北理工“黑科技”助力北京冬奧會(huì)
發(fā)布日期： 2021-02-10 供稿：中國教育報(bào)
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(huì)
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在數(shù)臺(tái)圖像采集云臺(tái)變焦設(shè)備和超高清相機(jī)的“眾目睽睽”之下，4K顯示屏上準(zhǔn)確“捕捉”冰場上不斷閃動(dòng)的運(yùn)動(dòng)員身影,，電腦終端則同步分析其運(yùn)動(dòng)軌跡,。
這是北京理工大學(xué)牽頭實(shí)施的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)——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(xiàng)目中最新亮相的成果之一。日前,，一項(xiàng)項(xiàng)“黑科技”揭開神秘面紗,，將幫助我國運(yùn)動(dòng)員在冬奧會(huì)賽場上更快、更強(qiáng),。
高精度鏡頭精準(zhǔn)“捕捉”運(yùn)動(dòng)員冰上軌跡
圍繞科學(xué)備戰(zhàn)北京冬奧會(huì),、有效提升冬季運(yùn)動(dòng)項(xiàng)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(tuán)隊(duì)，一遍又一遍測試一項(xiàng)助力北京冬奧會(huì)的“黑科技”,。
這項(xiàng)“黑科技”是一個(gè)速度滑冰運(yùn)動(dòng)分析課題,，主要是借助“云臺(tái)變焦運(yùn)動(dòng)軌跡采集與動(dòng)作捕捉分析”“冰場全景圖像采集與運(yùn)動(dòng)軌跡分析”兩套系統(tǒng),，記錄運(yùn)動(dòng)員的速度滑冰,、短道速滑、花樣滑冰等冰上運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)作,，還能精準(zhǔn)分析每一名運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作軌跡,。
“我們把運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)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(dòng)作和軌跡進(jìn)行分析，便于優(yōu)化技術(shù)動(dòng)作,，幫助運(yùn)動(dòng)員,、教練員實(shí)現(xiàn)科學(xué)化訓(xùn)練?！眲⒚鹘榻B,，這個(gè)項(xiàng)目將為北京冬奧會(huì)冰上項(xiàng)目訓(xùn)練提供科技助力，為運(yùn)動(dòng)員制定訓(xùn)練計(jì)劃,、研究比賽策略等提供精確參考,。
這項(xiàng)“黑科技”的最大特點(diǎn)是將云臺(tái)變焦技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)測量，運(yùn)動(dòng)員不需穿戴式設(shè)備,，即便在很大范圍內(nèi)活動(dòng),，仍可精確獲得其運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。劉明說,，下一步,，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步改進(jìn)升級系統(tǒng)，增加采集機(jī)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(yùn)動(dòng)員提供高沉浸感訓(xùn)練環(huán)境
在真實(shí)的雪地環(huán)境里,，運(yùn)動(dòng)員模擬訓(xùn)練系統(tǒng)對重建精度,、低溫和實(shí)時(shí)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(jī)搭載激光雷達(dá)掃描效率較高,，但無人機(jī)在零下20攝氏度以下功效會(huì)大幅下降,。
北理工“冬季項(xiàng)目場景三維感知及重建技術(shù)”課題組研發(fā)的高精度機(jī)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(huì)的雪上項(xiàng)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(xiàng)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(huì)項(xiàng)目的訓(xùn)練需求，進(jìn)一步研發(fā)了“運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)信息多源實(shí)時(shí)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(tái)滑雪,、高山滑雪、越野滑雪和冬季兩項(xiàng)等項(xiàng)目的三維賽道數(shù)據(jù)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)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(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)信息,，建立了一套運(yùn)動(dòng)信息多源實(shí)時(shí)采集與顯示系統(tǒng)，幫助教練員糾正訓(xùn)練動(dòng)作和提高訓(xùn)練效率,，同時(shí)還能用于運(yùn)動(dòng)員在室內(nèi)的仿真訓(xùn)練,。”
目前,，相關(guān)成果已應(yīng)用于國家隊(duì)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(yùn)動(dòng)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(duì)訓(xùn)練場地內(nèi),，運(yùn)動(dòng)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(tuán)隊(duì)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(yùn)動(dòng)員的彎道滑行技術(shù)訓(xùn)練,，可實(shí)現(xiàn)加速過程的精準(zhǔn)控制，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國內(nèi)空白,。2019年4月研制成功的首臺(tái)裝置,，目前在國家隊(duì)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(duì)教練和運(yùn)動(dòng)員喜愛,，成為國家隊(duì)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(diǎn)，通過助力運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)水平,，取得了很好的訓(xùn)練效果,。”項(xiàng)目主要研發(fā)人,、宇航學(xué)院教師郝繼光說,。
除速度滑冰外，針對跳臺(tái)滑雪的人體彈射裝置目前也研制成功,，可為我國運(yùn)動(dòng)員在2022年冬奧會(huì)取得優(yōu)異成績提供科技支撐,。
此外,，自動(dòng)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(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)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(xiàng)技術(shù)動(dòng)作的訓(xùn)練效率,。
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