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,。運(yùn)動員和他們的團(tuán)隊(duì)花了數(shù)百甚至數(shù)千小時準(zhǔn)備比賽：研究改變飲食、作息和表現(xiàn)的最佳方式,，希望能夠比對手更有優(yōu)勢,。生物黑客技術(shù)的進(jìn)步意味著運(yùn)動員將有機(jī)會獲得提高成績的全新工具。

在幫助Kobayashi獲得2022年冬奧會金牌的案例中,，Hokusho大學(xué)的Keizo Yamamoto教授在訓(xùn)練中使用了動作捕捉技術(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在男子個人普通跳臺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)在不久的將來如何用于其他運(yùn)動,。

Keizo Yamamoto教授精通分析運(yùn)動員的動作,。他不僅在大學(xué)體育學(xué)院專攻運(yùn)動學(xué)，還與日本奧林匹克委員會的運(yùn)動員密切合作,。

“從2008年開始,，我一直在日本札幌的國家訓(xùn)練中心（NTC）幫助運(yùn)動員，并擔(dān)任跳臺滑雪訓(xùn)練中心的科學(xué)顧問,。除了體能訓(xùn)練,，國家訓(xùn)練中心還為運(yùn)動員提供廣泛的支持，包括成績評估,、營養(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)評估,，這涉及從生物力學(xué)角度評估姿勢和動作,。”

隨著2022年冬季奧運(yùn)會的臨近,，山本教授和他的團(tuán)隊(duì)正在尋求捕捉運(yùn)動員優(yōu)異表現(xiàn)的方法,，并使用這些數(shù)據(jù)來提高整個團(tuán)隊(duì)的表現(xiàn)。2019年,，他們第一次決定使用動作捕捉技術(shù),，Ryō yū?Kobayashi是理想的研究候選人。在2018/19 FIS跳臺滑雪世界杯上,，Ryō yū?Kobayashi總共獲得了六個獎杯,，包括最高獎項(xiàng)。Ryō yū?Kobayashi是2022年冬奧會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)入下一個水平。

“Ryō yū?Kobayashi獲得了2018/19賽季的世界杯總冠軍。我們請他幫助我們以分析世界頂級運(yùn)動員的表現(xiàn),，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為這對教練和其他運(yùn)動員來說是一個有用的資源,。他愉快地同意了?！盞eizo Yamamoto教授說道,。

跳臺滑雪是一項(xiàng)獨(dú)特的運(yùn)動，因?yàn)檫\(yùn)動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),。有了動作捕捉數(shù)據(jù)，運(yùn)動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)大的動作捕捉技術(shù)來捕捉運(yùn)動員運(yùn)動的復(fù)雜性，同時又足夠輕便,，不會干擾他們的表現(xiàn),。為此，他們找到了Xsens,。

運(yùn)動研究——使用正確的動捕技術(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:“他在比賽中從來不會分心……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，而不會因他穿著的動捕套裝而分心,，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家訓(xùn)練中心衡量其他滑雪運(yùn)動員的標(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,。

“在跳臺滑雪中動作的精確度通常以毫秒計算”Keizo Yamamoto解釋說：“即使是姿勢上最輕微的變化,，也會極大地影響氣流和空氣動力。我們研究的目的是提高運(yùn)動員的成績,。我們需要一個能夠高精度測量運(yùn)動員姿態(tài)的系統(tǒng),。我們選擇Xsens是因?yàn)樗臏?zhǔn)確性以及整個系統(tǒng)的整體重量和尺寸?！?/p>

最高級別的運(yùn)動裝備采用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)計：從技術(shù)材料到重量克數(shù),，這些差異因素不僅會增加訓(xùn)練預(yù)算，還會影響對于運(yùn)動員表現(xiàn)的微觀測量。因此,，動捕裝備不能影響運(yùn)動員的動作,。“我們多年來一直在尋找一種基于芯片的慣性測量單元（IMU）傳感器類型的mocap系統(tǒng),，因?yàn)榛┻\(yùn)動員需要穿戴專門的運(yùn)動服,，所以傳統(tǒng)上用于電影的笨重的基于標(biāo)記的mocap對運(yùn)動員來說并不合適”。

滑雪運(yùn)動員必須穿緊身套裝,，過去，如果運(yùn)動員穿的套裝沒有達(dá)到“緊身”標(biāo)準(zhǔn),，就會被取消資格”,。MVN?Link套裝與Ryō yū?Kobayashi在比賽中穿的滑雪服非常相似，這意味著不會有任何額外的重量需要研究人員考慮,，也不會改變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_地測量運(yùn)動員和滑雪板的姿勢。運(yùn)動員必須戴上這個裝置,，然后進(jìn)行跳躍我們需要一個重量盡可能輕,、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的動作,。由此,，將其動作轉(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計算機(jī)Fugaku進(jìn)行分析,。

有了記錄下來的數(shù)據(jù)，Keizo Yamamoto教授和他的團(tuán)隊(duì)便開始分析跳躍動作中的關(guān)鍵點(diǎn),。

“在對隨時間變化的跳高運(yùn)動員姿勢進(jìn)行空氣動力學(xué)分析后,，我們確定了頂級運(yùn)動員身上常見的空氣動力學(xué)特征。通過闡明一系列跳躍動作中的流體特征,，有可能客觀地探索運(yùn)動員表現(xiàn)的關(guān)鍵方面,。因?yàn)橛袃擅\(yùn)動員參與了這個項(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，然后能夠更好地指出讓Ryō yū Kobayashi與眾不同的獨(dú)特運(yùn)動模式?！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教授說道,?！吧璞仁翘_滑雪飛行性能的一個指標(biāo)。它對于盡早形成空氣動力學(xué)上有利的飛行姿態(tài)很重要,?！?/p>

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)動員更有優(yōu)勢,。

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)動員,。

滑雪及其他運(yùn)動的未來

跳臺滑雪是一項(xiàng)獨(dú)特的運(yùn)動?？諝鈩恿W(xué)運(yùn)動是這項(xiàng)運(yùn)動的核心,，所以對于運(yùn)動員來說，想象他們在空中需要采取什么行動是一項(xiàng)挑戰(zhàn),。然而,，在動作捕捉的幫助下，這更容易理解,，正如Keizo Yamamoto教授解釋的那樣:“跳臺滑雪是一項(xiàng)飛行運(yùn)動,。因此，為了評估運(yùn)動員的表現(xiàn),，有必要分析其氣動特性,。通過可視化不可見的氣流和空氣動力，可以更容易地向運(yùn)動員解釋數(shù)據(jù),。我相信這將有利于運(yùn)動員和教練之間的交流,，提高訓(xùn)練質(zhì)量?！?/p>

Yamamoto教授推測在不久的將來慣性動捕技術(shù)可能會有進(jìn)一步的應(yīng)用,。“我認(rèn)為mocap的研究肯定是有效的,。這對運(yùn)動員來說壓力較小,，并且允許在攝像機(jī)不能記錄的地方記錄運(yùn)動。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)動中有大有用途,，比如游泳等運(yùn)動?！?/p>

動作捕捉技術(shù)為教練和運(yùn)動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)練計劃,，他們可以使用MVN?Analyze等技術(shù)來研究運(yùn)動員為什么以這種方式移動。正如Xsens Movella的高級公關(guān)部經(jīng)理Remco Sikkema所說,，“運(yùn)動員的動作可能非常個性化,，很難根據(jù)一名運(yùn)動員的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納。也就是說,，作為一名運(yùn)動員,，了解自己的能力和限制是很有價值的。運(yùn)動捕捉在體育運(yùn)動中的應(yīng)用逐年增加,，因?yàn)檫\(yùn)動員和教練希望更好地了解他們的運(yùn)動方式,。”