计算机技术在竞技体育运动中的应用

2010-08-15朱淑玲

赤峰学院学报·自然科学版 2010年8期

关键词：裁判竞技技巧

朱淑玲

（华北水利水电学院体育部，河南郑州 450011）

计算机技术在竞技体育运动中的应用

朱淑玲

（华北水利水电学院体育部，河南郑州 450011）

计算机技术在社会各行各业得到了广泛的应用.本文对计算机技术在竞技体育中体能类、技巧类、环境适应类项目、比赛装备以及体操等技巧项目中裁判仲裁的应用进行了综述分析.

计算机技术；竞技体育；裁判仲裁

1 前言

飞速发展中的计算机技术促进了社会各行各业的发展.同样，计算机技术也在向“更快、更高、更强”发展中的竞技体育运动领域得到了广泛的应用，如体育比赛的组织、成绩的管理、比赛信息的存取.本文典型综述了计算机技术在竞技体育中体能类、技巧类、环境适应类项目、比赛装备以及体操等技巧类项目中裁判仲裁的应用.

2 计算机技术在体育上的应用

2.1 体能类项目上的应用

维尔霍山斯基 (Werschoshanskij)“超等长力量”(在欧洲被称作“反应力量”)在竞技体育中体能类项目的训练方面，被看作是一种对运动成绩具有关键支持作用的能力，因此受到体能运动项目的高度重视.实际上，决定超等长力量优劣的两个主要因素——“弹性能量的产生、储存与再释放过程”和“运动神经中枢对肌肉的反射性调节”均与肌肉完成超等长收缩的时间有密切关系.

在我国，许多教练员只是简单地把“超等长力量”与大运动量训练等同起来.在多数情况下表现为长时间持续不断地提高训练量和强度，籍此提高运动成绩.这种训练方式缺乏科学性，将训练内容和方法置于项目的生物特性之上会导致灾难性后果，如肌肉或关节损伤[1].

早在上世纪80年代中期，芬兰的科米等人最早应用计算机技术对超等长力量进行了研究.研究的方法是采用遥感技术获得马拉松运动员比赛时小腿三头肌的三维遥感图象，传入计算机中，由计算机软件对遥感图象中三头肌的超等长式收缩进行分析.研究分析的主要内容有三头肌的超等长收缩时间、退让收缩速度、拉长长度、肌腱张力、垂直和水平分力等数据.依靠计算机技术从能量代谢角度对运动员肌肉训练的特性分析，为教练员采用训练量、训练姿态提供帮助，并能够有效的预防训练不当造成的肌肉损伤.

进一步研究证明，肌肉运动训练负荷表现在人体细胞适应水平上，即通过肌肉蛋白质的分解与合成的动态平衡表现出来的.国外，在上世纪80年代后期，开始利用计算机技术在细胞分子水平上研究对运动水平有重要影响的机能蛋白质的合成问题.运动员通过对细胞系统施加适宜的负荷即可获得高的竞技水平，而不是在相当长的时间仅获得低的适应和小幅度的成绩增长.

2.2 技巧类项目上的应用

现代体操、跳水、蹦床等技巧类项目的比赛套路固定、动作难度系数越来越大，同时要求技术水平发挥稳定，已经达到了人类运动的极限.这么高的起点上，每一个新动作的产生，都意味着一次对人体极限的挑战，其中凝聚了教练和队员无数的汗水和付出，甚至生命的代价，而且即使付出了也并不一定会成功，进行动作创新十分艰难.

在这些项目的体育训练中，运动员运动技巧的改进主要是依靠教练员和运动员的自身经验.为了分析己方和对方运动员的优势或弱点，利用摄像机把运动员的动作拍成电影，然后放映慢动作镜头供人们分析，具体动作常常看不清楚，这种方法固然有些作用，但显然难以定量、迅速、准确地做出全面分析.

目前，国际上还没有基于运动仿真分析的体育运动辅助训练软件.2002年，中国科学院开始了“数字化三维人体运动的计算机仿真”系统的研发工作.系统利用虚拟体操运动员能够精确地重现运动员的动作，并通过模拟人体力学数据，实现动作套路的虚拟编排，产生新的技术动作.或从现有的几十个动作中进行挑选，通过软件进行编排.教练员可以在计算机上检验动作的人体工学性、动作衔接性等等.并能够通过人机交互性，对存在于教练员和裁判的头脑中的高水平的完美动作，由计算机三维仿真方式模拟出来.系统对帮助教练员、运动员改进和创新技术动作，提高技术水平有很好的促进作用.

2.3 环境适应类项目中的应用

越野滑雪、高山滑雪、雪橇、帆船帆板等环境适应类体育项目，除了与运动员的基本素质之外，同时与运动员对比赛环境的适应性能有密切的联系.而适应性训练还受到训练时间、训练条件的限制.

虚拟现实技术则综合利用了计算机技术、计算机图形学、计算机网络技术、图像处理和模式识别、智能接口技术、生理学、多传感器技术、语音处理和音响技术等技术.操作者可以通过视觉、听觉和触觉等与虚拟现实技术为人机交互提供的新的交互媒体交互，从而能产生“身临其境”场景[2].

上世纪九十年代初，美国图象公司与加利福尼亚戴维斯大学成功开发了一种雪橇比赛装置.这种装置可以把运动员带到一个仿真世界.计算机技术造成的立体图像，将训练室变成了虚拟真实的比赛现场.运动员在这套装置上能真切体验到驾驶雪橇沿着跑道飞速下滑中震荡、摇摆、起伏、俯仰和偏航等真实的滑雪感受.同时，运动员身上的传感器能够直接记录运动员的运动数据以及运动员在模拟条件下的刺激反应.实验室的检测设备实时监测运动员的身体状况，进行技术分析和功能诊断；根据模拟比赛中出现的各种问题，设计最佳路线，制定最佳策略.

美国雪橇队为备战16届法国冬季奥运会试用了该装置.利用仿真虚拟环境体验了1998年在长野冬季奥运会面对的跑道.这种模拟训练比实地训练可以节省大半的费用，并且在相同的时间内训练次数大大增加，显然有助于提高比赛成绩.

2.4 在体育比赛装备上的应用

比赛装备是运动员取得优异成绩的重要保障条件.由于计算机系统具备了超凡的信息收集和分析能力，能够对比赛装备的构造、材料等各项构成因素的数据进行全面、精确的分析和设计，使比赛装备的性能可以更贴近使用者的需要，因此，在体育比赛装备方面获得了较为广泛的应用.

荷兰运动员一直在冰上速滑项目保持比较大的优势，除荷兰具有悠久的冰上运动的优良传统之外，冰鞋也是荷兰运动员驰骋冰场的重要法宝.荷兰的VIKING(海盗)、RAPS公司运用了以计算机技术为依托的“生物力学测试”、“风洞力学性能实验”和“微型电脑控制系统”.“生物力学测试”是通过测试运动员在进行各式各样的动作时，脚会在怎样的状态下着地，脚部所受到的压力变化以及触地的顺序等数据资料.“风洞力学性能实验”是通过大学里运动用风洞实验的装备来研究速滑冰鞋在比赛中的气体流动参数以及冰刀的性能参数.计算机对测试得到的数据进行分析，由计算机软件来对鞋子的结构、材料进行设计，保证冰鞋运动时的轫性和弹性，并符合空气动力学原理.“微型电脑控制系统”是在冰鞋内嵌微型电脑控制系统.运动员在滑行时，系统中程序处理器处理压力传感器识别的运动员力量分布信息，并启动微型电子发动机将脚后跟部分的冰刀同冰鞋分离，分离的时间可以让运动员继续滑行5步.运动员只需将力量集中到推进滑行的腿部肌肉上，即可实现加快滑行速度的目的.

2.5 在体操等技巧项目裁判仲裁的应用

现代体操、跳水等技巧类项目的发展正朝着难、新、稳、美的方向，突出的特点是具有优美性、艺术性和观赏性.但技巧项目运动训练周期长，难度大，且具有一定的危险性.保证技巧项目运动健康发展的重要条件是裁判工作的公正性、合理性和准确性.目前技巧项目运动成绩的给定完全依赖裁判员根据其运动员完成动作的情况，根据规则进行的主观评分，其结果必然产生相当程度的误差.除技术动作的复杂性、综合性和裁判评分手段的不完善性的客观因素外，更主要的是裁判员本身的主观因素影响.如裁判员与运动员之间的感情因素、晕轮因素和迎合因素等等，裁判员与裁判员之间的从众心理、折衷心理和权威因素等等，裁判员自身的身体和心理的疲劳因素、思维定势因素等等.心理因素的存在不可避免的影响到技巧项目成绩的权威性[2].尽管各个技巧项目组织建立了完整的裁判员考核和培训制度，加强裁判规则的学习和研究，建立了裁判员的监督机制，提高裁判员的职业道德素质，端正裁判动机，但每一次奥运会总会出现不和谐现象.

根治体操等技巧项目裁判误差最根本的办法是引入计算机技术.体操比赛时，多方位高速数字图象采集设备把采集到的运动员肢体在三维空间的运动图象传入计算机，图象识别处理软件识别，并根据规则要求进行比赛成绩的给定.中国科学院研制的“数字化三维人体运动的计算机仿真”系统正不断完善，未来可以在技巧裁判方面得到应用.