北翔大学研究团队如何使用Xsens助力冬奥选手夺冠

Xsens近日采访了北京冬奥会跳台滑雪冠军小林陵侑背后的功臣：日本北翔大学的山本敬三教授，神户大学/理化学研究所的坪仓诚教授。两位教授向我们介绍了如何将动作捕捉应用在跳台滑雪的训练中，并帮助选手提高成绩。

在顶级的体育赛事中，冠军与亚军的成绩之差往往体现在极小的细节上。运动员身后的团队为准备比赛投入了数百甚至数千小时，寻找最佳方式来调整饮食、作息和运动表现，从而比对手更具优势。生物技术的进步意味着体育竞赛不再局限于运动员之间，而是与教练、数据分析师和研究团队的竞争，他们一直在寻可用于提高运动员表现的最近技术。

在小林陵侑备战北京冬奥会的训练中，北翔大学的山本敬三教授将目光投向动作捕捉技术。技术优先的策略最终被证明是成功的，小林陵侑在跳台滑雪男子个人标准台决赛中获得金牌。

为此我们采访了山本敬三教授，了解他如何将动作捕捉作为研究过程的一部分，他选择Xsens的原因，以及该技术如何在不久的将来应用于其他运动。

奥运冠军背后的团队

山本敬三教授来自日本北翔大学，擅长对运动员的动作分析。他不仅在大学终身体育学院内专攻运动学，还与日本奥委会的运动员有着密切合作。

“自2008年以来，我一直在日本札幌国家训练中心 (NTC) 作为科研人员为跳台滑雪训练中心的运动员提供支持。 除了体能训练，NTC还为运动员提供广泛的支持，包括表现评估、营养指导，以及来自医生的医疗和心理支持。我负责运动表现评估，包括从生物力学的角度评估姿势和动作。”

随着2022北京冬奥运会的临近，山本教授和他的团队寻找可以捕捉运动员出色表现的方法，并利用这些数据来提高整个团队的成绩。团队在2019年决定使用动作捕捉技术，小林陵侑是理想的研究对象。小林在跳台滑雪世界杯2018/19赛季获得了六座奖杯，包括总冠军的最高成绩。小林是2022年冬奥会的夺冠热门之一，因此山本教授热衷于分析他的表现，并帮助他将成绩提升到一个新的水平。

“小林陵侑在2018/19赛季赢得了世界杯总冠军，我们请他帮助我们对世界顶级运动员的表现进行分析，因为这对教练组和其他运动员来说是一个有用的资源，小林欣然同意。”

跳台滑雪是一项特殊的运动，因为特定的天气条件以及对运动员的相关影响，一年中能进行训练的天数较为有限。但借助动作捕捉数据，运动员和教练员可以随时查看运动表现，而不必担心降雪量和运动员压力等问题。

山本教授需要一个足够强大的动作捕捉技术来捕捉跳跃时的复杂性，同时又要足够轻巧且不会影响运动员的表现，他们将目光转向了Xsens。

运动研究 – 使用正确的动作捕捉技术避免观察者效应

出色的运动表现通常取决于运动员保持积极心态的能力，在这种状态下，他们完全与自己的表现相关联，并感觉自己可以控制自己的表现。在ESPN播出的乔丹纪录片《The Last Dance》中，乔丹自传的作者Mark Vancil讨论了乔丹的内心状态：“他在比赛中非常专注，他的天赋不在于跳得高、跑得快或投篮准，而是他的专注力，这让他在篮球界脱颖而出。” 同样的，小林陵侑在训练中对姿态与动作非常专注，不会因为身穿动捕套装而分心。Xsens套装的可穿戴性和数据的准确性，使得山本教授选择了这项技术。小林的跳跃记录将成为NTC用来衡量其他跳台滑雪运动员的标准，但重要的前提是他必须能够在自然状态下进行跳跃。

“毫秒之间的变化在跳台滑雪中是无所不在的关键因素。” 山本教授解释：“即使是最轻微的姿势变化，也会对气流和空气动力造成很大影响。我们研究的目的是空气动力学分析，为此需要一个可以高精度测量运动员姿势的系统。我们选择Xsens是因为它的准确性以及系统的整体重量和尺寸。”

顶尖的运动装备采用了先进的技术设计：从材料到重量克数，这些因素的差异不仅会带来昂贵的训练预算，还会影响运动表现的微观测量。因此动捕装备必须能够良好地适配运动员本身的高科技运动装备。“多年来，我们一直在寻找一种基于芯片的IMU类型传感器的动作捕捉系统，因为跳台滑雪运动员需穿戴专业的运动服，电影业中传统的基于标记的动捕套装较为笨重，并不适合运动员穿戴”。

跳台滑雪运动员必须身穿紧身运动服，过去曾有运动员因穿着不合规的运动服而被取消比赛资格。小林陵侑为跳跃所穿的MVN Link套装与他在比赛中穿的运动服非常相似，这意味着在研究中无需考虑额外的重量所造成的影响，也不会改变小林的跳跃方式。山本教授分享道，“基于标记的动捕方式在跳台滑雪中难以应用，我们考虑了不同的厂商并最终选择了Xsens MVN，因为它可以准确测量运动员和滑雪板的空中姿态。运动员须佩戴此设备来进行跳跃，跳跃的高度之高以至于我们将其称为‘飞行’！我们需要一个重量尽可能轻且尺寸尽可能小的设备，Xsens满足了这些要求。”

虽然小林陵侑对Xsens套装感到满意，但仍有其他因素会影响到跳跃研究的进行，山本教授解释说：“测量计划很难在运动员和研究团队之中协调。小林的日程安排总是满满的，所以我们优先考虑他的日程安排。同时天气也是个重要的原因，过去我们曾因为风雨天气而不得不取消测量。幸运的是测量当天的天气非常好，我们能够在没有任何干扰的情况下进行测量。

研究成果

穿上Xsens MVN套装后，小林在空中的姿态和运动轨迹能够完全被捕捉并记录。接着，山本教授将他的动作转换为数据，相关数据将被整合到运动员的3D扫描模型中，接着使用超级计算机“富岳”对升力和阻力进行模拟和分析。

通过这些数据，山本教授和他的团队开始确定跳跃的关键要点。

“在对随时间变化的跳跃姿势进行空气动力学分析后，我们发现了顶尖运动员身上的一些特征。通过阐明一系列跳跃动作中的流体特性，可以客观地研究出影响运动表现的关键因素。项目同时有两名运动员参与，因此我们能够对比分析不同形式的跳跃。”

动捕数据使研究团队能够详细地查看气流运动，从而能更好地分析出小林的独特运动模式。山本教授表示：“我惊讶地发现升阻比在小林起跳后迅速增加。升阻比是跳台滑雪空中飞行的关键指标，尽早形成具有空气动力学优势的飞行姿势对提高成绩很重要。”

起跳后升阻比迅速增加，小林的空中姿态意味着他能够减少这种阻力的影响，因此比其他运动员更有优势。

跳台滑雪的未来发展

跳台滑雪是一项独特的运动，空气动力学运动是这个项目的核心，在空中应该采用什么姿势对运动员来说是一项挑战。但是在动作捕捉的帮助下，这变得容易理解，正如山本教授解释的那样：“跳台滑雪是一项‘飞行’运动，因此对空气动力学特征进行分析，并以此来评估运动表现很有必要。通过可视化不可见的气流和空气动力，可以更容易地向运动员解释数据。我相信这将促进运动员和教练之间的交流，提高训练质量。”

众多运动员已经在使用Xsens动捕技术来提高运动表现，包括跑步、高尔夫、网球等项目。山本教授推测在不久的将来这一技术将会得到更多的应用。“我认为动作捕捉对于研究是非常有效的，它对运动员的压力较小，并且可以在摄像机无法记录的地方记录运动。至于流体分析，这项技术将在流体力占主导地位的运动中发挥作用，例如游泳。”

动作捕捉技术为运动员和教练员开辟了一种新的方式来思考运动，他们可以使用MVN Analyze之类的技术来研究自身运动方式形成的原因，而不是仅仅只考虑应该如何运动。正如Movella的 高级市场总监Remco Sikkema所描述的那样，“运动员的动作可以如此个性化，以至于很难根据一名运动员的数据进行概括。话虽如此，了解自己作为运动员的能力和极限非常有价值。随着越来越多的运动员和教练员想要更加了解自身的运动方式，动作捕捉在体育中的使用逐年增加。”