基于CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的研究進(jìn)展

冷 欣，儲(chǔ)志東

（南京師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院，江蘇南京211043）

視頻分析系統(tǒng)在競(jìng)技體育中的廣泛應(yīng)用，有效地提高了運(yùn)動(dòng)員的技戰(zhàn)術(shù)能力和團(tuán)隊(duì)競(jìng)技能力，為教練員呈現(xiàn)出最真實(shí)的比賽場(chǎng)景，為運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技水平的提高提供了幫助。視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用是幫助和保證體育參與者學(xué)習(xí)體育運(yùn)動(dòng)技能的可行方法，是提高體育成績(jī)和運(yùn)動(dòng)能力的有效途徑，更是作為預(yù)防體育參與者運(yùn)動(dòng)損傷的重要方式，是當(dāng)今體育科學(xué)化的有效工具，為體育的快速發(fā)展提供有力保障。以此為背景，對(duì)視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的研究進(jìn)展做一個(gè)相對(duì)全面的總結(jié)和分析是很有必要的。

一、視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中研究總體狀況分析

以“視頻分析系統(tǒng)”和“體育”為主題詞進(jìn)行指數(shù)檢索，勾選期刊和學(xué)位論文，共檢索到135篇文獻(xiàn)資料，以2005—2018年為時(shí)間界限，發(fā)現(xiàn)視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的學(xué)術(shù)關(guān)注度呈波狀分布，從圖1中可以清晰地看出，2015年和2017年其學(xué)術(shù)關(guān)注度達(dá)到峰值，2015—2016年間和2017—2018年間其學(xué)術(shù)關(guān)注度處于急劇下降的狀態(tài)。視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的關(guān)注度忽高忽低，呈波狀分布，該領(lǐng)域的研究熱潮一過(guò)，學(xué)術(shù)關(guān)注度就急劇減小，相對(duì)應(yīng)的視頻分析系統(tǒng)在體育這一領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的涉獵隨之減少，從整個(gè)發(fā)展趨勢(shì)以及文獻(xiàn)數(shù)量來(lái)看，視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的相關(guān)研究學(xué)術(shù)關(guān)注度需要不斷提高，各學(xué)術(shù)研究者應(yīng)該加大在這一方面的研究力度。

圖1 2005—2018年視頻分析系統(tǒng)與體育為主題檢索的學(xué)術(shù)關(guān)注度的變化曲線

通過(guò)多次對(duì)中國(guó)知網(wǎng)（CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)）檢索嘗試，發(fā)現(xiàn)以“視頻分析系統(tǒng)”和“體育”進(jìn)行檢索，得到的相關(guān)文獻(xiàn)資料并不全面，最后發(fā)現(xiàn)，以“視頻分析”和“體育”為主題進(jìn)行檢索，再以“視頻分析”和“運(yùn)動(dòng)”為主題，時(shí)間節(jié)點(diǎn)控制在2019年4月，進(jìn)行二次檢索，通過(guò)人工剔除無(wú)效文獻(xiàn)，得到的與本文相關(guān)的文獻(xiàn)資料更具有全面性和有說(shuō)服力。

（一）研究成果的數(shù)量及年代分布

通過(guò)人為篩選出與視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中相關(guān)性較強(qiáng)的文獻(xiàn)資料，整理發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的相關(guān)研究開(kāi)始于2003年，每年研究成果的發(fā)表數(shù)量是評(píng)價(jià)視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中相關(guān)研究的重要標(biāo)準(zhǔn)。研究成果為橫坐標(biāo)發(fā)表文章的年份，發(fā)文量為縱坐標(biāo)，直觀地勾勒出2003—2019年視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中相關(guān)的發(fā)文數(shù)量（見(jiàn)圖2）。可以更加直觀地看出近17年的視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中相關(guān)研究的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。不難發(fā)現(xiàn)，從2003年開(kāi)始發(fā)表此類文章到2005年，發(fā)文量一直處于上升趨勢(shì)，但總體發(fā)文量不高，在2005年到2019年此類發(fā)文量一直處于波狀浮動(dòng)狀態(tài)，2008年的北京夏奧會(huì)和2018年的平昌冬奧會(huì)對(duì)該領(lǐng)域的研究也具有一定的推動(dòng)作用。

圖2 2003—2019年人為篩選視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中發(fā)文量狀況及趨勢(shì)

（二）關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)是指以文獻(xiàn)內(nèi)容的特征為基礎(chǔ)，以文獻(xiàn)主題詞為分析的對(duì)象，統(tǒng)計(jì)它們?cè)谕黄墨I(xiàn)中兩兩出現(xiàn)的次數(shù)，對(duì)一組詞統(tǒng)計(jì)而后進(jìn)行聚類分析［1］。

根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，我們清晰地了解視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的相關(guān)內(nèi)容，使進(jìn)一步分析該內(nèi)容變得簡(jiǎn)單化，更加明確地分析關(guān)鍵詞之間的相互關(guān)系，為做這一方面的研究提供便利。通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)（CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)）的計(jì)量可視化分析直觀顯示（見(jiàn)圖3），視頻圖像、視頻技術(shù)、技戰(zhàn)術(shù)分析等關(guān)鍵詞的凸顯性比較強(qiáng)，可以很直觀地表現(xiàn)出視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的相關(guān)研究主要集中在這幾個(gè)方向。將球距設(shè)置為2.1，將出現(xiàn)頻次設(shè)置成2并進(jìn)行過(guò)濾，從整個(gè)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)看，以視頻分析為中心點(diǎn)，該領(lǐng)域的研究呈發(fā)散狀的研究趨勢(shì)，相關(guān)研究主要集中在視頻技術(shù)的不斷突破，智能分析的廣泛應(yīng)用，各類體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中的技戰(zhàn)術(shù)分析，體育教學(xué)的視頻反饋，在今后的研究過(guò)程中應(yīng)著重圍繞這些方面做更加全面和細(xì)致的研究，使之更加趨向完整化和專業(yè)化。

圖3視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中相關(guān)研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

（三）研究機(jī)構(gòu)分布

通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)（CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)）的計(jì)量可視化分析直觀顯示，人為篩選出來(lái)的相關(guān)性較強(qiáng)的文獻(xiàn)資料中視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中相關(guān)研究的前幾名機(jī)構(gòu)，如表1所示。從表中可以看出，該領(lǐng)域的發(fā)文量很少，從排名前幾名的研究機(jī)構(gòu)看，僅有河北師范大學(xué)一所師范院校有研究發(fā)文，體育專業(yè)院校也僅有北京體育大學(xué)、上海體育學(xué)院、武漢體育學(xué)院有該領(lǐng)域的相關(guān)研究發(fā)表，與之并列的還有南京理工大學(xué)，像北方工業(yè)大學(xué)便有更加注重于技術(shù)研究的研究機(jī)構(gòu)，為該領(lǐng)域的研究提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與問(wèn)世，離不開(kāi)實(shí)踐和創(chuàng)新性的應(yīng)用，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)不足，更能推動(dòng)技術(shù)的前進(jìn)，向著更深刻的技術(shù)層次邁進(jìn)，為視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中相關(guān)的研究開(kāi)拓更加寬闊的舞臺(tái)。

表1視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的相關(guān)研究排名前六的機(jī)構(gòu)分布

4 5 6南京理工大學(xué)北方工業(yè)大學(xué)武漢體育學(xué)院6 4 3網(wǎng)球分析、足球比賽、網(wǎng)球比賽、目標(biāo)跟蹤臺(tái)球比賽、舉重訓(xùn)練關(guān)鍵技術(shù)羽毛球訓(xùn)練、民族傳統(tǒng)對(duì)抗類項(xiàng)目分析和診斷、網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)

（四）基金分布

基金是指因?yàn)槟骋荒康亩鴮ｉT創(chuàng)立的具有固定數(shù)額的資金，研究成果能否獲得各科研機(jī)構(gòu)經(jīng)費(fèi)的支持。［2］視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中已獲得基金支持的數(shù)量如圖4所示，湖北省、河南省、湖南省、陜西省也有相應(yīng)的基金支持，這說(shuō)明這些省份對(duì)視頻分析系統(tǒng)在體育領(lǐng)域的研究相對(duì)于其他省份而言更加突出，研究的質(zhì)量相對(duì)而言更高。北京市和上海市也對(duì)該領(lǐng)域的研究提供了基金的支持，以上列舉的省份和直轄市在該領(lǐng)域作為主力軍，積極帶動(dòng)其他省份對(duì)該研究領(lǐng)域作出相應(yīng)的基金支持，該領(lǐng)域需要全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖4視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中相關(guān)研究文獻(xiàn)的基金分布情況

（五）經(jīng)典文獻(xiàn)分析

通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)，進(jìn)行人工篩選出相關(guān)性較強(qiáng)的文獻(xiàn)資料，勾選排序中的被引，發(fā)現(xiàn)高被引文獻(xiàn)集中在2005年發(fā)表，其中《體育訓(xùn)練三維人體運(yùn)動(dòng)模擬與視頻分析系統(tǒng)》被引量最高，被引次數(shù)為115次，下載量高達(dá)839次；《視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法的對(duì)比分析》被引量為次之，被引次數(shù)為91次［3］。學(xué)者苑廷剛認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)技術(shù)視頻圖像處理和反饋技術(shù)是體育運(yùn)動(dòng)最常用的手段，是研究運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)最基本的手段和方式，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代田徑領(lǐng)域，對(duì)我國(guó)田徑科研的整體水平和優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力有很大的幫助和支持作用［4］。

表2對(duì)視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的經(jīng)典研究分析統(tǒng)計(jì)

二、現(xiàn)有研究成果中系統(tǒng)（軟件）分析

（一）視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的研發(fā)

當(dāng)下的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練應(yīng)該打破傳統(tǒng)的傳授模式，同迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)接軌，注入科技新元素的訓(xùn)練方式。科學(xué)訓(xùn)練為體育運(yùn)動(dòng)參與者的運(yùn)動(dòng)分析起到輔助作用。國(guó)外很多發(fā)達(dá)國(guó)家的高水平運(yùn)動(dòng)隊(duì)將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到體育訓(xùn)練和比賽中，各類系統(tǒng)（軟件）特色鮮明。通過(guò)對(duì)人為篩選的與視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的研究相關(guān)性較強(qiáng)的文獻(xiàn)資料進(jìn)行總結(jié)和分析，截止到2019年4月，中國(guó)知網(wǎng)（CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)）中有29篇關(guān)于視頻分析系統(tǒng)（軟件）在體育運(yùn)動(dòng)中研發(fā)的文獻(xiàn)資料，現(xiàn)對(duì)市面上較常見(jiàn)的系統(tǒng)做如下總結(jié)：

表3目前國(guó)內(nèi)外主要運(yùn)動(dòng)視頻圖像處理和分析系統(tǒng)（軟件）

（二）視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

市面上現(xiàn)存的視頻分析系統(tǒng)（軟件）自出現(xiàn)后就一直處于更新和發(fā)展階段，相關(guān)研究顯示，視頻分析系統(tǒng)在國(guó)家隊(duì)得到廣泛應(yīng)用，如：跳水、排球、足球、籃球、體操等多個(gè)項(xiàng)目，多個(gè)省市的體育科研單位、教學(xué)單位和專業(yè)運(yùn)動(dòng)隊(duì)也運(yùn)用了該類系統(tǒng)，如：北京市、上海市、廣東省等。現(xiàn)階段，對(duì)該類系統(tǒng)使用比較良好的各個(gè)訓(xùn)練隊(duì)以及中高級(jí)體質(zhì)健康研究所等，因?yàn)檠芯克鹊赜屑夹g(shù)含量比較高的專業(yè)人才進(jìn)行操作，使該類系統(tǒng)發(fā)揮了其最大的作用，使用情況良好。

1.視頻分析系統(tǒng)應(yīng)用于體育教學(xué)

利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來(lái)提升體育教學(xué)，通過(guò)視頻分析系統(tǒng)的對(duì)比、回放等功能對(duì)運(yùn)動(dòng)技術(shù)的提高起到了積極的引導(dǎo)作用。將標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作與學(xué)生所做的技術(shù)動(dòng)作多屏同步展現(xiàn)出來(lái)，比較技術(shù)動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。以田徑項(xiàng)目為例，該類系統(tǒng)可以很好地記錄運(yùn)動(dòng)者在跑動(dòng)過(guò)程的步頻、時(shí)間、步長(zhǎng)以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各關(guān)節(jié)的角度和速度等技術(shù)參數(shù)，其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目也相類似，只是所需要的還有其他的技術(shù)參數(shù)如角度等，得出以上參數(shù)與優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)參數(shù)做對(duì)比，學(xué)習(xí)者可以借助該系統(tǒng)的相關(guān)功能對(duì)技術(shù)動(dòng)作呈現(xiàn)出的問(wèn)題，提高自我分析和糾正能力，也大大提高了體育教學(xué)效率。

圖5視頻分析系統(tǒng)在體育教學(xué)中的應(yīng)用模式

2.視頻分析系統(tǒng)應(yīng)用于體育訓(xùn)練

體育訓(xùn)練中的很多動(dòng)作的完成都在一瞬間，那么教練員僅通過(guò)肉眼來(lái)指導(dǎo)技術(shù)要領(lǐng)是具有局限性的。運(yùn)用攝像機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行拍攝，對(duì)所拍攝的視頻進(jìn)行及時(shí)有效的分析，讓使用者更加直觀地了解運(yùn)動(dòng)信息，成為教練員執(zhí)教行之有效的工具，提高了體育訓(xùn)練的科學(xué)性和有效性，科學(xué)有效的訓(xùn)練還可以降低運(yùn)動(dòng)參與者的運(yùn)動(dòng)損傷程度，這對(duì)科技成功融入體育訓(xùn)練起到了積極的促進(jìn)作用［5］。

3.視頻分析系統(tǒng)應(yīng)用于體育比賽

視頻分析系統(tǒng)可以在比賽前、比賽過(guò)程中和比賽后期為教練員和運(yùn)動(dòng)員快速方便地分析和研究對(duì)手的技戰(zhàn)術(shù)。教練員和運(yùn)動(dòng)員記憶中的比賽信息并不全面，視頻分析系統(tǒng)可以幫助教練員和運(yùn)動(dòng)員還原被遺忘的重要信息，從而更好地為比賽取勝做好準(zhǔn)備［6］。視頻分析系統(tǒng)在集體項(xiàng)目和個(gè)人項(xiàng)目中都有很好的運(yùn)用，集體項(xiàng)目主要在對(duì)方所運(yùn)用的技戰(zhàn)術(shù)情況和本隊(duì)的技戰(zhàn)術(shù)情況的研究中得以體現(xiàn)，而個(gè)人項(xiàng)目主要是技術(shù)參數(shù)中的體現(xiàn)。

三、視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的展望

（一）適配需求，擴(kuò)大受眾群體

隨著人們生活水平的不斷提高，國(guó)民的體質(zhì)健康也越發(fā)重要，越來(lái)越多的人更加注重追求品質(zhì)更高的體育運(yùn)動(dòng)，正確的學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)技術(shù)才能夠達(dá)到鍛煉的最佳效果，與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)自身鍛煉中的不足，減少運(yùn)動(dòng)損傷的幾率。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)不同對(duì)象的實(shí)際需要，利用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)知識(shí)并結(jié)合有關(guān)資料逐步開(kāi)發(fā)和推廣設(shè)計(jì)的視頻分析系統(tǒng)在體育中合理應(yīng)用，更好地提升視頻分析系統(tǒng)在體育參與者就體育運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)、體育運(yùn)動(dòng)技能訓(xùn)練、體育運(yùn)動(dòng)成績(jī)提高等方面的作用和效益。

（二）根據(jù)特定的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目更加精細(xì)化功能模塊

目前從知網(wǎng)上查閱的文獻(xiàn)資料顯示，視頻分析系統(tǒng)被應(yīng)用到田徑、高爾夫球、羽毛球、足球、射擊、斯諾克臺(tái)球、手球、排球、籃球、乒乓球、蛙泳、武術(shù)、跳水等多項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)中，但由于體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的多樣性，有些系統(tǒng)（軟件）并非是針對(duì)體育專業(yè)領(lǐng)域的，如果操作稍有不當(dāng)，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率降低。每個(gè)體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目具有普遍性和個(gè)體差異性，體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目雖有很多共通的訓(xùn)練方法，但每個(gè)體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目又具有特定的運(yùn)動(dòng)技巧，所以運(yùn)動(dòng)視頻分析系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)更加精細(xì)化功能模塊，使該類系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮最大的作用，讓體育運(yùn)動(dòng)變得更加專業(yè)化和系統(tǒng)化，這樣既減少了不必要的功能模塊的研發(fā)成本，也解決了成本高、使用率低的問(wèn)題，使這類系統(tǒng)在使用的過(guò)程中更趨向于廣泛化。

（三）國(guó)家出臺(tái)相應(yīng)的支持政策

隨著《體育強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》的正式印發(fā)，其中提到科技助力奧運(yùn)工程為九大工程項(xiàng)目之一，為了更好地推進(jìn)體育強(qiáng)國(guó)的發(fā)展，視頻分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的廣泛使用無(wú)疑是有利的，提高競(jìng)技運(yùn)動(dòng)成績(jī)，來(lái)提升我國(guó)綜合國(guó)力，提高體育教學(xué)的質(zhì)量，提升學(xué)生的體育運(yùn)動(dòng)能力也尤為重要。國(guó)家可以對(duì)購(gòu)買單位投入經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，推動(dòng)此類系統(tǒng)在市場(chǎng)上的活躍度，另外，對(duì)系統(tǒng)研發(fā)人員采取獎(jiǎng)勵(lì)政策，不斷促進(jìn)該類系統(tǒng)的進(jìn)步和發(fā)展，研發(fā)人員創(chuàng)新能力的提升，使該類系統(tǒng)能夠更好地投入使用，實(shí)現(xiàn)它的社會(huì)價(jià)值，從而在該領(lǐng)域占據(jù)重要的國(guó)際地位。