何娟

劉明帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在雪地進(jìn)行儀器實(shí)驗(yàn)。

第32屆夏季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)正式落下帷幕，中國(guó)軍團(tuán)完美收官，人們的關(guān)注焦點(diǎn)也很快從東京回到北京，期待2022年冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)在這座“雙奧之城”開(kāi)啟“冰雪盛宴”。

盡管夏日炎炎，但備戰(zhàn)冬奧的腳步不曾停歇。賽場(chǎng)運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)、冰上項(xiàng)目仿真訓(xùn)練器材、虛擬冰雪賽道場(chǎng)景……層出不窮的高科技設(shè)備，為體育事業(yè)貢獻(xiàn)“智慧大腦”，全方位支持運(yùn)動(dòng)健兒。北京理工大學(xué)牽頭實(shí)施的“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)課題組實(shí)施3年以來(lái)，先后為冬奧項(xiàng)目打造多套輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，幫助運(yùn)動(dòng)員增加“制勝砝碼”。

高精尖“電子眼”助力訓(xùn)練

姿勢(shì)是否標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)作是否規(guī)范、變速是否合理……考核運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練，以前主要依靠教練員的“火眼金睛”，但面對(duì)高山滑雪等特殊運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員的速度、方向、姿態(tài)飛速轉(zhuǎn)變，教練員還是會(huì)存在“心之所向，目有所不及”的無(wú)奈。

2021年春，北京理工大學(xué)光電學(xué)院儀器研究所副教授劉明帶隊(duì)遠(yuǎn)赴長(zhǎng)白山，配合國(guó)家滑雪隊(duì)訓(xùn)練。通過(guò)劉明調(diào)研，他發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員、教練員都有拍攝訓(xùn)練視頻的需求，而現(xiàn)有的專業(yè)設(shè)備在戶外又缺乏便攜性和能動(dòng)性，并且成本昂貴、操作復(fù)雜，“受制于場(chǎng)地環(huán)境等因素，他們主要是借助手機(jī)、平板電腦等設(shè)備，最終出來(lái)的視頻畫質(zhì)不好，畫面也很抖，參考價(jià)值并不高”。

劉明的主要研究方向是智能測(cè)量與儀器系統(tǒng)，早在“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)課題啟動(dòng)初期，他就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在相關(guān)領(lǐng)域攻堅(jiān)克難，先后研發(fā)出運(yùn)動(dòng)軌跡采集與動(dòng)作捕捉分析、全景圖像采集與運(yùn)動(dòng)軌跡分析兩套系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時(shí)，至少有兩臺(tái)相機(jī)分別于不同位置拍攝運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地，并自動(dòng)拼接生成全景視圖。這套設(shè)備還能對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)軌跡、動(dòng)作細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)位置投影和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的再現(xiàn)?！斑\(yùn)動(dòng)員飛速滑行、跳躍等任何動(dòng)態(tài)，我們都能精準(zhǔn)鎖定每一個(gè)瞬間。”通過(guò)高精尖“電子眼”，全方位追蹤拍攝記錄，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變焦，橫掃視覺(jué)盲區(qū)。針對(duì)采集成果，劉明又單獨(dú)打造一套內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以便運(yùn)動(dòng)員和教練員在每次訓(xùn)練結(jié)束后，都能第一時(shí)間從云端直接獲取高清素材。

劉明團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這兩套系統(tǒng)，除了能最大范圍采集信息，實(shí)現(xiàn)位置投影和運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)，滿足運(yùn)動(dòng)員的基本需求，還能通過(guò)精準(zhǔn)的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)訓(xùn)練提出參考意見(jiàn)。“我們的運(yùn)動(dòng)員站在哪個(gè)賽道上比較有優(yōu)勢(shì)、什么時(shí)候彎道超車的效果最好、什么時(shí)候又該適當(dāng)減速、關(guān)鍵性動(dòng)作有沒(méi)有失誤……在大數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下，可以有針對(duì)性地輔助運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行精細(xì)化的體育訓(xùn)練?！眲⒚飨嘈?，通過(guò)圖像采集與數(shù)據(jù)分析的“神助攻”，運(yùn)動(dòng)員一定可以在日復(fù)一日的訓(xùn)練中看到自己的進(jìn)步，“通過(guò)觀摩訓(xùn)練視頻，在正式走上競(jìng)技賽場(chǎng)之前反復(fù)跟自己比賽，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、改正錯(cuò)誤，調(diào)整戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)競(jìng)技狀態(tài)和成績(jī)的最優(yōu)化?！眲⒚髡f(shuō)。

從進(jìn)口選材到國(guó)產(chǎn)優(yōu)先

針對(duì)高山滑雪、短道速滑等項(xiàng)目進(jìn)行全方位圖像采集和專業(yè)化數(shù)據(jù)分析，對(duì)成像的精準(zhǔn)度要求非常之高。一開(kāi)始，劉明選擇采購(gòu)國(guó)外進(jìn)口的品牌相機(jī)，但測(cè)試效果卻不如人意。隨后，他改用國(guó)產(chǎn)工業(yè)相機(jī)，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行科學(xué)改造，提高鏡頭分辨率，增加運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)量，精確視覺(jué)算法，優(yōu)化自動(dòng)變焦機(jī)能，最終不僅實(shí)現(xiàn)了比進(jìn)口相機(jī)更好的拍攝效果，而且大幅降低了設(shè)備成本。

除了影像設(shè)備，在其他裝備的選材上，他也把關(guān)注的目光更多地投向了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)?！皣?guó)內(nèi)的器材首先是價(jià)格比較便宜，而且操作相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，與廠家的溝通成本也要低很多，而且對(duì)方的服務(wù)態(tài)度特別好，這也很大程度地幫我們提高了研發(fā)效率?！辈稍L期間，劉明多次接到來(lái)自快遞員、設(shè)備廠家的電話，談話多次被中斷，他則耐心跟記者分享自己在國(guó)貨市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的“新大陸”?！氨热邕@個(gè)云臺(tái)上的發(fā)電機(jī)，我們一開(kāi)始是用日本的，線路特別復(fù)雜，給我們?cè)斐闪撕艽蟮睦_。后來(lái)選用了國(guó)產(chǎn)的，價(jià)格便宜大約3000塊錢，而且大大簡(jiǎn)化了線路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)關(guān)鍵部件之間連接的可靠性。同時(shí)，運(yùn)行性能也基本滿足實(shí)際測(cè)量的需要。”

在劉明工作室的辦公桌上，還有各種大大小小的快遞包裹，分分鐘給人以“網(wǎng)購(gòu)達(dá)人”的形象。他解釋說(shuō)，“因?yàn)檠邪l(fā)過(guò)程需要反復(fù)進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，有時(shí)候就買那種可替代的、更便宜的先試著，疫情期間，網(wǎng)購(gòu)是能最快獲得全國(guó)各地各種材料的便捷途徑?！睘榱斯?jié)省成本，劉明總能在多個(gè)網(wǎng)購(gòu)平臺(tái)找到物美價(jià)廉的工具和材料，甚至連兒子DIY的益智電動(dòng)軌道玩具車，都被他“征用”拿到工作室，作為實(shí)驗(yàn)替代品?！澳憧蓜e小看這一堆塑料玩具，我們做軌跡分析跟蹤測(cè)試就是用的這輛車?！眲⒚餍χf(shuō)。

國(guó)家需要什么我們就做什么

從春到夏，從長(zhǎng)白山的天然雪山，到四川成都的人工雪場(chǎng)，劉明及其團(tuán)隊(duì)緊跟國(guó)家滑雪隊(duì)，致力于為奧運(yùn)健兒提供更好的服務(wù)、更強(qiáng)大的科技支撐?！拔覀?cè)倏嘣倮鄱疾患斑\(yùn)動(dòng)員，又有什么不能堅(jiān)持的呢？運(yùn)動(dòng)員出征冬奧會(huì)是為國(guó)爭(zhēng)光，我們能為他們服務(wù)也算是為國(guó)效力。”劉明說(shuō)。

令劉明欣慰的是，有多位學(xué)生自發(fā)參與“科技冬奧”的課題，并在暑假自愿留校繼續(xù)進(jìn)行科學(xué)研究。

楊鵬是較早加入“科技冬奧”專項(xiàng)研究的學(xué)生之一，電影《奪冠》中的一幕讓他印象深刻，“美國(guó)女排可以借助非常專業(yè)的高科技設(shè)備，幫助她們分析賽事利弊、剖析競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的短處和痛點(diǎn)，而當(dāng)時(shí)的中國(guó)在技術(shù)手段方面，就比較落后，容易吃虧”。楊鵬表示，他希望竭盡所能發(fā)揮所學(xué)，為代表祖國(guó)出戰(zhàn)的運(yùn)動(dòng)員貢獻(xiàn)自己的力量。另一名叫作李朋宇的學(xué)生則多次跟隨劉明外出考察，通過(guò)參加項(xiàng)目組的課題研究，不僅鞏固了專業(yè)課的理論知識(shí)，還掌握了電路焊接、硬件設(shè)計(jì)等多項(xiàng)技能。

不久前，劉明又接到了國(guó)家體育總局下達(dá)的新任務(wù)，要求他為國(guó)家冰雪運(yùn)動(dòng)科研訓(xùn)練基地研發(fā)冰上軌跡測(cè)量設(shè)備。這一整個(gè)暑假，作為大學(xué)教師的劉明都忙碌而充實(shí)著，“國(guó)家需要什么，我們就全力以赴去做”。