科技冬奥｜多种可穿戴设备配合，寻找最优的速滑技术

博士研究生埃利纳.范德克鲁克的研究课题是找寻最优的滑冰技术，为此，她研发了一双装有测量装置的克莱普冰鞋，并且建立了速滑运动员的动态计算机模型。在未来，这项工作可能可以帮助滑冰运动员和教练员在训练课程中获得实时可视化的训练效果反馈。2018年2月8日，也就是平昌冬奥会开始的前一天，范德克鲁克因为在速滑研究上取得的杰出成果，而被代尔夫特理工授予了博士学位。

译者｜李晨曦

来源｜THU体育科技评论（北京新清泰克体育科技有限公司主办，致力于体育与科技的融合）

数百年历史的运动项目，由来已久的未解之题

“速度滑冰项目已经存在了数百年了，但是最优的滑冰技术一直没有定论，”埃利纳.范德克鲁克解释说。“滑冰动作会牵扯到很多的影响因素，而对于不同的速滑运动员来说，最优的技术也会是不同的。这也就意味着针对每一个速滑运动员个体，训练师都不得不花费大量的时间去找到最优、最合适的滑冰技术。”

范德克鲁克的部分研究工作便是与顶级职业短道/长道速滑运动员建立合作。“通过多维度的数据测量与采集，我们首先想要确定的是，每一次冰刀划过冰面，其中涉及到的参数是如何相互关联的，并且想要以此为依据对滑冰动作进行进一步建模。这方面的知识最终可以被应用到在训练课程中提供直接反馈。我们设计并实现了一个速滑运动员的三维生物力学模型，并且制造了一双装有测量装置的新型克莱普冰鞋，它可以准确地测量出滑冰者每次滑冰所产生的推动力。”

带有测量功能的冰鞋

这双由代尔夫特理工开发出来的冰鞋，能够持续且同步地从两个方向上测量运动员每次滑冰动作所产生的推动力。测试的时候，运动员仍旧可以使用自己惯用的装备，他们只需要将内嵌传感器的桥状装置（上图中的Upper Part/Lower Part Instrumented Bridge）安装在他们的冰鞋和冰刀之间。数据会通过无线网络直接传输到智能手机、平板电脑或者智能眼镜上的分析和可视化系统。该装置为给速滑运动员和教练员提供实时的数据反馈创造了可能。

相较于长道速滑的反馈和测量系统，短道速滑的相关测量融入了更多运动专家的意见。在荷兰速滑协会、国家队教练杰伦.奥特尔以及海牙应用科学大学的合作下，一款有无线数据传输、装有测量装置的冰鞋被开发了出来，专门用于测量短道速滑运动员每次滑冰的推动力。

▲ 在代尔夫特理工、荷兰皇家滑冰联合会（KNSB）、荷兰国家队教练杰伦.奥特尔以及海牙应用科学大学的通力合作下，一款专为短道速滑设计的带有测量功能的滑冰鞋诞生了。

充满价值的第一步

在埃利纳.范德克鲁克的研究实验中，每个速滑运动员都会被三维建模，为了实现这一目标，他们的全身会布满可被场边的摄像头捕捉到的反射球。随后，被测量出的运动员轮廓就会以计算机动画的形式被呈现出来。总体来说，准确测量滑冰动作的方方面面——比如说，专业人士口中的转向角度（steering angle）——是非常困难的。埃利纳.范德克鲁克的核心结论之一便是，以足够的测量精度创建高速移动中的速滑运动员的三维模型记录要比最初预想中复杂得多。“准确测量冰场上移动中的滑冰者每个部位的位置和速度是一个很大的挑战，其中部分原因是每次滑冰动作，需要测量的数据点都太多太复杂。目前来看，一切还是取决于传感器技术能否有进一步的更新和发展。不管怎样，我坚信我的研究工作为这一领域迈出了充满价值的第一步。”

“当我们想要确定滑冰者重心的位置和移动速度的时候，想要在一整圈中，以高精度（小于20毫米误差）进行三维建模的时候，测量上的困难就开始显现了。我们最终做出了妥协，每次只进行50米的测量，想要满足400米赛道上连续且准确的测量，基本上是不可能完成的任务。但这样的让步仍然让我们采集到了意义非比寻常的数据集，让我们能够使用计算机进行建模，确定出测量装置应该达到的精度要求，从而为寻找最优的滑冰技术、给出有理有据的建议打下基础。”

范德克鲁克的实验中，除了应用到了反射球，还会要求滑冰者穿上带有测量装置的冰鞋、加速度传感器、硬度测试计以及压力测试鞋垫。

新的技术动作

“实验结果表明，我们的模型能够很好地模拟出滑冰的动作，让我们能够开始着手找出每一次滑冰动作的重要参数，转向角度就是会产生核心影响的参数。我们同时也可以使用计算机查询一系列的滑冰动作，并且将运动员在身型、身高和力量上的差别考虑进来，从而为每个个体找出最优的技术动作。我们已经可以使用这套系统从纯物理学的角度找到最优、甚至全新的滑冰动作了。下一步就是根据每个速滑运动员的特征，调整我们的优化方案，给出可执行的建议。”

“另外一个需要强调出来的挑战就是，我们还没能开发出来一套能持续稳定并保证精度地测量出位置、方向和转向角度的系统。这也就是为什么我们还远没有到通过有实时反馈功能的运动眼镜在赛场上指导运动员立刻做出调整的地步。”

▲ 通过有测量功能的短道速滑冰鞋，你可以将弯道、弯道中、离开弯道、进入直道（过渡态）所需的不同技术动作区分开来。

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