地板投影领跑技术在特殊需求学校体育馆中支持往返跑导航行为的创新研究

本研究针对智力障碍(ID)和自闭症谱系障碍(ASD)青少年在往返跑测试中存在的空间认知挑战，创新性地利用FUTUREGYM系统的地板投影技术开发了静态领跑者(PM)和交互式领跑者(i-PM)。结果表明，PM显著提升了高中生的导航行为和测试成绩，而i-PM对初中生效果更优。该研究为特殊人群体育活动的个性化支持提供了重要技术范式。

　　

在特殊教育领域，智力障碍(ID)和自闭症谱系障碍(ASD)青少年的体育活动参与一直面临独特挑战。往返跑测试作为评估心肺耐力的重要手段，却因需要复杂的时空协调能力而成为这些学生的"绊脚石"——他们往往因无法理解规则、调整站位或空间导航而表现不佳，导致测试成绩无法真实反映实际体能水平。更令人担忧的是，COVID-19疫情期间集体体育活动的中断进一步加剧了这类人群的肥胖和运动不足问题。

针对这一难题，筑波大学附属大冢特殊需求学校的研究团队在其创新的FUTUREGYM系统中开展了一项突破性研究。这个配备空间增强现实技术的体育馆，通过地板投影为特殊需求学生构建了可视化的运动引导系统。研究人员在《International Journal of Child-Computer Interaction》发表的研究论文中，详细阐述了如何利用动态投影技术解决往返跑中的导航难题。

研究采用了多学科交叉的技术方法：通过3D激光测距传感器实时捕捉学生位置数据（采样率10fps），开发了基于Processing 3的投影算法系统；设计了两种投影模式——静态领跑者(PM)以理想速度轨迹移动，交互式领跑者(i-PM)则根据学生与PM的距离动态生成绿色反馈圈；实验采用ABA（高中生）和ABB+（初中生）设计，定量分析导航行为改善程度。

【研究结果】

1. 距离PM的时序变化
   高中生组在B阶段（PM干预）中，从第3级开始保持稳定的PM跟随距离（图5b-c），而初中生组则表现出较大波动（图5a）。这表明PM对空间认知更成熟的高中生导航支持更显著。

2. ABA设计对高中生的影响
   PM干预使高中生步速差异从2.23±0.87降至0.61±0.28（p<0.001），测试成绩平均提高23.13圈（231.3米）。但A2阶段未显示短期保留效应，提示需要持续干预。

3. i-PM对初中生的提升
   引入i-PM后，初中生与PM的距离波动显著减小（图7），成绩比PM干预时提高12.25圈（122.5米）。交互反馈使低龄学生更易理解空间关系。

4. 能力评分相关性分析
   认知能力评分较高的学生（HS组2.82±0.60 vs 2.25±0.96）更易从干预中获益（图9-10），证实认知水平是干预效果的关键调节因素。

【结论与意义】
这项研究开创性地证实：地板投影领跑技术能有效补偿ID/ASD学生的执行功能缺陷。PM通过外化时空认知负荷，使高中生成绩提升21%；而i-PM的实时反馈特性更适合认知发育中的初中生，其"成功/失败"的直观投影降低了任务复杂度。

该成果具有三重革新价值：

1. 方法论层面，建立了首个支持特殊需求学生往返跑的投影算法框架；
2. 临床实践证实，需根据认知发育阶段选择PM或i-PM的干预策略；
3. 教育创新角度，FUTUREGYM系统将传统体能测试转化为沉浸式学习体验，学生参与度显著提升。

研究也存在若干局限：投影遮挡可能影响行为、动物形象选择的普适性待验证，以及长期效果需要追踪。未来可通过个性化PM参数调节、多模态反馈等方式进一步优化。这项技术不仅适用于往返跑测试，更为各类需要空间导航的适应性体育活动开辟了新途径，对促进特殊人群终身运动习惯具有深远意义。