如何使滑冰滑雪的动作更精准？如何在非雪季进行雪上训练？……为备战北京冬奥会，提升冬季运动项目训练水平，几年来，由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”项目稳步实施。一项项“黑科技”已经或即将运用于我国冬季运动项目的训练中，助力“科技冬奥”，让运动员在冰雪赛场上更快、更强！
“高精镜头”追踪冰上轨迹
连日来，在首都体育学院的滑冰馆内，北理工光电学院仪器研究所副教授刘明带领团队一遍遍测试设备。看台上竖立着数台图像采集云台变焦设备和超高清相机，刘明盯着4K显示器中正在冰场内滑冰的测试人员图像，操作电脑，采集分析其运动轨迹。
他所负责的速度滑冰运动分析课题，旨在通过“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，对速度滑冰、短道速滑、花样滑冰等冰上运动轨迹和动作进行分析，可精细解析单个运动员的动作轨迹，也可对多名运动员轨迹进行同步分析。
“我们系统的作用就是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。”刘明说。
此项目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。为满足高精度测量需求，团队不断改良镜头设计，在经过7个版本的改进后实现了测量过程的平顺、快速和高精度。两台全景相机具有高达单帧2500万像素的解析度，采集帧率每秒160帧，适合多人运动轨迹分析。
刘明说，下一步团队将改进升级系统，增加采集机位数量，提高图像解析度，让分析结果更精准。“希望我们的设备产品能尽快运用于冰上运动甚至是田径项目的教学和训练中，提升运动员的成绩，这将是我们最大的光荣！”
无人机扫描搭建“仿真雪场”
在茫茫雪原上高速疾驰，忽而起伏颠簸，忽而侧身转弯……在北理工光电学院，“冬季项目场景三维感知及重建技术”课题组的张海洋正在电子屏上展示其用三维激光雷达扫描系统搭建的崇礼滑雪场场景，让人身临其境。他身旁，摆放着两架搭载激光雷达系统的无人机。
“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场景的数据，利用VR（虚拟现实）技术把场景信息显示出来，再加上运动员跟踪系统数据，实现视觉场景显示，用于运动员在室内的仿真训练。”张海洋说。
不同雪场环境不同，要做到真实还原，需收集大量实地数据。为此，研究团队利用无人机载、车载的激光雷达系统，奔赴北京、河北、吉林等地多个滑雪场进行数据扫描和测试，还通过运动员穿戴的传感器，收集其在雪场运动信息，再反馈到显示系统中。
运动员模拟训练系统对重建精度、低温和实时传输等方面都要求严格，尤其是低温的挑战特别大。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摄氏度以下就功效下降，为此团队还开发出适合低温环境运行的无人机载激光雷达扫描系统。
“目前我们的相关成果已应用于国家队，可减少运动员在非训练时的损伤，提高运动效率，给教练员提供技术帮助。”张海洋希望，让技术成果惠及更多运动员。
室内仿真模拟“高山滑雪”
在北理工一间实验室内，自动化学院研究生曹洪卿正穿戴好传感器装备，走上12米长的钢制滑台，踏上滑台上一副模拟雪橇，面对巨大电子屏上的滑雪场景画面，开始急速左右摆动滑行。
因参与“室内多自由度模拟滑雪训练系统”的课题，曹洪卿专门参加了滑雪培训，以亲身测试这套室内模拟滑雪训练设备的效果。“在滑台上主要是做回转运动，在上面练习挺累的，但有真实雪道的体验，可达到滑雪训练的目的。”他说。
据悉，此项目主要是为高山滑雪、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。同时，通过在滑雪训练平台上安装运动形态识别与位姿测量系统，可采集分析运动员运动数据，为科学化训练提供指导依据。
课题组负责人、北理工自动化学院教授刘向东介绍，这套设备的优点是让运动员在非雪季也能在室内展开滑雪训练，滑台上的滑行速度可达百公里的时速。运动员全身关节处的17个传感器，可精准反映其姿态动作数据，帮助教练评估参考。此外，这套设备的通用型产品还在滑台下加装了运动模拟平台，有高低、倾斜、偏转变化，通过各角度帮助运动员训练。相关设备已用于国家高山滑雪队运动员的日常训练。
“北京冬奥会越来越近，希望我们的研究成果能促进运动员的训练，助力科技冬奥在训练技术方面的提升，做出我们的贡献。”刘向东说。
来源：人民网
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