基于三维人体运动仿真与视频分析的计算机辅助运动系统...

基于三维人体运动仿真与视频分析的计算机辅助运动系统及示范应用

（一）科技奥运技术、产品、服务的名称及所属单位

1、项目名称：基于三维人体运动仿真与视频分析的计算机辅助运动系统及示范应用

2、所属单位：中国科学院计算技术研究所

（二）科技奥运技术、产品、服务在奥运筹备建设中的应用情况、专利保护情况、技术水平情况等

在国家运动队备战2004年雅典奥运会的过程中，我们积极试用阶段研究成果，为国家跳水队、蹦床队备战奥运的集训提供高科技服务。在雅典奥运会上，我国跳水队取得六枚金牌的好成绩。我国原有的弱势项目蹦床在雅典奥运会也获得一枚铜牌，实现了奖牌零的突破。另外，中国该队在2005年举办的第二十四届世界蹦床锦标赛团体比赛中，夺得男、女蹦床团体和男子单跳团体三项世界冠军，实现中国蹦床在世界三大赛上的历史性突破，目前已经跃升为世界强队。

该项成果的应用已完全获得国家体育总局的肯定与认可，被认为是“一项开创性研究工作”，“能够有效提高运动训练的科学性和效率，对快速提高运动成绩有很大帮助”，并被授予第二十届奥运会科研攻关与科技服务一等奖，并有近40套软件系统无偿装备到各个运动项目的国家队，为多个运动项目国家队备战08年奥运会进行辅助训练。

1、应用情况：

实施本项目所产生的成果是“面向体育训练的三维人体运动模拟与视频分析系统”，该系统包含三维人体运动仿真与视频分析两个子系统，其应用情况如下。

1）、在国家运动队备战2004年雅典奥运会的过程中，我们积极试用阶段研究成果，为国家跳水队、蹦床队备战奥运的集训提供高科技服务。研发的系统成为他们的重要训练科技装备，并为这些运动队在雅典奥运会取得这些优异成绩，做出了重要的贡献。

2）、由于系统在备战2004年雅典奥运会的过程中所取得的优异成绩，系统部分成果已开始在射击、田径、跳水、击剑、举重、体操等多个运动项目国家队备战08年奥运会训练中全面推广使用。

①在国家射击队的训练中，教练员利用此软件的自动跟踪功能获取手枪慢射运动员射击时手的移动轨迹，来分析射击动作的技术问题。

②在国家田径队，教练员利用此软件的动作冻结与分解功能得到铅球运动员完成一次投掷的动作分解图像，教练员再根据该图像分析投掷动作完成情况，向运动员讲解技术要领。

③在国家跳水队，教练员利用此软件将近几年世界大赛的录像资料进行了数字化加工，建立视频数据库，实现了基于内容的数据管理，使队里的技术研讨变得高效、形象与快捷。

3）、系统在地方运动队(北京运动队)推广使用，为北京队参加第十届全运会取得优异成绩作出了重要贡献。

①在木樨园体校，DVCoach软件被北京跳水队使用。其中该软件的动作叠加对比功能发挥了很大的效能，用于比较一名运动员两次跳水动作之间的差别，也用于比较与国际高水平运动员之间的动作差别，纠正动作细节。在十运会上，北京跳水队的两名年轻队员沈川子与林跃表现突出，被国家跳水队选中，进入国家队，成为备战08年奥运会的重点培养对象。

②在什刹海体校，DVCoach软件被应用于北京武术队的最后集训中，其中动作分解与绘图分析功能被经常使用，来掌握动作要领。在十运会上，北京男子自选长拳运动员赵庆建取得突破，为北京代表图获得首枚金牌。

③在先农坛体校，DVCoach软件被北京体操队与田径队使用，使用效果也相当显著。在北京体操队的最后集训中，DVCoach软件与国外软件一起使用，互相配合，各项功能得到了充分发挥，北京体操队也在十运会上发挥了最好水平，取得了两枚金牌。在田径队，DVCoach软件主要是为女子跳高运动员景雪竹服务，为她与教练员提供基于图像的技术交流平台。景雪竹也在十运会的比赛中发挥出较高水平，成功卫冕冠军。

4）、系统在北京匠心之轮国际体育中心推广使用，用于青少年网球培训；利用DVCoach软件系统编排青少年职业网球训练的视频分析教程，显著提高青少年网球教学的质量和效率。

2、专利保护：

项目组共申请专利14项，其中已授权专利4项。

3、技术水平：

2004年10月31日，通过中科院组织的专家鉴定，以汪成为院士为组长的专家组认为：

“面向体育训练的三维人体运动模拟与视频分析系统”在基于动态背景构造的视频运动对象提取技术、运动全景图合成技术、体育项目三维人体运动模拟和体育项目成套动作的可视化编排等方面有很好的创新性，已应用于国家运动队的实际训练中，且取得了很好的使用效果，为提高竞技运动训练水平与成绩提供了新方法和新工具。该项研究成果达到了国际先进水平。

项目成果“面向体育训练的三维人体运动模拟与视频分析系统”获得2006年度北京市科技进步一等奖。

（三）科技奥运技术、产品、服务的社会需求情况、推广应用前景、推广应用方式等

本项目研究成果包括三维人体运动模拟与视频分析两个方面，其目的和作用是要实现体育训练方法的两个进步和转变：从传统的主要基于人眼观察的方法向基于高精度视频捕捉与分析的人体运动测量方法的转变；从基于经验的训练分析方法到基于人体运动仿真模拟的人体运动分析方法的转变。这两个转变必将促进我国体育训练水平的大幅度提高，为“更高、更快、更强”的奥林匹克精神做出重要贡献，并产生深远的社会影响。

现实表明，本项目研究成果在这方面的作用已开始显露出来。

在国家运动队备战2004年雅典奥运会的过程中，本项目研究成果作为他们的重要训练科技装备，为国家跳水队、蹦床队备战雅典奥运会，取得这些优异成绩，做出了重要的贡献。表现出了这种体育训练方法上的进步带来的可喜成绩。

该成果的应用已完全获得国家体育总局的肯定与认可，被认为是“一项开创性研究工作”，被授予第二十届奥运会科研攻关与科技服务一等奖，并有近40套软件系统装备到各个运动项目的国家队，为多个运动项目国家队备战08年奥运会进行辅助训练。另外，北京市体育局备战十运会期间，也选用了5套软件系统，辅助北京运动队获得了近六届全运会的最好成绩，圆满完成了赛前既定目标。

在项目研究成果的应用推广方面，我们做了很多工作，也取得了很好的成果和效益。在软件系统研制出后，课题组先后采用了试用、无偿赠送以及与同体育

部门合作推广等多种途径和方式期望实现该项研究成果的产品化，取得了一定的效果。但我们同时也认识到，要使该项技术真正开发为一个成熟的产品，争取应用效益最大化，可能还需要引用更好的产业化模式。

（四）科技奥运技术、产品、服务推广以后能够产生的技术转移、技术服务、产品销售等直接经济效益，以及连带产生的间接经济社会效益情况北京华辰广正科技发展有限公司作为项目成果的独家推广单位，承担了辅助训练系统的推广应用工作。

该系统首先在国家跳水队与国家蹦床队备战2004年雅典奥运会集训中使用，为国家跳水队与国家蹦床队提供科技服务，取得良好的应用效果。随后向国家体育总局赠送40软件系统，全面为我国体育健儿备战2008年奥运会服务；向北京市体育科学研究所赠送5套软件系统，为北京市跳水、武术等运动队备战十运会提供科技服务，为北京市相应项目运动队在十运会上取得优异成绩发挥了应有作用；向北京匠心之轮国际体育中心赠送10软件系统，用于青少年职业网球培训，显著提高了青少年网球教学的质量与效率。

本项研究成果会大大推进备战奥运训练的科学化，对我国在奥运会上获取好的成绩将提供强大的科技支持，更有助于推动我国体育事业及相关产业的发展。为了体现对我国体育事业的全力支持，项目成果采用无偿赠送的方式，因此应用推广情况主要体现在社会效益上。

由于三维人体运动模拟与仿真分析技术在体育上的应用不仅在我国而且在国际上尚处于初期阶段，除了国内市场，据了解，欧美等发达国家对仿真和计算机的应用水平和认知程度都比国内更高一些，因而具有更大的市场潜力。因此，该项成果也具有很好的经济效益。