對計算機在網球運動中應用的探討

李云縣 葉燎昆（昆明理工大學 云南 昆明 650500）

前言：目前，國內在網球運動中計算機的應用并不多見，專門用于網球項目比賽的軟件寥寥無幾。反觀國外，在這些領域的產品、軟件研發已有長足發展，主要基于對運動項目比賽過程的數字化分析。例如Sportsmotion、Smartsystem和Statsmaster等著名的視頻分析軟件。國內類似產品的研究和開發起步較晚，目前還沒有較成熟的產品類軟件，僅有陜西師范大學和西安交通大學聯合開發的“體育運動序列圖像的計算機輔助分析”工具；清華大學圖象圖形研究所提出的“基于全局運動信息的視頻檢索技術”；“用于人機系統運動仿真人體模型”以及北京科技大學開發的“基于數據倉庫和多媒體信息庫的體育經濟輔助系統”在視頻運動分析和統計領域都作了初步的嘗試。因此，開發研究該軟件系統為我國網球運動員技術的自動化管理有很大的促進作用。

1、計算機在體育領域中的應用

目前，計算機技術在體育領域已得到廣泛的應用：在競賽管理上，國際、國內各種大型體育比賽的組織與管理，基本上都采用了計算機技術、網絡技術、通信技術，并提供廣泛的、可靠的比賽信息;在各個學科領域，如生物力學研究中采用計算機進行技術動作圖像分析、技術動作圖像的三維動畫模擬、運動心理學的問卷測量、計算機輔助訓練等等;在訓練管理與輔助決策上，出現了專業性很強的數據錄人系統和決策支持系統，計算機軟件技術在體育領域將被廣泛應用。

1.1、體育領域計算機技術的應用在體育領域，計算機技術應用的方式很多，大致有如下幾個方面：

（1）信息化管理系統:一是辦公自動化系統:辦公中各種文件的編輯、打印等文檔處理工作；二是體育管理信息系統:體育科技情報數據、文獻、專項運動、人事、資料等各種信息存儲、加工和處理;Internet的應用:體育競賽、體育政策、體育運動新聞等信息在局域網和國際互聯網上的發布、瀏覽及電子商務等。

（2）仿真技術在體育領域中的應用：利用仿真的方法研究體育領域問題的綜合集成的實驗科學。仿真技術包括模型描述的規范及處理、仿真實驗的執行與控制、仿真結果的分析與演示、模型和數據的存儲與檢索。根據功能仿真軟件可以分為仿真程序包、仿真語言及仿真環境三大類。采用仿真技術可以更深人、更經濟、更準確地把握體育運動中動力學的問題，并可以在電子計算機上反復模擬，求得最佳參數，從而制定出準確的技術指標，更加有效地指導訓練。

（3）體育圖像視頻處理系統:對體育運動圖像的采、編、播，以及進行特殊處理加工等。隨著多媒體計算機技術的迅猛發展，網絡傳輸速度的提高，以及新的有效的圖像/視頻壓縮技術的不斷出現，人們通過網絡實現多媒體信息的共享成為可能，它的研究目標是提供在沒有人類參與的情況下能自動識別或理解圖像重要特征的算法，通過計算機多媒體處理技術，將體育比賽視頻進行處理、分解，科學的分析對手情況，找到自己的不足和對手的缺陷，做到知己知彼，百戰不殆。

（4）體育決策支持系統:體育運動訓練、體育選材和體育管理等的應用。現階段，涉及體育領域的研究越來越需要科學的技術數據，廣泛的資料，先進的算法進行分析判斷，提供完善的數據報表可以使教練員和管理人員在最短的時間內做出科學的決策。

（5）體育專家系統:人工智能在體育領域的具體應用，來完成運動員的選材、輔助訓練和評價等;體育專家系統體育現了人工智能在體育領域中的應用于，體育專家系統必須具備的三個要素:體育專家級知識、模擬體育專家的思維和達到專家級的水平。一般來說，專家系統是知識與推理的集合，因此，專家系統也被稱為基于知識的系統。專家系統一般采用字符式、菜單式交互方式，把計算機技術，訓練規則，專家經驗緊密結合起來，通過現有的技術資料和訓練方法，對運動員綜合信息進行統計分析，對技術指標與運動員的體能指標進行數據挖掘，并將兩者有機結合，智能化的產生針對個體運動員的下一步訓練計劃，為運動員提供完整的訓練計劃。

由于計算機技術的飛速發展，計算機圖形技術在體育中的應用也十分廣泛。但是許多年來，體育工作者在進行圖像處理工作時，往往是在計算機中簡單定義和操作，然后再在屏幕或硬拷貝設備上將圖像顯示輸出，僅僅局限在簡單的圖像輸入和輸出處理上，動態影像處理較少。而計算機圖形處理作為一項現代科技手段已經在各行各業得到極快的應用和發展。

2、網球運動中計算機的應用

2.1、計算機應用于網球運動的訓練

體育訓練是一個系統的工程，很復雜。涉及到很多學科，節跑學、生理學、醫學、心理學、運動學和生物力學等等學科，訓練過程主要包括選材、高水平的控制和安排，技術診斷、機能評定、營養衛生等等。計算機技術里要解決什么問題呢？影響運動員成績的原因有很多種，主要列出五種，一個是體能、心理能力、戰術能力、運動智能，另外就是技能，計算機主要輔助運動員改變運動技能。

計算機輔助運動訓練面臨的主要問題，在運動訓練領域，主要分兩個路線，第一是人體運動的測量，第二是人體運動的分析，測量就是把數據準確提取出來。怎么分析人體運動，以前的方法要人眼來觀察，而我們希望基于視頻的跟蹤方法，人眼觀察就是教練員的經驗判斷這個動作做的好不好，但不能量化。這是一個常見的應用模式，首先比較多使用的是現場反饋，這個技術不是很高深，就是視頻的采集和視頻編解碼技術。現在看到的是訓練的場景，把網球運動員訓練一個動作的場景記錄下來，為什么說這個技術不是很高深但很實用呢？做一個技術動作的時候可能非常快，肉眼看可能知道那個地方錯了，但過后就忘了，我們用電腦記錄下來就可以回放，讓他自己也可以看到這個動作。我們網球運動員做這些動作，自己很難發現自己犯了什么錯誤，教練員跟你講起來有一種找不到證據的感覺，但有了視頻采集就可以馬上找到你的錯誤動作。第二個就是全景圖技術，在訓練當中非常實用的技術，以前拍了膠片放在一起看，但現在用電腦做就是自動的，用人體運動輪廓提取技術把人提取出來就可以看到這樣的全景圖。

2.2、網球技戰術信息采集與智能分析

網球技戰術信息采集與智能分析系統的設計原則、統計指標及結構功能，應用該系統對國外優秀網球雙打組合的技戰術特征進行分析。認為：網球技戰術信息采集與智能分析系統能加速網球技戰術數據采集與比賽分析流程，使信息反饋更加及時、準確，幫助教練員和網球運動員提高訓練與比賽的針對性和科學性。競技網球運動是對技戰術要求很高的一類項目，技戰術在網球比賽中起決定性作用。傳統的網球比賽技戰術統計分析主要是依靠教練員、網球運動員或科研人員觀看比賽，并對比賽的一方或雙方進行人工統計。由于受到球速、網球運動員擊球拍數、比賽時間、觀察指標等因素的影響，往往不能完全反映雙方網球運動員系統的技戰術信息，其統計與分析的結果不能滿足教練員和網球運動員的需要。另外，由于統計數據資料反饋給教練員和網球運動員的信息量較少，難以從深層次上對各項技戰術指標數據進行進一步解讀，對教練員和網球運動員制訂正確的戰略、戰術所起作用并不明顯。網球比賽技戰術信息采集與分析系統能夠采集網球運動員技戰術底層數據，并與比賽視頻位置相關聯，較好地解決了技戰術統計指標少、信息不系統等問題。可以使教練員、網球運動員更加詳細、準確地分析雙方的技戰術特點，做到在比賽中知已知彼、揚長避短，從而提高訓練與比賽的針對性和科學性。

3、結論

針對體育運動特點和運動學特性，研制的體育模擬訓練測試系統可最大限度地模擬體育運動的基本動作、數字化運動參數，而且能充分發揮運動訓練潛能和避免運動損傷，以及對運動參數和身體參數的測試與評價，為體育運動及科學訓練提供了運動診斷和針對性訓練的平臺，對提高運動員的基本體能、專項體能、專項技能以及體育水平、能力和改善訓練效果都將產生積極作用。總之，計算機應用于網球運動中能夠精確快速地提取運動員人體輪廓并進行準確跟蹤，為運動員技術動作的視頻分析提供了很好的技術基礎；為運動員訓練時進行動作對比分析，找出差距提供了有效工具。

目前，此方向的研究得到了國家973、國家自然科學基金、科技部奧運科技專項、北京市科技計劃、國家863計劃以及中科院計算技術研究所知識創新課題資助。本方向的研究不僅具有基礎性和前瞻性，而且具有很好的應用前景。研究成果可以廣泛應用于虛擬主持人、虛擬角色、人機交互、視頻壓縮、游戲娛樂、虛擬訓練等領域。

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