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運動員如何在冬奧賽場更快更強?來看這些“黑科技”!

魏夢佳、馬曉冬
2021年01月24日09:20 | 來源:新華社
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如何使滑冰滑雪的動作更精准?如何在非雪季進行雪上訓練?……為備戰北京冬奧會,提升冬季運動項目訓練水平,幾年來,由北京理工大學牽頭實施的國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項“國家科學化訓練基地建設關鍵技術研究與示范”項目穩步實施。一項項“黑科技”已經或即將運用於我國冬季運動項目的訓練中,助力“科技冬奧”,讓運動員在冰雪賽場上更快、更強!

“高精鏡頭”追蹤冰上軌跡

連日來,在首都體育學院的滑冰館內,北理工光電學院儀器研究所副教授劉明帶領團隊一遍遍測試設備。看台上豎立著數台圖像採集雲台變焦設備和超高清相機,劉明盯著4K顯示器中正在冰場內滑冰的測試人員圖像,操作電腦,採集分析其運動軌跡。

他所負責的速度滑冰運動分析課題,旨在通過“雲台變焦運動軌跡採集與動作捕捉分析”“冰場全景圖像採集與運動軌跡分析”兩套系統,對速度滑冰、短道速滑、花樣滑冰等冰上運動軌跡和動作進行分析,可精細解析單個運動員的動作軌跡,也可對多名運動員軌跡進行同步分析。

“我們系統的作用就是把運動員的運動過程,通過連續變焦跟蹤特寫及全景採集的方式記錄下來,再對其動作和軌跡進行分析,便於優化技術動作,幫助運動員、教練員實現科學化訓練。”劉明說。

此項目的最大特點是將雲台變焦技術應用於運動測量,運動員不需穿戴式設備,即便在很大范圍內活動,仍可精確獲得其運動數據。為滿足高精度測量需求,團隊不斷改良鏡頭設計,在經過7個版本的改進后實現了測量過程的平順、快速和高精度。兩台全景相機具有高達單幀2500萬像素的解析度,採集幀率每秒160幀,適合多人運動軌跡分析。

劉明說,下一步團隊將改進升級系統,增加採集機位數量,提高圖像解析度,讓分析結果更精准。“希望我們的設備產品能盡快運用於冰上運動甚至是田徑項目的教學和訓練中,提升運動員的成績,這將是我們最大的光榮!”

無人機掃描搭建“仿真雪場”

在茫茫雪原上高速疾馳,忽而起伏顛簸,忽而側身轉彎……在北理工光電學院,“冬季項目場景三維感知及重建技術”課題組的張海洋正在電子屏上展示其用三維激光雷達掃描系統搭建的崇禮滑雪場場景,讓人身臨其境。他身旁,擺放著兩架搭載激光雷達系統的無人機。

“我們通過測量跳台滑雪、高山滑雪、越野滑雪和冬季兩項等項目的三維場景的數據,利用VR(虛擬現實)技術把場景信息顯示出來,再加上運動員跟蹤系統數據,實現視覺場景顯示,用於運動員在室內的仿真訓練。”張海洋說。

不同雪場環境不同,要做到真實還原,需收集大量實地數據。為此,研究團隊利用無人機載、車載的激光雷達系統,奔赴北京、河北、吉林等地多個滑雪場進行數據掃描和測試,還通過運動員穿戴的傳感器,收集其在雪場運動信息,再反饋到顯示系統中。

運動員模擬訓練系統對重建精度、低溫和實時傳輸等方面都要求嚴格,尤其是低溫的挑戰特別大。有的雪場方圓幾平方公裡,有的場地落差近千米,用無人機搭載激光雷達掃描效率較高,但無人機在零下20攝氏度以下就功效下降,為此團隊還開發出適合低溫環境運行的無人機載激光雷達掃描系統。

“目前我們的相關成果已應用於國家隊,可減少運動員在非訓練時的損傷,提高運動效率,給教練員提供技術幫助。”張海洋希望,讓技術成果惠及更多運動員。

室內仿真模擬“高山滑雪”

在北理工一間實驗室內,自動化學院研究生曹洪卿正穿戴好傳感器裝備,走上12米長的鋼制滑台,踏上滑台上一副模擬雪橇,面對巨大電子屏上的滑雪場景畫面,開始急速左右擺動滑行。

因參與“室內多自由度模擬滑雪訓練系統”的課題,曹洪卿專門參加了滑雪培訓,以親身測試這套室內模擬滑雪訓練設備的效果。“在滑台上主要是做回轉運動,在上面練習挺累的,但有真實雪道的體驗,可達到滑雪訓練的目的。”他說。

據悉,此項目主要是為高山滑雪、越野滑雪等項目的運動員提供室內模擬滑雪訓練設備,以提升其回轉、滑行等專項技術動作的訓練效率。同時,通過在滑雪訓練平台上安裝運動形態識別與位姿測量系統,可採集分析運動員運動數據,為科學化訓練提供指導依據。

課題組負責人、北理工自動化學院教授劉向東介紹,這套設備的優點是讓運動員在非雪季也能在室內展開滑雪訓練,滑台上的滑行速度可達百公裡的時速。運動員全身關節處的17個傳感器,可精准反映其姿態動作數據,幫助教練評估參考。此外,這套設備的通用型產品還在滑台下加裝了運動模擬平台,有高低、傾斜、偏轉變化,通過各角度幫助運動員訓練。相關設備已用於國家高山滑雪隊運動員的日常訓練。

“北京冬奧會越來越近,希望我們的研究成果能促進運動員的訓練,助力科技冬奧在訓練技術方面的提升,做出我們的貢獻。”劉向東說。

(責編:申佳平、初梓瑞)

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