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北理工“黑科技”助力北京冬奧會


原文標題:北理工“黑科技”助力北京冬奧會

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在數台圖像采集雲台變焦設備和超高清相機的“衆目睽睽”之下,4K顯示屏上准確“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迹。

這是北京理工大學牽頭實施的國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項——國家科學化訓練基地建設關鍵技術研究與示範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。

高精度鏡頭精准“捕捉”運動員冰上軌迹

圍繞科學備戰北京冬奧會、有效提升冬季運動項目訓練水平,連日來,在首都體育學院的滑冰館內,北京理工大學光電學院儀器研究所副教授劉明帶領團隊,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“雲台變焦運動軌迹采集與動作捕捉分析”“冰場全景圖像采集與運動軌迹分析”兩套系統,記錄運動員的速度滑冰、短道速滑、花樣滑冰等冰上運動軌迹和動作,還能精准分析每一名運動員的動作軌迹。

“我們把運動員的運動過程通過連續變焦跟蹤特寫及全景采集的方式記錄下來,再對其動作和軌迹進行分析,便于優化技術動作,幫助運動員、教練員實現科學化訓練。”劉明介紹,這個項目將爲北京冬奧會冰上項目訓練提供科技助力,爲運動員制定訓練計劃、研究比賽策略等提供精確參考。

這項“黑科技”的最大特點是將雲台變焦技術應用于運動測量,運動員不需穿戴式設備,即便在很大範圍內活動,仍可精確獲得其運動數據。劉明說,下一步,團隊將進一步改進升級系統,增加采集機位數量,提高圖像解析度,讓分析結果更加精准。

三維感知技術爲運動員提供高沈浸感訓練環境

在真實的雪地環境裏,運動員模擬訓練系統對重建精度、低溫和實時傳輸等方面要求嚴格,尤其需要克服低溫所帶來的挑戰。有的雪場方圓幾平方公裏,有的場地落差近千米,用無人機搭載激光雷達掃描效率較高,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”課題組研發的高精度機載激光雷達系統相關技術,有望破解這一技術難題。

爲了向2022年冬奧會的雪上項目訓練提供科技支持,從2018年8月起,由北理工光電學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”的研究工作,並根據冬奧會項目的訓練需求,進一步研發了“運動員運動信息多源實時采集與顯示系統”。

課題組成員張海洋說:“我們通過測量跳台滑雪、高山滑雪、越野滑雪和冬季兩項等項目的三維賽道數據,利用虛擬現實技術把場景信息重建並顯示出來。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,幫助教練員糾正訓練動作和提高訓練效率,同時還能用于運動員在室內的仿真訓練。”

目前,相關成果已應用于國家隊日常訓練。

人體高速彈射裝置爲冰雪訓練精准控制速度

只需幾秒鍾,一名速度滑冰運動員就可從靜止狀態達到指定速度,然後,調節姿態、入彎一氣呵成……在速度滑冰國家隊訓練場地內,運動員們正在使用北京理工大學宇航學院航天發射技術團隊研制的“人體高速彈射裝置”,開展彎道技術訓練。

這套由北理工宇航學院牽頭研制的“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訓練,可實現加速過程的精准控制,填補了該領域的國內空白。2019年4月研制成功的首台裝置,目前在國家隊訓練中心安裝調試完畢,教練組進行了模擬訓練,深受國家隊教練和運動員喜愛,成爲國家隊日常訓練科目之一。

“該設備具有過程可控、調節方便、滑離速度精確等優點,通過助力運動員訓練中的加速過程,減少體力消耗,提高訓練效率,提升運動水平,取得了很好的訓練效果。”項目主要研發人、宇航學院教師郝繼光說。

除速度滑冰外,針對跳台滑雪的人體彈射裝置目前也研制成功,可爲我國運動員在2022年冬奧會取得優異成績提供科技支撐。

此外,自動化學院還研發了“室內多自由度模擬滑雪訓練系統”,爲高山滑雪、越野滑雪等項目的運動員提供室內模擬滑雪訓練設備,以提升其回轉、滑行等專項技術動作的訓練效率。


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