視頻全景圖技術(shù)在游泳訓(xùn)練中的應(yīng)用

雷倩?武巧玲?郝存明

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，高新技術(shù)和設(shè)備已普遍展現(xiàn)于各種體育訓(xùn)練中。本文首先對(duì)視頻分析軟件在體育項(xiàng)目中的應(yīng)用作了闡述；然后通過資料分析法和問卷調(diào)查法對(duì)全景圖合成技術(shù)在游泳項(xiàng)目中的應(yīng)用情況做了詳細(xì)研究，游泳視頻全景圖技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用仍面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；最后對(duì)全景圖軟件開發(fā)中所需的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分割和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)提出了新的研究方向，將深度學(xué)習(xí)技術(shù)引入全景圖軟件的開發(fā)，深度學(xué)習(xí)是人工智能領(lǐng)域新興起的技術(shù)，并已應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)技術(shù)將有利于全景圖軟件的開發(fā)工作。

關(guān)鍵詞：游泳；全景圖合成；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分割；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤；深度學(xué)習(xí)

一、多媒體在游泳項(xiàng)目中的應(yīng)用特點(diǎn)

“多媒體技術(shù)中的媒體主要是指利用電腦把文字、圖形、影象、動(dòng)畫、聲音及視頻等媒體信息都數(shù)位化，并將其整合在一定的交互式界面上，使電腦具有交互展示不同媒體形態(tài)的能力。”多媒體教學(xué)將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段應(yīng)用于教學(xué)當(dāng)中，已應(yīng)用于許多學(xué)科，并都已經(jīng)取得了豐碩的成果，而且在體育學(xué)科方面有很多研究，但是在游泳技術(shù)訓(xùn)練過程中，如何通過借助多媒體技術(shù)的應(yīng)用平臺(tái)，幫助運(yùn)動(dòng)員和教練員理解技術(shù)原理，幫助運(yùn)動(dòng)員改善技術(shù)，提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，尚沒有深入的研究。

二、動(dòng)作全景圖合成技術(shù)

動(dòng)作全景圖合成也是一種視頻分析軟件功能，并已廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)體育項(xiàng)目。動(dòng)作全景圖合成是指由描述連續(xù)場景的一系列局部圖像，得到一個(gè)單一的、展現(xiàn)整個(gè)場景全貌的圖像。動(dòng)作全景技術(shù)提取運(yùn)動(dòng)視頻流中連續(xù)序列的前景區(qū)域，將運(yùn)動(dòng)員在前景區(qū)域中的技術(shù)動(dòng)作疊加到靜止的運(yùn)動(dòng)場景中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作凍結(jié)的效果，從而完整充分地顯示運(yùn)動(dòng)員的軌跡和人的姿勢改變的細(xì)節(jié)。

（一）全景圖合成技術(shù)在體育項(xiàng)目中的應(yīng)用

我國中科院計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所為2008年北京奧運(yùn)會(huì)備戰(zhàn)運(yùn)動(dòng)員開發(fā)出的DV Coach、北京體之能公司的SportPower以及國家體育總局體育科學(xué)研究所苑廷剛研究員聯(lián)合北京體之能科技公司進(jìn)一步開發(fā)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)視頻全景圖圖片和視頻都能實(shí)現(xiàn)的“教練眼-Coach Eyes”，該軟件不但實(shí)現(xiàn)視頻全景圖的快速生成，并且在運(yùn)動(dòng)視頻全景圖基礎(chǔ)上，結(jié)合運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的二維標(biāo)定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)員或運(yùn)動(dòng)物體的二維圖像分析，可以很快測量出運(yùn)動(dòng)員角度、速度、距離和時(shí)間等關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，做到在運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)視頻全景圖技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的快速反饋，為教練員和運(yùn)動(dòng)員定性和定量監(jiān)測運(yùn)動(dòng)技術(shù)訓(xùn)練，提高運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的科學(xué)化水平提供了較為科學(xué)的監(jiān)測方法和手段。

（二）全景圖合成技術(shù)在游泳項(xiàng)目中的應(yīng)用

世界游泳強(qiáng)國一向都很重視對(duì)技術(shù)的研究，例如澳大利亞名將索普的自由泳技術(shù)，俄羅斯選手波波夫的減阻技術(shù)，以及美國眾多游泳名將所采用的游泳技術(shù)，游泳技術(shù)的革新已日新月異。而游泳技術(shù)的發(fā)展和提高是與先進(jìn)技術(shù)分析軟件的應(yīng)用分不開的，如美國游泳協(xié)會(huì)把 Dartfish 運(yùn)動(dòng)分析軟件作為各個(gè)游泳隊(duì)的推薦使用軟件，使Dartfish的應(yīng)用普遍化。

三、全景圖合成關(guān)鍵技術(shù)研究

在傳統(tǒng)的應(yīng)用中，全景圖獲取的是運(yùn)動(dòng)場景中靜態(tài)的、沒有移動(dòng)的背景。而近年來，圍繞輔助以及指導(dǎo)體育運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練和比賽，對(duì)全景圖合成技術(shù)提出了新的要求。本文結(jié)合新興起的深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分割技術(shù)做相關(guān)的研究分析。

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分割的目的就是要把場景中的運(yùn)動(dòng)對(duì)象同背景分割開來，是實(shí)現(xiàn)基于對(duì)象的運(yùn)動(dòng)分析功能（如動(dòng)作疊加對(duì)比）的基礎(chǔ)。近年來，在靜止圖像分割算法上取得了巨大的進(jìn)步； 然而，這些最先進(jìn)的算法應(yīng)用到每一個(gè)視頻幀需要相當(dāng)多的計(jì)算。

深度學(xué)習(xí)是近年來機(jī)器學(xué)習(xí)新興起的一個(gè)研究方向。目前深度學(xué)習(xí)的幾個(gè)典型模型，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、自編碼器（AE）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）等已廣泛應(yīng)用于視頻圖像處理領(lǐng)域，并都取得了相當(dāng)好的效果。因此將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于游泳運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的分割是一個(gè)值得研究的課題。

四、總結(jié)

本文首先介紹了多媒體技術(shù)在游泳項(xiàng)目中的應(yīng)用研究。然后研究了視頻全景圖軟件的功能及相關(guān)技術(shù)，以及該軟件在游泳訓(xùn)練、比賽、科研及教學(xué)中的應(yīng)用情況。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)全景圖軟件在游泳項(xiàng)目中是急需求的技術(shù)，然而該軟件在游泳項(xiàng)目中的應(yīng)用幾乎很少，只有極少數(shù)專業(yè)游泳隊(duì)才會(huì)用到。軟件研發(fā)依賴于視頻采集的質(zhì)量，而游泳視頻采集設(shè)備位于水下，需要高質(zhì)量的拍攝設(shè)備，只有極少數(shù)省隊(duì)和國家隊(duì)才具備，這也嚴(yán)重限制了全景圖軟件的開發(fā)與應(yīng)用。本文對(duì)全景圖合成中的技術(shù)提出了新的研究方向，將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于全景圖合成，但是該技術(shù)仍存在一些缺點(diǎn)。對(duì)于特殊環(huán)境下的目標(biāo)分割，需要專門的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，本文下一步將專門對(duì)游泳數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，以獲取更好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王建國.多媒體技術(shù)在改進(jìn)高水平游泳運(yùn)動(dòng)員技術(shù)過程中的應(yīng)用研究[D]. 2009.

（作者單位：雷倩 河北省科學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所；武巧玲 河北師范大學(xué)體育學(xué)院；郝存明 河北省科學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所）