北体大团队为巩立姣建立个体化动作技术分析模型。受访者供图
不久前的东京奥运会上，中国田径队女子投掷项目取得大丰收，巩立姣、刘诗颖分获女子铅球、女子标枪金牌，王峥斩获女子链球银牌。除了运动员、教练员的艰苦备战和训练场上的付出，她们背后的科技助力团队同样贡献了一份力量。
从2018年开始，在中国田径协会特聘科技助力专家、美国北卡罗来纳大学于冰教授以及北京体育大学中国运动与健康研究院执行院长刘卉教授等人的带领下，北体大生物力学科技助力团队研发了无需标记点的人工智能人体运动视频解析系统，建立了投掷项目的动作技术数据库和个体化动作技术分析模型，为教练员制定训练计划、运动员改进技术细节提供了重要的科学参考。
日前，北体大中国运动与健康研究院执行院长刘卉教授接受了新京报记者专访，她直言，女子投掷项目取得的优异成绩在意料之中，“于冰教授通过对模型参数的蒙特卡洛模拟，预测了运动员改善技术后能达到的成绩，以及这种成绩下拿牌的概率，3名运动员在奥运会上的成绩均在预测范围内。”
通过数据库分析发现，提高出手速度是刘诗颖提高成绩的关键。受访者供图
原理
助力刘诗颖近10年，建立投掷技术最佳模型
在竞技体育领域，运动生物力学团队的主要任务是对运动员的动作技术进行分析与诊断，为运动员和教练员提供肉眼看不到的技术细节的定量描述。可以基于大量数据的分析，帮助运动员和教练员明确影响运动员表现的动作技术因素，从而能够有针对性地改进技术、提高成绩。
刘卉介绍，以生物力学为基础的运动员动作技术分析工作，对运动员改进技术、提高成绩至关重要。此外，对数据的分析还需要一定的概率论和统计学基础、计算机编程能力以及对项目本身的深刻理解。在所有投掷项目里，标枪和铁饼还要考虑出手时各项技术参数与空气动力学之间的关系。
在我国，对运动员动作技术进行定量的分析和诊断工作已有超60年的历史。刘卉对刘诗颖进行科技服务已有近10年，积累了刘诗颖比赛中百余次试投的技术数据，形成她的个体动作技术数据库。
“2017年，我们通过数据库的分析发现，提高出手速度是刘诗颖提高成绩的关键，而增加助跑速度、最后用力前保持躯干后倾和肩髋扭转，有助于她提高出手速度。2018年之后，她的投掷技术日趋完善，我们确定了她标枪出手时的多个力学参数的最佳范围，建立了其投掷技术的最佳模型。”
刘卉透露，以上力学参数大多与标枪飞行过程中借助空气滑行的距离有关。在教练郭庆仙的指导下，刘诗颖在近两年的多项国内比赛中，连续稳定地表现出了最佳的技术模式。“东京奥运会期间，气温高、空气湿度大，非常不利于标枪飘行。在这种环境下，标枪运动员必须拿出极佳的投掷技术才能取得好名次，刘诗颖优秀的投掷技术是她在东京奥运会上获胜的关键之一。”刘卉说。
东京奥运会女子标枪决赛，刘诗颖凭借第一投力压众多世界顶尖高手夺冠。在刘卉看来，刘诗颖在奥运会前经历了肋间肌拉伤，此次东京奥运会是带伤参赛，她合理稳定的动作技术和赛前对伤病的治疗控制是第一次试投取得好成绩的关键，但伤势还是严重影响了后面试投的成绩，“基于刘诗颖稳定合理的动作技术，等到伤势完全康复后，她还将取得更好的成绩。”
人体运动视频解析系统极大提高了效率。受访者供图
成果
最大投掷项目数据库，为改进技术提供参考
除了对刘诗颖近10年的科技助力，从2018年开始，北体大生物力学科技助力团队还联合大连锐动科技公司，研发了无需标记点的人工智能人体运动视频解析系统。这一系统在几分钟内就能自动完成过去人工几小时才能完成的视频解析工作，极大地提高了生物力学科技助力的效率。
据刘卉介绍，传统的生物力学科技助力手段，是通过人工解析运动员训练的视频画面，耗时耗力耗人，信息反馈比较慢。还有一种方法是在人体上设置反光点，使计算机能够通过识别反光点来确定人体的运动，但这种方法只能在实验室里使用，不能在训练和比赛中使用。
无需标记点的人工智能人体运动视频解析系统研发成功后，北体大生物力学科技助力团队多次在全国田径锦标赛、冠军赛、投掷项群赛（疫情期间的特许赛）中采集运动员实际比赛中的生物力学数据，很快建立起我国投掷项目的动作技术数据库，并收集了大量的世界优秀投掷运动员的动作技术数据。
“据我们所知，这是目前世界上最大的投掷项目生物力学数据库。”刘卉透露，在这些数据的基础上，团队建立了适合我国运动员的个体化“动作技术分析模型”，每次采集数据之后，科研团队都会为中国田径队重点运动员提供详细的技术分析报告。
通过横向比较，中国运动员能看出与世界优秀运动员的技术差异，并估算需要哪些体能训练。通过纵向比较，能确定中国优秀运动员技术改进的进展和效果。也可以通过计算机模拟优化中国运动员的技术动作，为教练员制定训练计划提供重要的科学参考。
体现到个别运动员身上，北体大科技助力团队分析发现，巩立娇滑步距离越长，她的成绩就越好，滑步距离是影响她成绩的主要生物力学因素，王峥在第二圈最低点的球速与成绩的最大相关系数达到了0.94，突破点就是提高第二圈的球速，这些发现都为运动员改进技术、提高成绩做出贡献。
北体大团队还将助力冬季项目的科学训练。图/新华社
前景
奥运成绩在预测范围内，已在助力冬季项目
据刘卉介绍，早在2020年初，于冰教授就根据我国运动员历年成绩和国外主要对手的成绩，预测了我国运动员在推迟的东京奥运会上取得金牌和奖牌的概率。结果证明，这3名运动员在奥运会上的成绩均在预测范围内。
工作成效在奥运会赛场得到验证，这对北体大科技助力团队无疑是很大的激励，也让这个团队更加有信心和激情，为中国竞技体育取得更好成绩提供科技助力，“希望我们的工作思路和方法，未来能为其他项目的科技助力工作提供借鉴，使更多的项目建立数据库，基于大数据的分析，确定提高运动成绩的关键因素。”
提及无需标记点的人工智能人体运动视频解析系统，刘卉强调，这是目前世界上唯一能够在各种复杂环境下采集实际比赛数据的系统，东京奥运会结束后，北体大生物力学科技助力团队将全力投入到助力我国冬季项目运动员科学训练的工作中。
“过去3年，我们将这一系统应用到部分冬季项目中，采集了大量我国冬季运动员的动作技术数据，这也是我们有效助力冬奥运动员取得好成绩的基础。”刘卉和团队的其他成员信心满满，希望为北京冬奥会再出一份力。
新京报记者 徐邦印
编辑 王春秋 校对 翟永军
