北理工“黑科技”助力北京冬奧會
發(fā)布日期： 2021-02-10 供稿：中國教育報
編輯：吳楠 審核：劉曉俏 閱讀次數(shù)：原文標(biāo)題：北理工“黑科技”助力北京冬奧會
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在數(shù)臺圖像采集云臺變焦設(shè)備和超高清相機的“眾目睽睽”之下,，4K顯示屏上準(zhǔn)確“捕捉”冰場上不斷閃動的運動員身影,，電腦終端則同步分析其運動軌跡。
這是北京理工大學(xué)牽頭實施的國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項——國家科學(xué)化訓(xùn)練基地建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項目中最新亮相的成果之一,。日前,，一項項“黑科技”揭開神秘面紗，將幫助我國運動員在冬奧會賽場上更快,、更強,。
高精度鏡頭精準(zhǔn)“捕捉”運動員冰上軌跡
圍繞科學(xué)備戰(zhàn)北京冬奧會、有效提升冬季運動項目訓(xùn)練水平,，連日來,，在首都體育學(xué)院的滑冰館內(nèi)，北京理工大學(xué)光電學(xué)院儀器研究所副教授劉明帶領(lǐng)團隊,，一遍又一遍測試一項助力北京冬奧會的“黑科技”,。
這項“黑科技”是一個速度滑冰運動分析課題，主要是借助“云臺變焦運動軌跡采集與動作捕捉分析”“冰場全景圖像采集與運動軌跡分析”兩套系統(tǒng),，記錄運動員的速度滑冰,、短道速滑、花樣滑冰等冰上運動軌跡和動作，還能精準(zhǔn)分析每一名運動員的動作軌跡,。
“我們把運動員的運動過程通過連續(xù)變焦跟蹤特寫及全景采集的方式記錄下來,，再對其動作和軌跡進(jìn)行分析,，便于優(yōu)化技術(shù)動作,，幫助運動員、教練員實現(xiàn)科學(xué)化訓(xùn)練,?！眲⒚鹘榻B，這個項目將為北京冬奧會冰上項目訓(xùn)練提供科技助力,，為運動員制定訓(xùn)練計劃,、研究比賽策略等提供精確參考。
這項“黑科技”的最大特點是將云臺變焦技術(shù)應(yīng)用于運動測量,，運動員不需穿戴式設(shè)備,，即便在很大范圍內(nèi)活動，仍可精確獲得其運動數(shù)據(jù),。劉明說,，下一步，團隊將進(jìn)一步改進(jìn)升級系統(tǒng),，增加采集機位數(shù)量,，提高圖像解析度，讓分析結(jié)果更加精準(zhǔn),。
三維感知技術(shù)為運動員提供高沉浸感訓(xùn)練環(huán)境
在真實的雪地環(huán)境里,，運動員模擬訓(xùn)練系統(tǒng)對重建精度、低溫和實時傳輸?shù)确矫嬉髧?yán)格,，尤其需要克服低溫所帶來的挑戰(zhàn),。有的雪場方圓幾平方公里，有的場地落差近千米,，用無人機搭載激光雷達(dá)掃描效率較高,，但無人機在零下20攝氏度以下功效會大幅下降。
北理工“冬季項目場景三維感知及重建技術(shù)”課題組研發(fā)的高精度機載激光雷達(dá)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù),，有望破解這一技術(shù)難題,。
為了向2022年冬奧會的雪上項目訓(xùn)練提供科技支持，從2018年8月起,，由北理工光電學(xué)院教授趙長明牽頭的課題組,，著手“冬季項目場景三維感知及重建技術(shù)”的研究工作，并根據(jù)冬奧會項目的訓(xùn)練需求,，進(jìn)一步研發(fā)了“運動員運動信息多源實時采集與顯示系統(tǒng)”,。
課題組成員張海洋說：“我們通過測量跳臺滑雪、高山滑雪、越野滑雪和冬季兩項等項目的三維賽道數(shù)據(jù),，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)把場景信息重建并顯示出來,。配合所采集到的高精度運動員運動信息，建立了一套運動信息多源實時采集與顯示系統(tǒng),，幫助教練員糾正訓(xùn)練動作和提高訓(xùn)練效率,，同時還能用于運動員在室內(nèi)的仿真訓(xùn)練?！?/p>
目前,，相關(guān)成果已應(yīng)用于國家隊日常訓(xùn)練。
人體高速彈射裝置為冰雪訓(xùn)練精準(zhǔn)控制速度
只需幾秒鐘,，一名速度滑冰運動員就可從靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到指定速度,，然后，調(diào)節(jié)姿態(tài),、入彎一氣呵成……在速度滑冰國家隊訓(xùn)練場地內(nèi),，運動員們正在使用北京理工大學(xué)宇航學(xué)院航天發(fā)射技術(shù)團隊研制的“人體高速彈射裝置”，開展彎道技術(shù)訓(xùn)練,。
這套由北理工宇航學(xué)院牽頭研制的“人體高速彈射裝置”,，主要用于輔助速度滑冰運動員的彎道滑行技術(shù)訓(xùn)練，可實現(xiàn)加速過程的精準(zhǔn)控制,，填補了該領(lǐng)域的國內(nèi)空白,。2019年4月研制成功的首臺裝置，目前在國家隊訓(xùn)練中心安裝調(diào)試完畢,，教練組進(jìn)行了模擬訓(xùn)練,，深受國家隊教練和運動員喜愛，成為國家隊日常訓(xùn)練科目之一,。
“該設(shè)備具有過程可控,、調(diào)節(jié)方便、滑離速度精確等優(yōu)點,，通過助力運動員訓(xùn)練中的加速過程,，減少體力消耗，提高訓(xùn)練效率,，提升運動水平,，取得了很好的訓(xùn)練效果?！表椖恐饕邪l(fā)人,、宇航學(xué)院教師郝繼光說。
除速度滑冰外,，針對跳臺滑雪的人體彈射裝置目前也研制成功,，可為我國運動員在2022年冬奧會取得優(yōu)異成績提供科技支撐,。
此外，自動化學(xué)院還研發(fā)了“室內(nèi)多自由度模擬滑雪訓(xùn)練系統(tǒng)”,，為高山滑雪,、越野滑雪等項目的運動員提供室內(nèi)模擬滑雪訓(xùn)練設(shè)備，以提升其回轉(zhuǎn),、滑行等專項技術(shù)動作的訓(xùn)練效率,。
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