淺析體能訓練的數(shù)字化、智能化發(fā)展趨勢

□ 徐夢桃（沈陽體育學院 遼寧 沈陽 110102）

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)發(fā)展，大數(shù)據(jù)成為賽場奪冠的核心競爭力，正在為我國備戰(zhàn)北京冬奧會提供科技助力和訓練新動能；體能訓練作為挖掘人類極限潛能的科學工程將隨著大數(shù)據(jù)和智能化技術(shù)的發(fā)展，其表現(xiàn)水平的將給與精細化和精準化評價，大數(shù)據(jù)將架設(shè)其體能與健康的橋梁。

縱覽國內(nèi)外體能訓練的現(xiàn)狀，我們發(fā)現(xiàn)“數(shù)字化體能訓練”已經(jīng)是一種不可阻擋的發(fā)展趨勢，體能訓練“數(shù)字化”和“智能化”成為最明顯的特征。

1、概述

當今世界，信息技術(shù)創(chuàng)新日新月異，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化深入發(fā)展，在推動經(jīng)濟社會發(fā)展、促進國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化、滿足人民日益增長的美好生活需要方面發(fā)揮著越來越重要的作用。習近平指出，“以信息化驅(qū)動現(xiàn)代化，加快建設(shè)數(shù)字中國”，必將激發(fā)社會建設(shè)“數(shù)字中國”的積極性、主動性、創(chuàng)造性，推動信息化更好造福社會、造福人民。數(shù)字化、智能化和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是大數(shù)據(jù)和智能化的核心概念。

1.1、數(shù)字化概念

是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當?shù)臄?shù)字化模型。把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M制代碼，引入計算機進行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化基本過程。

1.2、智能化概念

智能化是指事物在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)支持下，所具有能動地滿足人各種需求的屬性。如無人駕駛就是智能化事物，它將傳感器物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)融為一體能動地滿足人出行需求。它之所以是能動的，是因為它不像傳統(tǒng)的汽車，需要被動的人為操作駕駛。

1.3、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

它是20世紀80年代以來人工智能領(lǐng)域興起的研究熱點，是從信息處理角度對人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行抽象，建立某種簡單模型，按不同連接方式組成不同網(wǎng)絡(luò)，簡稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種運算模型，由大量節(jié)點（或稱神經(jīng)元）之間相互聯(lián)接構(gòu)成。每個節(jié)點代表一種特定輸出函數(shù)，稱為激勵函數(shù)。每兩個節(jié)點間連接都代表一個對于通過該連接信號的加權(quán)值，稱之為權(quán)重，這相當于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的記憶。

網(wǎng)絡(luò)輸出則依網(wǎng)絡(luò)連接方式，權(quán)重值和激勵函數(shù)的不同而不同。而網(wǎng)絡(luò)自身通常都是對自然界某種算法或者函數(shù)的逼近，也可能是對一種邏輯策略的表達。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識別、智能機器人、自動控制、預(yù)測估計、生物、醫(yī)學、經(jīng)濟等領(lǐng)域已成功地解決了許多現(xiàn)代計算機難以解決的實際問題，表現(xiàn)出良好智能特性。

2、數(shù)字化體能訓練成功案例——德國足球

德國科隆一家足球博物館里陳列著一臺電腦——它就是促成“2006神奇小紙條”功臣之一；更大的功臣則是當年的德國科隆體育學院分析團隊。該團隊為了點球大戰(zhàn)，分析研究13000條點球錄像，利用電腦計算出阿根廷隊誰罰點球、怎樣罰點球。

這一系列研究在高度機密下由布什曼教授負責完成，他帶領(lǐng)40名大學生日以繼夜地從數(shù)據(jù)中挖掘信息。最終，團隊分析統(tǒng)計和電腦的總結(jié)研判完美結(jié)合，完成2006年偉大的 “大數(shù)據(jù)研究”成果。

2014年世界杯中，德國隊在首輪比賽以4:0大勝C羅所在葡萄牙隊，背后大數(shù)據(jù)帶來力量。

從德國隊的表現(xiàn)似乎不難發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)正悄然影響著綠茵場上的強弱較量。通過對球員跑動、傳球等數(shù)據(jù)捕捉和分析，教練能夠評估每場比賽的主要狀況和每個球員的特點，并以 “數(shù)字和事實”來優(yōu)化備戰(zhàn)方案，提升球隊的成績。僅靠球員天賦和教練經(jīng)驗時代已經(jīng)漸行漸遠，針對每個球員個性化解決方案讓傳統(tǒng)足球比賽翻開新的一頁。

對S A P來說，德國隊是全球首支在比賽中使用“大數(shù)據(jù)”的球隊。憑借這套系統(tǒng)的幫助，德國隊為迎戰(zhàn)世界杯制定了更有針對性的訓練計劃，并改進了戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)。在世界杯期間，德國隊也用它來進行賽后分析。其在比賽中的表現(xiàn)和成績，也為S A P在足球領(lǐng)域的滲透提供了參照的樣本。

S A P此前為N BA聯(lián)賽某支球隊提供過類似服務(wù)。通過對球員數(shù)據(jù)的分析和比賽錄像的回放，S A P得出了不少有用的結(jié)論，比如哪位球員在哪個位置投球比較準，不同位置投球的命中率分別是多少；對手中哪位球員比較厲害，他常常出現(xiàn)在哪個位置等。此外，S A P還曾為賽車場上的選手提供數(shù)據(jù)參照。

SAP 如何幫德國隊獲勝? 在世界杯開始前， 德國隊就已使用SAP Match Insights 進行訓練數(shù)據(jù)的分析。球員的鞋內(nèi)、護脛中被放置了傳感器，偌大的訓練場地內(nèi)也到處布滿傳感器。通過這些裝置，SAP 的系統(tǒng)得以捕捉球員的各種細節(jié)動作與位置變化。他們的跑動及傳球路線被實時傳回到SAPHANA 平臺上。經(jīng)過后臺迅速的處理后，教練只需手持一個平板，就能在MatchInsights 的界面上獲得球員的全部數(shù)據(jù)和錄像。“通過這些數(shù)據(jù)的采集和分析， 教練可以方便地了解每個球員的特色和優(yōu)劣勢，”足球運動中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，遠遠超出了我們的想象。10個球員用3個球進行訓練，10分鐘就能產(chǎn)生出700萬個可供分析的數(shù)據(jù)點。

SAP——Match Insights特點：數(shù)據(jù)是海量的；處理速度必須非常快。數(shù)據(jù)中任一球員的運動軌跡、進球率、攻擊范圍等數(shù)據(jù)都會實時呈現(xiàn)在面板上，供教練進行決策。教練會針對球員表現(xiàn)提出建議和改進方案，球員也能通過數(shù)據(jù)更直觀地理解自己的長處和短處，再想辦法補闕拾遺。

3、“VR”和“AR”技術(shù)在2018年平昌冬奧會上大顯身手

2018年平昌冬奧會是一次全面的“VR”和“AR”技術(shù)展示。

美國滑雪隊為了提高運動員適應(yīng)能力，首次采用了“VR”技術(shù)。他們用錄像設(shè)備采集了平昌所有賽道的全部數(shù)據(jù)，并制成了虛擬現(xiàn)實錄像，讓每名參賽的美國隊選手賽前進行大量的模擬訓練，通過這些訓練增強運動員對賽道場景的切身體驗。

作為東道主，韓國還專門設(shè)立了VR及AR體驗館，在體驗館中包含有各種各樣與歷屆冬奧會相關(guān)的信息，進入場館的人只要提前佩戴一個事先存儲了各種信息的電子芯片手環(huán)，就能親身體驗到與冬奧會相關(guān)的各種AR及VR的游戲體驗，其中“虛擬現(xiàn)實雪橇賽道”是最受歡迎的項目，參與者坐上模擬的雪橇，戴上VR眼鏡，就和冬奧會選賽手一樣體驗到賽道帶來的風馳電掣的刺激感受。

4、數(shù)字化為奧運備戰(zhàn)科技助力創(chuàng)造新動能

國家體育總局面對北京冬奧會的嚴峻形勢，加快實施“科技助力”，提高精確備戰(zhàn)，打造數(shù)字化國家隊，創(chuàng)造北京冬奧會科技助力新動能。

我國奧運科技和科技助力通過“科技奧運”、“國家科技支撐計劃”等課題攻關(guān)凝練成成果，為奧運備戰(zhàn)提供服務(wù)。科技攻關(guān)內(nèi)容從機能評定到狀態(tài)診斷、從技術(shù)分析到戰(zhàn)術(shù)模擬、從訓練反饋到疲勞監(jiān)控，實現(xiàn)奧運金牌有很多案例。

皮劃艇通過創(chuàng)新實現(xiàn)雅典奧運會雙人劃艇金牌突破；乒乓球通過技戰(zhàn)術(shù)分析保持長盛不衰；游泳借助科技攻關(guān)解決“有效訓練負荷強度”提升競爭力；跳水利用視頻監(jiān)控和訓練電子化設(shè)計提高個性訓練，保持技術(shù)國際領(lǐng)先；女排通過科技助力，實現(xiàn)技戰(zhàn)術(shù)對標訓練，借助鷹眼技術(shù)和體能康復(fù)突破實現(xiàn)里約奧運會奪冠。

據(jù)悉，2020夏奧會的東道主日本已經(jīng)成功研制出“體操動作難度自動識別系統(tǒng)”，這也是運動訓練數(shù)字化、智能化發(fā)展的最好例證。屆時，2020東京奧運會上很可能出現(xiàn)“人工智能裁判員”，將會使體操等技能項目的裁判評分更加公平、公正和擁有人眼所無法具備的實效性。

5、體能訓練是挖掘人類極限潛能科學工程

2018年5月召開了第八屆北京體能大會，在國內(nèi)體能訓練如火如荼發(fā)展的今天，需要我們更加理性地深思和重新審視體能訓練的科學化問題，以期推動中國競技體育體能訓練的可持續(xù)發(fā)展。

在大會上，眾多國內(nèi)外知名專家對體能訓練數(shù)字化、智能化的相關(guān)問題進行了廣泛交流。其中，涉及運動員體能訓練數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)的分析、數(shù)據(jù)的反饋已經(jīng)成為當今體能訓練發(fā)展的熱門話題。目前的體能訓練已經(jīng)遠遠跳出了傳統(tǒng)的思維模式和訓練模式，教練員不僅僅是指導訓練，還能通過各種儀器設(shè)備獲得大量的體驗數(shù)據(jù)，尤其是部分機構(gòu)已經(jīng)實現(xiàn)了體能訓練大數(shù)據(jù)管理平臺，通過這些數(shù)據(jù)來反饋和指導體能訓練已經(jīng)成為不可或缺的訓練步驟。

其中，世界知名運動生理學專家，納瑟迪克教授還結(jié)合體能訓練向與會者展示了未來體驗訓練的發(fā)展前沿，即人工智能全面介入日常體驗訓練；另外一名美國的體能訓練專家卡利沃，結(jié)合當今最新科技發(fā)展專門從如何評價體能訓練的效果角度進行了專題講座；澳大利亞的著名體能教練尼克詳也詳細介紹了國家隊體能訓練中大數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用問題。

本次大會上國內(nèi)外體能訓練專家共同分享了當今世界最前沿的數(shù)字化體能訓練理念，共同探討了國際體能訓練最前沿的改革創(chuàng)新技術(shù)，為推動國際體能訓練的發(fā)展起到助力作用。

5.1、體能訓練經(jīng)過三個階段

（1）要素型訓練——硬件水平提高。

形態(tài)是體能的載體、機能是體能支撐、素質(zhì)是體能重點；重視單一素質(zhì)如力量、耐力等訓練，不重視動作優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改善。

（2）身體功能訓練——軟件信息水平提高。

①姿態(tài)合理：左右對稱、動作上下協(xié)調(diào)、做功肌肉順序合理；

②效率優(yōu)化：神經(jīng)肌肉功率、動力傳遞效率、身體控制能力；

③神經(jīng)控制：姿態(tài)訓練、動作模式、平衡穩(wěn)定一體化等。

（3）運動表現(xiàn)訓練——人體與環(huán)境交互狀態(tài)提升。

特定表現(xiàn)是基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)和智能科技手段評價是起點；技術(shù)大數(shù)據(jù)、動作捕捉、過程監(jiān)控、負反饋機制為訓練提供依據(jù)；運動表現(xiàn)訓練不僅涵蓋身體素質(zhì)和動作功能，更重視神級系統(tǒng)參與。

5.2、體能訓練數(shù)字化、智能化驅(qū)動內(nèi)涵

體能訓練數(shù)字化、智能化驅(qū)動內(nèi)涵主要包括三個方面，即對技術(shù)進行大數(shù)據(jù)分析，動作模式的定量化表述和動作捕捉技術(shù)可視化反饋。

在物理空間的身體功能訓練中，可以按照不同維度進行有向度訓練，這樣會形強化單一維度功能鏈，多個角度功能鏈訓練就會形成“扇面效益”；扇面功能鏈根據(jù)運動維度需要會出現(xiàn)相互適應(yīng)、兼容、并聯(lián)、串聯(lián)等優(yōu)化過程，整體提升身體功能對外整體表現(xiàn)水平。當今國際體壇對“表現(xiàn)訓練”來描述競技體育、運動員競賽、體能水平等就是重新認識和界定人體運動表達方式，從更加深刻、系統(tǒng)的角度對運動能力向競技表現(xiàn)演進的引導過程。關(guān)于表現(xiàn)訓練認識對實現(xiàn)大數(shù)據(jù)智能化訓練提供了認識前提，使得人類多類別、多向度、多層次等多功能積累動態(tài)呈現(xiàn)成為現(xiàn)實。

負反饋運動表現(xiàn)提升的科學過程，需要神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)臟等系統(tǒng)相互交織，互惠、互動、互助的復(fù)雜過程，這是人體內(nèi)在生理過程、化學過程、組織修復(fù)過程，或許還有更復(fù)雜多元物理空間效應(yīng)，這是我們目前尚未了解變化過程。萬物互聯(lián)本質(zhì)是客觀關(guān)聯(lián)、勾連、跨空間互動等過程；跨空間變化過程有可能是沒有時間維度的，因為時間在不同空間可以呈現(xiàn)“異狀共舞”或“蟲洞彎曲”。我們的人體內(nèi)的生物空間中或許存在著我們?yōu)橹漠悹羁臻g；還有物質(zhì)的形狀之間可以成為異狀共舞的融合體，體內(nèi)生物系統(tǒng)和功能系統(tǒng)之間產(chǎn)期存在著異狀共舞的“飛碟（UF O）”效益，這是生理機能復(fù)雜統(tǒng)一的動力機制源泉。