高速动作捕捉技术：美国国家游泳队突破极限的秘诀

▲5枚奥运金牌得主、游泳运动员内森-阿德里安

对于游泳竞技来说，除了推进力，泳姿的正确性也同样起着至关重要的作用。一些最微小的差别往往能最终决定运动员是成功登上领奖台，还是含恨苦吞失利。为此，最顶尖的游泳运动员们对于小到脚踝角度这样的细节都有着极为严格的自我要求。可以这么说：在如今的日常训练中，游泳运动员们早已离不开视频影像分析技术的辅助。但在这类技术诞生之前，纠正身体姿态、不同泳姿、打腿动作这类分析工作却仅能靠着人眼来完成。“在以前，我们大都依赖教练的肉眼观察，”五夺奥运金牌（其中两次是在2016年的里约奥运会上登顶）的内森-阿德里安表示，“但现在我只需要在身上粘附一些LED感应器，电脑软件就会自动追踪完成分析。另外这整套设备还可以被收纳到一个行李箱中让我随身携带。”

阿德里安上面提到的便携影像追踪分析设备是由宝马的工程师们专门为美国国家游泳队研发制造的：这套由驰名世界的汽车生产制造商研发的全新设备，并非用于感应驾驶员视野盲区内驶来的车辆，以避免事故发生；它旨在精准追踪游泳运动员在使用不同泳姿时的身体动作。并且将其接收的每一次划水、打腿，或者不寻常的脚部角度，转换为具象的数据指标。

简单说说这套设备的工作原理：首先阿德里安会在身上粘附用于感应的LED发光二极管；接着在他游泳时，这些LED感应器会记录下高速影像；最后相关软件会通过特定的算法，将得到的影像转换为教练们可以理解参考的数据。宝马旗下位于加州的DesignworksUSA公司设计制造出了这套设备，担任其创思顾问总监的彼得-福尔特表示——对于参与其中的工程师、设计师，还有撰写算法的程序员们而言，这套被应用于“极端环境”（水下），并需要记录“高速运动的物体”（世界顶尖的游泳运动员们）的设备能够成功诞生，着实是个不小的创举。

作为世界顶尖的50米、100米自由泳项目运动员，已经参与过三届奥运会的阿德里安一路见证了在游泳项目内部被广泛使用的、类似于“水下影像慢速播放分析”之类的传统技术的逐步发展，这些技术也的确越来越精确。但它们始终无法与宝马开发的这套设备相提并论——它捕捉到的动作细节最为具体。同时由其算法生成的2D图像甚至可以精确且直观地反映出，运动员所做动作中脚趾的实际角度与理想角度的偏差——这是前所未有的突破。

▲由宝马开发，原本用于避免碰撞事故发生的追踪感应科技，现今被美国国家游泳队用来追踪、测量以及分析顶尖运动员们泳姿的每一个角度、每一次划水以及细致到脚部的每一丝不完美的动作细节

海豚式打腿——一个全身协调发力并具有周期性的动作，是游泳比赛里一项极为重要的技术，经常被应用在运动员出发入水和触壁转身后，以及游至中程达到最高速度时。通过影像追踪分析设备研究改进海豚式打腿技术是目前美国国家游泳队工作的重点。“借助科技的力量更透彻地研究海豚踢技术是具有里程碑意义的，”美国国家游泳队的技术顾问拉塞尔-马克表示，“每位运动员都能在比赛里做出一到两次优秀的海豚踢动作。但我们的目的是提高稳定性，利用设备带来的具象化数据，尽可能地保障运动员们在比赛中做出的每一次海豚踢都接近完美。这最终将转化为巨大的优势。”

于是每当阿德里安在训练中做出一次完美的海豚式打腿，工作人员就会马上利用追踪到的数据建立一条基准线，供别的运动员学习参考。“我们并不缺少海豚踢技术出色的队员，”马克表示，“但将他们的动作作为模板，让更多运动员提升这一技术才是关键所在。”

早在2016年的三月初，阿德里安就在推特上放出了一个自己身穿LED感应器跳入泳池的视频——那是他帮助马克对影像追踪分析设备进行验收测试时的场景。那次测试令阿德里安在技术细节层面获得了不少有益的实用信息，他本人对其给出了极为正面的评价和反馈。

阿德里安透露：“这套设备让我能够观察到脊柱的角度变化，借此计算出自己游动时上胸腔部位的动量总额。随后我将得到的数据与那几个总比我游得更快的家伙的同类数据进行了比较，试图找出差别。我认为这正是我们眼下最需要的，它甚至可能会成为突破极限、打破瓶颈的关键，帮助我们理解如何更好地在水中保持动能。”

美国国家游泳队希望这套影像追踪分析设备最终能够提供实时反馈，将数据同步传送到泳池边教练们手中的平板电脑上，以便教练团队第一时间对运动员们做出指导。但验收测试时的收获已经让阿德里安尝尽了甜头，他等不及设备最终版本的上线，就已经开始在训练中使用它了。

“我向来喜欢分析，我想要理解事物运作的本质，”阿德里安表示，“在这套设备诞生前，我从未想过能在如此微观具象的层面分析自己的海豚式打腿技巧。游泳比赛本质上比拼的就是谁的动作更高效，谁浪费的动能更少。如果有人能成功做到这一点，那么他就会得到旁人无法企及的优势。” 

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THU体育科技

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