日本Hokusho大學(xué)利用Xsens動(dòng)捕技術(shù)幫助改善奧運(yùn)冠軍訓(xùn)練計(jì)劃
在最高水平的體育比賽中,，往往是最小的細(xì)節(jié)將獲勝者和亞軍區(qū)分開來(lái),。運(yùn)動(dòng)員和他們的團(tuán)隊(duì)花了數(shù)百甚至數(shù)千小時(shí)準(zhǔn)備比賽：研究改變飲食,、作息和表現(xiàn)的最佳方式,，希望能夠比對(duì)手更有優(yōu)勢(shì),。生物黑客技術(shù)的進(jìn)步意味著運(yùn)動(dòng)員將有機(jī)會(huì)獲得提高成績(jī)的全新工具,。
在幫助Kobayashi獲得2022年冬奧會(huì)金牌的案例中,，Hokusho大學(xué)的Keizo Yamamoto教授在訓(xùn)練中使用了動(dòng)作捕捉技術(shù),。這一技術(shù)優(yōu)先的訓(xùn)練方式最終被證明是成功的,，Kobayashi在男子個(gè)人普通跳臺(tái)滑雪決賽中獲得金牌,。
在本文中Keizo Yamamoto教授向我們講述了他如何將動(dòng)作捕捉作為研究過程的一部分，為什么選擇Xsens，以及該技術(shù)在不久的將來(lái)如何用于其他運(yùn)動(dòng),。
Keizo Yamamoto教授精通分析運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作,。他不僅在大學(xué)體育學(xué)院專攻運(yùn)動(dòng)學(xué)，還與日本奧林匹克委員會(huì)的運(yùn)動(dòng)員密切合作,。
“從2008年開始,，我一直在日本札幌的國(guó)家訓(xùn)練中心（NTC）幫助運(yùn)動(dòng)員，并擔(dān)任跳臺(tái)滑雪訓(xùn)練中心的科學(xué)顧問,。除了體能訓(xùn)練,，國(guó)家訓(xùn)練中心還為運(yùn)動(dòng)員提供廣泛的支持，包括成績(jī)?cè)u(píng)估,、營(yíng)養(yǎng)指導(dǎo),，以及醫(yī)生提供的醫(yī)療和心理支持。我負(fù)責(zé)表現(xiàn)評(píng)估,，這涉及從生物力學(xué)角度評(píng)估姿勢(shì)和動(dòng)作,。”
隨著2022年冬季奧運(yùn)會(huì)的臨近,，山本教授和他的團(tuán)隊(duì)正在尋求捕捉運(yùn)動(dòng)員優(yōu)異表現(xiàn)的方法,，并使用這些數(shù)據(jù)來(lái)提高整個(gè)團(tuán)隊(duì)的表現(xiàn)。2019年,，他們第一次決定使用動(dòng)作捕捉技術(shù),，Ryō yū?Kobayashi是理想的研究候選人。在2018/19 FIS跳臺(tái)滑雪世界杯上,，Ryō yū?Kobayashi總共獲得了六個(gè)獎(jiǎng)杯,，包括最高獎(jiǎng)項(xiàng)。Ryō yū?Kobayashi是2022年冬奧會(huì)的熱門種子選手之一,，因此Keizo Yamamoto教授熱衷于分析他的表現(xiàn),，并幫助他突破瓶頸進(jìn)入下一個(gè)水平。
“Ryō yū?Kobayashi獲得了2018/19賽季的世界杯總冠軍,。我們請(qǐng)他幫助我們以分析世界頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn),，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為這對(duì)教練和其他運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)是一個(gè)有用的資源。他愉快地同意了,?！盞eizo Yamamoto教授說(shuō)道。
跳臺(tái)滑雪是一項(xiàng)獨(dú)特的運(yùn)動(dòng),，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員每年只能在有限的幾天內(nèi)練習(xí)飛行,，這是由于該項(xiàng)目與特定的天氣條件有關(guān)。有了動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù),，運(yùn)動(dòng)員和教練就可以完整地一遍又一遍的觀察跳躍的技巧與時(shí)機(jī),，不必再擔(dān)心天氣情況,。
Keizo Yamamoto教授需要足夠強(qiáng)大的動(dòng)作捕捉技術(shù)來(lái)捕捉運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，同時(shí)又足夠輕便,，不會(huì)干擾他們的表現(xiàn),。為此，他們找到了Xsens,。
運(yùn)動(dòng)研究——使用正確的動(dòng)捕技術(shù)避免觀察者效應(yīng)
出色的表現(xiàn)通常歸功于運(yùn)動(dòng)員保持積極心態(tài)的能力,，在這種擁有積極心態(tài)的狀態(tài)下他們往往會(huì)感覺自己能控制自己的表現(xiàn)。在ESPN的系列紀(jì)錄片《The Last Dance》中,，《Rare Air》的作者M(jìn)ark Vancil討論了Michael Jordan的精神:“他在比賽中從來(lái)不會(huì)分心……他的天賦不是他能跳得高,，跑得快，或者投籃,。而是他能夠足夠集中,。這就是它與其他運(yùn)動(dòng)員所不同的地方?！蓖瑯?，在此次研究中最重要的是Ryō yū?Kobayashi能夠保持注意力，而不會(huì)因他穿著的動(dòng)捕套裝而分心,，正是Xsens的可穿戴性以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性讓Keizo Yamamoto教授最終選擇了Xsens,。小林記錄的跳躍將成為國(guó)家訓(xùn)練中心衡量其他滑雪運(yùn)動(dòng)員的標(biāo)準(zhǔn)；因此Ryō yū?Kobayashi能在自然狀態(tài)下進(jìn)行跳躍演示是至關(guān)重要的,。
“在跳臺(tái)滑雪中動(dòng)作的精確度通常以毫秒計(jì)算”Keizo Yamamoto解釋說(shuō)：“即使是姿勢(shì)上最輕微的變化，也會(huì)極大地影響氣流和空氣動(dòng)力,。我們研究的目的是提高運(yùn)動(dòng)員的成績(jī),。我們需要一個(gè)能夠高精度測(cè)量運(yùn)動(dòng)員姿態(tài)的系統(tǒng)。我們選擇Xsens是因?yàn)樗臏?zhǔn)確性以及整個(gè)系統(tǒng)的整體重量和尺寸,?！?/p>
最高級(jí)別的運(yùn)動(dòng)裝備采用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)計(jì)：從技術(shù)材料到重量克數(shù)，這些差異因素不僅會(huì)增加訓(xùn)練預(yù)算,，還會(huì)影響對(duì)于運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)的微觀測(cè)量,。因此，動(dòng)捕裝備不能影響運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作,?！拔覀兌嗄陙?lái)一直在尋找一種基于芯片的慣性測(cè)量單元（IMU）傳感器類型的mocap系統(tǒng)，因?yàn)榛┻\(yùn)動(dòng)員需要穿戴專門的運(yùn)動(dòng)服,，所以傳統(tǒng)上用于電影的笨重的基于標(biāo)記的mocap對(duì)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)并不合適”,。
滑雪運(yùn)動(dòng)員必須穿緊身套裝，過去,，如果運(yùn)動(dòng)員穿的套裝沒有達(dá)到“緊身”標(biāo)準(zhǔn),，就會(huì)被取消資格”,。MVN?Link套裝與Ryō yū?Kobayashi在比賽中穿的滑雪服非常相似，這意味著不會(huì)有任何額外的重量需要研究人員考慮,，也不會(huì)改變Ryō yū?Kobayashi的跳躍方式,。“我們考慮了各種制造商,，然后選擇了Xsens MVN,，因?yàn)樗梢跃_地測(cè)量運(yùn)動(dòng)員和滑雪板的姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)員必須戴上這個(gè)裝置,，然后進(jìn)行跳躍我們需要一個(gè)重量盡可能輕,、體積盡可能小的系統(tǒng)。Xsens滿足了所有這些要求,?！?/p>
研究成果
通過使用Xsens套裝，團(tuán)隊(duì)能夠連續(xù)記錄Ryō yū?Kobayashi的動(dòng)作,。由此,，將其動(dòng)作轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換成3D效果圖,，通過世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)Fugaku進(jìn)行分析,。
有了記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)，Keizo Yamamoto教授和他的團(tuán)隊(duì)便開始分析跳躍動(dòng)作中的關(guān)鍵點(diǎn),。
“在對(duì)隨時(shí)間變化的跳高運(yùn)動(dòng)員姿勢(shì)進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)分析后,，我們確定了頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員身上常見的空氣動(dòng)力學(xué)特征。通過闡明一系列跳躍動(dòng)作中的流體特征,，有可能客觀地探索運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)的關(guān)鍵方面,。因?yàn)橛袃擅\(yùn)動(dòng)員參與了這個(gè)項(xiàng)目，所以我們能夠分析不同形式的跳躍所產(chǎn)生的差異,?！?/p>
動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)使團(tuán)隊(duì)能夠查看詳細(xì)的空氣運(yùn)動(dòng)，然后能夠更好地指出讓Ryō yū Kobayashi與眾不同的獨(dú)特運(yùn)動(dòng)模式,?！拔覀凅@訝地發(fā)現(xiàn)，在Ryō yū?Kobayashi完成跳躍后其升阻比迅速增加”,，Keizo Yamamoto教授說(shuō)道,。“升阻比是跳臺(tái)滑雪飛行性能的一個(gè)指標(biāo),。它對(duì)于盡早形成空氣動(dòng)力學(xué)上有利的飛行姿態(tài)很重要,。”
起飛后升阻比迅速增加意味著Ryō yū?Kobayashi能夠減少這種壓力的影響,，因此比其他運(yùn)動(dòng)員更有優(yōu)勢(shì),。
在經(jīng)過反復(fù)充分研究后Keizo Yamamoto教授將他們得出的研究結(jié)果展示給Kobayashi和其他運(yùn)動(dòng)員,。
滑雪及其他運(yùn)動(dòng)的未來(lái)
跳臺(tái)滑雪是一項(xiàng)獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)?？諝鈩?dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)是這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的核心,，所以對(duì)于運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，想象他們?cè)诳罩行枰扇∈裁葱袆?dòng)是一項(xiàng)挑戰(zhàn),。然而,，在動(dòng)作捕捉的幫助下，這更容易理解,，正如Keizo Yamamoto教授解釋的那樣:“跳臺(tái)滑雪是一項(xiàng)飛行運(yùn)動(dòng),。因此，為了評(píng)估運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn),，有必要分析其氣動(dòng)特性,。通過可視化不可見的氣流和空氣動(dòng)力，可以更容易地向運(yùn)動(dòng)員解釋數(shù)據(jù),。我相信這將有利于運(yùn)動(dòng)員和教練之間的交流,，提高訓(xùn)練質(zhì)量?！?/p>
Yamamoto教授推測(cè)在不久的將來(lái)慣性動(dòng)捕技術(shù)可能會(huì)有進(jìn)一步的應(yīng)用,。“我認(rèn)為mocap的研究肯定是有效的,。這對(duì)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)壓力較小,，并且允許在攝像機(jī)不能記錄的地方記錄運(yùn)動(dòng)。至于流體分析,，這項(xiàng)技術(shù)將在流體力占主導(dǎo)地位的運(yùn)動(dòng)中有大有用途,，比如游泳等運(yùn)動(dòng)?！?/p>
動(dòng)作捕捉技術(shù)為教練和運(yùn)動(dòng)員開辟了一種新的思維方式,。不僅僅是思考他們應(yīng)該如何改善訓(xùn)練計(jì)劃,，他們可以使用MVN?Analyze等技術(shù)來(lái)研究運(yùn)動(dòng)員為什么以這種方式移動(dòng),。正如Xsens Movella的高級(jí)公關(guān)部經(jīng)理Remco Sikkema所說(shuō)，“運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作可能非常個(gè)性化,，很難根據(jù)一名運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納,。也就是說(shuō)，作為一名運(yùn)動(dòng)員,，了解自己的能力和限制是很有價(jià)值的,。運(yùn)動(dòng)捕捉在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用逐年增加，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員和教練希望更好地了解他們的運(yùn)動(dòng)方式,?！?/p>
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