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(guó)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(chǎng)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)——國(guó)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(kāi)神秘面紗,，將幫助我國(guó)運(yùn)動(dòng)員在冬奧會(huì)賽場(chǎng)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(lái)，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(cè)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(chǎng)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(guò)程通過(guò)連續(xù)變焦跟蹤特寫及全景采集的方式記錄下來(lái),，再對(duì)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,。”劉明介紹,，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(cè)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(shuō)，下一步,，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步改進(jìn)升級(jí)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(duì)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(lái)的挑戰(zhàn)。有的雪場(chǎng)方圓幾平方公里，有的場(chǎng)地落差近千米,，用無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)掃描效率較高,，但無(wú)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(chǎng)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(zhǎng)明牽頭的課題組,，著手“冬季項(xiàng)目場(chǎng)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(shuō)：“我們通過(guò)測(cè)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(chǎng)景信息重建并顯示出來(lái)。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(guó)家隊(duì)日常訓(xùn)練,。
人體高速?gòu)椛溲b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(guó)家隊(duì)訓(xùn)練場(chǎng)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?gòu)椛溲b置”,，開(kāi)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?gòu)椛溲b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(guò)程的精準(zhǔn)控制，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)空白,。2019年4月研制成功的首臺(tái)裝置,，目前在國(guó)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(guó)家隊(duì)教練和運(yùn)動(dòng)員喜愛(ài),，成為國(guó)家隊(duì)日常訓(xùn)練科目之一。
“該設(shè)備具有過(guò)程可控、調(diào)節(jié)方便,、滑離速度精確等優(yōu)點(diǎn),，通過(guò)助力運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練中的加速過(guò)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,?！表?xiàng)目主要研發(fā)人、宇航學(xué)院教師郝繼光說(shuō),。
除速度滑冰外,，針對(duì)跳臺(tái)滑雪的人體彈射裝置目前也研制成功，可為我國(guó)運(yùn)動(dòng)員在2022年冬奧會(huì)取得優(yōu)異成績(jī)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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