走近冬奥：“电子眼”成“神助攻”

何娟

刘明带领团队在雪地进行仪器实验。

第32届夏季奥林匹克运动会正式落下帷幕，中国军团完美收官，人们的关注焦点也很快从东京回到北京，期待2022年冬季奥林匹克运动会在这座“双奥之城”开启“冰雪盛宴”。

尽管夏日炎炎，但备战冬奥的脚步不曾停歇。赛场运动分析系统、冰上项目仿真训练器材、虚拟冰雪赛道场景……层出不穷的高科技设备，为体育事业贡献“智慧大脑”，全方位支持运动健儿。北京理工大学牵头实施的“科技冬奥”重点专项课题组实施3年以来，先后为冬奥项目打造多套辅助训练系统，帮助运动员增加“制胜砝码”。

高精尖“电子眼”助力训练

姿势是否标准、动作是否规范、变速是否合理……考核运动员训练，以前主要依靠教练员的“火眼金睛”，但面对高山滑雪等特殊运动，运动员的速度、方向、姿态飞速转变，教练员还是会存在“心之所向，目有所不及”的无奈。

2021年春，北京理工大学光电学院仪器研究所副教授刘明带队远赴长白山，配合国家滑雪队训练。通过刘明调研，他发现运动员、教练员都有拍摄训练视频的需求，而现有的专业设备在户外又缺乏便携性和能动性，并且成本昂贵、操作复杂，“受制于场地环境等因素，他们主要是借助手机、平板电脑等设备，最终出来的视频画质不好，画面也很抖，参考价值并不高”。

刘明的主要研究方向是智能测量与仪器系统，早在“科技冬奥”重点专项课题启动初期，他就带领团队在相关领域攻坚克难，先后研发出运动轨迹采集与动作捕捉分析、全景图像采集与运动轨迹分析两套系统。系统工作时，至少有两台相机分别于不同位置拍摄运动场地，并自动拼接生成全景视图。这套设备还能对运动员进行实时跟踪，呈现运动员的运动轨迹、动作细节，实现位置投影和运动过程的再现。“运动员飞速滑行、跳跃等任何动态，我们都能精准锁定每一个瞬间。”通过高精尖“电子眼”，全方位追踪拍摄记录，实现自动变焦，横扫视觉盲区。针对采集成果，刘明又单独打造一套内部网络系统，以便运动员和教练员在每次训练结束后，都能第一时间从云端直接获取高清素材。

刘明团队研发的这两套系统，除了能最大范围采集信息，实现位置投影和运动再现，满足运动员的基本需求，还能通过精准的算法进行数据分析，对训练提出参考意见。“我们的运动员站在哪个赛道上比较有优势、什么时候弯道超车的效果最好、什么时候又该适当减速、关键性动作有没有失误……在大数据的指导下，可以有针对性地辅助运动员进行精细化的体育训练。”刘明相信，通过图像采集与数据分析的“神助攻”，运动员一定可以在日复一日的训练中看到自己的进步，“通过观摩训练视频，在正式走上竞技赛场之前反复跟自己比赛，发现错误、改正错误，调整战略，实现竞技状态和成绩的最优化。”刘明说。

从进口选材到国产优先

针对高山滑雪、短道速滑等项目进行全方位图像采集和专业化数据分析，对成像的精准度要求非常之高。一开始，刘明选择采购国外进口的品牌相机，但测试效果却不如人意。随后，他改用国产工业相机，并根据实际需要进行科学改造，提高镜头分辨率，增加运动机构数量，精确视觉算法，优化自动变焦机能，最终不仅实现了比进口相机更好的拍摄效果，而且大幅降低了设备成本。

除了影像设备，在其他装备的选材上，他也把关注的目光更多地投向了国内市场。“国内的器材首先是价格比较便宜，而且操作相对简单。此外，与厂家的沟通成本也要低很多，而且对方的服务态度特别好，这也很大程度地帮我们提高了研发效率。”采访期间，刘明多次接到来自快递员、设备厂家的电话，谈话多次被中断，他则耐心跟记者分享自己在国货市场发现的“新大陆”。“比如这个云台上的发电机，我们一开始是用日本的，线路特别复杂，给我们造成了很大的困扰。后来选用了国产的，价格便宜大约3000块钱，而且大大简化了线路结构，实现了系统关键部件之间连接的可靠性。同时，运行性能也基本满足实际测量的需要。”

在刘明工作室的办公桌上，还有各种大大小小的快递包裹，分分钟给人以“网购达人”的形象。他解释说，“因为研发过程需要反复进行各种实验，有时候就买那种可替代的、更便宜的先试着，疫情期间，网购是能最快獲得全国各地各种材料的便捷途径。”为了节省成本，刘明总能在多个网购平台找到物美价廉的工具和材料，甚至连儿子DIY的益智电动轨道玩具车，都被他“征用”拿到工作室，作为实验替代品。“你可别小看这一堆塑料玩具，我们做轨迹分析跟踪测试就是用的这辆车。”刘明笑着说。

国家需要什么我们就做什么

从春到夏，从长白山的天然雪山，到四川成都的人工雪场，刘明及其团队紧跟国家滑雪队，致力于为奥运健儿提供更好的服务、更强大的科技支撑。“我们再苦再累都不及运动员，又有什么不能坚持的呢？运动员出征冬奥会是为国争光，我们能为他们服务也算是为国效力。”刘明说。

令刘明欣慰的是，有多位学生自发参与“科技冬奥”的课题，并在暑假自愿留校继续进行科学研究。

杨鹏是较早加入“科技冬奥”专项研究的学生之一，电影《夺冠》中的一幕让他印象深刻，“美国女排可以借助非常专业的高科技设备，帮助她们分析赛事利弊、剖析竞争对手的短处和痛点，而当时的中国在技术手段方面，就比较落后，容易吃亏”。杨鹏表示，他希望竭尽所能发挥所学，为代表祖国出战的运动员贡献自己的力量。另一名叫作李朋宇的学生则多次跟随刘明外出考察，通过参加项目组的课题研究，不仅巩固了专业课的理论知识，还掌握了电路焊接、硬件设计等多项技能。

不久前，刘明又接到了国家体育总局下达的新任务，要求他为国家冰雪运动科研训练基地研发冰上轨迹测量设备。这一整个暑假，作为大学教师的刘明都忙碌而充实着，“国家需要什么，我们就全力以赴去做”。