左右格式，每个试次时长约2S。 呈现

为了保证3D立体视频的呈现效果，实验采用主动快门式3D技术，英文为Active Shutter 3D。主动快门式3D主要是通过提高画面的刷新率来实现3D效果的，通过把图像按帧一分为二，形成对应左眼和右眼的两组画面，连续交错显示出来，同时红外信号发射器将同步控制快门式3D眼镜的左右镜片开关，使左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。这项技术能够保持画面的原始分辨率，很轻松地让用户享受到真正的全高清3D效果，而且不会造成画面亮度降低。

3D液晶电视屏幕刷新频率必须达到120Hz以上，也就是让左、右眼均接收到频率在60Hz以上的图像，才能保证用户看到连续而不闪烁的3D图像效果。

视频材料的呈现利用一台支持主动快门式的SONY 3D液晶电视机，通过HDMI接口与电脑相连。被试头戴主动快门式3D眼镜进行实验。 3.实验程序的编写

实验程序的编写通过EYELINK眼动仪配套编程软件Experiment bulider完成。经过多次实践尝试，Experiment bulider具有优于eprime 2.0的视频兼容性和流畅性，能够将单个区组容纳近1G大小视频材料提前储存于计算机RAM中，从而实现程序的流畅运行。编辑好的视频素材需首先通过配套软件Split AVI进行格式转码。

根据实验4个区组的设计，共编写4组实验程序。每组实验程序首先向被试呈现实验说明，待被试准备就绪后开启实验，共计30个试次，试次间格时间为3S，每进行10个试次跳回准备界面供被试选择性休息，以保证注意力集中。 4.被试

实验被试选取专家组20名，新手组20名。专家组被试为天津体育学院羽毛球专项运动水平二级以上的运动训练学生、天津羽毛球队运动员，平均年龄21岁；新手组被试为天津体育学院体育文化传媒系非体育类羽毛球爱好者，要求熟悉羽毛球运动，以能够在日常锻炼中有效回球为标准，平均年龄22岁。

5.无关变量控制

（1）实验环境采用恒定法，实验过程中始终保证实验场地内安静，无除实验素材外的其他声音，室内光线保持低照度，使被试注意力始终保持在屏幕内容上。

（2）被试，在进行实验前保持充沛体力与精力，实验过程中保证被试佩戴立体眼镜的舒适程度。无论在平面视频或立体视频下都要求被试佩戴3D眼镜，主试通过控制眼镜开关来控制3D效果是否开启。

（3）主试，以规范化模式对待所有被试，指导语要统一一致、清晰明确，服装保持统一恒定。

（4）为避免判断结果对被试产生消极或积极的情绪影响，所有试次均不反馈判断结果。 6.实验操作

预实验：用以确定每组实验判断指标测试时的停帧时间，从而确定给予被试合理的信息量。具体操作方法：以平面视频为素材为例，挑选单一被试，通过控制不同的停帧时间来控制信息量，进行10次/项指标的判断，旨在将飞行方向正确率控制在75%左右，落点正确率控制在75%左右，正式实验将以预实验确定的停帧时间作为平面视频和立体视频素材的统一停帧时间。

正式实验：为了避免系统误差和前摄抑制，4个区组的实验顺序为平面方向判断（2D-ditection）、立体方向判断（3D-direction）、立体落点判断（3D-location）、平面落点判断（2D-location）。每组实验先让被试进行10个试次左右的练习，待被试反馈熟悉实验任务后，再开始正式实验。 实验步骤：

步骤1 安装仪器

步骤2 被试进入实验室，让被试稍事休息，同时讲解实验相关要求和实验的指导语。 指导语示例：

您好，欢迎参与本实验！

在该组实验中，您将观看到30次杀球视频，视频信息将在对手杀球触球瞬间停止，请你根据所得到的运动信息，判断杀球落点在我方ABCD四个点中的哪

一个点，并按下对应按键，为了保证你的注意力，每两次杀球间隔时间为3S，每十次杀球结束后返回本界面，供您选择性暂停休息。

如果您已了解本实验并做好准备，请操作员开启3D模式，按ENTER键开始。 步骤3 指导被试进行实验联系，直到被试熟悉实验操作。 步骤4 为被试佩戴3D眼镜，进行调试，并开启实验。 步骤5 完成实验，向被试提问，被试进行口语报告。 步骤6 收集实验数据。 步骤7 实验结束，感谢被试。 7.实验数据的搜集

实验数据由编写程序直接生成，可直接用EXCEL打开进行整理。数据主要为每组实验的反应时和反映正确率，通过Experiment bulider软件的统计控件进行统计。反应时的计算方式为：每个试次从播放视频开始计时，被试按下按键时间减去视频素材时间，单位为毫秒（ms）。反映正确率统计，被试按键与默认答案相符，反馈“1”，不相符，反馈“0”。 8.实验数据的处理

实验数据拟采用Excel软件进行导入，利用IBM SPSS Statistic 19进行处理。统计方式拟采用独立样本T检验为主。