人工智能在滑雪領(lǐng)域的應(yīng)用研究

張鈺 哈爾濱體育學(xué)院研究生院

人工智能（ArtificialIntelligence，簡稱AI）是一種模擬和模仿人類智能的技術(shù)和理論。它是計算機(jī)科學(xué)的一個重要分支，旨在開發(fā)和構(gòu)建能夠執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的智能系統(tǒng)。[1]它包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等，自五十年代初期被創(chuàng)立以來，人工智能已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展和進(jìn)步。

如在硬件設(shè)備的升級、數(shù)據(jù)的可用性和質(zhì)量的提高、自然語言處理的進(jìn)步以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)被證明是一種有效解決應(yīng)用問題的方法。總之，人工智能在IT 領(lǐng)域、社交媒體醫(yī)療和金融等各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，它將在未來的社會生活中發(fā)揮越來越重要的作用。

1.人工智能在體育領(lǐng)域應(yīng)用研究

1.1 人工智能在競技體育中的應(yīng)用

隨著人工智能在體育領(lǐng)域中的發(fā)展，體育科技創(chuàng)新也成為競技體育發(fā)展的重要組成部分，有效地提高了競技體育水平。人工智能在競技體育中有多種應(yīng)用，主要以提供數(shù)據(jù)分析、訓(xùn)練輔助和比賽管理等方面的支持。NBA 作為全球最頂級的職業(yè)籃球聯(lián)賽之一，一直以來都高度重視數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用。使用人工智能算法對比賽視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析球員的身體姿態(tài)、運動軌跡、球權(quán)分配情況等，為球員和教練提供可靠的戰(zhàn)術(shù)分析數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的比賽策略和戰(zhàn)術(shù)設(shè)計，提高球隊的獲勝率和球員培養(yǎng)計劃。[2]人工智能在競技體育中的應(yīng)用仍在不斷發(fā)展，有待進(jìn)一步的研究和實踐。然而，它已經(jīng)顯示出巨大的潛力，可以為運動員、教練帶來更多的便利和創(chuàng)新。

1.2 人工智能在學(xué)校體育領(lǐng)域的研究

人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用，可以幫助教師在學(xué)生活動的過程中進(jìn)行健康的檢測和身體狀況的評估。人工智能技術(shù)可以監(jiān)測學(xué)生的身體狀況，收集和分析數(shù)據(jù)。如心率、步數(shù)、卡路里消耗等，幫助評估身體健康水平，并提供相關(guān)的建議和改進(jìn)方案。人工智能中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以讓學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗，通過虛擬實境來模擬不同的體育運動，提升技能、理解規(guī)則和策略等，讓學(xué)生學(xué)習(xí)更有興趣、課堂更有活力、運動技能掌握更迅速。但人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用需要權(quán)衡教育價值觀、隱私保護(hù)和倫理問題。它應(yīng)該被視為教育的輔助工具，而不是完全替代教師和人際互動的角色。[3]因此，在人工智能應(yīng)用于學(xué)校體育中，需要謹(jǐn)慎權(quán)衡其局限性和潛力，以最大程度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和體驗。

1.3 人工智能在大眾體育中的應(yīng)用

人工智能是第四次工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù)，對促進(jìn)大眾體育的高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。人工智能可以利用傳感器技術(shù)和智能設(shè)備，監(jiān)測大眾體育參與者的運動活動、心率、睡眠和身體指標(biāo)等。通過對數(shù)據(jù)的分析和評估，人工智能可以提供定制化的運動建議和健康管理方案，幫助大眾體育參與者保持身體健康并提升運動效果。其中在大眾健身運動中，引入智慧健身房，融合人臉識別、智能硬件設(shè)備，當(dāng)用戶進(jìn)入健身房場景中自動識別身份并記錄運動數(shù)據(jù)，基于過往運動數(shù)據(jù)生成運動課程，并生成虛擬教練，指導(dǎo)完成運動健身動作，針對不正確的運動姿態(tài)給予提醒和糾正，避免不正確的運動動作對身體造成損害。

總的來說，人工智能在大眾體育中的應(yīng)用旨在促進(jìn)健康管理、提升運動樂趣、提供個性化的訓(xùn)練和指導(dǎo)，并為大眾體育提供便捷和智能化的服務(wù)。這些應(yīng)用有助于推動群眾體育的發(fā)展和普及，提高人們參與體育活動的積極性和健康水平。

2.人工智能在滑雪領(lǐng)域的應(yīng)用

北京2022 年冬奧會上雪上項目的占比要遠(yuǎn)高于冰上項目，素有“得雪上者得天下的說法”。然而我國冰雪運動的格局中“冰強(qiáng)雪弱”是不爭的事實。由于地理因素的原因，我國冰雪項目大部分都在東三省進(jìn)行開展，大眾參與人數(shù)與歐美冰雪強(qiáng)國相比也遙不可及。北京冬奧會為冰雪運動的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，冬奧會的發(fā)展與繁榮離不開科技的進(jìn)步。從場館建設(shè)到訓(xùn)練備賽，科技創(chuàng)新的細(xì)節(jié)隨處可見，習(xí)近平總書記也指出“同我們國家的強(qiáng)國之路一樣，中國冰雪運動也必須走科技創(chuàng)新之路，一方面要堅持自主創(chuàng)新，一方面要積極吸收世界上的先進(jìn)技術(shù)和訓(xùn)練方法”。[4]當(dāng)今世界，科技在競技體育中的作用越來越突出。建設(shè)體育強(qiáng)國，必須實現(xiàn)高水平的體育科技自立自強(qiáng)。要綜合多學(xué)科、跨學(xué)科的力量，統(tǒng)籌推進(jìn)技術(shù)研發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)化，為我國競技體育實現(xiàn)更大突破提供有力支撐。

未來冰雪項目的轉(zhuǎn)型和建設(shè)離不開科技化、智慧化、數(shù)字化的手段,北京奧運會的成功舉辦，對中國冰雪運動的發(fā)展也提出了更高的要求。我們應(yīng)抓住北京冬奧會這個新機(jī)遇,勇于創(chuàng)新,開拓思維,將科技的力量與訓(xùn)練結(jié)合起來,這樣才能讓未來的冰雪運動蓬勃發(fā)展,更多的人投入到冰上運動,早日實現(xiàn)冰雪強(qiáng)國的目標(biāo)。

2.1 利用人工智能提高運動成績

人工智能在滑雪訓(xùn)練和比賽中發(fā)揮重要作用，幫助其提高滑雪成績。北京冬奧會上我國選手徐夢桃獲得自由式滑雪女子空中技巧金牌，是中國選手第一次在冬奧會獲得該項目的金牌，同時它也是頗具科技含量的金牌。其中“AI 助理教練”助力了徐夢桃摘金，“AI 助力教練”是冰雪運動的分析模型，為教練提供訓(xùn)練評分、運動軌跡及角度、高遠(yuǎn)度分析，并能時時指出失分動作，有效減輕了教練員與運動員的負(fù)荷，科學(xué)提升比賽成績。

無論是空中技巧比賽還是高山滑雪、越野滑雪等比賽，這些雪上項目場地都存在海波高、落差大、范圍廣且具有危險性的特點，而且雪上項目運動員移動速度快和動作復(fù)雜的特殊性也決定了每天不能進(jìn)行大量重復(fù)性的訓(xùn)練，雪上項目訓(xùn)練時間就更寶貴了，那么運動員和教練員就要獲得最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來評判運動技術(shù)及狀態(tài)。往往雪上項目的訓(xùn)練多依賴于教練的主觀判斷和運動員的實際感受，缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐。“AI 助教”的誕生，是雪上項目多參量數(shù)據(jù)的監(jiān)測系統(tǒng)，通過單片機(jī)作為控制核心，多種傳感器和GPS 定位系統(tǒng)獲取運動員在訓(xùn)練中的數(shù)據(jù)，科學(xué)高效的監(jiān)測運動員的訓(xùn)練情況。

人工智能技術(shù)輔助分析雪上運動員的數(shù)據(jù)，包括速度、加速度、姿態(tài)、平衡等，以了解運動員的表現(xiàn)和潛在問題。通過分析大量的數(shù)據(jù)，人工智能可以預(yù)測運動員在某種特定條件下可能達(dá)到的最佳成績。人工智能在分析雪上運動員的比賽錄像時，可以識別關(guān)鍵動作、技巧和策略，基于對大量比賽數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，可以識別出成功的模式和最佳實踐，并將其應(yīng)用于訓(xùn)練中。[5]最重要的是它還可以監(jiān)測運動員在訓(xùn)練時的身體狀況和運動表現(xiàn)，并提供個性化的訓(xùn)練建議。通過收集和分析生物指標(biāo)、姿勢數(shù)據(jù)和訓(xùn)練量，人工智能可以幫助預(yù)防受傷、優(yōu)化訓(xùn)練計劃并提高運動員的整體表現(xiàn)，以提高運動員的成績。

利用人工智能技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，人工智能可以提供高度逼真和交互式的滑雪訓(xùn)練場景。運動員可以在模擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，以改善技術(shù)、調(diào)整動作和改進(jìn)反應(yīng)能力。人工智能可以通過實時反饋和指導(dǎo)來幫助運動員糾正錯誤和改善技巧。結(jié)合人工智能和傳感器技術(shù)，可以開發(fā)智能滑雪裝備，例如智能雪板或智能滑雪服裝。這些裝備可以收集運動員的運動數(shù)據(jù)，并與人工智能系統(tǒng)進(jìn)行實時交互。運動員可以通過分析裝備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來了解自己的表現(xiàn)，并根據(jù)系統(tǒng)的建議進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

2.2 利用人工智能技術(shù)普及滑雪運動

利用人工智能學(xué)習(xí)滑雪技術(shù)，增加大眾的喜愛度。冬奧會的成功申辦很大程度上提升了我國人民對冰雪運動的喜愛程度，但也存在人們普遍對冰雪運動的認(rèn)知水平偏低、群眾參與度不夠、場地建設(shè)不足、專業(yè)人才短缺問題。根據(jù)我國發(fā)布的《冰雪運動發(fā)展規(guī)劃(2016-2025 年)》，到2025 年，我國將實現(xiàn)全國“直接參加冰雪運動的人數(shù)超過5000 萬，并‘帶動3億人參與冰雪運動’”的發(fā)展目標(biāo)。應(yīng)探索人工智能技術(shù)與滑雪運動有機(jī)的結(jié)合，加速推動滑雪運動的深入普及。

滑雪運動是一項具有風(fēng)險的高速極限運動，這也使許多想要參與滑雪的人不敢于嘗試。人工智能技術(shù)中的虛擬滑雪是一個安全和便利學(xué)習(xí)體驗滑雪的替代方案。虛擬現(xiàn)實技術(shù)屬于一種創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)仿真技術(shù)，其主要將計算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)融合，為創(chuàng)建和體驗虛擬世界提供支持。[6]它可以讓你在任何時間和地點都能體驗滑雪，而無需實際去滑雪場。虛擬滑雪是通過VR 頭顯，就可以進(jìn)入一個完全虛擬的滑雪場景，可以選擇不同的滑雪場景，從容易的初級坡道到具有挑戰(zhàn)性的高級坡道。虛擬滑雪可以模擬滑雪時的動作和技巧。參與者可以使用VR手柄或身體追蹤設(shè)備來模擬滑雪動作，如彎腰、傾斜身體、轉(zhuǎn)彎等。實現(xiàn)在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)滑雪技術(shù)，并實時獲得反饋。虛擬滑雪還允許多人同時體驗滑雪場景。參與者和朋友可以一起在虛擬滑雪場景中滑雪，進(jìn)行比賽或合作訓(xùn)練，這種互動可以增加樂趣和競爭性。虛擬滑雪也可以幫助初學(xué)者學(xué)習(xí)滑雪技術(shù)，提供實時反饋和指導(dǎo)。然而，需要注意的是，虛擬滑雪并不能完全代替在真實滑雪場地中的訓(xùn)練和實踐，因為它無法提供雪質(zhì)、地形等真實場景的感覺和挑戰(zhàn)。因此，在滑雪技術(shù)上取得更高水平時，仍需要結(jié)合實際滑雪經(jīng)驗和專業(yè)指導(dǎo)。

初學(xué)者參與滑雪運動普遍沒人教，掌握不到技術(shù)動作要領(lǐng)，大多數(shù)滑雪場沒有專職的滑雪教練員，臨時開設(shè)一些針對初學(xué)者的課程，而聘請教練員價格也相對于較高。AR 滑雪頭盔和智能鞋墊的誕生，幫助初學(xué)者學(xué)習(xí)滑雪這項運動。AR 滑雪頭盔的護(hù)目鏡內(nèi)投射一個小視窗，提供滑雪者身后視頻信息并存儲，主視野有速度、位置、軌跡等顯示，并通過視頻識別技術(shù)實現(xiàn)目標(biāo)搜尋、完成編輯，為滑雪者提供小視頻服務(wù)。智能鞋墊裝備上安裝了9 軸慣性傳感器、壓力傳感器等，將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)端，利用手機(jī)APP，綜合計算出滑行速度、加速度、腿部支撐力和支撐角度，在進(jìn)入下一個彎道前，通過語音的方式將滑雪改進(jìn)措施及時地反饋給使用者。擺脫滑雪教練，依靠實時反饋智能滑雪教練學(xué)習(xí)滑雪技術(shù)，獲得安全快樂的滑雪體驗，滑雪初學(xué)者就會很容易地學(xué)會滑雪技巧。

3.總結(jié)

人工智能已經(jīng)在體育領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，其潛力極大。通過人工智能的技術(shù)和算法，可以提高運動員的技術(shù)能力、優(yōu)化比賽策略、提升運動員健康管理和訓(xùn)練效果、輔助裁判員判決、改進(jìn)裝備設(shè)計等方面發(fā)揮重要作用，增強(qiáng)其競爭優(yōu)勢，并提供更豐富、智能化的體育體驗。為整個體育產(chǎn)業(yè)注入新的動力。科技助力冬奧，幫助我國運動員取得優(yōu)異的成績。為了提高雪上項目的成績和更多人參加滑雪運動，人工智能在滑雪領(lǐng)域的應(yīng)用研究就有很大的發(fā)展?jié)摿Γㄟ^更好地利用數(shù)據(jù)和算法，可以提高滑雪體驗、保障滑雪安全、促進(jìn)滑雪產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、豐富滑雪活動等方面發(fā)揮重要的作用，為滑雪愛好者和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來長期的積極影響。但人工智能只是輔助工具，真正的決策和實踐仍然需要領(lǐng)域?qū)＜液瓦\動員的專業(yè)知識和經(jīng)驗。因此，在引入人工智能的同時，要保持對人的主導(dǎo)性和專業(yè)性的尊重和重視。