淺析體能訓(xùn)練的數(shù)字化、智能化發(fā)展趨勢(shì)

□ 徐夢(mèng)桃（沈陽(yáng)體育學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110102）

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)發(fā)展，大數(shù)據(jù)成為賽場(chǎng)奪冠的核心競(jìng)爭(zhēng)力，正在為我國(guó)備戰(zhàn)北京冬奧會(huì)提供科技助力和訓(xùn)練新動(dòng)能；體能訓(xùn)練作為挖掘人類(lèi)極限潛能的科學(xué)工程將隨著大數(shù)據(jù)和智能化技術(shù)的發(fā)展，其表現(xiàn)水平的將給與精細(xì)化和精準(zhǔn)化評(píng)價(jià)，大數(shù)據(jù)將架設(shè)其體能與健康的橋梁。

縱覽國(guó)內(nèi)外體能訓(xùn)練的現(xiàn)狀，我們發(fā)現(xiàn)“數(shù)字化體能訓(xùn)練”已經(jīng)是一種不可阻擋的發(fā)展趨勢(shì)，體能訓(xùn)練“數(shù)字化”和“智能化”成為最明顯的特征。

1、概述

當(dāng)今世界，信息技術(shù)創(chuàng)新日新月異，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化深入發(fā)展，在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、促進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化、滿(mǎn)足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。習(xí)近平指出，“以信息化驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代化，加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)”，必將激發(fā)社會(huì)建設(shè)“數(shù)字中國(guó)”的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性，推動(dòng)信息化更好造福社會(huì)、造福人民。數(shù)字化、智能化和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是大數(shù)據(jù)和智能化的核心概念。

1.1、數(shù)字化概念

是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型。把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼，引入計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化基本過(guò)程。

1.2、智能化概念

智能化是指事物在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)支持下，所具有能動(dòng)地滿(mǎn)足人各種需求的屬性。如無(wú)人駕駛就是智能化事物，它將傳感器物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)融為一體能動(dòng)地滿(mǎn)足人出行需求。它之所以是能動(dòng)的，是因?yàn)樗幌駛鹘y(tǒng)的汽車(chē)，需要被動(dòng)的人為操作駕駛。

1.3、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

它是20世紀(jì)80年代以來(lái)人工智能領(lǐng)域興起的研究熱點(diǎn)，是從信息處理角度對(duì)人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象，建立某種簡(jiǎn)單模型，按不同連接方式組成不同網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱(chēng)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種運(yùn)算模型，由大量節(jié)點(diǎn)（或稱(chēng)神經(jīng)元）之間相互聯(lián)接構(gòu)成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一種特定輸出函數(shù)，稱(chēng)為激勵(lì)函數(shù)。每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)間連接都代表一個(gè)對(duì)于通過(guò)該連接信號(hào)的加權(quán)值，稱(chēng)之為權(quán)重，這相當(dāng)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的記憶。

網(wǎng)絡(luò)輸出則依網(wǎng)絡(luò)連接方式，權(quán)重值和激勵(lì)函數(shù)的不同而不同。而網(wǎng)絡(luò)自身通常都是對(duì)自然界某種算法或者函數(shù)的逼近，也可能是對(duì)一種邏輯策略的表達(dá)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識(shí)別、智能機(jī)器人、自動(dòng)控制、預(yù)測(cè)估計(jì)、生物、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域已成功地解決了許多現(xiàn)代計(jì)算機(jī)難以解決的實(shí)際問(wèn)題，表現(xiàn)出良好智能特性。

2、數(shù)字化體能訓(xùn)練成功案例——德國(guó)足球

德國(guó)科隆一家足球博物館里陳列著一臺(tái)電腦——它就是促成“2006神奇小紙條”功臣之一；更大的功臣則是當(dāng)年的德國(guó)科隆體育學(xué)院分析團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)為了點(diǎn)球大戰(zhàn)，分析研究13000條點(diǎn)球錄像，利用電腦計(jì)算出阿根廷隊(duì)誰(shuí)罰點(diǎn)球、怎樣罰點(diǎn)球。

這一系列研究在高度機(jī)密下由布什曼教授負(fù)責(zé)完成，他帶領(lǐng)40名大學(xué)生日以繼夜地從數(shù)據(jù)中挖掘信息。最終，團(tuán)隊(duì)分析統(tǒng)計(jì)和電腦的總結(jié)研判完美結(jié)合，完成2006年偉大的 “大數(shù)據(jù)研究”成果。

2014年世界杯中，德國(guó)隊(duì)在首輪比賽以4:0大勝C羅所在葡萄牙隊(duì)，背后大數(shù)據(jù)帶來(lái)力量。

從德國(guó)隊(duì)的表現(xiàn)似乎不難發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)正悄然影響著綠茵場(chǎng)上的強(qiáng)弱較量。通過(guò)對(duì)球員跑動(dòng)、傳球等數(shù)據(jù)捕捉和分析，教練能夠評(píng)估每場(chǎng)比賽的主要狀況和每個(gè)球員的特點(diǎn)，并以 “數(shù)字和事實(shí)”來(lái)優(yōu)化備戰(zhàn)方案，提升球隊(duì)的成績(jī)。僅靠球員天賦和教練經(jīng)驗(yàn)時(shí)代已經(jīng)漸行漸遠(yuǎn)，針對(duì)每個(gè)球員個(gè)性化解決方案讓傳統(tǒng)足球比賽翻開(kāi)新的一頁(yè)。

對(duì)S A P來(lái)說(shuō)，德國(guó)隊(duì)是全球首支在比賽中使用“大數(shù)據(jù)”的球隊(duì)。憑借這套系統(tǒng)的幫助，德國(guó)隊(duì)為迎戰(zhàn)世界杯制定了更有針對(duì)性的訓(xùn)練計(jì)劃，并改進(jìn)了戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)。在世界杯期間，德國(guó)隊(duì)也用它來(lái)進(jìn)行賽后分析。其在比賽中的表現(xiàn)和成績(jī)，也為S A P在足球領(lǐng)域的滲透提供了參照的樣本。

S A P此前為N BA聯(lián)賽某支球隊(duì)提供過(guò)類(lèi)似服務(wù)。通過(guò)對(duì)球員數(shù)據(jù)的分析和比賽錄像的回放，S A P得出了不少有用的結(jié)論，比如哪位球員在哪個(gè)位置投球比較準(zhǔn)，不同位置投球的命中率分別是多少；對(duì)手中哪位球員比較厲害，他常常出現(xiàn)在哪個(gè)位置等。此外，S A P還曾為賽車(chē)場(chǎng)上的選手提供數(shù)據(jù)參照。

SAP 如何幫德國(guó)隊(duì)獲勝? 在世界杯開(kāi)始前， 德國(guó)隊(duì)就已使用SAP Match Insights 進(jìn)行訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分析。球員的鞋內(nèi)、護(hù)脛中被放置了傳感器，偌大的訓(xùn)練場(chǎng)地內(nèi)也到處布滿(mǎn)傳感器。通過(guò)這些裝置，SAP 的系統(tǒng)得以捕捉球員的各種細(xì)節(jié)動(dòng)作與位置變化。他們的跑動(dòng)及傳球路線(xiàn)被實(shí)時(shí)傳回到SAPHANA 平臺(tái)上。經(jīng)過(guò)后臺(tái)迅速的處理后，教練只需手持一個(gè)平板，就能在MatchInsights 的界面上獲得球員的全部數(shù)據(jù)和錄像。“通過(guò)這些數(shù)據(jù)的采集和分析， 教練可以方便地了解每個(gè)球員的特色和優(yōu)劣勢(shì)，”足球運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的想象。10個(gè)球員用3個(gè)球進(jìn)行訓(xùn)練，10分鐘就能產(chǎn)生出700萬(wàn)個(gè)可供分析的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

SAP——Match Insights特點(diǎn)：數(shù)據(jù)是海量的；處理速度必須非常快。數(shù)據(jù)中任一球員的運(yùn)動(dòng)軌跡、進(jìn)球率、攻擊范圍等數(shù)據(jù)都會(huì)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在面板上，供教練進(jìn)行決策。教練會(huì)針對(duì)球員表現(xiàn)提出建議和改進(jìn)方案，球員也能通過(guò)數(shù)據(jù)更直觀地理解自己的長(zhǎng)處和短處，再想辦法補(bǔ)闕拾遺。

3、“VR”和“AR”技術(shù)在2018年平昌冬奧會(huì)上大顯身手

2018年平昌冬奧會(huì)是一次全面的“VR”和“AR”技術(shù)展示。

美國(guó)滑雪隊(duì)為了提高運(yùn)動(dòng)員適應(yīng)能力，首次采用了“VR”技術(shù)。他們用錄像設(shè)備采集了平昌所有賽道的全部數(shù)據(jù)，并制成了虛擬現(xiàn)實(shí)錄像，讓每名參賽的美國(guó)隊(duì)選手賽前進(jìn)行大量的模擬訓(xùn)練，通過(guò)這些訓(xùn)練增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員對(duì)賽道場(chǎng)景的切身體驗(yàn)。

作為東道主，韓國(guó)還專(zhuān)門(mén)設(shè)立了VR及AR體驗(yàn)館，在體驗(yàn)館中包含有各種各樣與歷屆冬奧會(huì)相關(guān)的信息，進(jìn)入場(chǎng)館的人只要提前佩戴一個(gè)事先存儲(chǔ)了各種信息的電子芯片手環(huán)，就能親身體驗(yàn)到與冬奧會(huì)相關(guān)的各種AR及VR的游戲體驗(yàn)，其中“虛擬現(xiàn)實(shí)雪橇賽道”是最受歡迎的項(xiàng)目，參與者坐上模擬的雪橇，戴上VR眼鏡，就和冬奧會(huì)選賽手一樣體驗(yàn)到賽道帶來(lái)的風(fēng)馳電掣的刺激感受。

4、數(shù)字化為奧運(yùn)備戰(zhàn)科技助力創(chuàng)造新動(dòng)能

國(guó)家體育總局面對(duì)北京冬奧會(huì)的嚴(yán)峻形勢(shì)，加快實(shí)施“科技助力”，提高精確備戰(zhàn)，打造數(shù)字化國(guó)家隊(duì)，創(chuàng)造北京冬奧會(huì)科技助力新動(dòng)能。

我國(guó)奧運(yùn)科技和科技助力通過(guò)“科技奧運(yùn)”、“國(guó)家科技支撐計(jì)劃”等課題攻關(guān)凝練成成果，為奧運(yùn)備戰(zhàn)提供服務(wù)。科技攻關(guān)內(nèi)容從機(jī)能評(píng)定到狀態(tài)診斷、從技術(shù)分析到戰(zhàn)術(shù)模擬、從訓(xùn)練反饋到疲勞監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)金牌有很多案例。

皮劃艇通過(guò)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)雅典奧運(yùn)會(huì)雙人劃艇金牌突破；乒乓球通過(guò)技戰(zhàn)術(shù)分析保持長(zhǎng)盛不衰；游泳借助科技攻關(guān)解決“有效訓(xùn)練負(fù)荷強(qiáng)度”提升競(jìng)爭(zhēng)力；跳水利用視頻監(jiān)控和訓(xùn)練電子化設(shè)計(jì)提高個(gè)性訓(xùn)練，保持技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先；女排通過(guò)科技助力，實(shí)現(xiàn)技戰(zhàn)術(shù)對(duì)標(biāo)訓(xùn)練，借助鷹眼技術(shù)和體能康復(fù)突破實(shí)現(xiàn)里約奧運(yùn)會(huì)奪冠。

據(jù)悉，2020夏奧會(huì)的東道主日本已經(jīng)成功研制出“體操動(dòng)作難度自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)”，這也是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練數(shù)字化、智能化發(fā)展的最好例證。屆時(shí)，2020東京奧運(yùn)會(huì)上很可能出現(xiàn)“人工智能裁判員”，將會(huì)使體操等技能項(xiàng)目的裁判評(píng)分更加公平、公正和擁有人眼所無(wú)法具備的實(shí)效性。

5、體能訓(xùn)練是挖掘人類(lèi)極限潛能科學(xué)工程

2018年5月召開(kāi)了第八屆北京體能大會(huì)，在國(guó)內(nèi)體能訓(xùn)練如火如荼發(fā)展的今天，需要我們更加理性地深思和重新審視體能訓(xùn)練的科學(xué)化問(wèn)題，以期推動(dòng)中國(guó)競(jìng)技體育體能訓(xùn)練的可持續(xù)發(fā)展。

在大會(huì)上，眾多國(guó)內(nèi)外知名專(zhuān)家對(duì)體能訓(xùn)練數(shù)字化、智能化的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了廣泛交流。其中，涉及運(yùn)動(dòng)員體能訓(xùn)練數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)的分析、數(shù)據(jù)的反饋已經(jīng)成為當(dāng)今體能訓(xùn)練發(fā)展的熱門(mén)話(huà)題。目前的體能訓(xùn)練已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跳出了傳統(tǒng)的思維模式和訓(xùn)練模式，教練員不僅僅是指導(dǎo)訓(xùn)練，還能通過(guò)各種儀器設(shè)備獲得大量的體驗(yàn)數(shù)據(jù)，尤其是部分機(jī)構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了體能訓(xùn)練大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)來(lái)反饋和指導(dǎo)體能訓(xùn)練已經(jīng)成為不可或缺的訓(xùn)練步驟。

其中，世界知名運(yùn)動(dòng)生理學(xué)專(zhuān)家，納瑟迪克教授還結(jié)合體能訓(xùn)練向與會(huì)者展示了未來(lái)體驗(yàn)訓(xùn)練的發(fā)展前沿，即人工智能全面介入日常體驗(yàn)訓(xùn)練；另外一名美國(guó)的體能訓(xùn)練專(zhuān)家卡利沃，結(jié)合當(dāng)今最新科技發(fā)展專(zhuān)門(mén)從如何評(píng)價(jià)體能訓(xùn)練的效果角度進(jìn)行了專(zhuān)題講座；澳大利亞的著名體能教練尼克詳也詳細(xì)介紹了國(guó)家隊(duì)體能訓(xùn)練中大數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用問(wèn)題。

本次大會(huì)上國(guó)內(nèi)外體能訓(xùn)練專(zhuān)家共同分享了當(dāng)今世界最前沿的數(shù)字化體能訓(xùn)練理念，共同探討了國(guó)際體能訓(xùn)練最前沿的改革創(chuàng)新技術(shù)，為推動(dòng)國(guó)際體能訓(xùn)練的發(fā)展起到助力作用。

5.1、體能訓(xùn)練經(jīng)過(guò)三個(gè)階段

（1）要素型訓(xùn)練——硬件水平提高。

形態(tài)是體能的載體、機(jī)能是體能支撐、素質(zhì)是體能重點(diǎn)；重視單一素質(zhì)如力量、耐力等訓(xùn)練，不重視動(dòng)作優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改善。

（2）身體功能訓(xùn)練——軟件信息水平提高。

①姿態(tài)合理：左右對(duì)稱(chēng)、動(dòng)作上下協(xié)調(diào)、做功肌肉順序合理；

②效率優(yōu)化：神經(jīng)肌肉功率、動(dòng)力傳遞效率、身體控制能力；

③神經(jīng)控制：姿態(tài)訓(xùn)練、動(dòng)作模式、平衡穩(wěn)定一體化等。

（3）運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)訓(xùn)練——人體與環(huán)境交互狀態(tài)提升。

特定表現(xiàn)是基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)和智能科技手段評(píng)價(jià)是起點(diǎn)；技術(shù)大數(shù)據(jù)、動(dòng)作捕捉、過(guò)程監(jiān)控、負(fù)反饋機(jī)制為訓(xùn)練提供依據(jù)；運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)訓(xùn)練不僅涵蓋身體素質(zhì)和動(dòng)作功能，更重視神級(jí)系統(tǒng)參與。

5.2、體能訓(xùn)練數(shù)字化、智能化驅(qū)動(dòng)內(nèi)涵

體能訓(xùn)練數(shù)字化、智能化驅(qū)動(dòng)內(nèi)涵主要包括三個(gè)方面，即對(duì)技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，動(dòng)作模式的定量化表述和動(dòng)作捕捉技術(shù)可視化反饋。

在物理空間的身體功能訓(xùn)練中，可以按照不同維度進(jìn)行有向度訓(xùn)練，這樣會(huì)形強(qiáng)化單一維度功能鏈，多個(gè)角度功能鏈訓(xùn)練就會(huì)形成“扇面效益”；扇面功能鏈根據(jù)運(yùn)動(dòng)維度需要會(huì)出現(xiàn)相互適應(yīng)、兼容、并聯(lián)、串聯(lián)等優(yōu)化過(guò)程，整體提升身體功能對(duì)外整體表現(xiàn)水平。當(dāng)今國(guó)際體壇對(duì)“表現(xiàn)訓(xùn)練”來(lái)描述競(jìng)技體育、運(yùn)動(dòng)員競(jìng)賽、體能水平等就是重新認(rèn)識(shí)和界定人體運(yùn)動(dòng)表達(dá)方式，從更加深刻、系統(tǒng)的角度對(duì)運(yùn)動(dòng)能力向競(jìng)技表現(xiàn)演進(jìn)的引導(dǎo)過(guò)程。關(guān)于表現(xiàn)訓(xùn)練認(rèn)識(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)智能化訓(xùn)練提供了認(rèn)識(shí)前提，使得人類(lèi)多類(lèi)別、多向度、多層次等多功能積累動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。

負(fù)反饋運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)提升的科學(xué)過(guò)程，需要神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)臟等系統(tǒng)相互交織，互惠、互動(dòng)、互助的復(fù)雜過(guò)程，這是人體內(nèi)在生理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程、組織修復(fù)過(guò)程，或許還有更復(fù)雜多元物理空間效應(yīng)，這是我們目前尚未了解變化過(guò)程。萬(wàn)物互聯(lián)本質(zhì)是客觀關(guān)聯(lián)、勾連、跨空間互動(dòng)等過(guò)程；跨空間變化過(guò)程有可能是沒(méi)有時(shí)間維度的，因?yàn)闀r(shí)間在不同空間可以呈現(xiàn)“異狀共舞”或“蟲(chóng)洞彎曲”。我們的人體內(nèi)的生物空間中或許存在著我們?yōu)橹漠悹羁臻g；還有物質(zhì)的形狀之間可以成為異狀共舞的融合體，體內(nèi)生物系統(tǒng)和功能系統(tǒng)之間產(chǎn)期存在著異狀共舞的“飛碟（UF O）”效益，這是生理機(jī)能復(fù)雜統(tǒng)一的動(dòng)力機(jī)制源泉。