計算機技術在競技體育運動中的應用

朱淑玲

（華北水利水電學院 體育部，河南 鄭州 450011）

計算機技術在競技體育運動中的應用

朱淑玲

（華北水利水電學院 體育部，河南 鄭州 450011）

計算機技術在社會各行各業得到了廣泛的應用.本文對計算機技術在競技體育中體能類、技巧類、環境適應類項目、比賽裝備以及體操等技巧項目中裁判仲裁的應用進行了綜述分析.

計算機技術；競技體育；裁判仲裁

1 前言

飛速發展中的計算機技術促進了社會各行各業的發展.同樣，計算機技術也在向“更快、更高、更強”發展中的競技體育運動領域得到了廣泛的應用，如體育比賽的組織、成績的管理、比賽信息的存取.本文典型綜述了計算機技術在競技體育中體能類、技巧類、環境適應類項目、比賽裝備以及體操等技巧類項目中裁判仲裁的應用.

2 計算機技術在體育上的應用

2.1 體能類項目上的應用

維爾霍山斯基 (Werschoshanskij)“超等長力量”(在歐洲被稱作“反應力量”)在競技體育中體能類項目的訓練方面，被看作是一種對運動成績具有關鍵支持作用的能力，因此受到體能運動項目的高度重視.實際上，決定超等長力量優劣的兩個主要因素——“彈性能量的產生、儲存與再釋放過程”和“運動神經中樞對肌肉的反射性調節”均與肌肉完成超等長收縮的時間有密切關系.

在我國，許多教練員只是簡單地把“超等長力量”與大運動量訓練等同起來.在多數情況下表現為長時間持續不斷地提高訓練量和強度，籍此提高運動成績.這種訓練方式缺乏科學性，將訓練內容和方法置于項目的生物特性之上會導致災難性后果，如肌肉或關節損傷[1].

早在上世紀80年代中期，芬蘭的科米等人最早應用計算機技術對超等長力量進行了研究.研究的方法是采用遙感技術獲得馬拉松運動員比賽時小腿三頭肌的三維遙感圖象，傳入計算機中，由計算機軟件對遙感圖象中三頭肌的超等長式收縮進行分析.研究分析的主要內容有三頭肌的超等長收縮時間、退讓收縮速度、拉長長度、肌腱張力、垂直和水平分力等數據.依靠計算機技術從能量代謝角度對運動員肌肉訓練的特性分析，為教練員采用訓練量、訓練姿態提供幫助，并能夠有效的預防訓練不當造成的肌肉損傷.

進一步研究證明，肌肉運動訓練負荷表現在人體細胞適應水平上，即通過肌肉蛋白質的分解與合成的動態平衡表現出來的.國外，在上世紀80年代后期，開始利用計算機技術在細胞分子水平上研究對運動水平有重要影響的機能蛋白質的合成問題.運動員通過對細胞系統施加適宜的負荷即可獲得高的競技水平，而不是在相當長的時間僅獲得低的適應和小幅度的成績增長.

2.2 技巧類項目上的應用

現代體操、跳水、蹦床等技巧類項目的比賽套路固定、動作難度系數越來越大，同時要求技術水平發揮穩定，已經達到了人類運動的極限.這么高的起點上，每一個新動作的產生，都意味著一次對人體極限的挑戰，其中凝聚了教練和隊員無數的汗水和付出，甚至生命的代價，而且即使付出了也并不一定會成功，進行動作創新十分艱難.

在這些項目的體育訓練中，運動員運動技巧的改進主要是依靠教練員和運動員的自身經驗.為了分析己方和對方運動員的優勢或弱點，利用攝像機把運動員的動作拍成電影，然后放映慢動作鏡頭供人們分析，具體動作常常看不清楚，這種方法固然有些作用，但顯然難以定量、迅速、準確地做出全面分析.

目前，國際上還沒有基于運動仿真分析的體育運動輔助訓練軟件.2002年，中國科學院開始了“數字化三維人體運動的計算機仿真”系統的研發工作.系統利用虛擬體操運動員能夠精確地重現運動員的動作，并通過模擬人體力學數據，實現動作套路的虛擬編排，產生新的技術動作.或從現有的幾十個動作中進行挑選，通過軟件進行編排.教練員可以在計算機上檢驗動作的人體工學性、動作銜接性等等.并能夠通過人機交互性，對存在于教練員和裁判的頭腦中的高水平的完美動作，由計算機三維仿真方式模擬出來.系統對幫助教練員、運動員改進和創新技術動作，提高技術水平有很好的促進作用.

2.3 環境適應類項目中的應用

越野滑雪、高山滑雪、雪橇、帆船帆板等環境適應類體育項目，除了與運動員的基本素質之外，同時與運動員對比賽環境的適應性能有密切的聯系.而適應性訓練還受到訓練時間、訓練條件的限制.

虛擬現實技術則綜合利用了計算機技術、計算機圖形學、計算機網絡技術、圖像處理和模式識別、智能接口技術、生理學、多傳感器技術、語音處理和音響技術等技術.操作者可以通過視覺、聽覺和觸覺等與虛擬現實技術為人機交互提供的新的交互媒體交互，從而能產生“身臨其境”場景[2].

上世紀九十年代初，美國圖象公司與加利福尼亞戴維斯大學成功開發了一種雪橇比賽裝置.這種裝置可以把運動員帶到一個仿真世界.計算機技術造成的立體圖像，將訓練室變成了虛擬真實的比賽現場.運動員在這套裝置上能真切體驗到駕駛雪橇沿著跑道飛速下滑中震蕩、搖擺、起伏、俯仰和偏航等真實的滑雪感受.同時，運動員身上的傳感器能夠直接記錄運動員的運動數據以及運動員在模擬條件下的刺激反應.實驗室的檢測設備實時監測運動員的身體狀況，進行技術分析和功能診斷；根據模擬比賽中出現的各種問題，設計最佳路線，制定最佳策略.

美國雪橇隊為備戰16屆法國冬季奧運會試用了該裝置.利用仿真虛擬環境體驗了1998年在長野冬季奧運會面對的跑道.這種模擬訓練比實地訓練可以節省大半的費用，并且在相同的時間內訓練次數大大增加，顯然有助于提高比賽成績.

2.4 在體育比賽裝備上的應用

比賽裝備是運動員取得優異成績的重要保障條件.由于計算機系統具備了超凡的信息收集和分析能力，能夠對比賽裝備的構造、材料等各項構成因素的數據進行全面、精確的分析和設計，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用.

荷蘭運動員一直在冰上速滑項目保持比較大的優勢，除荷蘭具有悠久的冰上運動的優良傳統之外，冰鞋也是荷蘭運動員馳騁冰場的重要法寶.荷蘭的VIKING(海盜)、RAPS公司運用了以計算機技術為依托的“生物力學測試”、“風洞力學性能實驗”和“微型電腦控制系統”.“生物力學測試”是通過測試運動員在進行各式各樣的動作時，腳會在怎樣的狀態下著地，腳部所受到的壓力變化以及觸地的順序等數據資料.“風洞力學性能實驗”是通過大學里運動用風洞實驗的裝備來研究速滑冰鞋在比賽中的氣體流動參數以及冰刀的性能參數.計算機對測試得到的數據進行分析，由計算機軟件來對鞋子的結構、材料進行設計，保證冰鞋運動時的軔性和彈性，并符合空氣動力學原理.“微型電腦控制系統”是在冰鞋內嵌微型電腦控制系統.運動員在滑行時，系統中程序處理器處理壓力傳感器識別的運動員力量分布信息，并啟動微型電子發動機將腳后跟部分的冰刀同冰鞋分離，分離的時間可以讓運動員繼續滑行5步.運動員只需將力量集中到推進滑行的腿部肌肉上，即可實現加快滑行速度的目的.

2.5 在體操等技巧項目裁判仲裁的應用

現代體操、跳水等技巧類項目的發展正朝著難、新、穩、美的方向，突出的特點是具有優美性、藝術性和觀賞性.但技巧項目運動訓練周期長，難度大，且具有一定的危險性.保證技巧項目運動健康發展的重要條件是裁判工作的公正性、合理性和準確性.目前技巧項目運動成績的給定完全依賴裁判員根據其運動員完成動作的情況，根據規則進行的主觀評分，其結果必然產生相當程度的誤差.除技術動作的復雜性、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.如裁判員與運動員之間的感情因素、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目成績的權威性[2].盡管各個技巧項目組織建立了完整的裁判員考核和培訓制度，加強裁判規則的學習和研究，建立了裁判員的監督機制，提高裁判員的職業道德素質，端正裁判動機，但每一次奧運會總會出現不和諧現象.

根治體操等技巧項目裁判誤差最根本的辦法是引入計算機技術.體操比賽時，多方位高速數字圖象采集設備把采集到的運動員肢體在三維空間的運動圖象傳入計算機，圖象識別處理軟件識別，并根據規則要求進行比賽成績的給定.中國科學院研制的“數字化三維人體運動的計算機仿真”系統正不斷完善，未來可以在技巧裁判方面得到應用.

3 結束語

科學量化的計算機技術在競技體育中的應用，必將在傳統訓練中促使以人眼觀察到基于高精度運動捕捉與分析的人體運動測量方法的轉變，在運動分析領域實現從基于經驗的方法到基于人體運動模擬與仿真的人體運動的轉變，在裁判仲裁中保證競技體育運動公平性，促進體育運動向正確的方向發展.

〔1〕烏爾里希·哈特曼.對高水平競技體育訓練的適應機制及其主要觀點的思考.首都體育學院學報，2004，16（4）：1-2.

〔2〕紀慶革.大型團體操虛擬編排與演練原型系統研究.浙江大學博士后研究工作報告，2003.

〔3〕馬啟偉.體育心理學[M].北京：人民體育出版社，1996.

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1673-260X（2010）08-0135-02