大数据“发力”提升运动成绩

访谈人物

刘宇，教育部“长江学者”特聘教授，上海体育学院运动科学研究院院长、博士生导师，“科技冬奥”重点专项——冬季项目运动员技能优化关键技术研究项目负责人。

获国务院政府特殊津贴，被中组部国家万人计划授予“教学名师”、上海市“领军人才”称号。主持国家自然科学基金重点项目、面上项目等国家级课题多项。发表科研论文280余篇，获授权国家发明专利、实用新型专利30余项。

运动员脚蹬雪板，沿着陡峭的雪道以每小时近100公里的速度冲下、起跳，在空中飞翔上百米并稳稳着陆，这就是跳台滑雪，一项可以让人体验“飞翔”的运动。然而，身处金字塔塔尖的运动员，成绩每提高一秒都非常不易，甚至可能面临几何式增长的受伤风险，而科技的介入能对每个动作数据进行生物力学分析，帮助提出改进方案，最终提高运动员成绩。

国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——冬季项目运动员技能优化关键技术研究项目负责人刘宇教授，向记者解读了科技如何为中国冰雪运动竞技提供强大支撑。

运用科技手段提高运动技能

问：项目名称中的“运动员技能优化”是什么概念？

刘宇：运动员的运动成绩主要由他的体能、技能，包括心理认知能力等决定，运动员技能优化主要是利用生物力学的方法和手段，帮助运动员提高运动技能。比如，利用三维动作捕捉、神经生物力学增能技术以及可穿戴设备等，记录运动员的运动技术，把他全程运动的轨迹、运动的速度、身体的姿态等信息快速回馈给教练员和运动员，帮他们进行分析，以提高成绩。

“第三只眼”及时回馈运动信息

问：要达到您提到的这种技术效果，项目组目前都做了哪些研究工作？

刘宇：首先，我们在方法学上搭建了一个平台，与合作单位开发了基于人工智能图像识别的无mark点三维动作捕捉技术，对这些优秀运动员的训练进行三维动作捕捉。过去，训练动作捕捉主要是靠视频，就是把你的外形记录下来，再靠手工去点，但耗时比较长，短则两三天，多则要半个月。后来，一些快速的三维动作捕捉技术出现了，比如动漫技术用的添mark点这样的，但对运动员又有干扰。我们现在合作开发的三维动作捕捉技术，就解决了这些问题，可以无干扰地快速捕捉运动员的身体姿态、起跳速度、起跳角度、空中飞行对称性等信息。

有了这样的传感器和芯片技术，我们还把它开发成专门针对冬季项目的可穿戴设备，戴在头上就可以记录运动员全程的运动速度、运动轨迹等信息。北欧两项国家队的教练，看到我们头上装着微型传感器进行训练，监测到全程运动的速度、轨迹和起跳冲击加速度、落地冲击加速度，他觉得非常实用，说这个技术他在欧洲还没有见过。

问：这个项目2018年立项，经过这几年的发展，取得了哪些研究成果？

刘宇：研究成果我们是边开发边应用，刚才说的无论是硬件、软件都架设在训练场上，我们还要到河北涞源国家跳台滑雪科学训练基地进一步布置三维动作捕捉，把设备固化在训练场。另外，我们还有一个在国家体育总局冬季项目管理中心授权下的国家跳台滑雪生物力学实验室，实际上是一个移动的实验室，也是由国家“科技冬奥”重点专项支持的。这些移动实验室可以把运动员训练过程中的数据都记录下来，可以及时甚至现场就反馈给教练员和运动员，相当于给训练装上了“第三只眼”。除了视频回馈，我们还能把一些重要的生物力学、技术等方面的信息快速地回馈给教练员和运动员，用于指导训练。

用精准数据提高运动成绩

问：这些科研数据具体是如何提高运动员成绩的？

刘宇：过去教练员指导训练主要凭经验或者一些视频信息，缺少精准分析或技术诊断。我们现在利用生物力学快速回馈系统提供相对准确的信息，运动员用这些信息和数据，可以和自己以前比较或者和国际优秀运动员进行比较，然后针对性地开展训练。

比如，我们运动员滑行速度和国外运动员差不多，但是垂直跃起速度相对比较弱，教练员掌握这个信息就会训练运动员的起跳能力，如果起跳每秒提高0.1米，运动员成绩肯定会更好，甚至能提高几米。

另外，通过回馈的数据，教练员对运动员的运动姿态也更了解了，也许会发现运动员起跳以后的躯干和水平面的夹角相对国际优秀运动员比较大，另外翻转的时机又比较晚，蹬伸也不太充分，等等。看到这些数据，教练员就清楚哪些是运动员的短板，可以更精准地指导运动员，在训练中进行反复地调整，最终提高运动员成绩。

问：请您以场景为例讲述一下，运动员如何利用这些成果进行技能优化和技术训练？

刘宇：这个项目服务了国家跳台滑雪队、国家自由式滑雪空中技巧队，还有U型场地技巧队。比如跳台滑雪，是从一个很高的山坡上起跳，然后借助滑道滑下来。它以每小时90公里这样的一个高速度滑下来，在空中就像飞机降落一样，可以飞行100多米。当然，标准台可以飞到110米，大跳台可以到140米这样的距离，运动范围非常大。过去教练员只能记录到运动员跃出跳台区前一小段平均速度，但我们这个技术可以全程监测运动速度和运动轨迹，我们在出台区架设的三维动作捕捉系统，可以看到运动员起跳的时候速度是多少、身体重心的速度是多少、身体左右的对称性、什么时候开始蹬伸这些信息，这都是决定运动成绩的关键技术指标。我们利用这些技术指导他们训练。

建设体育强国需要科技助力

问：基于现在的这些研究成果，接下来科研人员还有哪些工作要做？

刘宇：冬奥会马上就要召开了，我们也在快马加鞭进一步完善技术。根据跳台滑雪教练的要求，我们除了在出台区和全程监测运动轨迹以外，还在出台以后的20米、40米、60米、80米以及落地区捕捉信息、精细分析运动员的动作，总结运动员的飞行姿态、产生飞行的升力和升阻比等情况。

就像刚才我提到的飞机降落，跳台滑雪降落要着地的时候，有的运动员早早落地，就像我们飞机有时候的硬着陆。这些信息我们记录下来，告诉运动员还可以飞得再稍微久一点，落地的姿态可以再稍微延伸一些，能够多利用空气升力，哪怕是零点零几秒，也会对提高成绩有帮助。

问：为促进我国体育事业发展，科研人员在运动科学领域还有哪些工作要做？

刘宇：中国从体育大国走向体育强国，一定需要科技。冰雪运动要发展，一定要走科技创新之路。在后冬奥时代，科技之路还很漫长，因为竞技体育实际就是科技竞争，很多高水平运动员或者是体育成绩比较好的运动员，都来自经济发达国家，实际也都是科技比较发达的国家。所以要赢得这场没有硝烟的体育科技竞赛，国家要持续支持体育科技的研究。

另外，我们科研人员也要结合多学科的力量，除了运动科学，还要联系生命科学、脑科学等，以人来研究、提高运动员的运动能力，使我国体育科技也走在世界前列，成为真正的体育强国，这也是对我国科技强国建设的有力推动。

（《人民周刊》2022年第2期）