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              科技助力 智慧賦能

              2022-01-26 20:33李忠東
              科學24小時 2022年2期
              關鍵詞:觀賽場館運動員

              李忠東

              2022年北京冬季奧運會將用科技打造智慧奧運,用科技展現奧運魅力。為達到“簡約、安全、精彩”的辦賽要求,各種智能應用方案閃亮登場。高科技在助力運動員取得優異成績的同時,也讓觀眾得以享受精彩的視覺盛宴。在競爭激烈的賽場上,多種突破性技術令人嘆為觀止,其中三維運動員追蹤(簡稱3DAT)技術平臺、360度VR技術平臺和VSS(Venue Simulation Service)數字孿生場館模擬仿真系統等,成為引人注目的科技看點。

              3DAT 技術平臺:揭秘運動能力極限

              科技巨頭英特爾是奧運會的親密合作伙伴,其首創的3DAT技術平臺,將先進的AI(人工智能)和計算機視覺運動追蹤能力從實驗室帶到了賽場。該技術平臺使用4個高度靈活、移動迅速的攝像機捕捉運動員的形態和運動情況,接著應用由英特爾至強可擴展處理器驅動的算法,從生物力學機制的角度對運動員的動作進行分析,然后從標準視頻源中,提取運動員的關鍵骨骼點信息、身體關鍵部位的姿態、運動軌跡和位置信息等,應用姿勢估計算法和生物力學算法來進行三維重建,生成生物力學數據,并輸出運動表現分析。該平臺可將數據在20秒內最終交付給廣播端口,把運動員的相關信息,比如姓名、國籍、實時速度等更直觀地呈現給觀眾。

              3DAT 技術平臺

              3DAT技術平臺生成的數據被整合到奧運會轉播中,能增強電視直播節目的效果。該技術平臺以“接近實時”的方式工作,允許廣播服務公司實時添加數據。它曾在2021年東京奧運會舉行的100米、200米、4×100米接力和跨欄運動項目的回放過程中,提供疊加的可視化數據。例如,在8月1日舉行的東京奧運會男子100米半決賽中,觀眾們為中國運動員蘇炳添以9.83秒刷新亞洲紀錄而歡呼。蘇炳添的出色表現之所以能在電視直播中淋漓盡致地呈現在人們面前,完全得益于3DAT技術平臺。在后續慢鏡頭回放過程中,3DAT技術平臺提供了幾組疊加的可視化動畫和數據,通過蘇炳添奔跑姿勢的生物力學圖層,顯示他在各個不同階段的位置和實時奔跑速度,并且對比賽亮點進行分析、解讀和復核,帶給觀眾更全面的認識和全新的體驗。

              對于裁判員來說,3DAT技術平臺是確定每一刻每位運動員排名的最重要的依據。特別是在終點沖刺階段,當兩位運動員的位置極其接近的時候,有時僅憑肉眼難以捕捉到如此微小的差異,無法保證判定的公平公正。在這關鍵的時刻,裁判員可以通過3DAT技術平臺收集的有關速度跟蹤和場景細節等數據,來確定運動員的最終排名。這些數據主要包括運動員們在賽道上幾個點的速度、完成比賽的耗時和到達終點線的時間等。

              該技術平臺的信息不僅輸出量大,而且準確,裁判員和觀眾可以依據各種信息來比較不同運動員的表現。以百米田徑運動為例,比賽時間只有短短幾秒到十幾秒,運動員跑出的每一步的細微變化都有可能影響比賽結果。3DAT技術平臺提供的視頻顯示了跑步者身后的彩色軌跡,這個軌跡在比賽的不同點顏色不同,裁判員和觀眾可以清晰地看到顏色隨著運動員跑動距離的變化而各異。

              在競技體育中,每一個動作完成的精細度對比賽成績都起到決定性的作用,因此,日常訓練時對動作進行更精準的把握和更科學的分析,是幫助運動員提升運動表現的關鍵之一。3DAT技術平臺把計算機視覺和AI技術結合在一起,能夠捕捉到運動員的多個關鍵骨骼點(這些骨骼點對于描述人體姿態和預測人體行為至關重要),并在幾秒鐘內提供運動員速度、身體角度、加速度、步長等方面的數據,實現對運動員3D形態的數據提取,為運動員的訓練提供有力的數據支持和科技輔助。3DAT技術平臺能幫助渴望成功的職業運動員進行訓練,從而達到巔峰狀態。

              跑步者身后的彩色軌跡隨著跑動距離的變化而改變顏色。

              對此,兩屆奧運會十項全能金牌得主、英特爾奧林匹克技術事業部產品開發工程師阿什頓·伊頓表示:“在從事體育運動時,人們的自我感覺和真正表現之間存在著巨大差距。當我在進行100米短跑訓練時,我會和我的教練一起進行步態調整,以減少幾分之一秒的時間。這完全是憑感覺,有時起作用,有時不起作用,因為我不完全知道身體實際上在做什么。但是3DAT 技術平臺可以讓運動員準確地了解自己的運動姿態,因此可以進行精確的分析,并能明確哪些地方須進行調整?!?/p>

              3DAT技術平臺利用攝像機在運動員訓練時進行拍攝,因而他們不會因佩戴傳感器或偏離常規訓練計劃而感到有負擔。該技術平臺將視頻數據(每秒60幀)發送到云端,利用英特爾第二代至強可擴展處理器進行分析。運動員和教練員收到詳細描述運動員訓練情況的報告和圖表后,能更深入地研究人體力學及問題點,以便實施細微的調整,來幫助運動員充分發揮潛力。這些都是教練員用肉眼無法捕捉到的信息。另外,借助3DAT技術平臺記錄的運動員的歷史數據,還可以實現對訓練趨勢的追溯,讓教練員在精準分析運動姿態、聚合運動數據的基礎上,整理并提出科學訓練計劃和專家策略。

              對此,英特爾研究副總裁莫妮卡·勞德米爾克指出:“以前無法用肉眼衡量的指標,現在可以通過3DAT 技術平臺顯示出來。我們通過獲取、綜合這些信息,將其轉化為對教練員和運動員有用的東西。當最微小的調整為我們的運動員帶來真正的、有影響力的變化時,它就會改變游戲規則?!?/p>

              作為一項前沿技術,3DAT技術平臺在全民健身、健康和藝術等領域有著廣闊的應用空間,與體育和藝術等諸多領域相結合,會形成巨大的跨界影響力。該技術平臺可通過三維骨骼重建形成一個虛擬人,再通過藝術加工或渲染使之變成一個虛擬人偶。虛擬人是未來虛擬世界諸多應用的主干,如何創造栩栩如生的虛擬數字人,一直是計算機視覺、計算機圖形學與多媒體等人工智能相關學科密切關注的重要研究課題。

              360度VR技術平臺:提供前所未有的觀賽體驗

              在北京冬奧會上,英特爾還將通過360度VR技術平臺,把沉浸式內容提升到更高的檔次——捕捉整個運動場地的三維數據,從任意角度進行直播,定格精彩畫面,并實現360度快速回放,為觀眾創造一個感受體育運動魅力的虛擬世界。VR頭盔實現了輕量化、高分辨率顯示、低延時和高刷新率,極大地防止眩暈和不適,用戶已經可以較長時間佩戴頭盔欣賞VR視頻。

              無論是探索大型體育賽事創新的轉播方式,還是豐富觀賽體驗,或者吸引年輕的網民,英特爾的360度VR技術平臺都取得了成功。作為VR視頻的細分領域之一,用VR頭盔來觀看專業賽事已經成為一個新的發展方向。它不僅能帶來強烈的現場感,讓用戶如臨其境,而且現場多臺VR攝像機的部署還可以讓用戶切換鏡頭,自由選擇不同的視角觀賽。在某種程度上,用戶享受到的觀賽樂趣甚至優于親臨現場的觀眾。

              360度VR技術平臺

              VSS數字孿生場館模擬仿真系統:助力場館管理與運營

              VSS數字孿生場館模擬仿真系統基于英特爾最新一代高性能處理器的先進計算能力,不僅能夠建立虛擬場景、仿真活動全過程,而且提供針對活動流程的三維輔助設計工具集,多方位地為大型活動的組織搭建一套具備時間和空間等多維度的設計輔助協作平臺。該系統一方面將現實世界的物聯網等智慧場館應用的真實信息與其數字孿生虛擬世界完美融合,為賽事管理方和場館運營方提供虛擬現實的智慧管理手段,節約成本,提升效率,實現科學防范;另一方面可以基于3D數字孿生模型和云渲染技術開發賽道模擬、攝像機位模擬、觀眾座位觀賽視角模擬、場館內導航等服務,讓運動員、轉播商、場館方和觀眾通過5G網絡訪問基于3D數字孿生場館的云化服務。

              數字孿生技術指的是以場館信息模型為基礎,運用云計算、物聯網、移動互聯網、大數據、AI等新一代信息技術,在虛擬信息空間構建一個可以表征該物理場館的虛擬實體和子系統,并且這種聯系不是單向和靜態的,而是存在于整個產品的生命周期中。作為舉辦體育活動的場地空間,體育場館是體育產業數字化轉型的核心場景,數字孿生技術在減少工作人員、避免不必要的客戶接觸、阻斷病菌傳播渠道等方面將發揮顯著的效果。

              大型活動舉辦期間的人流管理、交通調度、安防管理和應急指揮等重點場景,均可通過基于數字孿生系統的大數據模型仿真、精細化數據挖掘和科學決策,出臺指揮調度指令及決策監測,全面實現動態、科學、高效、安全的大型活動項目管理。任何活動事件、人員車輛、基礎設施的運行,都將在數字孿生系統中進行實時、多維度的呈現。對于重大安全事件,可以依托數字孿生系統,以秒級時間完成問題發現和指揮決策下達,實現一點觸發、多方聯動、有序調度、合理分工、閉環反饋。當前,大多數的體育場館運行方式仍以傳統的人力結合部分樓宇智能化子系統進行,這種運維方式對建筑設備的故障處理相對及時,但對建筑設備故障預警分析的能力尚有欠缺。場館運維服務應以預防為主、檢修為輔,數字孿生技術良好的全面分析和預測能力,將在場館的運維領域大放異彩。

              賽事主辦方、場館運營方、參賽運動員、運動觀賽者和健身愛好者是智慧場館服務的核心對象,也是數字化轉型考慮的關鍵因素。數字孿生場館以人作為核心主線,對觀賽屬性、消費偏好、運動數據等進行動態監測,納入模型,協同計算,同時通過電子商務、在線教育,結合AR/VR、高清視頻等技術實現虛擬的觀賽和線上訓練,以智能人機交互、網絡主頁提醒、智能服務推送等形式,實現服務的快速響應和個性化服務,形成具有巨大影響力的數字孿生服務體系。數字孿生的核心概念是虛擬與現實的高度融合。對于未來的數字時代的觀賽與訓練而言,數字孿生是再好不過的選擇,可以把對運動的各種反饋更為生動直觀地呈現出來,能進行可視化教學,又能遠程操作,既有樂趣又切合實際。

              VSS數字孿生場館模擬仿真系統

              因新冠肺炎疫情的影響,運動場館的管理和運營面臨嚴峻的挑戰,線下的活動和場景也受到了制約。北京冬奧會使用的VSS數字孿生場館模擬仿真系統主要解決三個問題:一是運動員、教練員和裁判員無須來到現場就能挑選自己心儀的房間,類似VR看房;二是幫助負責奧運轉播的奧林匹克廣播服務公司模擬拍攝角度,選擇合適的機位擺放位置;三是協助奧組委工作人員更好地工作,使他們能通過仿真系統隨時對場館內的設施提出修改意見,減少實地勘查的時間成本,讓體育場館更加人性化和智能化。

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