在数台图像采集云台变焦设备和超高清相机的“众目睽睽”之下 ， 4K显示屏上准确“捕捉”冰场上不断闪动的运动员身影 ， 电脑终端则同步分析其运动轨迹 。
这是北京理工大学牵头实施的国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——国家科学化训练基地建设关键技术研究与示范项目中最新亮相的成果之一 。 日前 ， 一项项“黑科技”揭开神秘面纱 ， 将帮助我国运动员在冬奥会赛场上更快、更强 。
【轨迹|精准“捕捉”运动员冰上轨迹 提供高沉浸感训练环境北理工“黑科技”助力北京冬奥会】高精度镜头精准“捕捉”运动员冰上轨迹
围绕科学备战北京冬奥会、有效提升冬季运动项目训练水平 ， 连日来 ， 在首都体育学院的滑冰馆内 ， 北京理工大学光电学院仪器研究所副教授刘明带领团队 ， 一遍又一遍测试一项助力北京冬奥会的“黑科技” 。
这项“黑科技”是一个速度滑冰运动分析课题 ， 主要是借助“云台变焦运动轨迹采集与动作捕捉分析”“冰场全景图像采集与运动轨迹分析”两套系统 ， 记录运动员的速度滑冰、短道速滑、花样滑冰等冰上运动轨迹和动作 ， 还能精准分析每一名运动员的动作轨迹 。
“我们把运动员的运动过程通过连续变焦跟踪特写及全景采集的方式记录下来 ， 再对其动作和轨迹进行分析 ， 便于优化技术动作 ， 帮助运动员、教练员实现科学化训练 。 ”刘明介绍 ， 这个项目将为北京冬奥会冰上项目训练提供科技助力 ， 为运动员制定训练计划、研究比赛策略等提供精确参考 。
这项“黑科技”的最大特点是将云台变焦技术应用于运动测量 ， 运动员不需穿戴式设备 ， 即便在很大范围内活动 ， 仍可精确获得其运动数据 。 刘明说 ， 下一步 ， 团队将进一步改进升级系统 ， 增加采集机位数量 ， 提高图像解析度 ， 让分析结果更加精准 。
三维感知技术为运动员提供高沉浸感训练环境
在真实的雪地环境里 ， 运动员模拟训练系统对重建精度、低温和实时传输等方面要求严格 ， 尤其需要克服低温所带来的挑战 。 有的雪场方圆几平方公里 ， 有的场地落差近千米 ， 用无人机搭载激光雷达扫描效率较高 ， 但无人机在零下20摄氏度以下功效会大幅下降 。
北理工“冬季项目场景三维感知及重建技术”课题组研发的高精度机载激光雷达系统相关技术 ， 有望破解这一技术难题 。
为了向2022年冬奥会的雪上项目训练提供科技支持 ， 从2018年8月起 ， 由北理工光电学院教授赵长明牵头的课题组 ， 着手“冬季项目场景三维感知及重建技术”的研究工作 ， 并根据冬奥会项目的训练需求 ， 进一步研发了“运动员运动信息多源实时采集与显示系统” 。
课题组成员张海洋说：“我们通过测量跳台滑雪、高山滑雪、越野滑雪和冬季两项等项目的三维赛道数据 ， 利用虚拟现实技术把场景信息重建并显示出来 。 配合所采集到的高精度运动员运动信息 ， 建立了一套运动信息多源实时采集与显示系统 ， 帮助教练员纠正训练动作和提高训练效率 ， 同时还能用于运动员在室内的仿真训练 。 ”
目前 ， 相关成果已应用于国家队日常训练 。
人体高速弹射装置为冰雪训练精准控制速度
只需几秒钟 ， 一名速度滑冰运动员就可从静止状态达到指定速度 ， 然后 ， 调节姿态、入弯一气呵成……在速度滑冰国家队训练场地内 ， 运动员们正在使用北京理工大学宇航学院航天发射技术团队研制的“人体高速弹射装置” ， 开展弯道技术训练 。
这套由北理工宇航学院牵头研制的“人体高速弹射装置” ， 主要用于辅助速度滑冰运动员的弯道滑行技术训练 ， 可实现加速过程的精准控制 ， 填补了该领域的国内空白 。 2019年4月研制成功的首台装置 ， 目前在国家队训练中心安装调试完毕 ， 教练组进行了模拟训练 ， 深受国家队教练和运动员喜爱 ， 成为国家队日常训练科目之一 。
“该设备具有过程可控、调节方便、滑离速度精确等优点 ， 通过助力运动员训练中的加速过程 ， 减少体力消耗 ， 提高训练效率 ， 提升运动水平 ， 取得了很好的训练效果 。 ”项目主要研发人、宇航学院教师郝继光说 。
除速度滑冰外 ， 针对跳台滑雪的人体弹射装置目前也研制成功 ， 可为我国运动员在2022年冬奥会取得优异成绩提供科技支撑 。
此外 ， 自动化学院还研发了“室内多自由度模拟滑雪训练系统” ， 为高山滑雪、越野滑雪等项目的运动员提供室内模拟滑雪训练设备 ， 以提升其回转、滑行等专项技术动作的训练效率 。
《中国教育报》2021年02月10日第2版
作者：本报采访人员 柯进 通讯员 哈楠
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