計(jì)算機(jī)技術(shù)在競技體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

朱淑玲

（華北水利水電學(xué)院 體育部，河南 鄭州 450011）

計(jì)算機(jī)技術(shù)在競技體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

朱淑玲

（華北水利水電學(xué)院 體育部，河南 鄭州 450011）

計(jì)算機(jī)技術(shù)在社會各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用.本文對計(jì)算機(jī)技術(shù)在競技體育中體能類、技巧類、環(huán)境適應(yīng)類項(xiàng)目、比賽裝備以及體操等技巧項(xiàng)目中裁判仲裁的應(yīng)用進(jìn)行了綜述分析.

計(jì)算機(jī)技術(shù)；競技體育；裁判仲裁

1 前言

飛速發(fā)展中的計(jì)算機(jī)技術(shù)促進(jìn)了社會各行各業(yè)的發(fā)展.同樣，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在向“更快、更高、更強(qiáng)”發(fā)展中的競技體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如體育比賽的組織、成績的管理、比賽信息的存取.本文典型綜述了計(jì)算機(jī)技術(shù)在競技體育中體能類、技巧類、環(huán)境適應(yīng)類項(xiàng)目、比賽裝備以及體操等技巧類項(xiàng)目中裁判仲裁的應(yīng)用.

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在體育上的應(yīng)用

2.1 體能類項(xiàng)目上的應(yīng)用

維爾霍山斯基 (Werschoshanskij)“超等長力量”(在歐洲被稱作“反應(yīng)力量”)在競技體育中體能類項(xiàng)目的訓(xùn)練方面，被看作是一種對運(yùn)動(dòng)成績具有關(guān)鍵支持作用的能力，因此受到體能運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的高度重視.實(shí)際上，決定超等長力量優(yōu)劣的兩個(gè)主要因素——“彈性能量的產(chǎn)生、儲存與再釋放過程”和“運(yùn)動(dòng)神經(jīng)中樞對肌肉的反射性調(diào)節(jié)”均與肌肉完成超等長收縮的時(shí)間有密切關(guān)系.

在我國，許多教練員只是簡單地把“超等長力量”與大運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練等同起來.在多數(shù)情況下表現(xiàn)為長時(shí)間持續(xù)不斷地提高訓(xùn)練量和強(qiáng)度，籍此提高運(yùn)動(dòng)成績.這種訓(xùn)練方式缺乏科學(xué)性，將訓(xùn)練內(nèi)容和方法置于項(xiàng)目的生物特性之上會導(dǎo)致災(zāi)難性后果，如肌肉或關(guān)節(jié)損傷[1].

早在上世紀(jì)80年代中期，芬蘭的科米等人最早應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對超等長力量進(jìn)行了研究.研究的方法是采用遙感技術(shù)獲得馬拉松運(yùn)動(dòng)員比賽時(shí)小腿三頭肌的三維遙感圖象，傳入計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)軟件對遙感圖象中三頭肌的超等長式收縮進(jìn)行分析.研究分析的主要內(nèi)容有三頭肌的超等長收縮時(shí)間、退讓收縮速度、拉長長度、肌腱張力、垂直和水平分力等數(shù)據(jù).依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)從能量代謝角度對運(yùn)動(dòng)員肌肉訓(xùn)練的特性分析，為教練員采用訓(xùn)練量、訓(xùn)練姿態(tài)提供幫助，并能夠有效的預(yù)防訓(xùn)練不當(dāng)造成的肌肉損傷.

進(jìn)一步研究證明，肌肉運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練負(fù)荷表現(xiàn)在人體細(xì)胞適應(yīng)水平上，即通過肌肉蛋白質(zhì)的分解與合成的動(dòng)態(tài)平衡表現(xiàn)出來的.國外，在上世紀(jì)80年代后期，開始利用計(jì)算機(jī)技術(shù)在細(xì)胞分子水平上研究對運(yùn)動(dòng)水平有重要影響的機(jī)能蛋白質(zhì)的合成問題.運(yùn)動(dòng)員通過對細(xì)胞系統(tǒng)施加適宜的負(fù)荷即可獲得高的競技水平，而不是在相當(dāng)長的時(shí)間僅獲得低的適應(yīng)和小幅度的成績增長.

2.2 技巧類項(xiàng)目上的應(yīng)用

現(xiàn)代體操、跳水、蹦床等技巧類項(xiàng)目的比賽套路固定、動(dòng)作難度系數(shù)越來越大，同時(shí)要求技術(shù)水平發(fā)揮穩(wěn)定，已經(jīng)達(dá)到了人類運(yùn)動(dòng)的極限.這么高的起點(diǎn)上，每一個(gè)新動(dòng)作的產(chǎn)生，都意味著一次對人體極限的挑戰(zhàn)，其中凝聚了教練和隊(duì)員無數(shù)的汗水和付出，甚至生命的代價(jià)，而且即使付出了也并不一定會成功，進(jìn)行動(dòng)作創(chuàng)新十分艱難.

在這些項(xiàng)目的體育訓(xùn)練中，運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)技巧的改進(jìn)主要是依靠教練員和運(yùn)動(dòng)員的自身經(jīng)驗(yàn).為了分析己方和對方運(yùn)動(dòng)員的優(yōu)勢或弱點(diǎn)，利用攝像機(jī)把運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作拍成電影，然后放映慢動(dòng)作鏡頭供人們分析，具體動(dòng)作常?？床磺宄?，這種方法固然有些作用，但顯然難以定量、迅速、準(zhǔn)確地做出全面分析.

目前，國際上還沒有基于運(yùn)動(dòng)仿真分析的體育運(yùn)動(dòng)輔助訓(xùn)練軟件.2002年，中國科學(xué)院開始了“數(shù)字化三維人體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真”系統(tǒng)的研發(fā)工作.系統(tǒng)利用虛擬體操運(yùn)動(dòng)員能夠精確地重現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作，并通過模擬人體力學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作套路的虛擬編排，產(chǎn)生新的技術(shù)動(dòng)作.或從現(xiàn)有的幾十個(gè)動(dòng)作中進(jìn)行挑選，通過軟件進(jìn)行編排.教練員可以在計(jì)算機(jī)上檢驗(yàn)動(dòng)作的人體工學(xué)性、動(dòng)作銜接性等等.并能夠通過人機(jī)交互性，對存在于教練員和裁判的頭腦中的高水平的完美動(dòng)作，由計(jì)算機(jī)三維仿真方式模擬出來.系統(tǒng)對幫助教練員、運(yùn)動(dòng)員改進(jìn)和創(chuàng)新技術(shù)動(dòng)作，提高技術(shù)水平有很好的促進(jìn)作用.

2.3 環(huán)境適應(yīng)類項(xiàng)目中的應(yīng)用

越野滑雪、高山滑雪、雪橇、帆船帆板等環(huán)境適應(yīng)類體育項(xiàng)目，除了與運(yùn)動(dòng)員的基本素質(zhì)之外，同時(shí)與運(yùn)動(dòng)員對比賽環(huán)境的適應(yīng)性能有密切的聯(lián)系.而適應(yīng)性訓(xùn)練還受到訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練條件的限制.

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理和模式識別、智能接口技術(shù)、生理學(xué)、多傳感器技術(shù)、語音處理和音響技術(shù)等技術(shù).操作者可以通過視覺、聽覺和觸覺等與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人機(jī)交互提供的新的交互媒體交互，從而能產(chǎn)生“身臨其境”場景[2].

上世紀(jì)九十年代初，美國圖象公司與加利福尼亞戴維斯大學(xué)成功開發(fā)了一種雪橇比賽裝置.這種裝置可以把運(yùn)動(dòng)員帶到一個(gè)仿真世界.計(jì)算機(jī)技術(shù)造成的立體圖像，將訓(xùn)練室變成了虛擬真實(shí)的比賽現(xiàn)場.運(yùn)動(dòng)員在這套裝置上能真切體驗(yàn)到駕駛雪橇沿著跑道飛速下滑中震蕩、搖擺、起伏、俯仰和偏航等真實(shí)的滑雪感受.同時(shí)，運(yùn)動(dòng)員身上的傳感器能夠直接記錄運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及運(yùn)動(dòng)員在模擬條件下的刺激反應(yīng).實(shí)驗(yàn)室的檢測設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)動(dòng)員的身體狀況，進(jìn)行技術(shù)分析和功能診斷；根據(jù)模擬比賽中出現(xiàn)的各種問題，設(shè)計(jì)最佳路線，制定最佳策略.

美國雪橇隊(duì)為備戰(zhàn)16屆法國冬季奧運(yùn)會試用了該裝置.利用仿真虛擬環(huán)境體驗(yàn)了1998年在長野冬季奧運(yùn)會面對的跑道.這種模擬訓(xùn)練比實(shí)地訓(xùn)練可以節(jié)省大半的費(fèi)用，并且在相同的時(shí)間內(nèi)訓(xùn)練次數(shù)大大增加，顯然有助于提高比賽成績.

2.4 在體育比賽裝備上的應(yīng)用

比賽裝備是運(yùn)動(dòng)員取得優(yōu)異成績的重要保障條件.由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備了超凡的信息收集和分析能力，能夠?qū)Ρ荣愌b備的構(gòu)造、材料等各項(xiàng)構(gòu)成因素的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、精確的分析和設(shè)計(jì)，使比賽裝備的性能可以更貼近使用者的需要，因此，在體育比賽裝備方面獲得了較為廣泛的應(yīng)用.

荷蘭運(yùn)動(dòng)員一直在冰上速滑項(xiàng)目保持比較大的優(yōu)勢，除荷蘭具有悠久的冰上運(yùn)動(dòng)的優(yōu)良傳統(tǒng)之外，冰鞋也是荷蘭運(yùn)動(dòng)員馳騁冰場的重要法寶.荷蘭的VIKING(海盜)、RAPS公司運(yùn)用了以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托的“生物力學(xué)測試”、“風(fēng)洞力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)”和“微型電腦控制系統(tǒng)”.“生物力學(xué)測試”是通過測試運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行各式各樣的動(dòng)作時(shí)，腳會在怎樣的狀態(tài)下著地，腳部所受到的壓力變化以及觸地的順序等數(shù)據(jù)資料.“風(fēng)洞力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)”是通過大學(xué)里運(yùn)動(dòng)用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的裝備來研究速滑冰鞋在比賽中的氣體流動(dòng)參數(shù)以及冰刀的性能參數(shù).計(jì)算機(jī)對測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由計(jì)算機(jī)軟件來對鞋子的結(jié)構(gòu)、材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證冰鞋運(yùn)動(dòng)時(shí)的軔性和彈性，并符合空氣動(dòng)力學(xué)原理.“微型電腦控制系統(tǒng)”是在冰鞋內(nèi)嵌微型電腦控制系統(tǒng).運(yùn)動(dòng)員在滑行時(shí)，系統(tǒng)中程序處理器處理壓力傳感器識別的運(yùn)動(dòng)員力量分布信息，并啟動(dòng)微型電子發(fā)動(dòng)機(jī)將腳后跟部分的冰刀同冰鞋分離，分離的時(shí)間可以讓運(yùn)動(dòng)員繼續(xù)滑行5步.運(yùn)動(dòng)員只需將力量集中到推進(jìn)滑行的腿部肌肉上，即可實(shí)現(xiàn)加快滑行速度的目的.

2.5 在體操等技巧項(xiàng)目裁判仲裁的應(yīng)用

現(xiàn)代體操、跳水等技巧類項(xiàng)目的發(fā)展正朝著難、新、穩(wěn)、美的方向，突出的特點(diǎn)是具有優(yōu)美性、藝術(shù)性和觀賞性.但技巧項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練周期長，難度大，且具有一定的危險(xiǎn)性.保證技巧項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)健康發(fā)展的重要條件是裁判工作的公正性、合理性和準(zhǔn)確性.目前技巧項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)成績的給定完全依賴裁判員根據(jù)其運(yùn)動(dòng)員完成動(dòng)作的情況，根據(jù)規(guī)則進(jìn)行的主觀評分，其結(jié)果必然產(chǎn)生相當(dāng)程度的誤差.除技術(shù)動(dòng)作的復(fù)雜性、綜合性和裁判評分手段的不完善性的客觀因素外，更主要的是裁判員本身的主觀因素影響.如裁判員與運(yùn)動(dòng)員之間的感情因素、暈輪因素和迎合因素等等，裁判員與裁判員之間的從眾心理、折衷心理和權(quán)威因素等等，裁判員自身的身體和心理的疲勞因素、思維定勢因素等等.心理因素的存在不可避免的影響到技巧項(xiàng)目成績的權(quán)威性[2].盡管各個(gè)技巧項(xiàng)目組織建立了完整的裁判員考核和培訓(xùn)制度，加強(qiáng)裁判規(guī)則的學(xué)習(xí)和研究，建立了裁判員的監(jiān)督機(jī)制，提高裁判員的職業(yè)道德素質(zhì)，端正裁判動(dòng)機(jī)，但每一次奧運(yùn)會總會出現(xiàn)不和諧現(xiàn)象.

根治體操等技巧項(xiàng)目裁判誤差最根本的辦法是引入計(jì)算機(jī)技術(shù).體操比賽時(shí)，多方位高速數(shù)字圖象采集設(shè)備把采集到的運(yùn)動(dòng)員肢體在三維空間的運(yùn)動(dòng)圖象傳入計(jì)算機(jī)，圖象識別處理軟件識別，并根據(jù)規(guī)則要求進(jìn)行比賽成績的給定.中國科學(xué)院研制的“數(shù)字化三維人體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真”系統(tǒng)正不斷完善，未來可以在技巧裁判方面得到應(yīng)用.

3 結(jié)束語

科學(xué)量化的計(jì)算機(jī)技術(shù)在競技體育中的應(yīng)用，必將在傳統(tǒng)訓(xùn)練中促使以人眼觀察到基于高精度運(yùn)動(dòng)捕捉與分析的人體運(yùn)動(dòng)測量方法的轉(zhuǎn)變，在運(yùn)動(dòng)分析領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從基于經(jīng)驗(yàn)的方法到基于人體運(yùn)動(dòng)模擬與仿真的人體運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變，在裁判仲裁中保證競技體育運(yùn)動(dòng)公平性，促進(jìn)體育運(yùn)動(dòng)向正確的方向發(fā)展.

〔1〕烏爾里希·哈特曼.對高水平競技體育訓(xùn)練的適應(yīng)機(jī)制及其主要觀點(diǎn)的思考.首都體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，16（4）：1-2.

〔2〕紀(jì)慶革.大型團(tuán)體操虛擬編排與演練原型系統(tǒng)研究.浙江大學(xué)博士后研究工作報(bào)告，2003.

〔3〕馬啟偉.體育心理學(xué)[M].北京：人民體育出版社，1996.

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1673-260X（2010）08-0135-02