大數據“發力”提升運動成績

劉宇，教育部“長江學者”特聘教授，上海體育學院運動科學研究院院長、博士生導師，“科技冬奧”重點專項——冬季項目運動員技能優化關鍵技術研究項目負責人。

獲國務院政府特殊津貼，被中組部國家萬人計劃授予“教學名師”、上海市“領軍人才”稱號。主持國家自然科學基金重點項目、面上項目等國家級課題多項。發表科研論文280余篇，獲授權國家發明專利、實用新型專利30余項。

運動員腳蹬雪板，沿著陡峭的雪道以每小時近100公里的速度沖下、起跳，在空中飛翔上百米并穩穩著陸，這就是跳臺滑雪，一項可以讓人體驗“飛翔”的運動。然而，身處金字塔塔尖的運動員，成績每提高一秒都非常不易，甚至可能面臨幾何式增長的受傷風險，而科技的介入能對每個動作數據進行生物力學分析，幫助提出改進方案，最終提高運動員成績。

國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項——冬季項目運動員技能優化關鍵技術研究項目負責人劉宇教授，向記者解讀了科技如何為中國冰雪運動競技提供強大支撐。

問：項目名稱中的“運動員技能優化”是什么概念？

劉宇：運動員的運動成績主要由他的體能、技能，包括心理認知能力等決定，運動員技能優化主要是利用生物力學的方法和手段，幫助運動員提高運動技能。比如，利用三維動作捕捉、神經生物力學增能技術以及可穿戴設備等，記錄運動員的運動技術，把他全程運動的軌跡、運動的速度、身體的姿態等信息快速回饋給教練員和運動員，幫他們進行分析，以提高成績。

問：要達到您提到的這種技術效果，項目組目前都做了哪些研究工作？

劉宇：首先，我們在方法學上搭建了一個平臺，與合作單位開發了基于人工智能圖像識別的無mark點三維動作捕捉技術，對這些優秀運動員的訓練進行三維動作捕捉。過去，訓練動作捕捉主要是靠視頻，就是把你的外形記錄下來，再靠手工去點，但耗時比較長，短則兩三天，多則要半個月。后來，一些快速的三維動作捕捉技術出現了，比如動漫技術用的添mark點這樣的，但對運動員又有干擾。我們現在合作開發的三維動作捕捉技術，就解決了這些問題，可以無干擾地快速捕捉運動員的身體姿態、起跳速度、起跳角度、空中飛行對稱性等信息。

有了這樣的傳感器和芯片技術，我們還把它開發成專門針對冬季項目的可穿戴設備，戴在頭上就可以記錄運動員全程的運動速度、運動軌跡等信息。北歐兩項國家隊的教練，看到我們頭上裝著微型傳感器進行訓練，監測到全程運動的速度、軌跡和起跳沖擊加速度、落地沖擊加速度，他覺得非常實用，說這個技術他在歐洲還沒有見過。

問：這個項目2018年立項，經過這幾年的發展，取得了哪些研究成果？

團隊成員在移動實驗室與北歐兩項國家隊主教練討論運動員測試結果。

劉宇：研究成果我們是邊開發邊應用，剛才說的無論是硬件、軟件都架設在訓練場上，我們還要到河北淶源國家跳臺滑雪科學訓練基地進一步布置三維動作捕捉，把設備固化在訓練場。另外，我們還有一個在國家體育總局冬季項目管理中心授權下的國家跳臺滑雪生物力學實驗室，實際上是一個移動的實驗室，也是由國家“科技冬奧”重點專項支持的。這些移動實驗室可以把運動員訓練過程中的數據都記錄下來，可以及時甚至現場就反饋給教練員和運動員，相當于給訓練裝上了“第三只眼”。除了視頻回饋，我們還能把一些重要的生物力學、技術等方面的信息快速地回饋給教練員和運動員，用于指導訓練。

問：這些科研數據具體是如何提高運動員成績的？

劉宇：過去教練員指導訓練主要憑經驗或者一些視頻信息，缺少精準分析或技術診斷。我們現在利用生物力學快速回饋系統提供相對準確的信息，運動員用這些信息和數據，可以和自己以前比較或者和國際優秀運動員進行比較，然后針對性地開展訓練。

比如，我們運動員滑行速度和國外運動員差不多，但是垂直躍起速度相對比較弱，教練員掌握這個信息就會訓練運動員的起跳能力，如果起跳每秒提高0.1米，運動員成績肯定會更好，甚至能提高幾米。

另外，通過回饋的數據，教練員對運動員的運動姿態也更了解了，也許會發現運動員起跳以后的軀干和水平面的夾角相對國際優秀運動員比較大，另外翻轉的時機又比較晚，蹬伸也不太充分，等等?？吹竭@些數據，教練員就清楚哪些是運動員的短板，可以更精準地指導運動員，在訓練中進行反復地調整，最終提高運動員成績。

問：請您以場景為例講述一下，運動員如何利用這些成果進行技能優化和技術訓練？

劉宇：這個項目服務了國家跳臺滑雪隊、國家自由式滑雪空中技巧隊，還有U型場地技巧隊。比如跳臺滑雪，是從一個很高的山坡上起跳，然后借助滑道滑下來。它以每小時90公里這樣的一個高速度滑下來，在空中就像飛機降落一樣，可以飛行100多米。當然，標準臺可以飛到110米，大跳臺可以到140米這樣的距離，運動范圍非常大。過去教練員只能記錄到運動員躍出跳臺區前一小段平均速度，但我們這個技術可以全程監測運動速度和運動軌跡，我們在出臺區架設的三維動作捕捉系統，可以看到運動員起跳的時候速度是多少、身體重心的速度是多少、身體左右的對稱性、什么時候開始蹬伸這些信息，這都是決定運動成績的關鍵技術指標。我們利用這些技術指導他們訓練。

團隊成員在國家跳臺滑雪中心安裝三維視頻動作捕捉測試儀器。

問：基于現在的這些研究成果，接下來科研人員還有哪些工作要做？

劉宇：冬奧會馬上就要召開了，我們也在快馬加鞭進一步完善技術。根據跳臺滑雪教練的要求，我們除了在出臺區和全程監測運動軌跡以外，還在出臺以后的20米、40米、60米、80米以及落地區捕捉信息、精細分析運動員的動作，總結運動員的飛行姿態、產生飛行的升力和升阻比等情況。

就像剛才我提到的飛機降落，跳臺滑雪降落要著地的時候，有的運動員早早落地，就像我們飛機有時候的硬著陸。這些信息我們記錄下來，告訴運動員還可以飛得再稍微久一點，落地的姿態可以再稍微延伸一些，能夠多利用空氣升力，哪怕是零點零幾秒，也會對提高成績有幫助。

問：為促進我國體育事業發展，科研人員在運動科學領域還有哪些工作要做？

劉宇：中國從體育大國走向體育強國，一定需要科技。冰雪運動要發展，一定要走科技創新之路。在后冬奧時代，科技之路還很漫長，因為競技體育實際就是科技競爭，很多高水平運動員或者是體育成績比較好的運動員，都來自經濟發達國家，實際也都是科技比較發達的國家。所以要贏得這場沒有硝煙的體育科技競賽，國家要持續支持體育科技的研究。

另外，我們科研人員也要結合多學科的力量，除了運動科學，還要聯系生命科學、腦科學等，以人來研究、提高運動員的運動能力，使我國體育科技也走在世界前列，成為真正的體育強國，這也是對我國科技強國建設的有力推動。