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- 科技助力中国运动健儿成就无限
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2022-03-08
中国运动健儿们正在开创新的历史。
这几年,中国在越来越多运动项目实现突破。无论是东京奥运会男子100米半决赛上 “亚洲飞人” 苏炳添的9秒83亚洲纪录,还是日前北京冬奥会上速度滑冰运动员高亭宇34秒32的奥运会记录,抑或是闫文港在男子钢架雪车比赛中首次获得奖牌,都代表着全新的中国速度。
这些历史性的突破来之不易。以往,日常体育训练很大程度上都得益于教练员们的言传身教,而大多数项目的教练员都是通过仔细观察来发现队员存在的问题,再进行针对性的训练和纠正。不过近年伴随着智能技术的兴起,国家体育总局开始引入最新的高科技辅助手段,让越来越多的体育项目都有了AI的支持,帮助运动员实现成绩飞跃。
其实早在多年前,国家体育总局就确定了“科技奥运”的方针,并致力于通过引入业界最新的、最高端的科学技术来辅助运动员训练。伴随着竞技水平的提升,引入科技为运动服务已经世界各国的普遍做法,通过先进技术与设备的使用,借助大数据、人工智能等技术对运动员的竞技状态和表现进行分析,也是提升运动成绩的有效手段之一。
为了提升中国国家队的竞技水平、赢得更多的荣誉,国家体育总局在积极布局自身技术能力的同时,也在全球范围内学习先进的技术和方案。比如针对动作识别与检测、运动分析与追踪等技术,国家体育总局冬季运动管理中心就聘请了拉尔夫·曼、克里斯汀·科林斯等多位顶级专家担任运动顾问,其中前者还对智能辅助分析系统给予了充分的肯定和积极的建议,这也在客观上推动了中国冰上运动项目的发展。
我在体总主管高性能技术与创新方面的工作,负责帮助国家队的运动员们充分发挥竞技潜能,从而使他们能在奥运会中获得更佳的成绩。我们致力于充分发掘技术创新的独特优势,打造高效的训练和竞技环境,助力国家队运动员精准掌控每一个动作细节。为了达成上述目标,我们力图细致展现、精确分析并充分理解运动员的各项动作细节,例如速度、加速度、动作角度、力量、空气动力等,以及这些动作细节在各种条件下与运动员表现的关系……我们亲眼见证了风洞测试、3DAT 三维运动员追踪技术、实时视频反馈系统等技术突破给国家队所带来的巨大帮助,这些技术进步能够助力我们的运动员在竞技场上发挥出自己的最高水平,实现科技与体育的强强联合。
——克里斯汀·科林斯
中国国家体育总局冬季运动管理中心
高水平运动表现总监
高科技的引入也带来了竞技水平的提升。最近观看速度滑冰项目网友们都关注到了一个细节——在屏幕上看起来相距甚远的两位运动员,最终的完赛成绩可能只相差十分之一甚至百分之一秒,竞争非常残酷。这也是冰上项目的一大特征,因为竞技水平高、速度快,运动员们每一个微小的失误或是动作不规范,都会造成难以挽回的遗憾。因此, 随着高科技的引入,首先亟需解决的重中之重是创建兼具动作捕捉和智能分析功能的示范系统问题。
于是,在国家体育总局冬季运动管理中心的牵头下,一套冰上运动智能训练示范系统诞生了。这套系统基于人工智能计算机视觉算法,对滑冰运动员的动作、姿态、速度等信息进行分析对比,从定性、定量再到定制化分析每个运动员的特点,然后在叠加经过深度学习的系统判断,最终为运动员矫正姿态提升成绩提供帮助,提高科学化训练水平与效率。
不过只有系统是远远不够的。人工智能包括了算力、算法和数据三大要素,示范系统的诞生只提供了强大的算法模型框架,而如何有效的积累数据、进行高效的数据分析依然是摆在研究人员面前的问题。要想实现运动员动作的自动捕捉,就要在运动视频中解决识别、跟踪、预测这三个问题。那么问题来了,对于海量训练数据来说,如何进行有效的人物动作识别,又如何将识别结果与标准动作进行比对和调整呢?这就需要强大科技工具和算力的支撑。
这时,英特尔提供了一种名为“3DAT”的三维运动员追踪技术。这是一种能够精准、实时地采集和分析运动员生物力学数据,从而帮助运动员高效训练的技术,也是热门的人工智能和计算机视觉运动追踪能力两者的结合。利用录像设备,记录下运动员训练的全过程,随后通过3DAT技术从视频源中提取运动员的关键骨骼点信息、身体关键部位的姿态、运动轨迹和位置信息等,并进行三维重建。在三维模型重建的同时生成生物力学数据,输出精准的运动表现分析。这些数据及分析可以帮助教练员制定科学正确的训练方法,为运动员的日常训练提供切实有用的技术支持。
其实运动捕捉技术由来已久,许多影视作品中都借助于这种技术实现视觉特效。但是将这一技术与人工智能结合,并凭借着英特尔强大的计算能力和深度学习加速技术进行分析,却是一种新的尝试。相对于传统的动态捕捉来说,这种技术的好处是运动员不必佩戴传感器等影响运动效果的装备,而整个训练系统可以在第一时间通过内置英特尔® 深度学习加速技术的第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器的服务器上对视频数据进行分析,从而形成实现高效、准确的画面表现。
“时效性”是3DAT技术的首要特性,也是队员和教练们最关心的特性,毕竟每个人都希望在训练之后获得即时分析和反馈。为此,英特尔提供了其数据中心产品家族中最先进的第三代至强® 可扩展平台,支持8通道DDR4、64条PCI EXPRESS 4.0通道等特性,可以应对海量高清视频的处理需求,做到了当日视频当日出数据。与此同时,英特尔还提供了傲腾™ 技术提升数据读写效率、Scalable Video Technology技术降低视频延时,也让处理效率大大提升。
在保证效率的基础上,精度则是教练员们尤为重视的因素,因为每一个动作细节的失误都会影响比赛成绩。为此,英特尔也拿出了AI看家本领,提供了包括英特尔® OpenVINO™ 视觉工具套件在内的全套解决方案,从而实现精准、流畅、实时的视频数据读取、预处理、人脸监测及ReID。这些初步处理的视频数据再经过英特尔® 深度学习加速技术进行推理和训练,让模型更完善,数据更精准。
许多人可能会好奇——冰雪项目种类众多,室内、室外的项目都不少,那究竟需要多少台设备支持呢?其实远没有想象的那么多。得益于第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器的支持, 3DAT技术可以实现大视野数据采集。以花样滑冰运动为例,1800平方米的整块场地只要2台摄像设备就能全面覆盖,并且其采集的视频也足够后续的分析与建模,完全可以用于后续指导。换句话说,即便是开放或者半开放的场地,设备部署也非常简单,并能够方便地跟随队伍转场训练和比赛。
有了合适的数据,就可以针对性的进行调整,这比传统依赖肉眼判断准确得多,更系统也更专业。也正是得益于队员们日常刻苦的训练和教练员们专业的指导,辅助以高科技带来的精准分析,这届冬奥会中国速滑队可谓是满载而归,无论是团体赛事还是个人项目都有不错的表现,甚至衍生出了“你可以永远相信中国速滑队”的流行语。
除中国速滑队之外,英特尔3DAT“黑科技”在其他冬运项目国家队中也是随处可见,包括钢架雪车、野滑雪等项目都得到了支持。在先进科学理念和高科技的支持下,如今的中国队无论是从训练方式、膳食配比、运动恢复等角度都达到了一流水平,而包括3DAT在内的许多科技也已经成为了教练员们的“亲密伙伴”。
从100年前的电子计时器到水下火炬接力,从高速摄像机监控到VR、5G直播,竞技体育科技感越来越浓厚,运动员的竞技状态和水平也在不断提升。这一切得益于科技的进步,凭借着刻苦拼搏的精神和顽强斗志,加之英特尔等高科技公司的支持,中国队的竞技水平也屡创新高,不断向着“更高、更快、更强”的目标冲刺。
今天只是开始,未来中国队必将刷新更多的纪录。
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