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冰雪專利”助力滑雪運動員盡情綻放光彩｜科技冬奧進(jìn)行時
日期：2021-10-13 11:35:50
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近日，隨著北京冬奧會國際測試賽開賽，北京冬奧會迎來賽前終極大考，公眾對于冰雪運動的關(guān)注也與日俱增。在陡峭高聳的雪道上，滑雪運動員如閃電一般，俯沖而下，伴隨著一陣陣騰起的雪霧，劃出一道道優(yōu)美的線條。粗獷與柔美、速度與激情在高山滑雪、自由式滑雪等項目中實現(xiàn)完美融合。我國的滑雪運動員們準(zhǔn)備好了嗎?
拍攝建模，優(yōu)化動作模式
自由式滑雪空中技巧項目在競技時可分為助滑、起跳、空中翻騰及著陸4個階段，是滑雪技術(shù)和空中轉(zhuǎn)體技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。因此，運動員做出精彩流暢的空中動作并成功落地，對獲得優(yōu)異成績至關(guān)重要。其中，記錄、分析運動員的相關(guān)數(shù)據(jù)是必不可少的環(huán)節(jié)。
為此，沈陽體育學(xué)院王新教授帶領(lǐng)團(tuán)隊參與了國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項“冬季項目運動員技能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究”項目，承擔(dān)了“冬季項目平衡穩(wěn)定性關(guān)鍵技術(shù)和動作模式最優(yōu)化模型的研究與應(yīng)用”課題，為自由式滑雪空中技巧項目提供訓(xùn)練解決方案。
“考慮到運動員訓(xùn)練時運動場景大、冬天戶外溫度低等特殊需求，團(tuán)隊經(jīng)過大量試驗驗證，確定了慣性傳感器結(jié)合多臺Gopro視頻的拍攝方案，解決了運動員的數(shù)據(jù)采集難題。”王新表示，團(tuán)隊研發(fā)了人體運動姿態(tài)捕捉、人體轉(zhuǎn)動慣量分析等技術(shù)，已提交“一種鞋面?zhèn)鞲屑夹g(shù)評估人體基本運動能力與測試的技術(shù)”等發(fā)明專利申請。這一成果也得到了李科、岳海濤、代爽飛、歐曉濤等多位國家隊教練的認(rèn)可。
目前，王新團(tuán)隊和東北大學(xué)李東教授團(tuán)隊通過便攜式采集服裝及內(nèi)置設(shè)備，計算出人體模型中關(guān)節(jié)、肌肉的受力以及人體轉(zhuǎn)動過程姿勢變化對應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)動速度的改變，利用轉(zhuǎn)動慣量、質(zhì)心坐標(biāo)和肌肉發(fā)力等關(guān)鍵的數(shù)據(jù)輸出分析功能，為運動員的動作模式優(yōu)化和訓(xùn)練方案改進(jìn)提供了科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。
AI評判，提升訓(xùn)練效率
除了利用視頻的方式對運動員的相關(guān)表現(xiàn)進(jìn)行記錄、分析，對比賽情況進(jìn)行準(zhǔn)確評價，也有助于運動員提升成績。
去年12月，小冰公司中標(biāo)國家體育總局冬季運動管理中心的重點項目，為自由式滑雪空中技巧提供視覺評分系統(tǒng)。
據(jù)了解，該系統(tǒng)名為AI競技體育國際賽事評分系統(tǒng)，包括提高運動認(rèn)知、改善不良運動姿態(tài)、定制化私人教練和個性化用戶檔案四大功能模塊，具有目標(biāo)檢測、跟蹤、識別等功能。該系統(tǒng)運用多項人工智能視覺分析技術(shù)，針對自由式滑雪空中技巧項目運動的特點，獨創(chuàng)了滑雪運動分析模型，能夠應(yīng)對奧運比賽場景的特殊性，如高強(qiáng)光高復(fù)雜的背景、運動員空中停留時間極短、競賽項目場地限制等，實現(xiàn)對訓(xùn)練趨勢的追溯。在精準(zhǔn)分析運動姿態(tài)、聚合運動數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，這一系統(tǒng)能夠結(jié)合專業(yè)教練的知識與經(jīng)驗以及裁判的評價，對模型進(jìn)行不斷優(yōu)化，整理并提出科學(xué)訓(xùn)練策略，有效提升運動員的訓(xùn)練效率。
小冰公司的相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，人工智能技術(shù)在競技體育中的作用正逐漸顯現(xiàn)，公司會繼續(xù)進(jìn)行自主研發(fā)，讓AI賦能更多場景、領(lǐng)域，將創(chuàng)新成果從競技體育帶向大眾體育。
VR模擬，實現(xiàn)仿真訓(xùn)練
在高山滑雪比賽項目中，比賽當(dāng)天的自然環(huán)境變化，對運動員的臨場發(fā)揮及比賽成績都會造成一定影響。根據(jù)比賽流程規(guī)定，冬奧會正式比賽之前，每支隊伍基本只有一天的時間在正式比賽的賽道上測試，測試時間短，運動員難以快速熟悉比賽場地。那么，如何應(yīng)用科技手段模擬真實的賽場環(huán)境呢?
為此，沈陽體育學(xué)院牽頭承擔(dān)了國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項“雪上優(yōu)勢、潛優(yōu)勢項目夏冬轉(zhuǎn)訓(xùn)融合關(guān)鍵技術(shù)”。東北大學(xué)機(jī)械電子工程研究所王宏教授帶領(lǐng)團(tuán)隊參與了這一項目。該團(tuán)隊將機(jī)器人(10.830, 0.00, 0.00%)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等技術(shù)相融合，提交了“一種便攜式雪面摩擦系數(shù)自動測量智能機(jī)器人”等發(fā)明專利申請，研發(fā)出了基于動態(tài)環(huán)境要素的高山滑雪體驗系統(tǒng)，可幫助運動員進(jìn)行賽前模擬以更好地適應(yīng)比賽環(huán)境。
團(tuán)隊還與沈陽體育學(xué)院進(jìn)行合作，輔助其進(jìn)行滑雪場參數(shù)檢驗。“我們會在沈陽體育學(xué)院滑雪場的指定地點進(jìn)行高山滑雪體驗系統(tǒng)測試，采集真實雪上動作產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)，建立信息多源實時采集與顯示系統(tǒng)，利用VR把滑雪場景信息重建并顯示出來，輔助教練員糾正運動員訓(xùn)練動作，提高訓(xùn)練效率。”王宏介紹，高山滑雪體驗系統(tǒng)既可以用于春夏秋季運動員的滑雪訓(xùn)練，還能使運動員在室內(nèi)實現(xiàn)仿真訓(xùn)練。
談及下一步計劃時，王宏表示，團(tuán)隊將著力解決設(shè)備的自主移動與定位問題，使得設(shè)備更加智能化、自動化，為冬奧會和冬殘奧會提供更好的服務(wù)。
如今，層出不窮的創(chuàng)新科技為冬奧健兒科學(xué)訓(xùn)練提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。智研咨詢發(fā)布的《2021—2027年中國滑雪行業(yè)供需態(tài)勢分析及市場運行潛力報告》顯示，近年來，隨著2022年北京冬奧會的成功申辦，中國人均滑雪次數(shù)逐年增加，2020年中國人均滑雪次數(shù)為1.6次?？梢灶A(yù)見，在冰雪運動專利的加持下，2022年北京冬奧會賽場上，滑雪運動員的激情與活力必將盡情綻放。(劉弘一)
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