智能體育工程發(fā)展綜述

楊楷芳，馬 苗*，黃 聰

(1.陜西師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119；2.陜西師范大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 西安 710119)

0 引 言

體育是人類社會(huì)化進(jìn)程中的時(shí)代產(chǎn)物。它賦予人們積極向上的精神，促進(jìn)健康、娛樂和教育，既能滿足人類的精神文化需求、促進(jìn)民族團(tuán)結(jié)，又能帶動(dòng)旅游、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的良性發(fā)展[1]。

智能體育工程將人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與體育深度融合，依托運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)研究成果，構(gòu)建體育大數(shù)據(jù)，研究體育運(yùn)動(dòng)中人類智能活動(dòng)規(guī)律、構(gòu)建智能化系統(tǒng)，以及用高科技手段提高運(yùn)動(dòng)員競技能力和促進(jìn)大眾科學(xué)健身[2]。

根據(jù)《教育部關(guān)于公布2018年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》，國內(nèi)高校開始設(shè)立智能體育工程專業(yè)[3]。北京體育大學(xué)于2018年6月成立體育工程學(xué)院,并招收智能體育工程專業(yè)本科生[4]，其主干課程涉及運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)、生物力學(xué)、生物與運(yùn)動(dòng)信息采集、體育測量與評(píng)價(jià)、數(shù)字體育、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)、生物力學(xué)、人機(jī)工效學(xué)、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)、算法設(shè)計(jì)與分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、人工智能基礎(chǔ)、機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論、模式識(shí)別、智能信息處理、機(jī)器視覺、虛擬現(xiàn)實(shí)等。智能體育工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是為社會(huì)提供注重學(xué)科交叉和創(chuàng)新實(shí)踐，在智能體育、體育大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其他電子技術(shù)等方面能夠從事教學(xué)、科研及管理的符合數(shù)字化時(shí)代的高層次復(fù)合型體育科技人才。“人工智能+體育教學(xué)”將成為未來體育教學(xué)的主流,也將為體育學(xué)科建設(shè)增磚添瓦。

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)等新科技的發(fā)展和應(yīng)用，智能體育工程快速發(fā)展，體育事業(yè)迎來了發(fā)展的新契機(jī)。目前，人工智能服務(wù)于體育事業(yè)和體育文化等領(lǐng)域已有很多嘗試，在賽事轉(zhuǎn)播、智能判罰、體育訓(xùn)練、體育教學(xué)、智能場館、個(gè)性化健康管理等方面取得了豐碩的成果，科技不斷推進(jìn)體育事業(yè)和體育文化良性發(fā)展，讓體育不斷走向“更快、更高、更強(qiáng)”[5]。

1 體育的三種類型及智能體育

體育的分類方法有很多，從AI應(yīng)用對(duì)象考慮，該文將之分為競技體育、學(xué)校體育和大眾體育三類。

(1)競技體育，涉及運(yùn)動(dòng)員選材、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)競賽和競技體育管理等。它以體育競賽為特征，是以創(chuàng)造優(yōu)異成績和奪取比賽優(yōu)勝為主要目標(biāo)的社會(huì)體育活動(dòng)。

(2)學(xué)校體育，涵蓋體育教學(xué)、課外體育活動(dòng)、課余訓(xùn)練與競賽、早操及課間操、科學(xué)的信息與保健措施。它依托學(xué)校教育，利用身體運(yùn)動(dòng)等手段促進(jìn)受教育者的身心健康發(fā)展，是有目的、有計(jì)劃、有組織的教育活動(dòng)，也是我國培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的人才中的重要一環(huán)。

(3)大眾體育，包括以個(gè)人、家庭、鍛煉小組、單位、街區(qū)及健身俱樂部等組織的體育活動(dòng)。它以企事業(yè)單位職工、城鎮(zhèn)居民、農(nóng)民為主體，是為健身、健心、健美、娛樂、醫(yī)療等目的而進(jìn)行的身體鍛煉活動(dòng)。

三者之間相互依存,相互促進(jìn)。將人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)引入到這三類體育中，便形成了智能體育。

人們關(guān)于智能體育的了解多源于2011年9月9日在加拿大多倫多電影節(jié)上映的電影《點(diǎn)球成金》(見圖1)。片中美國奧克蘭運(yùn)動(dòng)家的總經(jīng)理在球隊(duì)經(jīng)費(fèi)緊張的狀況下，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和分析鑄就了一支具有競爭力的隊(duì)伍，在2002年的歷史賽季中，奧克蘭運(yùn)動(dòng)家球隊(duì)取得了20連勝的輝煌成就，初步顯現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法在體育訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)員管理方面的巨大優(yōu)勢。

圖1 電影《點(diǎn)球成金》場景

2 人工智能等新技術(shù)賦能競技體育

目前，人工智能在競技體育的應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)滲透到了競技體育的方方面面，例如運(yùn)動(dòng)員素質(zhì)檢測、競技體育訓(xùn)練、動(dòng)作分析與戰(zhàn)術(shù)建模、體育賽事呈現(xiàn)、賽事結(jié)果預(yù)測、輔助裁判和智能裁判等。

2.1 運(yùn)動(dòng)員素質(zhì)檢測

基于人工智能技術(shù)的運(yùn)動(dòng)員的身體素質(zhì)檢測系統(tǒng)可以助力運(yùn)動(dòng)員的器械選材、傷病分析、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等。該類技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的生理指標(biāo)進(jìn)行分析，通過測試確定運(yùn)動(dòng)員的身體素質(zhì)，為后序根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)特點(diǎn)和自身素質(zhì)進(jìn)行更好的個(gè)性化訓(xùn)練提供科學(xué)依據(jù)。

澳大利亞某一公司自2006年開始，對(duì)當(dāng)?shù)夭糠志銟凡抗ぷ魅藛T的健康指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，分析運(yùn)動(dòng)員每天的訓(xùn)練數(shù)據(jù)、靜息心率、睡眠質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)等，并將其作為運(yùn)動(dòng)員健康監(jiān)測指標(biāo)[4]，評(píng)估訓(xùn)練水平和避免訓(xùn)練損傷等。

2.2 競技體育訓(xùn)練

借助360度全景視頻或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建抽出沉浸式、數(shù)字化的虛擬運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練環(huán)境，有助于運(yùn)動(dòng)員模擬實(shí)際比賽條件進(jìn)行練習(xí)，大大減小因練習(xí)而損傷身體的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)引入智能運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，通過人工智能建模大量的運(yùn)動(dòng)員信息和運(yùn)動(dòng)信息，通過獲取訓(xùn)練和比賽的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的特點(diǎn)制定比賽戰(zhàn)術(shù)。

目前，“無線傳感”+“運(yùn)動(dòng)器械”為代表的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練已經(jīng)初步應(yīng)用[4]，例如在高爾夫運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，在球桿中植入智能芯片實(shí)時(shí)獲取和傳送各種數(shù)據(jù)，教練員根據(jù)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出運(yùn)動(dòng)員的不足，幫助運(yùn)動(dòng)員更好地掌握擊球的力度以及身體的傾斜程度[6]。

再如，2018年12月，魯能足校引進(jìn)澳大利亞公司Catapult的可穿戴設(shè)備“運(yùn)動(dòng)背心”(見圖2)，目的是和學(xué)校的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，通過可穿戴設(shè)備分析球員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)以及運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，利用數(shù)據(jù)的科學(xué)分析幫助教練員評(píng)定球隊(duì)的訓(xùn)練強(qiáng)度和訓(xùn)練質(zhì)量[7]。

圖2 Catapult可穿戴設(shè)備

類似地，在滑雪運(yùn)動(dòng)中，智能滑板中裝置的智能傳感器可記錄和傳導(dǎo)身體的彎曲和懸浮角度，感受滑板與地面間的摩擦；在網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中的智能傳感器可以計(jì)算網(wǎng)球的飛行速度和前進(jìn)軌跡。目前由于操作和推廣成本較高，在體育教學(xué)中很少使用。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，智能無線傳感的應(yīng)用將有廣闊的空間[4]。

2.3 動(dòng)作分析與戰(zhàn)術(shù)建模

運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是監(jiān)測體育教練和學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，反映了訓(xùn)練和教學(xué)的有效性，是預(yù)測運(yùn)動(dòng)員成績和制定競技戰(zhàn)術(shù)的重要依據(jù)。

(1)跆拳道運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作的自動(dòng)分析。運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作常與復(fù)雜背景同時(shí)出現(xiàn)，這使得在視頻中直接分析運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作十分困難。Yongqiang Kong等提出跆拳道視頻自動(dòng)分析技術(shù)，自動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)員和人體圖像，然后用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)PCANET學(xué)習(xí)每一幀，再去預(yù)測下一幀。由于一個(gè)動(dòng)作是由幾個(gè)連續(xù)的動(dòng)作組成的，每個(gè)動(dòng)作對(duì)應(yīng)一個(gè)框架，故分類器可用來分析技術(shù)動(dòng)作[8]。

(2)滑雪運(yùn)動(dòng)員關(guān)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)建模。T.Yoneyama等致力于機(jī)器人的研究，用于模擬滑雪轉(zhuǎn)彎時(shí)人腿關(guān)節(jié)的活動(dòng)。這些機(jī)器人像人類運(yùn)動(dòng)員一樣，每條腿上有六個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)。在人造草坪上滑草時(shí)，車載計(jì)算機(jī)以開環(huán)方式控制關(guān)節(jié)的角度，并對(duì)機(jī)器人進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)編程，讓機(jī)器人完成各種動(dòng)作，以此來研究關(guān)節(jié)、反作用力和轉(zhuǎn)角軌跡之間的關(guān)系。他們研究了基本關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，通過機(jī)器人模擬滑雪轉(zhuǎn)彎研究頂尖運(yùn)動(dòng)員的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，幫助滑雪者在平衡中更好地轉(zhuǎn)身[8]。

(3)NBA黑科技戰(zhàn)術(shù)模型，也稱NBA球員追蹤分析系統(tǒng)。利用固定攝像機(jī)追蹤和采集運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并及時(shí)分析和識(shí)別每場比賽的數(shù)據(jù)，用來建立不同的戰(zhàn)術(shù)模型[1]。例如，2013年，NBA引入Sport VU系統(tǒng)(見圖3)，通過懸掛在每個(gè)競技場天花板上方的6個(gè)3D高清攝像頭與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析連接，每臺(tái)相機(jī)每秒可拍攝25幅圖像，各類傳感器與超級(jí)攝像機(jī)相連，動(dòng)態(tài)捕捉、跟蹤分析、提取數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)輸入NBA數(shù)據(jù)庫。金州勇士隊(duì)在此系統(tǒng)幫助下，奪得2018年NBA總冠軍，被譽(yù)為“NBA中的谷歌”。

圖3 Sport VU系統(tǒng)

2.4 體育賽事呈現(xiàn)

以深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺為代表的人工智能技術(shù)推動(dòng)了體育賽事節(jié)目制作方式的根本轉(zhuǎn)變[9]，產(chǎn)生了一系列的智能寫作、智能解說、智能視頻等體育賽事節(jié)目制作新形式。

(1)智能解說和報(bào)道創(chuàng)作。利用深度學(xué)習(xí)、機(jī)器翻譯等技術(shù)對(duì)比賽知識(shí)的數(shù)據(jù)以及人類歷史解說的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，將比賽信息數(shù)據(jù)與人類解說數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成解說語言和不同語言的報(bào)道。

例如，2016年8月，巴西里約奧運(yùn)會(huì)中的澳大利亞與立陶宛的籃球賽中，人工智能解說“度秘”幽默新奇的解說風(fēng)格吸引了大量圍觀與互動(dòng)[10]；同時(shí)，今日頭條的機(jī)器寫稿賬號(hào)“XiaomingBot”通過人工智能技術(shù)自主創(chuàng)作審核和分發(fā)奧運(yùn)會(huì)賽事報(bào)道，方便觀眾即時(shí)獲得體育知識(shí)，也為之帶來全新體驗(yàn)。

(2)智能視頻制作與呈現(xiàn)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)和5G通信技術(shù)的出現(xiàn)，可借助物聯(lián)網(wǎng)記錄和互聯(lián)來自球場上傳感器和全角度攝像頭的數(shù)據(jù)和圖像，以及可穿戴設(shè)備捕捉到的運(yùn)動(dòng)員的控球、距離和速度等運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過海量數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，人工智能技術(shù)能夠準(zhǔn)確地捕捉和剪輯出最真實(shí)的體育賽事圖像，并將其合成高質(zhì)量的視頻[9]。

例如，2018年NBA總決賽期間，“IBM AI Vision 視覺大腦”制作完成每場比賽的球星45秒剪輯，以及杜蘭特在獲得總決賽MVP時(shí)播放的個(gè)人片段。再如，美國薩克拉門托籃球隊(duì)體育場為觀眾提供更多觀賞視角，讓每個(gè)觀眾所處的位置都是最佳位置。

2.5 賽事結(jié)果預(yù)測

體育賽事中蘊(yùn)藏著大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)，從球隊(duì)整體表現(xiàn)到具體球員的一舉一動(dòng)、動(dòng)作習(xí)慣和戰(zhàn)術(shù)套路等，都可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)通過相應(yīng)的算法來預(yù)測比賽過程以及比賽結(jié)果。

美國斯坦福的Unanimous A.I 人工智能創(chuàng)業(yè)公司開發(fā)的人工智能平臺(tái)UNU，成功預(yù)測美國肯塔基大獎(jiǎng)賽的前4名馬匹；2016年正確預(yù)測了15名奧斯卡獎(jiǎng)得主中的11位[11]。

近年來博彩業(yè)也開始運(yùn)用人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來預(yù)測比賽結(jié)果，催生了各式各樣的體育賽事預(yù)測APP，特別是足球賽事預(yù)測的APP數(shù)量眾多且具有代表性。以體育大數(shù)據(jù)公司魔方元科技為例，其通過自主研發(fā)的DeepCube人工智能[12]，以“大數(shù)據(jù)”和“人工智能”為基礎(chǔ)，從比賽基本面、相關(guān)媒體報(bào)道和盤口賠率三個(gè)方面解讀比賽，進(jìn)而得出一些具體指標(biāo)，如高斯基本面指數(shù)、新聞風(fēng)向標(biāo)、魔方博冷指數(shù)等，以引導(dǎo)球迷和彩票愛好者對(duì)足球運(yùn)動(dòng)有更科學(xué)的認(rèn)識(shí)。DeepCube的整體預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)71%，超過業(yè)內(nèi)專家推薦的平均水準(zhǔn)。

2.6 輔助裁判和智能裁判

即時(shí)回放系統(tǒng)，又稱“鷹眼”。它利用高速攝像機(jī)從不同角度捕捉在快速運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)軌跡[13]，并確定其精確的起止點(diǎn)，輔助裁判評(píng)判比賽。“鷹眼”系統(tǒng)一般由電腦和大屏幕以及8～10個(gè)高分辨率的高速攝像頭組成。它首先將比賽場地的三維空間劃分為以毫米為單位的測量單位[13]；然后從不同角度利用高速攝像機(jī)同時(shí)采集目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的基本數(shù)據(jù)，經(jīng)校準(zhǔn)后確定目標(biāo)物體的運(yùn)行軌跡，將其生成三維數(shù)據(jù)傳輸給主控計(jì)算機(jī)[14]；最后通過實(shí)時(shí)成像把計(jì)算機(jī)模擬的軌跡高清地顯示在大屏幕上。

即時(shí)回放系統(tǒng)提高了體育賽事的觀賞性，并作為重要的技術(shù)手段用來輔助人工裁判客觀公正地評(píng)價(jià)體育比賽，減少賽場上的各種糾紛。例如，2018年俄羅斯世界杯中，賽場采用視頻助理裁判VAR系統(tǒng)(見圖4)，其利用視頻回放幫助裁判做出決定[15]。這是VAR系統(tǒng)首次應(yīng)用于足球世界杯這項(xiàng)頂級(jí)賽事。小組賽階段平均每場比賽使用VAR6.9次，借助VAR可使判罰正確率從95%提高到99.3%[16]。

類似地，在武術(shù)、舞蹈、跳水等體育運(yùn)動(dòng)中人工智能可以降低裁判的主觀性，有效避免裁判刻意的壓分等行為，使比賽更加公平公正。

圖4 VAR“視頻助理裁判”技術(shù)判罰

智能裁判是一種即時(shí)電子處罰系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)精準(zhǔn)判斷比賽過程中的一些特定情況發(fā)生，例如足球運(yùn)動(dòng)中的越位或疑似進(jìn)球等[1]。

顯然，人工智能在體育裁判中的地位和作用越來越重要，甚至起到了人類裁判難以替代的作用。2013年，來自牛津大學(xué)的Frey和Osborne借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法評(píng)估了美國702種職業(yè)被計(jì)算機(jī)化的可能性，其中裁判員的可能性高達(dá)98%。

3 人工智能等新技術(shù)賦能學(xué)校體育

將人工智能等新技術(shù)引入到體育教學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)代校園體育的新趨勢，產(chǎn)生了新的教學(xué)形式、教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容。

例如，利用智能設(shè)備監(jiān)測健康指標(biāo)，可降低學(xué)生運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)[4]，提高動(dòng)作規(guī)范性，協(xié)助學(xué)生完成技能和情感訓(xùn)練，提高教學(xué)效果；通過虛擬現(xiàn)實(shí)模擬各種運(yùn)動(dòng)場景，突破場地和環(huán)境的限制，讓學(xué)生產(chǎn)生真實(shí)的感官體驗(yàn)；以體育教學(xué)大數(shù)據(jù)分析為指導(dǎo)，通過智能的篩選和匹配模式，自動(dòng)分析教學(xué)效果，可視化呈現(xiàn)共性特征，并實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)體的體育畫像，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的個(gè)性化等。

3.1 智能體育館滿足教學(xué)個(gè)性化需求

智能體育館可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要對(duì)智能場館進(jìn)行改造。在智能場館中可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不一樣的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目[4]，滿足不同教學(xué)需求，且大大節(jié)省場地資源。

例如，北京體育大學(xué)新啟用的智能場館可以智能地管理信息和數(shù)據(jù)，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，節(jié)省時(shí)間并改善服務(wù)；沈陽奧林匹克綜合智能場館(見圖5)采用面部識(shí)別，實(shí)時(shí)監(jiān)控人群，智能平臺(tái)的后臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)分析后，可以得出性別、年齡、體重等與各個(gè)區(qū)域之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，自動(dòng)生成用戶健康報(bào)告，根據(jù)用戶服務(wù)報(bào)告進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行健康指導(dǎo)[4]。

圖5 沈陽奧林匹克綜合智能場館

除了體育教學(xué)之外，智能體育場館還會(huì)配備運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、休閑比賽等智能。另外，鷹眼技術(shù)在奧運(yùn)會(huì)、世界杯等各大比賽中的成功案例可以將來應(yīng)用于體育教學(xué)中[4]。

3.2 智能評(píng)判動(dòng)作的科學(xué)性與規(guī)范性

在體育教學(xué)中使用智能可穿戴設(shè)備可以測量處于運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的學(xué)生的身體綜合指標(biāo)。使用智能可穿戴設(shè)備增加學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的興趣，改變對(duì)運(yùn)動(dòng)的單向理解。

通過智能可穿戴設(shè)備可以準(zhǔn)確獲得學(xué)生運(yùn)動(dòng)過程中各個(gè)動(dòng)作，并自動(dòng)評(píng)判其動(dòng)作的規(guī)范性和有效性，以及實(shí)時(shí)地記錄學(xué)生在運(yùn)動(dòng)中的疲勞程度，建立積極的雙向溝通，實(shí)現(xiàn)人類和智能技術(shù)的共同發(fā)展。

例如，無錫市運(yùn)用智能化體質(zhì)測試系統(tǒng)完成了學(xué)生的體質(zhì)檢測檔案、運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、科學(xué)健身新方法培訓(xùn)以及健身效果監(jiān)控等技術(shù)手段[17],為學(xué)生健康監(jiān)測與干預(yù)、改善等提供科學(xué)依據(jù)與服務(wù)。

3.3 教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)化

體育教師以前只能依靠教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來組織教學(xué)任務(wù)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容缺乏有效依據(jù)。而實(shí)際上，每節(jié)體育課和每次訓(xùn)練都會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，可作為體育課教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、教學(xué)手段變化的指導(dǎo)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能信息處理和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠?yàn)轶w育教學(xué)發(fā)現(xiàn)更多潛在價(jià)值，讓教學(xué)過程變得更加科學(xué)合理。

3.4 體育育人的精準(zhǔn)教學(xué)與評(píng)價(jià)

在體育育人精準(zhǔn)教學(xué)方面，在體育課中利用攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行捕捉、跟蹤、測量，并通過人工智能算法實(shí)現(xiàn)動(dòng)作自動(dòng)識(shí)別[18]，人工智能根據(jù)視頻數(shù)據(jù)分析結(jié)果提供改進(jìn)策略，從而實(shí)現(xiàn)更加個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)和教學(xué)方式。這對(duì)于推動(dòng)學(xué)校體育的智能化發(fā)展，尤其在體育師資不足地區(qū)，實(shí)現(xiàn)教育公平化和教育資源共享有重要意義。

在體育育人效果評(píng)價(jià)方面，各種智能設(shè)備的出現(xiàn)顯著降低了體育教師的負(fù)擔(dān)[1]，通過智能設(shè)備采集的學(xué)生體育大數(shù)據(jù)可作為學(xué)生表現(xiàn)的重要指標(biāo)[4]。反之，基于大數(shù)據(jù)的課堂教學(xué)也可評(píng)估體育教師的教學(xué)質(zhì)量，并就學(xué)生教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)的完成情況提供精準(zhǔn)反饋。

4 人工智能等新技術(shù)賦能大眾體育

個(gè)性化體育健康管理是對(duì)居民的身體健康狀況進(jìn)行全面監(jiān)測、分析、評(píng)估和管理的過程,通過有效的個(gè)性化體育健身指導(dǎo)及行為干預(yù),達(dá)到改善居民健康水平和自我健康管理能力的目的,從而促進(jìn)人人健康為目標(biāo)的新型體育服務(wù)。

4.1 個(gè)性化智能產(chǎn)品普及化

在體育健身行業(yè)，智能手環(huán)、智能運(yùn)動(dòng)鞋、智能眼鏡、智能襯衫等可穿戴智能設(shè)備逐漸出現(xiàn)在人們的日常健身中，成為居民健身不可缺少的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品。

另外，人們通過普及使用的手機(jī)可以很容易地使用微信、支付寶或QQ等軟件提供的機(jī)主運(yùn)動(dòng)計(jì)步為代表的數(shù)字軟件產(chǎn)品。通過這些平民化的數(shù)碼產(chǎn)品或手機(jī)軟件，人們可以低成本地隨時(shí)獲取自身的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),更加準(zhǔn)確地了解自身的健康狀態(tài)。

4.2 個(gè)性化服務(wù)多樣化

近兩年自助健身光豬圈、Liking、超級(jí)猩猩等,結(jié)合APP預(yù)約場館課程給用戶更完善的智能體驗(yàn),用戶在會(huì)員注冊、約課、付費(fèi)等環(huán)節(jié)的體驗(yàn)更加自由。垂直健身的KEEP、火辣健身、FITTIME、瑜伽領(lǐng)域的WAKE,利用APP軟件在健身運(yùn)動(dòng)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測配速、熱量、步頻、心率等,及時(shí)提供最合適的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度健身管理服務(wù)方案。這些智能產(chǎn)品已將體育健康管理服務(wù)引向個(gè)性化和多樣化,滿足了不同個(gè)體和層次的運(yùn)動(dòng)和健身需求[19]。

4.3 大眾健身環(huán)境智能化

體育運(yùn)動(dòng)與民眾健康不斷融合，高效便捷的大眾運(yùn)動(dòng)環(huán)境以及精準(zhǔn)化、個(gè)性化的科學(xué)健身指導(dǎo)惠及大眾[20]。

2016年9月，佛山推出“無前臺(tái)無管理人員,全部自助的經(jīng)營模式”的智能籃球場。2018年，北體集團(tuán)攜手智美體育聯(lián)合啟動(dòng)線上、線下智能化場館運(yùn)動(dòng)健康平臺(tái)。“千館計(jì)劃”的第一批智能標(biāo)準(zhǔn)化場館將在北京、浙江、山西等省市地區(qū)投資建立[21]。2019年4月，杭州智享無人值守場館投入使用,解決了場館管理運(yùn)營時(shí)間短、運(yùn)營成本高以及設(shè)備維護(hù)難等問題,更重要的是讓場館運(yùn)營數(shù)據(jù)化。阿里體育旗下的“智慧場館”利用上線運(yùn)營管理平臺(tái),連接眾多線下健身場館,僅半年內(nèi)覆蓋近60座城市、20個(gè)以上的大中型體育場館以及300多個(gè)體育健身場館[22]。

5 智能體育的未來展望及存在的主要問題

相比于《點(diǎn)石成金》，目前的全球體育運(yùn)動(dòng)已經(jīng)產(chǎn)生了飛躍式發(fā)展。人工智能為代表的新科技賦能體育，為賽事轉(zhuǎn)播、體育訓(xùn)練、健康管理等領(lǐng)域都注入了新思路，帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。人工智能與未來體育發(fā)展必將實(shí)現(xiàn)更深層次的融合，但是如何將智能技術(shù)引入體育領(lǐng)域并實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)與體育的完美融合[1]，道路仍然艱辛而漫長，未來發(fā)展需要科研人員、專業(yè)人員和人民大眾的共同努力和參與。

5.1 大眾體育的個(gè)性化服務(wù)與隱私保護(hù)問題

大量體育應(yīng)用程序的廣泛使用，使得用戶無論身在何處，其興趣導(dǎo)向、社會(huì)領(lǐng)域和行動(dòng)軌跡構(gòu)成了大量數(shù)據(jù)，對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，能夠?yàn)橛脩籼峁┛茖W(xué)的建議，讓人們根據(jù)自身狀況，合理運(yùn)動(dòng)。但是，隨之而來的是個(gè)人信息的隱私保護(hù)問題，如何兼顧兩者是智能體育當(dāng)前面臨的主要問題之一。

5.2 體育賽事新形式推動(dòng)傳統(tǒng)職業(yè)變化

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，未來觀看體育賽事時(shí)，無論是在現(xiàn)場還是在家都可通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，利用海量的體育賽事畫面以及人工智能算法，瞬間形成可以提供多種視角的體育賽事畫面[9]，讓每一位觀眾都可以選擇自己喜歡的明星或者比賽進(jìn)行觀看。觀眾的視線也將不再受鏡頭的限制，而是可以像在場景中一樣選擇精彩的場景。AI攝像頭可以根據(jù)觀眾的注意力焦點(diǎn)隨時(shí)調(diào)整，每個(gè)觀眾看到的可能都不一樣。體育賽事的錄制不再受制于轉(zhuǎn)播導(dǎo)演和攝影師，而完全是基于大數(shù)據(jù)和人工智能算法的選擇。因此，人工智能技術(shù)將徹底改變傳統(tǒng)的體育賽事[9]，傳統(tǒng)的裁判員、解說員、教練員等相關(guān)崗位顯著減少。

根據(jù)國務(wù)院《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),國內(nèi)享有健康管理服務(wù)的人數(shù),只占總?cè)藬?shù)的萬分之二[23]。從時(shí)代發(fā)展要求來分析,體育健康管理師應(yīng)該是人工智能時(shí)代下新生的一門職業(yè)。這是人工智能社會(huì)發(fā)展的需要,也是邁向科學(xué)化、個(gè)性化的體育健康指導(dǎo)發(fā)展方向。

5.3 VR等技術(shù)增強(qiáng)體育消費(fèi)者體驗(yàn)

體育產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展反映了生活水平的提高，人工智能技術(shù)為休閑體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了多種選擇，促進(jìn)了休閑體育產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。VR技術(shù)、AR技術(shù)和個(gè)人智能設(shè)備的廣泛使用給予了休閑運(yùn)動(dòng)消費(fèi)者更多身臨其境的體驗(yàn)(見圖6)。例如，可以在虛擬游戲中完成登山訓(xùn)練；觀看足球比賽時(shí)使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)使觀眾感覺身臨其境；開發(fā)模擬健身跑道，該跑道可以根據(jù)消費(fèi)者的速度、力量和心情改變運(yùn)動(dòng)場景和運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目[24-25]，讓其體驗(yàn)更加真切與舒適。

圖6 外國友人通過VR設(shè)備體驗(yàn)長白山滑雪

5.4 新競技體育應(yīng)用

在新競技體育方面，機(jī)器人格斗賽作為科技體育的分支正掀起新的熱潮，成為新的體育賽事。機(jī)器人格斗比賽中選手的技巧、反應(yīng)力等，離不開海量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練和人工智能算法的應(yīng)用。2003年中國將電子競技列為第99個(gè)要開展的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目[24]，2017年國際奧委會(huì)將電子競技列為正式體育項(xiàng)目[26]。電子競技內(nèi)容制作、許可、發(fā)行、賽事運(yùn)營、傳播、監(jiān)管、教育、設(shè)備和軟件的研發(fā)在人工智能技術(shù)的推動(dòng)下發(fā)展迅速[24]。電子競技逐漸在滿足新時(shí)期人們的精神需求，同時(shí)也促進(jìn)了電子競技及其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

5.5 各產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展和政策保障

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，休閑體育產(chǎn)業(yè)與娛樂，文化，旅游等產(chǎn)業(yè)合作，建設(shè)多種形式的休閑體育，例如電子競技產(chǎn)業(yè)與國民教育融合，以愛國主義教育為主體開發(fā)了各種游戲，電子競技與旅游業(yè)的融合開發(fā)以旅游景點(diǎn)為背景的游戲[24]，以及駕駛為主題的駕駛模擬系統(tǒng)。體育競賽不僅為核心產(chǎn)業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)利益，帶動(dòng)了交通、飲食、住房等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且也帶來了一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)，如各種穿戴產(chǎn)品質(zhì)量的不確定性，需要行業(yè)規(guī)則和法律法規(guī)的不斷健全，也需要加強(qiáng)輿論導(dǎo)向和科學(xué)管理與監(jiān)督。

6 結(jié)束語

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，體育承載著國家強(qiáng)盛和民族振興的夢想，體育強(qiáng)則中國強(qiáng)，國運(yùn)興則體育興[27]。這充分說明了體育的重要性，而將人工智能為代表的新技術(shù)與體育的深度融合必將加快中國體育的現(xiàn)代化進(jìn)程。相信在不久的將來，中國的體育事業(yè)將會(huì)迎來全新的改變。