2021年1月，张家口崇礼区的国家跳台滑雪中心“雪如意”，室外气温将近零下40℃，几个背着巨大器材包的人影在雪白的山顶上慢慢移动。
他们的工作，就是在设置好的捕捉点架设捕捉运动影像的摄像机，通过人工智能辅助系统实时采集运动员起跳角度、空中姿态、速度、距离等数据，并进行三维动作捕捉和技术分析，帮助运动员提高训练水平，助力中国跳台滑雪健儿备战北京冬奥会。
位于河北省张家口市崇礼区的国家跳台滑雪中心“雪如意” 图片来源/新华社
不夸张地说，三维动作捕捉技术相当于给教练员装上了“第三只眼”。
对于跳台滑雪运动员来说，滑行的速度、起跳的时机与方向、手臂摆动的角度、自身的状态等，都会影响成绩。由于各个动作的瞬时性，在传统训练过程中，为了让运动员每一个环节、每一个动作都达到“最优”，教练员的做法通常是用视频记录，然后回放分析。
然而，受观测距离、角度等方面影响，这一做法也有一定局限性。有关研究人员介绍道：“运动员在画面中很小，很难发现诸如手臂摆动角度、膝踝距离差等方面的细微差别，而这些恰恰对于成绩影响很大。”
幸好，在科技的加持下，这一问题有了解决方案。
在国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”项目中，项目负责人、上海体育学院科学研究院院长刘宇带领项目团队开发适合雪上运动员运动效率和运动能力提升的神经—生物力学增强技术与干预模式，利用人工智能辅助系统捕捉运动员三维动作信息，包括起跳开始蹬伸距离、起跳时下肢三个关节的角度、身体姿态、飞行初期的攻角、雪板的仰角等关键运动力学指标，帮助教练员和运动员掌握分析每一个时刻的技术动作细节。
跳台滑雪项目中，教练员可通过人工智能辅助系统实现对运动员运动过程的三维捕捉分析。图为虚拟数字人在起跳时的核心生物力学指标展示 图片来源/上海体育学院
2021年8月，这一辅助系统又取得了新的突破。根据使用方建议，项目团队将在滑道侧面的多个关键点位，如距离出发台20m、40m、60m、80m、100m、落地区等架设实时高速视频摄制系统，并基于单目相机的人工智能算法，实现对运动员上述关键位置的三维动作捕捉分析。同时通过自动控制的机器摇臂实现对运动员全过程及关键点位动作的记录，并快速生成有关数据。有关视频和生物力学数据可实时反馈给教练员和运动员，便于后续战术动作分析等工作的进行。
与此同时，项目团队还利用可穿戴传感器技术，对运动员全程速度、加速度及其雪板进行空间位置精确跟踪、测定，优化其动作控制。
安装测试标定架 图片来源/上海体育学院
国家重点研发计划项目“科技冬奥”专项主要科研人员、上海体育学院副教授伍勰表示：“我们拍摄范围非常广，一帧帧画面叠加，可以看到整个动作，起跳的地方，有4台摄像机捕捉数据，之后每隔20米，一直到落地，都有摄像机去捕捉全程数据。然后在科研服务车上，我们做一些数据处理，将数据实时展示在大屏幕上。”
一名运动员的报告就有十几页，在反馈信息量非常大的情况下，他们会先给教练员最关键指标的简报表，再根据需求提供更细致的数据报告。而这个最关键指标，主要通过前期对训练队的跟踪，来确定相对薄弱的环节、需要提高的指标。使用方表示，这位数字“教练”提供的数据对于诊断运动员各环节动作的短板、加快提高成绩很有帮助。
撰文：赵玲
编辑：吉菁菁
科学性审核：霍波 北京理工大学宇航学院教
本文来自：中国数字科技馆
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