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日期:2021-02-02 浏览:

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北京理工大学“黑科技”助力北京冬奥会

公布时间:2021-02-01 作者:柯进 哈楠 泉源:中国教育新闻

在数台图像采集云台变焦装备和超高清相机的“众目睽睽”之下,4K显示屏上准确“捕捉”冰场内不停闪动的运动员身影,电脑终端则同步剖析其运动轨迹。

这只是北京理工大学牵头实行的国家重点研发设计“科技冬奥”重点专项——国家科学化训练基地建设要害手艺研究与树模项目中最新亮相的功效之一。日前,揭开神秘面纱的一项项“黑科技”,有望辅助运动员在冬奥会赛场上做到更快、更强。

高精度镜头精准“捕捉”运动员冰上轨迹

围绕科学备战北京冬奥会,有用提升冬季运动项目训练水平,连日来,在首都体育学院的溜冰馆内,北京理工大学光电学院仪器研究所副教授刘明率领团队,一遍又一各处测试一种助力北京冬奥会的“黑科技”。

刘明团队所卖力的这种“黑科技”,其实是一个速率溜冰运动剖析课题,主要是借助“云台变焦运动轨迹采集与动作捕捉剖析”“冰场全景图像采集与运动轨迹剖析”两套系统,纪录运动员的速率溜冰、短道速滑、花样溜冰等冰上运动轨迹和动作,并举行剖析,然后精准剖析每一个运动员的动作轨迹,甚至还可以对多位运动员的运动轨迹举行同步剖析。

“冰上运动多为室内项目,无法使用GPS准确捕捉运动员运动的轨迹。而我们系统的作用,就是把运动员的运动历程,通过延续变焦跟踪特写及全景采集的方式纪录下来,再对其动作和轨迹举行剖析,便于优化手艺动作,辅助运动员、教练员实现科学化训练。”刘明先容,不久的未来,这个项目功效落地后,将为北京冬奥会冰上项目训练提供科技助力,为辅助运动员制订训练设计、研究竞赛计谋等提供正确参考。

这项“黑科技”的最大特点,是将云台变焦手艺应用于运动丈量,运动员不需穿着式装备,即便在很大范围内流动,运动数据仍可被正确丈量。为了知足高精度的丈量需求,研究团队现在还在不停改良镜头设计。改善7个版本后,现在实现了丈量历程的平顺、快速和高精度。其中,两台全景相机具有高达单帧2500万像素的剖析度,采集帧率每秒160帧,适合多人运动轨迹的同步剖析。

刘明说,下一步,团队还将进一步改善升级系统,增添采集机位数目,提高图像剖析度,让剖析效果加倍精准。

三维感知手艺为运动员提供高沉醉感训练环境

运动员要想获得好的竞赛成就,一样平常的模拟训练尤为要害。在真实的雪地环境里,运动员模拟训练系统对重修精度、低温顺实时传输等方面要求严酷,尤其需要战胜低温所带来的挑战。有的雪场周遭数平方公里,有的园地落差近千米,用无人机搭载激光雷达扫描效率较高,但无人机在零下20摄氏度以下功效会大幅下降。

北京理工大学冬季项目场景三维感知及重修手艺课题组研发的高精度机载激光雷达系统相关手艺,将有望破解这一手艺难题。

在北京理工大学光电学院,课题研究者张海洋正对着电子屏,重要地测试用三维激光雷达扫描系统搭建的崇礼滑雪场场景。

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为了向2022年冬奥会的雪上项目训练提供科技支持,从2018年8月起,由光电学院赵长明教授牵头的课题组成员,就最先了“冬季项目场景三维感知及重修手艺”的研究工作,并凭据冬奥项目的训练需求,进一步研发了“运动员运动信息多源实时采集与显示系统”。

两年来,团队追随国家队采集了大量雪场和运动员训练数据举行剖析,并紧跟运动队训练需求举行科研开发,为多个雪上运动项目训练提供了手艺支持。张海洋说:“我们通过丈量跳台滑雪、高山滑雪、越野滑雪和冬季两项等项目的三维赛道数据,行使VR(虚拟现实)手艺把场景信息重修和显示出来。配合所采集到的高精度运动员运动信息,建立了一套运动信息多源实时采集与显示系统,辅助教练员纠正训练动作和提高训练效率,同时还能用于运动员在室内的仿真训练。”

然而,差别的雪场,环境有所差别。而要做到真实还原雪地场景,就需要网络大量的实地数据。为此,研究团队行使无人机载和车载激光雷达系统,分赴北京、河北、吉林等地多个滑雪场举行数据扫描、测试,同时还通过运动员穿着的传感器,网络其在雪场运动信息,再反馈“装”入显示系统中。

现在,该团队的相关功效已应用于国家队的一样平常训练中。这些功效可削减运动员在非训练时的损伤,提高运动效率,给教练员的指导提供需要的手艺支持。

人体高速弹射装置为冰雪训练精准控制速率

在速率溜冰运动中,掌握弯道处的滑行手艺是制胜的要害,而训练中滑行加速至高速,却异常花费体力。因此,运动员通常仅在邻近竞赛前才最先举行大量的弯道手艺训练。

只需几秒钟的时间,一名速率溜冰运动员就可从静止状态到达指定速率,然后,调治姿态、入弯一气呵成……在速率溜冰国家队训练园地内,运动员们正在使用北京理工大学宇航学院航天发射手艺团队研制的“人体高速弹射装置”,开展弯道手艺训练。

这套由北京理工大学宇航学院牵头研制的“人体高速弹射装置”,主要用于辅助速率溜冰运动员的弯道滑行手艺训练,可实现加速历程的精准控制,填补了该领域的海内空缺。2019年4月研制成功的首台装置,最近在国家队训练中央安装调试完毕,教练组举行了模拟训练,深受国家队教练和运动员喜好,已成为国家队一样平常训练科目之一。

“该装备具有历程可控、调治利便、滑离速率正确等优点,通过助力运动员训练中的加速历程,削减体力消耗,提高训练效率,提升运动水平,取得了很好的训练效果。”该项目主要研发人、宇航学院西席郝继光说。

除速率溜冰外,针对跳台滑雪的人体弹射装置现在也已经研制成功,不久将在训练基地安装应用,可为我国运动员在2022年冬奥会取得优异成就提供科技支持。

此外,该校自动化学院还研发了“室内多自由度模拟滑雪训练系统”,为高山滑雪、越野滑雪等项目的运动员提供室内模拟滑雪训练装备,以提升其回转、滑行等专项手艺动作的训练效率。(中国教育报记者 柯进 通讯员 哈楠)

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