在8月初举（jǔ）行的东京（jīng）奥运会女子投掷项目比赛中，中国选手巩立姣和刘（liú）诗颖发挥出色（sè），分获铅球（qiú）和标枪金牌（pái）。巩（gǒng）立姣更（gèng）以20米58创造了（le）个（gè）人最好（hǎo）成绩，也为中国队赢得奥运会田赛项目首枚（méi）金牌。

赛后，中国田径协会发（fā）来感（gǎn）谢信，感（gǎn）谢北京体育大学用科技手段为中国投（tóu）掷运动员在技术（shù）环节上找到了实现自我突（tū）破的“关键一招”。

“我们用人工（gōng）智（zhì）能（néng）技术（shù）对（duì）运动员的动作技术进行分（fèn）析，提出（chū）改进建议，以科技手段助运动员（yuán）一臂之力。”北京体育大（dà）学运动与健康研究院院（yuàn）长（zhǎng）刘卉教授说（shuō）。记者采访了解到，这项在东京奥运会崭露（lù）头角的技术系统，目前（qián）也正在为（wéi）积极备战（zhàn）北（běi）京冬奥会的中国运动员不断改进升级提供服务（wù）。

突破传统动作捕（bǔ）捉方法局限

用生物力（lì）学方（fāng）法研究人体运动，需要对所做动（dòng）作进行定量分析，基（jī）础前提离（lí）不开数据。

快速高质量地获得运动员（yuán）动作技术数据，是当前急（jí）需攻克的一项关（guān）键瓶颈。传统动（dòng）作（zuò）捕捉技术（shù），要么需要在人体固定反（fǎn）光标记（jì）点或惯性传（chuán）感器，要么需要（yào）人工（gōng）识别人体关节点（diǎn）。

“前者不能在比赛中使（shǐ）用，后（hòu）者则（zé）因为工作量（liàng）大、耗时长、重复性差，严重影响动（dòng）作技术分析的反馈速度（dù）和可靠性，限制了生物（wù）力（lì）学在助力竞技体育中的（de）应用。”刘（liú）卉解（jiě）释道。

如何破（pò）困局（jú）？刘卉团队利用（yòng）基于深度学习原理（lǐ）的人工智能技术（shù），建立神经网络模型，实现对动作视（shì）频中人体关（guān）节点的（de）计算（suàn）机自（zì）动识别，进而建立（lì）起适用于竞技体育和一般生物力学（xué）研究的计算机系（xì）统——无反光点人体运动自动（dòng）捕捉（zhuō）人工智能系统（tǒng）。

作为科技冬（dōng）奥重点专项（xiàng）“冬季项（xiàng）目运（yùn）动员专项（xiàng）能力（lì）特征和（hé）科（kē）学（xué）选（xuǎn）材关键（jiàn）技术研究”课题（tí）负责人，刘（liú）卉告诉科技日报（bào）记者，该系统已应用在国家速度滑冰和越（yuè）野滑雪项（xiàng）目（mù）的训练中，获（huò）得超过（guò）8000人（rén）次（cì）的（de）赛时动（dòng）作技术数据，使（shǐ）机器深度学习越发“得心应手”，对于滑冰与滑雪运（yùn）动（dòng）员的动作捕（bǔ）捉与技术分析，既能精准到具（jù）体（tǐ）细节，又能快速反馈分析结果。

多项算法技术确保自动识别快速准确

研究（jiū）中，刘卉团（tuán）队发（fā）现，运动视（shì）频自动解析至（zhì）少需要（yào）解（jiě）决“跟得（dé）住”“识别准”“精（jīng）度高”3个问题。

运动现场拍摄视频（pín），画面环境复杂多样。课题组在常用（yòng）的运动人体跟（gēn）踪算法中结（jié）合了光流跟踪技术，即通过动作量的多少、动作幅（fú）度（dù）的（de）大小来（lái）准确锁定主ID（身份人物），有效规避快（kuài）速运动造成的（de）影像模糊，减小复杂背景等（děng）因（yīn）素干（gàn）扰，确保能够“跟得住”。

同时，对（duì）大量已标记的训练数（shù）据进行机器学（xué）习，利用计算（suàn）机系统形成（chéng）神经（jīng）网（wǎng）络（luò），可识别不同运动（dòng）姿态的人体关节点（diǎn），达到“识（shí）别准”。

此外，该系（xì）统具有对每（měi）一帧（zhēn）图像（xiàng）的关节点进行独立计算的（de）功能。如何减小独立（lì）计算（suàn）时关节（jiē）点位置的随机误差（chà）？刘卉介（jiè）绍，运用算法增加对连续运动的时间约束，即识别出各个关节点（diǎn）的高频误差并把它排除掉，以此修正（zhèng）关节点位置坐标，最终获得高精（jīng）度计算结果。

“从2019年起，经过数个（gè）版（bǎn）本的迭代升级，该系统已能快速（sù）准（zhǔn）确地（dì）自动识别（bié）运（yùn）动视频中的人（rén）体（tǐ）关节点，对（duì）旋转、翻（fān）滚等人体动作（zuò）也能进行比（bǐ）较好的自动识别。”刘卉说（shuō），系（xì）统合成并输出所有识别（bié）点的三维坐标，支（zhī）持多视频批（pī）量自动解析与指标（biāo）计（jì）算。

刘卉告（gào）诉科技日（rì）报（bào）记者，如（rú）果系统采用（yòng）的是（shì）工（gōng）业录像机，数据（jù）的传（chuán）输与处理往往（wǎng）在1—3分钟就可完成。“这将对技巧（qiǎo）类运动员深刻（kè）体验竞技状态、掌握技术要（yào）领起到至关重要的作用。”她说（shuō）。

高空动作捕捉不再是难事

据了解，这一（yī）系统还提供多种空间三维标定方案，可解决大（dà）范围、高空动（dòng）作（zuò）的数（shù）据采集（jí）问题（tí）。

这（zhè）是（shì）多大范围？刘卉表示（shì），纵横20—30米的空间（jiān）范围都可覆盖（gài）。尤（yóu）其是针（zhēn）对跳台（tái）滑（huá）雪空中技巧类（lèi）的（de）项（xiàng）目，能（néng）够为（wéi）教练员很难用肉眼识别（bié）的技术（shù）细（xì）节找寻改进的空间。

目前，该系统已被（bèi）用于钢架雪车、花样滑冰、跳台滑雪（xuě）等（děng）项（xiàng）目（mù）的国家队备战训练工作，将为（wéi）运（yùn）动员备战（zhàn）北（běi）京（jīng）冬奥会提供重要科技（jì）支撑。