體育，不僅是人們對更快、更高、更強的人類極限的探索和挑戰(zhàn)，也是社會發(fā)展和人類進步的重要標(biāo)志，是綜合國力和社會文明程度的重要體現(xiàn)。如今，科技對促進體育發(fā)展的重要性日益凸顯——隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，以數(shù)字化為基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)化為條件、智能化為核心的智能體育正在成為熱點，通過對體育運動過程中的數(shù)據(jù)進行采集和分析，幫助運動員科學(xué)訓(xùn)練并提高運動水平，協(xié)助教練員與管理者進行決策和管理，不僅滿足競技體育的需要，也在全民健身、運動社交等方面改變并推動著體育的發(fā)展。

 競技體育 智能化訓(xùn)練與比賽

　　為了防止高科技秘密外泄，英國自行車隊甚至規(guī)定，比賽結(jié)束后裝備和器械立即上繳，統(tǒng)一收回銷毀。

　　現(xiàn)代體育比賽不僅是各國運動員速度與力量的競技場，也是世界各國展示形象，尖端科技與體育融合的大舞臺。隨著人類對挑戰(zhàn)自身的執(zhí)著追求，各競技項目的成績不斷逼近人體能力的極限，要想進一步提高比賽成績，哪怕是提高百分之一甚至千分之一，教練與運動員都要竭盡全力采用各種方式和技術(shù)去實現(xiàn)，科技的賦能作用也就愈發(fā)重要。

　　2018年俄羅斯世界杯上，數(shù)字化表現(xiàn)和跟蹤系統(tǒng)（EPTS）被首次全面采用。它的主要功能是將運動的時空信息自動化采集并數(shù)據(jù)化呈現(xiàn)，從而實現(xiàn)對訓(xùn)練與比賽的數(shù)字化閱讀。借助攝像機與可穿戴式傳感器，EPTS系統(tǒng)能夠追蹤球員以及足球的運動信息，并通過平板電腦向教練員提供球員的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、位置信息以及相應(yīng)的視頻剪輯，幫助教練員進行賽場上的決策。作為EPTS的一部分，Catapult可穿戴傳感器也首次在世界杯中獲準使用。這款運動員智能追蹤系統(tǒng)的核心部件是一個穿戴在運動員肩胛骨中間、火柴盒大小的衛(wèi)星定位裝置，可以監(jiān)測運動員的跑動距離、速度、跑動節(jié)奏、受沖擊負荷、心率等多項數(shù)據(jù)，并進行深入分析。當(dāng)前，在全世界職業(yè)足球、曲棍球、橄欖球運動隊中，這樣的設(shè)備已成為了球隊訓(xùn)練的標(biāo)配。運動員經(jīng)常會穿著配備這個裝置的“黑背心”進行訓(xùn)練，教練員不僅能夠在場邊實時查看整個球隊的表現(xiàn)并進行指導(dǎo)，也可以了解每個運動員的狀態(tài)并給予針對性的訓(xùn)練運動量調(diào)控，減少傷病的發(fā)生概率。

　　在數(shù)字化方面，美國國家男子籃球聯(lián)賽也是一個成功的范例，每個俱樂部都擁有一支由數(shù)據(jù)科學(xué)、運動科學(xué)、醫(yī)學(xué)等不同領(lǐng)域?qū)＜覙?gòu)成的運動表現(xiàn)分析團隊。數(shù)據(jù)科學(xué)的用途也遠不限于簡單的事件統(tǒng)計（如：投籃、籃板球、助攻等），而是根據(jù)教練員戰(zhàn)術(shù)需求，將比賽中由智能追蹤系統(tǒng)捕捉到的籃球和球員的時空數(shù)據(jù)進行基于深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘的分析，幫助教練員和運動員理解數(shù)據(jù)背后的比賽模式、受傷風(fēng)險、對手風(fēng)格，預(yù)測各類戰(zhàn)術(shù)的成功機會。掌握這些信息之后，教練就能評估不同位置球員對球隊的貢獻程度、設(shè)計訓(xùn)練計劃、制定相應(yīng)戰(zhàn)術(shù)。在這樣的復(fù)雜體系中，以SportVU為代表的智能化系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。SportVU技術(shù)起源于軍事用途的多攝像頭動態(tài)追蹤技術(shù)，通過在球館天花板上懸掛的6個攝像頭，系統(tǒng)每秒抓取25圖像，對球員的運動進行追蹤分析。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法只對主要結(jié)果進行統(tǒng)計，而SportVU系統(tǒng)則可以還原整個過程，提供更加細化、量化的數(shù)據(jù)，這也代表了體育數(shù)據(jù)科學(xué)的一個主要發(fā)展方向。

　　除了團隊運動中的多人時空信息分析外，對運動員個人技術(shù)動作的數(shù)據(jù)采集與分析評估技術(shù)近年來也得到了長足的發(fā)展，這背后的最主要動力是動作捕捉技術(shù)的進步。動作捕捉技術(shù)是數(shù)字化采集三維人體運動的手段，過往由于需要復(fù)雜的設(shè)備與環(huán)境，使用非常不便，動作捕捉技術(shù)的主要應(yīng)用局限于電影大片制作，在體育中一般僅在科研中使用。隨著動作捕捉技術(shù)向輕量化、易用性的不斷發(fā)展，基于動作捕捉技術(shù)的運動分析系統(tǒng)也進入了實用階段。例如，基于可穿戴式設(shè)備的高爾夫運動動作分析與輔助訓(xùn)練系統(tǒng)MySwing，借助穿戴在球員身上的多個微型運動傳感器，可以精準捕捉球員的身體以及球桿的空間運動數(shù)據(jù)并提供分析結(jié)果，利用多種不同數(shù)據(jù)可視化方式，幫助球員以及教練更好的洞察肉眼難以觀察到的技術(shù)細節(jié)。借助這樣的設(shè)備，教練對球員的指導(dǎo)就不再“憑感覺、憑經(jīng)驗”，主觀的經(jīng)驗得以量化形成數(shù)據(jù)模型，不僅對技術(shù)動作的分析更加客觀，而且訓(xùn)練的針對性更強，訓(xùn)練效率更高。

　　運動員比賽成果的提高不僅來自于訓(xùn)練水平提升，運動裝備的科技含金量提高也是其中的重要因素，甚至某些時候會對運動帶來重大的改變。縱觀奧林匹克歷史，裝備的科技進步對競技成績提高起到了重要的推動作用，連續(xù)在最近三屆奧運會上稱霸自行車賽場的英國隊就是其中的代表。在這項以千分之一秒來決定成績的比賽里，每一絲細微的偏差和改進都能夠改變比賽的結(jié)果，英國隊?wèi)?yīng)用高科技手段將人與車的完美結(jié)合做到了極致?；诹黧w動力學(xué)與人機工程分析，每名英國選手的比賽用車都經(jīng)過了精密調(diào)節(jié)，使人與車之間的契合程度達到最高。此外，高科技的比賽用服、特制的賽車輪胎等，也都成為英國隊的“國家秘密”。為了防止高科技秘密外泄，英國自行車隊甚至規(guī)定，比賽結(jié)束后裝備和器械立即上繳，統(tǒng)一收回銷毀。

　　我國的體育科技也正在邁入智能化時代。隨著2022年北京冬奧會的臨近，冬奧會備戰(zhàn)工作不斷深入，許多高科技手段被應(yīng)用于運動員訓(xùn)練的各個環(huán)節(jié)，在人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助下，競技體育的“訓(xùn)練—科技助力—保障”的新模式已經(jīng)形成，并成為冬季項目補齊短板、實現(xiàn)跨越式發(fā)展的關(guān)鍵因素。例如，在我國自主開發(fā)的風(fēng)洞實驗輔助訓(xùn)練系統(tǒng)中，借助風(fēng)洞模擬技術(shù)，不僅可以進行實驗研究，也能夠開展冰雪項目輔助訓(xùn)練；通過全景VR滑雪模擬器，構(gòu)建數(shù)字化虛擬訓(xùn)練場地環(huán)境，為我國高山滑雪和單板滑雪運動員提供不同地形和雪地條件的模擬，運動員在室內(nèi)就能夠以真實的滑雪速度和重力體驗完成訓(xùn)練，提高比賽適應(yīng)能力；多種不同動作捕捉技術(shù)被廣泛應(yīng)用與運動員的技術(shù)動作采集與分析，為運動員精細打磨技術(shù)動作提供有效助力。

　　在未來，借助大數(shù)據(jù)和人工智能手段，以數(shù)據(jù)方式對運動員在技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)、體能、心智、個性等多個維度進行評估，構(gòu)建可量化的“冠軍模型”將成為不僅切實可行，甚至不可或缺的訓(xùn)練與比賽方法，智能科技也將在訓(xùn)練與比賽中對教練與運動員產(chǎn)生愈發(fā)深遠的影響。

觀看比賽 數(shù)字化賽場與智能觀賽

    一些國外職業(yè)體育賽事中，觀眾已經(jīng)可以坐在家中，通過頭戴式VR顯示設(shè)備，“零延時”“零距離”地觀看比賽。

　　在蔓延全球的新冠疫情暴發(fā)后，昔日一票難求的比賽場館已很難聽到觀眾的吶喊聲，觀看賽事轉(zhuǎn)播成為眼下幾乎唯一的觀賽方式。豐富體育轉(zhuǎn)播手段，讓廣大球迷與體育愛好者能夠以互動性更好、更具沉浸感的方式欣賞感興趣的賽事成為體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

　　培養(yǎng)觀眾對體育熱情的一個要點是幫助他們了解項目，能夠看懂比賽，閱讀比賽。為了讓不熟悉項目的觀眾迅速、全面地了解比賽信息，對項目感興趣的觀眾看到更多自己感興趣的內(nèi)容，視頻AI技術(shù)的應(yīng)用將成為主流。該技術(shù)通過人工智能方法對視頻畫面進行學(xué)習(xí)、分析、理解和認知，涉及視頻分類、人物識別、語音識別、文字識別等。其主要的應(yīng)用場景在于突破傳統(tǒng)轉(zhuǎn)播下單一的觀賽形式，形成個性化觀賽模式。當(dāng)觀眾通過特定APP觀看比賽時，系統(tǒng)不斷學(xué)習(xí)并獲取其興趣點，通過識別其喜愛的球員以及比賽中的關(guān)鍵動作，實時生成比賽集錦，在比賽過程中自動選擇最佳觀賽機位，在比賽間隙播放其最感興趣的比賽精彩瞬間。觀眾也可以隨時查看獲取比賽不同維度的信息，例如，查看運動員詳細個人信息、了解項目規(guī)則介紹等。隨著視頻AI技術(shù)的不斷進步，該應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展空間。

　　新型可視化技術(shù)、無線通信和新興互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合不斷突破距離限制，為觀眾在家中實現(xiàn)無接觸、近距離觀賽與互動體驗創(chuàng)造了條件。其中，5G和虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的應(yīng)用加速了智能觀賽的發(fā)展，在一些國外職業(yè)體育賽事中，觀眾已經(jīng)可以坐在家中，通過頭戴式VR顯示設(shè)備，“零延時”“零距離”地觀看比賽。利用5G“高速率、低延遲”的網(wǎng)絡(luò)特點，2022年北京冬奧會將采用5G+8K的直播技術(shù)，屆時觀眾可以隨時隨地收看高清轉(zhuǎn)播，并可通過移動終端的社交軟件將精彩畫面實時地與親友分享。同時，北京冬奧會也將實現(xiàn)5G+VR轉(zhuǎn)播，通過VR技術(shù)帶來的360度觀賽視角，觀眾可以自由旋轉(zhuǎn)視角觀看比賽，實現(xiàn)身臨其境的現(xiàn)場感。在VR中不僅可以看到完全真實的比賽場景，甚至可以達到超越現(xiàn)實的體驗。在觀賽過程中，通過對場館環(huán)境以及運動目標(biāo)的識別，針對用戶的喜好，還可以疊加多種數(shù)字化信息，實現(xiàn)個性化觀賽體驗，達到更好的觀賽效果。

　　在過去，比賽中時常會由于一次不當(dāng)判罰而破壞整場比賽，對比賽本身的公平性以及觀賽體驗帶來不利影響。針對這個問題，智能科技正在被引入賽場打造“智慧賽場”。早在2006年，“鷹眼”系統(tǒng)就被用于網(wǎng)球比賽中，通過不同角度的高速攝像機捕捉的網(wǎng)球飛行軌跡并進行三維重建和落點計算，在出現(xiàn)爭議比分時“鷹眼”系統(tǒng)輔助裁判確定網(wǎng)球的精確落點。類似技術(shù)也被引入到足球比賽中成為門線技術(shù)，通過計算機輔助，判斷足球是否越過球門線，從而確定該進球是否有效。該技術(shù)2013年由國際足聯(lián)決定正式引入世界杯，成為足球史上高科技被采納的一個歷史性決定。2018年俄羅斯世界杯足球賽期間，國際足聯(lián)更首次在比賽中采用了視頻助理裁判系統(tǒng)（VAR），當(dāng)比賽中出現(xiàn)球進門、紅牌、紅黃牌罰錯對象和點球這四種情況時，VAR系統(tǒng)就會提醒場上裁判，通過視頻回放與自動識別技術(shù)糾正誤判、漏判。此外，在以體操為代表的針對技巧與難度打分的項目中，人工智能裁判也正在醞釀之中。由于競爭的激烈，體操運動員之間的動作差異變得越來越細小、微妙，對裁判的能力要求也越來越高，而裁判在長時間工作后保持評分的準確性也更加困難。人工智能體操評分系統(tǒng)通過3D激光傳感器測量并建立運動員的三維人體運動模型，就其旋轉(zhuǎn)速度、肢體擺動幅度及跳躍高度做出極為精確的記錄，并與數(shù)據(jù)庫資料進行比較，從而判斷運動員技術(shù)動作是否成功、是否需要加分、減分。據(jù)預(yù)測，如果人工智能評分技術(shù)在體操中測試順利，還將被擴大到花樣滑冰、跳水等其他比賽項目之中。

 大眾健身 實現(xiàn)專業(yè)化和增強娛樂性

　　智能化技術(shù)正在不同的運動項目中逐漸得以應(yīng)用，運動技術(shù)的評估與訓(xùn)練輔助是人工智能技術(shù)在全民健身產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。

　　人們希望在專業(yè)人員的指導(dǎo)下有計劃、有步驟的運動，但專業(yè)化健身指導(dǎo)信息資源與途徑匱乏，大眾健身活動中難免存在一定的盲目性、隨意性以及風(fēng)險。在一些運動科學(xué)發(fā)達，普及程度高的國家，按照“運動處方”科學(xué)地進行鍛煉，是普遍被所接受的事情，但在我國運動處方對絕大多數(shù)人來說仍然是一個新概念，運動處方師更是稀缺。運動處方是指導(dǎo)人們采用最適合的鍛煉項目，以最適當(dāng)?shù)倪\動強度和活動時間，根據(jù)鍛煉者的基本情況與評測結(jié)果，結(jié)合主客觀條件，用處方的形式制定對鍛煉者適合的運動內(nèi)容、運動強度、運動時間及頻率，并指出運動中的注意事項，以達到科學(xué)的、有計劃的健身目的。針對人民群眾對于科學(xué)健身的迫切需求與科學(xué)指導(dǎo)信息資源不足之間的矛盾，可以預(yù)見基于人工智能技術(shù)的運動處方管理系統(tǒng)在我國將有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　智能化的運動處方系統(tǒng)建立在大量的專家知識基礎(chǔ)上，以用戶的體質(zhì)測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對用戶的運動能力進行充分評估，預(yù)測可能的運動風(fēng)險，結(jié)合其鍛煉目的制定健身運動處方，并對鍛煉過程進行動態(tài)監(jiān)控，對運動處方有效性進行不斷校驗，在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過機器學(xué)習(xí)進而對運動處方進行持續(xù)優(yōu)化。

　　智能可穿戴式設(shè)備的迅速發(fā)展為運動處方的制定與有效執(zhí)行創(chuàng)造了有利條件。當(dāng)跑動距離、速度、心率、心電、血氧等越來越多的指標(biāo)得以在智能手環(huán)、智能手表等可穿戴式設(shè)備中實現(xiàn)的時候，大型專業(yè)設(shè)備變成了每個人都可以隨身攜帶的健康助手，過去復(fù)雜的測試現(xiàn)在不知不覺就得以完成，智能運動處方已經(jīng)不再遙遠。

　　在達到合適運動量的同時，鍛煉者保持良好的運動技術(shù)同樣重要，這也需要專業(yè)知識的指導(dǎo)。以最常見的跑步為例，跑者的技術(shù)動作如果存在問題，不僅會影響到跑步的運動表現(xiàn)，更是導(dǎo)致發(fā)生運動損傷的關(guān)鍵因素。對于專業(yè)的研究人員來說，跑步過程中的技術(shù)動作可以用腳落地模式、地面接觸時間、豎向擺動以及膝關(guān)節(jié)屈伸角度等專業(yè)數(shù)據(jù)指標(biāo)來描述，過往這些都需要在實驗室環(huán)境下才能進行精確的分析，而現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)面向普通消費者的智能產(chǎn)品，通過自動化手段幫助跑者診斷跑步中的技術(shù)問題并基于數(shù)據(jù)來指導(dǎo)其改進，從而使普通人也能接受到專業(yè)的運動技術(shù)輔導(dǎo)。類似的智能化技術(shù)正在不同的運動項目中逐漸得以應(yīng)用，運動技術(shù)的評估與訓(xùn)練輔助是人工智能技術(shù)在全民健身產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。

　　為了幫助鍛煉者按照計劃堅持進行運動，提升鍛煉過程中的娛樂性也成為重點。不同形式的互動與社交方式通過智能設(shè)備被引進到鍛煉中：基于智能可穿戴設(shè)備的鍛煉記錄、打卡排名已經(jīng)非常普及；通過智能互動屏幕，鍛煉者與虛擬數(shù)字教練進行互動，或者通過攝像頭與麥克風(fēng)在鍛煉過程中與其他人進行社交的產(chǎn)品受到追捧；更加具有突破性的新技術(shù)也將很快從實驗室走向大眾，在戶外鍛煉時通過增強現(xiàn)實（AR）眼鏡進行娛樂與社交的“黑科技”已經(jīng)不再遙遠。在智能科技的助力下，大眾健身將變得更加科學(xué)、有效，也更加富有趣味性。

　　（作者：劉昊揚、崔一雄、陶寬，均來自北京體育大學(xué)，劉昊揚系教授、崔一雄系博士后、陶寬系講師）

相關(guān)知識

“低調(diào)國貨”里的黑科技
宇視科技亮相全民健身大賽閉幕式，智能科技賦能智慧體育
健身20分鐘=2小時，扒一扒VBSports EMS黑科技c
黑龍江省人口與計劃生育條例
科技時尚運動健康一體化 湖北省首個室外智慧健身房在洪山體育中心啟用
2024年度國家體育總局體育科普項目指南的通知
體育運動員的飲食調(diào)理：科學(xué)搭配，助力競技表現(xiàn)
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)心理健康教育與咨詢中心
黑芝麻 吃黑芝麻的六大好處
怎樣的黑痣會變成黑色素瘤

網(wǎng)址: 體育中的“黑科技” http://m.u1s5d6.cn/newsview58842.html