Tijdschriftissue 2 2024 / Special Issue over sportpsychologie

Virtual reality-training in olympische sporten: Mogelijkheden en valkuilen.

• geschreven door Fabio Richlan & Jeremias Braid

De opkomst van virtual reality-technologie biedt olympische atleten en coaches veel nieuwe mogelijkheden voor training en wedstrijdvoorbereiding. Hoewel de effectiviteit hiervan in toenemende mate ondersteund wordt door wetenschappelijk onderzoek, is het belangrijk om ook aandacht te hebben voor de beperkingen en mogelijke valkuilen bij het toepassen van deze nieuwe technologie binnen de sport.

 

Figuur 1. Een Olympische atleet die virtual reality gebruikt in een stadion (AI-gegenereerd). (bron: https://leonardo.ai/)

 

 Inleiding

In de afgelopen jaren is de belangstelling voor virtual reality (VR) enorm toegenomen in een breed scala aan domeinen (bijv. geneeskunde of defensie), waaronder ook Olympische sporten (Richlan et al., 2023). In dit artikel bieden we wetenschappelijke inzichten in de effecten van VR-training op atleten van diverse Olympische sporten. Daarnaast worden voorbeelden van sportpsychologische VR-praktijken gegeven en bespreken we toekomstige ontwikkelingen, toepassingsgebieden en huidige beperkingen.

VR-technologie creëert een ervaring in een gesimuleerde virtuele omgeving. Over het algemeen worden deze virtuele omgevingen gepresenteerd via VR-headsets (bijv. Oculus/Meta Quest of HTC Vive) met pose-tracking en 3D-schermen recht voor de ogen van de gebruikers. Vergeleken met normale computerschermen kunnen gebruikers met VR-technologie veel meer opgaan in de virtuele omgeving, wat wordt veroorzaakt door factoren zoals een realistisch gezichtsveld, isolatie van de echte wereld en betrouwbare software. Hierdoor ontstaat er een intensere ervaring van de waargenomen omgeving in vergelijking met het louter "observeren" van die omgeving via een video op een normaal scherm.

Met de komst van deze moderne methode zijn er nieuwe trainingsmogelijkheden ontstaan in verschillende sportdisciplines. In ons lopende project met de Oostenrijkse skivereniging gebruiken alpine skiërs VR bijvoorbeeld om eerdere wedstrijden opnieuw te ervaren en te bestuderen met gebruik van video-analyse. Daarnaast kunnen zij toekomstige wedstrijden oefenen in een veilige virtuele omgeving. In het voetbal kan VR gebruikt worden om het bewustzijn van spelers op het veld te trainen, bijvoorbeeld in de vorm van scangedrag (d.w.z. snelle hoofdbewegingen over de schouder om de omringende spelers waar te nemen). Hoewel dit nog niet expliciet is getest in VR, lijkt scangedrag in real-life een positieve invloed te hebben op voetbalprestaties (Jordet et al., 2020).

In een ander onderzoek werden VR-brillen gebruikt om de beslissingen op het veld bij junior basketballers te verbeteren (Pagé et al., 2019). De deelnemers kregen video's te zien van zogenaamde “set plays” en moesten na afloop van de clip beslissen welke actie ze vervolgens zouden uitvoeren. Spelers die deze video's in VR hadden bekeken, namen significant betere beslissingen op het veld dan degenen die de set plays op een normaal computerscherm hadden bekeken. De spelers die de VR-training hadden gedaan, behaalden bijvoorbeeld een hogere nauwkeurigheidsscore bij het nemen van beslissingen, met name voor ongetrainde spelmomenten die zij nog niet eerder hadden gezien.

 

Figuur 2. Virtual Reality-training van een voetballer (AI-gegenereerd). (bron: https://leonardo.ai/)

 

Dit zijn slechts enkele voorbeelden van de vele mogelijkheden van VR bij verschillende soorten sporten. In principe is VR-training potentieel interessant wanneer het een alternatief kan bieden voor fysiek veeleisende, gevaarlijke, onpraktische of anderszins dure trainingssituaties (met betrekking tot technische haalbaarheid, arbeids- of tijdsintensiviteit, Richlan et al., 2023).

In recent onderzoek zijn de effecten van VR-training onderzocht in een aantal studies naar sport-specifieke vaardigheden. In twaalf verschillende pre-post interventiestudies, waar gekeken werd naar verschillende soorten sporten (bijv. boogschieten of voetbal) en lichamelijke vaardigheden (bijv. evenwichtsvaardigheden), presteerden deelnemers na VR-training meestal beter dan deelnemers na training in controlecondities met meer traditionele benaderingen (Bedir & Erhan, 2020; Fortes et al., 2021; Köyağasıoğlu et al., 2022; Richlan et al., 2023). In één onderzoek werden bijvoorbeeld grotere verbeteringen waargenomen in besluitvorming bij passen en visueel zoekgedrag bij voetballers die in VR trainden in vergelijking met een normaal videoscherm (Fortes et al., 2021).

Daarnaast zijn er onderzoeken gedaan naar de langetermijneffecten van VR-training met honkbalspelers (Gray, 2017). Degenen die deelnamen aan een adaptieve VR-slagtraining (d.w.z. dat de pitchsnelheid, het type en de locatie continu werden aangepast aan de prestaties van de spelers) hadden meer kans om in de vijf jaar na de interventie ten minste één volledig seizoen mee te doen op een hoger niveau dan middelbare school honkbal in vergelijking met de andere trainingsgroepen (niet-adaptieve VR-slagtraining, echte slagtraining en controle). Deelnemers aan de VR-training presteerden dus zelfs beter dan deelnemers aan extra echte slagtraining wat betreft lange termijn overdraagbare effecten.

De genoemde positieve effecten wijzen op de mogelijkheden van VR om prestaties in de echte sportomgeving te verbeteren. Desalniettemin werd de succesvolle overdraagbaarheid van VR naar de echte wereld waargenomen in een nogal heterogene reeks van experimenten, en blijft het onduidelijk of VR-simulaties die zijn afgestemd op specifieke vaardigheden (bijv. kijkgedrag bij voetbal) sporters helpen om beter te presteren in de echte sport. Daarom zijn verdere studies en - in het bijzonder - onafhankelijke replicaties nodig om de weg vrij te maken voor solide wetenschappelijk gefundeerde conclusies over de potentiële voordelen van VR-training en de praktische toepassing daarvan (Richlan et al., 2023). Specifiek moeten onderzoekers proberen bewijs te verzamelen over de vraag of VR geschikt is om de ( cognitieve) vaardigheden die nodig zijn in de betreffende sport succesvol te verbeteren, zowel in de virtuele omgeving (stap 1) als in de realiteit (overdraagbaarheid; stap 2). Uiteindelijk moet de meest interessante vraag, of VR-training leidt tot betere prestaties en of de sporters meer echte wedstrijden winnen, grondiger worden onderzocht in toekomstige studies (stap 3). Onder het volgende kopje gaan we dieper in op de veelbelovende en veelzijdige gebruiksmogelijkheden van VR in Olympische sporten, voordat we een aantal mogelijke valkuilen van het gebruik van deze nieuwe technologie belichten.

 

Figuur 3. Afbeelding 2: Een alpineskiër gebruikt virtual reality op de piste (AI-gegenereerd). (bron: https://leonardo.ai/)

 

"Een nieuw tijdperk": Mogelijkheden van VR-training bij atleten van Olympische sporten

VR-headsets worden in het algemeen steeds betaalbaarder en tegelijkertijd steeds beter. Dit komt door de betere graphics en, op zijn beurt, hogere niveaus van immersie. Daarnaast worden VR-headsets steeds lichter, wat leidt tot een algehele betere ervaring met het gebruik van deze apparaten vanwege minder ongemak. De huidige VR-headmounted displays zijn namelijk vaak vrij zwaar (bijv. 503 gram voor de Meta Quest 2 en 515 gram voor zijn opvolger, de Meta Quest 3), wat ongemak kan veroorzaken tijdens langere trainingssessies, omdat de gebruikers hun nekspieren flink moeten aanspannen.

Een ander hardware-specifiek kenmerk dat in de toekomst zal veranderen, is de manier waarop de VR-ervaring wordt bestuurd en genavigeerd. In de toekomst zullen aparte hardware controllers waarschijnlijk volledig worden weggelaten. In plaats daarvan zullen de handen van de gebruiker het enige navigatiesysteem zijn, wat meer comfort en natuurlijkere vinger- en handbewegingspatronen mogelijk maakt in vergelijking met gewone handcontrollers. Ook zou het volgen van de voeten via video kunnen worden geïmplementeerd, in tegenstelling tot huidige voetcontrollers (bijvoorbeeld in de software Rezzil Index).

Om een grotere gelijkenis en levensechte overeenkomsten met de sport te garanderen, zouden VR-ontwikkelaars ook kunnen overwegen om bodysuits en/of sportuitrusting met trackers te gebruiken. Dit zou de weg kunnen banen naar een "zo dicht mogelijke" belichaamde sportervaring in een virtuele omgeving, aangezien er trillingen in de hardware worden geïmplementeerd die sensomotorische sensaties uit de echte wereld simuleren. Het is echter de vraag of deze stimulatie voldoende is om de echte sensorische input te vervangen.

In sporten waar het nemen van de juiste beslissingen van groot belang is, kan VR worden gebruikt om alle mogelijke uitkomsten te onderzoeken met behulp van kunstmatige intelligentie (AI). Bij voetbal zouden spelers bijvoorbeeld kunnen experimenteren met verschillende beslissingen over passen of rennen om uit te zoeken hoe dit de uitkomst van het specifieke spelscenario zou hebben veranderd. AI-algoritmes zouden de informatie van de tijd voor het moment waarop de beslissing werd genomen, kunnen gebruiken om te bepalen wat er waarschijnlijk zou gebeuren voor elke andere beslissing die genomen had kunnen worden. Het implementeren van deze gecombineerde methode van expliciet en impliciet leren in een immersieve omgeving zou spelers van verschillende sporten veel voordeel kunnen bieden bij het nemen van de juiste beslissingen. Er moet echter worden opgemerkt dat in dit voorbeeld (voetbal) en in andere sporten, er mogelijk veel bewegingsruimte nodig is voor spelers tijdens VR-trainingen en testen (Fajen et al., 2011; Fink et al., 2009; Zaal & Bootsma, 2011; Zaal & Michaels, 2003).

Daarnaast biedt VR veelbelovende oplossingen voor videoanalyse in verschillende soorten sporten. 360°-video's zijn een uitstekend hulpmiddel voor gebruik in VR-headsets en bieden sporters een ervaring van hun (vroegere en toekomstige) sportprestaties tijdens zowel trainingen als wedstrijden. Opnames vanuit zowel een extern als een intern perspectief kunnen nuttig zijn voor atleten om hun eerdere prestaties uitgebreid te analyseren en zich voor te bereiden op komende situaties (denk aan nieuwe sportlocaties zoals vaak het geval is bij Olympische Spelen) door gebruik te maken van meerdere perspectieven. De gecombineerde analyse van verschillende perspectieven in VR maakt het ook mogelijk om het perspectief te wisselen naar bijvoorbeeld een teamgenoot, een coach, een tegenstander of een scheidsrechter om beter te begrijpen waarom bepaalde beslissingen zijn genomen op basis van de informatie die beschikbaar was vanuit het perspectief van een ander. In teamsporten zou dit kunnen leiden tot een hogere sportgerelateerde " Theory of Mind", wanneer spelers hun mogelijkheden om perspectieven te zien vergroten en op basis hiervan kunnen plannen en reageren tijdens trainingen en wedstrijden.

Naast VR is er ook de term mixed reality (MR), dat in de toekomst kan rekenen op meer interesse en verdere implementatie door recente ontwikkelingen op dit gebied. MR beschrijft de combinatie van virtuele en echte (fysieke) omgevingen. Dit kan bijvoorbeeld gaan om het gebruik van een VR-headset om elementen op het scherm te genereren (bijvoorbeeld een virtueel dartbord) die geprojecteerd worden in de echte wereld (bijvoorbeeld een echte muur in een huis), op basis van camera's aan de buitenkant van de headset. Voor Olympische sporten betekent dit dat het mogelijk kan worden om bijvoorbeeld een Olympisch stadion te creëren op je trainingsveld om deze belangrijke wedstrijd te simuleren in de dagelijkse training. Dit kan worden beschouwd als een wedstrijdvoorbereiding die zo dicht mogelijk in de buurt komt bij het werkelijk spelen van de wedstrijd. Auditieve kenmerken, zoals het geluid van het publiek, kunnen ook eenvoudig worden toegevoegd als realistische kenmerken. Een atleet kan bijvoorbeeld de Olympische 100 meter sprintwedstrijd simuleren door het betreffende stadion virtueel te genereren en op een echte baan te rennen. Niet alleen de wedstrijd zelf kan worden gebruikt als voorbereiding, maar ook de tijd ervoor en erna. Verschillende scenario's en routines kunnen worden nagespeeld en dienen als mentale herhaling van mogelijke uitkomsten in het echte leven.

Voor sporten met hoge precisie kan VR dienen als hulpmiddel om herhaling van echte bewegingspatronen te oefenen in een virtuele omgeving met minimale fysieke eisen. Serveren bij tennis, vrije trappen bij voetbal, honkbal slaan en boogschieten behoren bijvoorbeeld tot deze herhaalbare taken. Er is geen ander trainingshulpmiddel nodig dan de VR hard- en software zelf. Hierdoor is precisietraining zeer mobiel en hoeven atleten niet altijd hun trainingsspullen bij zich te hebben en zijn ze onafhankelijk van de faciliteiten waar ze verblijven. Basketbal, boogschieten, golf, schieten, squash, tennis, enz. zouden veel baat kunnen hebben bij deze mogelijkheid om VR toe te passen, omdat het mogelijk wordt om op een economische en minimaal fysiek belastende manier, letterlijk je trainingsuitrusting en -omgeving mee te nemen.

Wat betreft meer algemene psychologische vaardigheden, biedt VR de mogelijkheid om verschillende mentale vaardigheden of strategieën te trainen die voor Olympische atleten nodig zijn voor topprestaties. Leren presteren onder druk, omgaan met angst voorafgaand aan de prestatie, routines oefenen, stressmanagement en het reguleren van emoties kunnen onder andere worden geoefend met VR-apparaten door middel van commercieel verkrijgbare software en zelfgemaakte 360°-video's. Met betrekking tot de revalidatie van geblesseerde sporters biedt VR verschillende mogelijkheden voor sport specifieke ( cognitieve) vaardigheidstraining en stressreductie (Weiß et al., 2024). Dit kan worden gedaan met slechts minimale fysieke eisen. Zo kunnen coaches bijvoorbeeld gebruik maken van stationaire sportsimulaties, reactietijd/beslissingsoefeningen of VR-gestuurde mindfulness apps om zo min mogelijk beweging te vragen van de sporters, maar wel hun vaardigheden te behouden en ze verbonden te houden met hun sport. Daarom kan VR worden geïmplementeerd in revalidatie schema's als een risicoloos alternatief voor het leren, oefenen en repeteren van sportactiviteiten in het echte leven.

Tot slot kan het voor teams en coaches die over de hele wereld verspreid zijn interessant zijn om teambijeenkomsten in het "metaverse" te houden. Dit zou met name relevant kunnen zijn in de context van beperkte accreditatieplaatsen voor coaches bij de Olympische Spelen. Het gebruik van avatars en gesimuleerde vergaderruimten zou een interessant experiment zijn voor teams om te proberen mogelijke voordelen ten opzichte van conventionele videogesprekken te ontdekken rondom interactie met elkaar en het gevoel "er echt samen te zijn".

 

Figuur 4. Virtual Reality-training van een atleet (AI-gegenereerd). (bron: https://leonardo.ai/)

 

De moderne oplossing voor alles? Valkuilen van VR-training bij atleten van Olympische sporten

Ondanks alle mogelijke toepassingen en potentiële voordelen ten opzichte van gangbare (computer)trainingsmethoden, moet er rekening worden gehouden met een aantal veiligheid gerelateerde factoren bij het toepassen van VR-training. De trainingssessies mogen niet langer dan 30 minuten zonder pauzes duren en de discrepantie tussen bewegingen in de virtuele en de echte wereld mag niet te groot zijn om zogenaamde cybersickness te voorkomen. Dit is een veelvoorkomende bijwerking is van VR, die leidt tot onder andere misselijkheid of hoofdpijn (Nesbitt & Nalivaiko, 2018; Webb & Griffin, 2003).

Bovendien is VR (nog) niet geschikt voor het trainen van de fijne motoriek door een gebrek aan realisme, dat mogelijk veroorzaakt wordt door ontbrekende haptische feedback. Het huidige niveau van VR-apparaten op het gebied van fijn motorisch gedrag zou bij het trainen van deze vaardigheden kunnen leiden tot het verkeerd opnieuw aanleren van bewegingspatronen bij sporters. Ter illustratie: een ijshockeykeeper van topniveau, die onder begeleiding van de auteurs met VR traint, rapporteerde onaangepaste bewegingspatronen na training met een bepaalde VR-software. Dit kan waarschijnlijk worden toegeschreven aan een onvolmaakt "pseudo"-realisme van deze specifieke VR-software en laat zien dat onderzoekers zich moeten realiseren dat trainen in VR misschien (nog) niet hetzelfde is als trainen in de echte wereld. Op basis van recent bewijs lijkt het eerder aannemelijk dat het gebruikt kan worden om belangrijke punten van bepaalde bewegingspatronen of procedurele sequenties en tactische bewegingen te trainen die minder fijnkorrelig zijn, bijv. koppen bij voetbal (Marshall et al., 2023; Parr et al., 2023).

Bovendien is een andere beperking van VR-apparaten dat ze niet gebruikt mogen worden als onmiddellijke warming-up of net voor een fysieke training en competitie. Tijdens VR-training ontvangen de ogen van de gebruikers tegenstrijdige informatie over diepte en wordt het visuele systeem belast door de onnatuurlijke opstelling (3D-visie gegenereerd op 2D-schermen op slechts centimeters afstand van de ogen van de gebruikers). Nadat het VR-apparaat is verwijderd, heeft het visuele systeem een paar minuten nodig om weer te wennen aan de echte wereld. Na het gebruik van VR moet er dus rekening mee worden gehouden dat de oculomotorische stabiliteit en diepteperceptie gedurende een korte tijd verstoord zijn, wat de prestaties in de echte wereld bij visueel gestuurde taken mogelijk beïnvloedt (Harris et al., 2020).

Als het gaat om de motiverende effecten van VR-training, moet worden opgemerkt dat herhaalde oefeningen in een gestandaardiseerde omgeving - ondanks bepaalde voordelen - schadelijk kunnen zijn voor de motivatie van sporters op de lange termijn. Herhaaldelijk oefenen kan eentonig worden, vooral als je alleen traint. De huidige VR-toepassingen missen nog de sociale interactie die normaal gesproken op echte trainingsvelden plaatsvindt. Hoewel VR dus geschikt is voor herhaalde gestandaardiseerde training in een veilige en goed gecontroleerde omgeving, blijven bepaalde aspecten van training in het echte leven ontbreken, zoals sociale interactie en over het algemeen meer sensorische input.

 

Figuur 5. Een Olympische atleet gebruikt virtual reality in een oefenarena (AI-gegenereerd). (bron: https://leonardo.ai/)

 

Conclusies

Kortom, VR-training stelt atleten van verschillende Olympische sporten in staat om te leren, oefenen en repeteren wat in het echte leven fysiek zwaar, gevaarlijk, onpraktisch of anderszins duur kan zijn (met betrekking tot technische haalbaarheid, arbeids- of tijdsintensiviteit). We schetsten dat deze nieuwe technologie veelbelovende mogelijkheden biedt voor Olympische atleten, zowel nu als in de toekomst (bijvoorbeeld bij de voorbereiding op een wedstrijd). Toch zijn er nog een aantal problemen die moeten worden beschouwd als mogelijke valkuilen van VR-training (bijv. ontbrekende haptische feedback). Met de voortdurende nieuwe ontwikkelingen op dit gebied zijn we er echter zeker van dat dit nog maar het begin is van sportpsychologisch VR (en MR) onderzoek en praktijktoepassingen en dat er de komende jaren nog veel meer staat te gebeuren.

 

Referenties

Bedir, D., & Erhan, S. E. (2020). The Effect of Virtual Reality Technology on the Imagery Skills and Performance of Target-Based Sports Athletes. Frontiers in Psychology, 11, 2073. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2020.02073

Fajen, B. R., Díaz, G., & Cramer, C. M. (2011). Reconsidering the role of movement in perceiving action-scaled affordances. Human Movement Science, 30(3), 504–533. https://doi.org/10.1016/j.humov.2010.07.016

Fink, P. W., Foo, P., & Warren, W. H. (2009). Catching fly balls in virtual reality: A critical test of the outfielder problem. Journal of Vision, 9(13), 14. https://doi.org/10.1167/9.13.14

Fortes, L. S., Almeida, S. S., Praça, G. M., Nascimento-Júnior, J. R. A., Lima-Junior, D., Barbosa, B. T., & Ferreira, M. E. C. (2021). Virtual reality promotes greater improvements than video-stimulation screen on perceptual-cognitive skills in young soccer athletes. Human Movement Science, 79, 102856. https://doi.org/10.1016/j.humov.2021.102856

Gray, R. C. (2017). Transfer of Training from Virtual to Real Baseball Batting. Frontiers in Psychology, 8. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2017.02183

Harris, D. J., Buckingham, G., Wilson, M. R., Brookes, J., Mushtaq, F., Mon-Williams, M., & Vine, S. J. (2020). The effect of a virtual reality environment on gaze behaviour and motor skill learning. Psychology of Sport and Exercise, 50, 101721. https://doi.org/10.1016/j.psychsport.2020.101721

Jordet, G., Aksum, K. M., Pedersen, D. N., Walvekar, A., Trivedi, A., McCall, A., Ivarsson, A., & Priestley, D. (2020). Scanning, Contextual Factors, and Association With Performance in English Premier League Footballers: An Investigation Across a Season. Frontiers in Psychology, 11. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2020.553813

Köyağasıoğlu, O., Özgürbüz, C., Bediz, C. Ş., Güdücü, Ç., Aydınoğlu, R., & Akşit, T. (2022). The Effects of Virtual Reality Nonphysical Mental Training on Balance Skills and Functional Near-Infrared Spectroscopy Activity in Healthy Adults. Journal of Sport Rehabilitation, 31(4), 428–441. https://doi.org/10.1123/jsr.2021-0197

Marshall, B., Uiga, L., Parr, J. V. V., & Wood, G. (2023). A preliminary investigation into the efficacy of training soccer heading in immersive virtual reality. Virtual Reality, 27(3), 2397–2404. https://doi.org/10.1007/s10055-023-00807-x

Nesbitt, K., & Nalivaiko, E. (2018). Cybersickness. In N. Lee (Ed.), Encyclopedia of Computer Graphics and Games (pp. 1–6). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-08234-9_252-1

Pagé, C., Bernier, P., & Trempe, M. (2019). Using video simulations and virtual reality to improve decision-making skills in basketball. Journal of Sports Sciences, 37(21), 2403–2410. https://doi.org/10.1080/02640414.2019.1638193

Parr, J. V. V., Uiga, L., Marshall, B., & Wood, G. (2023). Soccer heading immediately alters brain function and brain-muscle communication. Frontiers in Human Neuroscience, 17. https://doi.org/10.3389/fnhum.2023.1145700

Richlan, F., Weiß, M., Kastner, P., & Braid, J. (2023). Virtual training, real effects: A narrative review on sports performance enhancement through interventions in virtual reality. Frontiers in Psychology, 14. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2023.1240790

Webb, N. A., & Griffin, M. J. (2003). Eye movement, vection, and motion sickness with foveal and peripheral vision. Aviation, Space, and Environmental Medicine, 74(6 Pt 1), 622–625.

Weiß, M., Büttner, M., & Richlan, F. (2024). The role of sport Psychology in injury prevention and rehabilitation in junior athletes. Behavioral Sciences, 14(3), 254. https://doi.org/10.3390/bs14030254

Zaal, F. T. J. M., & Bootsma, R. J. (2011). Virtual Reality as a tool for the study of Perception-Action: the case of running to catch fly balls. Presence: Teleoperators & Virtual Environments, 20(1), 93–103. https://doi.org/10.1162/pres_a_00037

Zaal, F. T. J. M., & Michaels, C. F. (2003). The information for catching fly balls: Judging and intercepting virtual balls in a CAVE. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 29(3), 537–555. https://doi.org/10.1037/0096-1523.29.3.537