基于CNKI數據庫視頻分析系統在體育運動中的研究進展

冷 欣，儲志東

（南京師范大學體育科學學院，江蘇南京211043）

視頻分析系統在競技體育中的廣泛應用，有效地提高了運動員的技戰術能力和團隊競技能力，為教練員呈現出最真實的比賽場景，為運動員競技水平的提高提供了幫助。視頻分析系統在體育運動中的應用是幫助和保證體育參與者學習體育運動技能的可行方法，是提高體育成績和運動能力的有效途徑，更是作為預防體育參與者運動損傷的重要方式，是當今體育科學化的有效工具，為體育的快速發展提供有力保障。以此為背景，對視頻分析系統在體育運動中的研究進展做一個相對全面的總結和分析是很有必要的。

一、視頻分析系統在體育運動中研究總體狀況分析

以“視頻分析系統”和“體育”為主題詞進行指數檢索，勾選期刊和學位論文，共檢索到135篇文獻資料，以2005—2018年為時間界限，發現視頻分析系統在體育運動中的學術關注度呈波狀分布，從圖1中可以清晰地看出，2015年和2017年其學術關注度達到峰值，2015—2016年間和2017—2018年間其學術關注度處于急劇下降的狀態。視頻分析系統在體育運動中的關注度忽高忽低，呈波狀分布，該領域的研究熱潮一過，學術關注度就急劇減小，相對應的視頻分析系統在體育這一領域學術研究的涉獵隨之減少，從整個發展趨勢以及文獻數量來看，視頻分析系統在體育運動中的相關研究學術關注度需要不斷提高，各學術研究者應該加大在這一方面的研究力度。

圖1 2005—2018年視頻分析系統與體育為主題檢索的學術關注度的變化曲線

通過多次對中國知網（CNKI數據庫）檢索嘗試，發現以“視頻分析系統”和“體育”進行檢索，得到的相關文獻資料并不全面，最后發現，以“視頻分析”和“體育”為主題進行檢索，再以“視頻分析”和“運動”為主題，時間節點控制在2019年4月，進行二次檢索，通過人工剔除無效文獻，得到的與本文相關的文獻資料更具有全面性和有說服力。

（一）研究成果的數量及年代分布

通過人為篩選出與視頻分析系統在體育運動中相關性較強的文獻資料，整理發現，我國的視頻分析系統在體育運動中的相關研究開始于2003年，每年研究成果的發表數量是評價視頻分析系統在體育運動中相關研究的重要標準。研究成果為橫坐標發表文章的年份，發文量為縱坐標，直觀地勾勒出2003—2019年視頻分析系統在體育運動中相關的發文數量（見圖2）?？梢愿又庇^地看出近17年的視頻分析系統在體育運動中相關研究的動態變化趨勢。不難發現，從2003年開始發表此類文章到2005年，發文量一直處于上升趨勢，但總體發文量不高，在2005年到2019年此類發文量一直處于波狀浮動狀態，2008年的北京夏奧會和2018年的平昌冬奧會對該領域的研究也具有一定的推動作用。

圖2 2003—2019年人為篩選視頻分析系統在體育運動中發文量狀況及趨勢

（二）關鍵詞共現網絡分析

關鍵詞共現是指以文獻內容的特征為基礎，以文獻主題詞為分析的對象，統計它們在同一篇文獻中兩兩出現的次數，對一組詞統計而后進行聚類分析［1］。

根據關鍵詞共現網絡，我們清晰地了解視頻分析系統在體育運動中的相關內容，使進一步分析該內容變得簡單化，更加明確地分析關鍵詞之間的相互關系，為做這一方面的研究提供便利。通過中國知網（CNKI數據庫）的計量可視化分析直觀顯示（見圖3），視頻圖像、視頻技術、技戰術分析等關鍵詞的凸顯性比較強，可以很直觀地表現出視頻分析系統在體育運動中的相關研究主要集中在這幾個方向。將球距設置為2.1，將出現頻次設置成2并進行過濾，從整個關鍵詞共現網絡來看，以視頻分析為中心點，該領域的研究呈發散狀的研究趨勢，相關研究主要集中在視頻技術的不斷突破，智能分析的廣泛應用，各類體育運動項目中的技戰術分析，體育教學的視頻反饋，在今后的研究過程中應著重圍繞這些方面做更加全面和細致的研究，使之更加趨向完整化和專業化。

圖3視頻分析系統在體育運動中相關研究的關鍵詞共現網絡

（三）研究機構分布

通過中國知網（CNKI數據庫）的計量可視化分析直觀顯示，人為篩選出來的相關性較強的文獻資料中視頻分析系統在體育運動中相關研究的前幾名機構，如表1所示。從表中可以看出，該領域的發文量很少，從排名前幾名的研究機構看，僅有河北師范大學一所師范院校有研究發文，體育專業院校也僅有北京體育大學、上海體育學院、武漢體育學院有該領域的相關研究發表，與之并列的還有南京理工大學，像北方工業大學便有更加注重于技術研究的研究機構，為該領域的研究提供了堅實的理論基礎。一項科學技術的創新與問世，離不開實踐和創新性的應用，在實踐中發現不足，更能推動技術的前進，向著更深刻的技術層次邁進，為視頻分析系統在體育運動中相關的研究開拓更加寬闊的舞臺。

表1視頻分析系統在體育運動中的相關研究排名前六的機構分布

4 5 6南京理工大學北方工業大學武漢體育學院6 4 3網球分析、足球比賽、網球比賽、目標跟蹤臺球比賽、舉重訓練關鍵技術羽毛球訓練、民族傳統對抗類項目分析和診斷、網球發球技術

（四）基金分布

基金是指因為某一目的而專門創立的具有固定數額的資金，研究成果能否獲得各科研機構經費的支持。［2］視頻分析系統在體育運動中已獲得基金支持的數量如圖4所示，湖北省、河南省、湖南省、陜西省也有相應的基金支持，這說明這些省份對視頻分析系統在體育領域的研究相對于其他省份而言更加突出，研究的質量相對而言更高。北京市和上海市也對該領域的研究提供了基金的支持，以上列舉的省份和直轄市在該領域作為主力軍，積極帶動其他省份對該研究領域作出相應的基金支持，該領域需要全面協調發展。

圖4視頻分析系統在體育運動中相關研究文獻的基金分布情況

（五）經典文獻分析

通過中國知網提供的數據，進行人工篩選出相關性較強的文獻資料，勾選排序中的被引，發現高被引文獻集中在2005年發表，其中《體育訓練三維人體運動模擬與視頻分析系統》被引量最高，被引次數為115次，下載量高達839次；《視頻運動目標檢測方法的對比分析》被引量為次之，被引次數為91次［3］。學者苑廷剛認為，運動技術視頻圖像處理和反饋技術是體育運動最常用的手段，是研究運動生物力學和運動訓練學最基本的手段和方式，現已被廣泛應用于現代田徑領域，對我國田徑科研的整體水平和優秀運動員競技能力有很大的幫助和支持作用［4］。

表2對視頻分析系統在體育運動中的經典研究分析統計

二、現有研究成果中系統（軟件）分析

（一）視頻分析系統在體育運動中的研發

當下的運動訓練應該打破傳統的傳授模式，同迅速發展的科學技術接軌，注入科技新元素的訓練方式?？茖W訓練為體育運動參與者的運動分析起到輔助作用。國外很多發達國家的高水平運動隊將計算機應用到體育訓練和比賽中，各類系統（軟件）特色鮮明。通過對人為篩選的與視頻分析系統在體育運動中的研究相關性較強的文獻資料進行總結和分析，截止到2019年4月，中國知網（CNKI數據庫）中有29篇關于視頻分析系統（軟件）在體育運動中研發的文獻資料，現對市面上較常見的系統做如下總結：

表3目前國內外主要運動視頻圖像處理和分析系統（軟件）

（二）視頻分析系統在體育運動中的應用

市面上現存的視頻分析系統（軟件）自出現后就一直處于更新和發展階段，相關研究顯示，視頻分析系統在國家隊得到廣泛應用，如：跳水、排球、足球、籃球、體操等多個項目，多個省市的體育科研單位、教學單位和專業運動隊也運用了該類系統，如：北京市、上海市、廣東省等?，F階段，對該類系統使用比較良好的各個訓練隊以及中高級體質健康研究所等，因為研究所等地有技術含量比較高的專業人才進行操作，使該類系統發揮了其最大的作用，使用情況良好。

1.視頻分析系統應用于體育教學

利用先進的科學技術來提升體育教學，通過視頻分析系統的對比、回放等功能對運動技術的提高起到了積極的引導作用。將標準動作與學生所做的技術動作多屏同步展現出來，比較技術動作，發現問題所在。以田徑項目為例，該類系統可以很好地記錄運動者在跑動過程的步頻、時間、步長以及運動過程中各關節的角度和速度等技術參數，其他運動項目也相類似，只是所需要的還有其他的技術參數如角度等，得出以上參數與優秀運動員的技術參數做對比，學習者可以借助該系統的相關功能對技術動作呈現出的問題，提高自我分析和糾正能力，也大大提高了體育教學效率。

圖5視頻分析系統在體育教學中的應用模式

2.視頻分析系統應用于體育訓練

體育訓練中的很多動作的完成都在一瞬間，那么教練員僅通過肉眼來指導技術要領是具有局限性的。運用攝像機對運動過程進行拍攝，對所拍攝的視頻進行及時有效的分析，讓使用者更加直觀地了解運動信息，成為教練員執教行之有效的工具，提高了體育訓練的科學性和有效性，科學有效的訓練還可以降低運動參與者的運動損傷程度，這對科技成功融入體育訓練起到了積極的促進作用［5］。

3.視頻分析系統應用于體育比賽

視頻分析系統可以在比賽前、比賽過程中和比賽后期為教練員和運動員快速方便地分析和研究對手的技戰術。教練員和運動員記憶中的比賽信息并不全面，視頻分析系統可以幫助教練員和運動員還原被遺忘的重要信息，從而更好地為比賽取勝做好準備［6］。視頻分析系統在集體項目和個人項目中都有很好的運用，集體項目主要在對方所運用的技戰術情況和本隊的技戰術情況的研究中得以體現，而個人項目主要是技術參數中的體現。

三、視頻分析系統在體育運動中的展望

（一）適配需求，擴大受眾群體

隨著人們生活水平的不斷提高，國民的體質健康也越發重要，越來越多的人更加注重追求品質更高的體育運動，正確的學習運動技術才能夠達到鍛煉的最佳效果，與標準動作的對比分析發現自身鍛煉中的不足，減少運動損傷的幾率。系統設計者應根據不同對象的實際需要，利用運動生物力學知識并結合有關資料逐步開發和推廣設計的視頻分析系統在體育中合理應用，更好地提升視頻分析系統在體育參與者就體育運動技能學習、體育運動技能訓練、體育運動成績提高等方面的作用和效益。

（二）根據特定的運動項目更加精細化功能模塊

目前從知網上查閱的文獻資料顯示，視頻分析系統被應用到田徑、高爾夫球、羽毛球、足球、射擊、斯諾克臺球、手球、排球、籃球、乒乓球、蛙泳、武術、跳水等多項體育運動中，但由于體育運動項目的多樣性，有些系統（軟件）并非是針對體育專業領域的，如果操作稍有不當，可能導致數據的準確率降低。每個體育運動項目具有普遍性和個體差異性，體育運動項目雖有很多共通的訓練方法，但每個體育運動項目又具有特定的運動技巧，所以運動視頻分析系統應根據不同的運動項目特點更加精細化功能模塊，使該類系統在體育運動中發揮最大的作用，讓體育運動變得更加專業化和系統化，這樣既減少了不必要的功能模塊的研發成本，也解決了成本高、使用率低的問題，使這類系統在使用的過程中更趨向于廣泛化。

（三）國家出臺相應的支持政策

隨著《體育強國建設綱要》的正式印發，其中提到科技助力奧運工程為九大工程項目之一，為了更好地推進體育強國的發展，視頻分析系統在體育運動中的廣泛使用無疑是有利的，提高競技運動成績，來提升我國綜合國力，提高體育教學的質量，提升學生的體育運動能力也尤為重要。國家可以對購買單位投入經濟補貼，推動此類系統在市場上的活躍度，另外，對系統研發人員采取獎勵政策，不斷促進該類系統的進步和發展，研發人員創新能力的提升，使該類系統能夠更好地投入使用，實現它的社會價值，從而在該領域占據重要的國際地位。