体育界的黑科技

体育不仅是对人类更快、更高、更强极限的探索和挑战,也是社会发展和人类进步的重要标志,是综合国力和社会文明的重要体现。 如今,科技在推动体育发展中的重要性日益凸显——随着计算机技术的快速发展,以数字化、网络化、智能化为核心的智慧体育日益成为热点。 数据采集​​和分析帮助运动员科学训练、提高运动水平,协助教练员和管理者决策和管理,不仅满足竞技体育的需求,而且在全民健身和体育运动方面改变和促进体育运动的发展社会化。

竞技体育智能训练与比赛

为了防止高科技机密外泄,英国自行车队甚至规定比赛结束后应立即上交器材和装备,并予以回收和销毁。

现代体育比赛不仅是世界各国运动员展示速度和力量的舞台,也是世界各国展示形象、尖端科技与体育融合的大舞台。 随着人类对挑战自我的执着追求,各种竞技项目的表现不断逼近人类能力的极限。 要进一步提高比赛成绩,哪怕是百分之一甚至千分之一,教练员和运动员都必须竭尽全力采用各种方法和技术来实现这一目标,技术的赋能作用变得越来越重要。

2018年俄罗斯世界杯首次全面采用数字表现与追踪系统(EPTS)。 其主要功能是自动采集并以数字格式呈现体育运动的时空信息,从而实现训练和比赛的数字化阅读。 借助摄像头和可穿戴传感器,EPTS系统可以跟踪球员和足球运动信息,并通过平板电脑向教练提供球员统计数据、位置信息和相应的视频片段,帮助教练在场上做出决策。 作为 EPTS 的一部分,Catapult 可穿戴传感器也首次获准在世界杯上使用。 这款运动员智能跟踪系统的核心部件是一个火柴盒大小的卫星定位装置,佩戴在运动员肩胛骨中部,可以监测运动员的跑步距离、速度、跑步节奏、冲击负荷、心率等数据,并进行深入分析。 目前,此类装备已成为全球职业足球、曲棍球、橄榄球队球队训练的标准装备。 运动员经常穿着配备该装置的“黑背心”进行训练。 教练员不仅可以在场边实时查看整个队伍的表现并给予指导,还可以了解每个运动员的状态并给予有针对性的训练动作控制,减少受伤的概率。

在数字化方面,全国男篮联赛也是一个成功的例子。 每个俱乐部都拥有由数据科学、运动科学、医学等不同领域的专家组成的运动表现分析团队。 数据科学的运用远不仅限于简单的赛事统计(如:投篮、篮板、助攻等),而是根据教练的战术需求,通过智能追踪捕捉到的篮球和球员的时空数据比赛过程中系统基于深度学习和数据挖掘的分析,帮助教练和运动员了解数据背后的比赛模式、伤病风险、对手风格,并预测各种战术的成功机会。 掌握这些信息后,教练可以评估不同位置球员对球队的贡献,设计训练计划,制定相应的战术。 在如此复杂的系统中,以SportVU为代表的智能系统发挥着至关重要的作用。 SportVU技术起源于军事用途的多摄像头动态跟踪技术。 通过悬挂在赛场天花板上的6个摄像头,系统每秒捕捉25张图像来跟踪和分析球员的运动。 传统的数据统计方法仅统计主要结果,而SportVU系统可以还原整个过程并提供更详细和量化的数据,这也代表了体育数据科学的一个主要发展方向。

除了团队运动中多人时空信息的分析外,运动员个人技术动作的数据采集和分析评价技术近年来也得到了很大的发展。 这背后的主要驱动力是动作捕捉技术的进步。 动作捕捉技术是一种以数字方式采集三维人体动作的手段。 过去由于需要复杂的设备和环境,使用起来非常不方便。 动作捕捉技术的主要应用仅限于大片的制作,一般只用于体育方面的科学研究。 随着动作捕捉技术不断向轻量化、易用性方向发展,基于动作捕捉技术的动作分析系统也进入了实用化阶段。 例如,基于可穿戴设备的高尔夫动作分析和辅助训练系统MySwing,借助佩戴在球员身上的多个微运动传感器,可以准确捕捉球员身体和球杆的空间运动数据,并提供分析结果。 不同的数据可视化方法可以帮助球员和教练更好地理解肉眼难以观察到的技术细节。 借助这样的设备,教练员不再根据“感觉和经验”指导球员,主观经验可以量化形成数据模型,不仅技术动作的分析更加客观,训练也更加有针对性和针对性。训练效率更高。 高的。

运动员比赛成绩的提高不仅来自于训练水平的提高,运动器材科技含金量的提高也是重要因素,有时甚至会带来运动项目的重大变革。 纵观奥运会历史,装备技术进步对运动成绩的提高发挥了重要的推动作用。 近三届奥运会称霸自行车赛场的英国队就是其中的代表之一。 在这场以千分之一秒决定成绩的比赛中,每一个微小的偏差和改进都可能改变比赛的结果。 英国队运用高科技手段,实现了人与车的完美结合。 基于流体动力学和人体工程学分析,每位英国赛车手的赛车都经过微调,以最大限度地提高人与车之间的契合度。 此外,高科技比赛服、特制赛车轮胎等也成为英国队的“国家机密”。 为了防止高科技机密外泄,英国自行车队甚至规定比赛结束后应立即上交器材和装备,并予以回收和销毁。

我国的体育科技也正在进入智能化时代。 随着2022年北京冬奥会的临近,冬奥会的筹备工作不断深入,许多高科技手段被运用到运动员训练的各个方面。 借助人工智能、大数据、物联网技术,形成“训练-技术援助-保障”新模式,成为冬季运动补短板、实现跨越式发展的关键因素比如,我国自主研发的风洞实验辅助训练系统中,借助风洞仿真技术,不仅可以进行实验研究,还可以进行冰雪项目的辅助训练;通过全景VR滑雪模拟器,可以为我国高山滑雪、单板滑雪运动员构建数字化虚拟训练场地环境,提供不同地形、雪况的模拟,运动员可以在室内以真实的滑雪速度和重力体验完成训练,提高滑行能力适应比赛的能力;各种不同的动作捕捉技术被运动员广泛使用。 技术动作的采集和分析,为运动员精细打磨技术动作提供有效帮助。

未来,借助大数据和人工智能,从技术、战术、体能、心态、心理等多个维度对运动员进行评价,构建可量化的“冠军模型”,不仅是可行的,甚至是不可能的。性格。 除了训练和比赛方式的缺失,智能技术也将对教练员和运动员在训练和比赛中产生日益深远的影响。

数字化观赛、智能观赛

在国外的一些专业体育赛事中,观众已经可以坐在家里通过头戴式VR显示设备“零延迟”“零距离”观看比赛。

新冠疫情在全球蔓延后,以往一票难求的比赛场馆里,已经很难听到观众的呼喊声。 观看比赛转播几乎成为了现在观看比赛的唯一方式。 丰富体育转播手段,让球迷、体育迷以更加互动、沉浸的方式欣赏感兴趣的赛事,已成为体育产业发展的重要环节。

培养观众体育热情的一个关键点就是帮助观众了解项目、了解比赛、阅读比赛。 为了让不熟悉项目的观众能够快速、全面地了解比赛信息,让对项目感兴趣的观众看到更多自己感兴趣的内容,视频AI技术的应用将成为主流。 该技术利用人工智能方法学习、分析、理解和识别视频图像,涉及视频分类、字符识别、语音识别、文本识别等,其主要应用场景是突破传统广播下单一的观看格式,形成个性化的观看模式。 当观众通过特定的APP观看比赛时,系统不断学习并获取他们的兴趣点。 通过识别他们最喜欢的球员和比赛中的关键动作,实时生成比赛精彩片段,并自动选择比赛过程中的最佳观看位置。 比赛过程中,播放他最感兴趣的比赛精彩片段。 观众还可以随时查看和获取比赛各方面的信息,例如查看运动员详细的个人信息、了解项目规则介绍等。随着视频AI技术的不断进步,该应用具有广阔的发展空间。

新型可视化技术、无线通信和新兴互联网技术的结合不断突破距离限制,为观众在家中实现非接触、近距离观看和互动体验创造了条件。 其中,5G和虚拟现实(VR)技术的应用加速了智能观赛的发展。 在国外的一些专业体育赛事中,观众已经可以坐在家里通过头戴式VR显示设备享受“零延迟”、“零延迟”的体验。 从远处观看比赛。 利用5G“高速率、低时延”的网络特性,2022年北京冬奥会将采用5G+8K直播技术。 届时,观众可以随时随地观看高清转播,并使用移动终端上的社交软件实时直播精彩画面。 与朋友和家人分享。 同时,北京冬奥会也将实现5G+VR转播。 通过VR技术带来的360度比赛视角,观众可以自由旋转视角观看比赛,达到身临其境的场景感。 在VR中,你不仅可以看到完全真实的游戏场景,还能获得超越现实的体验。 在观看比赛的过程中,通过对场地环境和运动目标的识别,根据用户的喜好,还可以叠加多种数字信息,实现个性化的观看体验,达到更好的观看效果。

以往,经常因为不当的处罚而毁掉整个比赛,给比赛本身的公平性和观看体验带来了不利影响。 针对这一问题,智能技术正在被引入体育场馆,打造“智慧体育场馆”。 早在2006年,“鹰眼”系统就被应用于网球比赛中。 利用高速摄像机从不同角度捕捉到的网球飞行轨迹进行3D重建和着陆点计算。 当出现得分争议时,“鹰眼”系统协助裁判确定网球落地的确切位置。 类似的技术也被引入足球比赛中作为门线技术。 借助计算机辅助,可以判断足球是否越过球门线,从而判定进球是否有效。 这项技术于2013年被国际足联正式引入世界杯,成为足球史上采用高科技的历史性决定。 2018年俄罗斯世界杯期间,国际足联首次在比赛中采用视频助理裁判系统(VAR)。 系统将通过视频回放和自动识别技术提醒场上裁判纠正误判和漏判。 此外,在体操等对技巧和难度进行评分的体育项目中,也正在规划人工智能裁判。 由于比赛的激烈,体操运动员之间的动作差异变得更小、更微妙,对裁判员的能力要求也更高,裁判员在长时间工作后保持评分的准确性更加困难。 人工智能体操记分系统利用3D激光传感器测量并构建运动员的三维人体运动模型,极其精确地记录运动员的旋转速度、肢体摆动幅度和跳跃高度,并与数据库数据进行比较,判断是否得分。运动员的技术动作很成功。 成功了,无论是加分还是减分。 预计,如果人工智能计分技术在体操中试验成功,将扩展到花样滑冰、跳水等其他比赛。

群众健身实现专业化、增强娱乐性

智能技术正逐渐应用于不同的运动项目中。 运动技术评估与训练辅助是人工智能技术在全民健身产业发展中的重要应用领域。

人们希望在专业人士的指导下有计划、有步骤地锻炼身体,但专业健身指导信息资源和渠道匮乏,群众健身活动难免存在一定程度的盲目性、随意性和风险。 在一些运动科学发达和普及的国家,按照“运动处方”进行科学运动已被普遍接受。 然而在我国,运动处方对于大多数人来说还是一个新概念。 运动处方对于大多数人来说仍然是一个新概念。 师资更是稀缺。 运动处方是指导人们根据锻炼者的基本情况和评价结果,结合主观和客观条件,采取最适合的运动方案,以最合适的运动强度和活动时间,制定适合自己的运动内容和内容。锻炼者以处方的形式。 运动强度、运动时间和频率,并指出运动时的注意事项,以达到科学、有计划的健身目标。 鉴于人民群众科学健身的迫切需求与科学指导信息资源不足之间的矛盾,可以预见,基于人工智能技术的运动处方管理系统在我国将具有巨大的发展潜力。

智能运动处方系统以大量的专家知识为基础,根据用户的体测数据,全面评估用户的运动能力,预测可能的运动风险,根据其运动目的制定健身运动处方,并在运动过程中动态监测,不断验证运动处方的有效性。 基于大数据,通过机器学习不断优化运动处方。

智能可穿戴设备的快速发展为运动处方的制定和有效实施创造了有利条件。 当越来越多的跑步距离、速度、心率、心电、血氧等指标在智能手环、智能手表等可穿戴设备中实现时,大型专业设备成为人人都可以随身携带的东西。 有了便携式健康助手,过去复杂的测试现在可以在不知不觉中完成,智能运动处方也不再遥远。

在达到适量的运动量的同时,锻炼者保持良好的锻炼技巧也同样重要,这也需要专业知识的指导。 以最常见的跑步形式为例,如果跑步者的技术动作出现问题,不仅会影响跑步表现,而且是导致运动损伤的关键因素。 对于专业研究人员来说,跑步过程中的技术动作可以通过足部着地方式、触地时间、垂直摆动、膝关节屈伸角度等专业数据指标来描述。 过去,这些只能在实验室环境中进行。 精准分析,现在也有针对普通消费者的智能产品,通过自动化手段帮助跑步者诊断跑步中的技术问题,并根据数据指导其改进,让普通人也能接受专业的运动技术辅导。 类似的智能技术也逐渐应用于不同的运动项目中。 运动技术评估与训练辅助是人工智能技术在全民健身产业发展中的重要应用领域。

为了帮助锻炼者坚持锻炼计划,改善锻炼过程中的娱乐性也成为了重点。 通过智能设备将不同形式的交互和社交引入到运动中:基于智能穿戴设备的运动记录和打卡排名已经非常流行; 通过智能交互屏幕,锻炼者与虚拟数字教练互动,或者通过摄像头和麦克风在锻炼期间与其他人进行社交的产品需求量很大; 更多突破性的新技术很快就会从实验室走向公众,包括户外运动时通过增强现实(AR)眼镜进行娱乐和社交的“黑科技”。 “这已经不再遥远,在智能科技的帮助下,大众健身将变得更加科学、有效、有趣。

(作者:刘浩阳、崔一雄、陶宽,均来自北京体育大学,刘浩阳系教授,崔一雄系博士后,陶宽系讲师)

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