人工智能在滑雪領域的應用研究

張鈺 哈爾濱體育學院研究生院

人工智能（ArtificialIntelligence，簡稱AI）是一種模擬和模仿人類智能的技術和理論。它是計算機科學的一個重要分支，旨在開發和構建能夠執行復雜任務的智能系統。[1]它包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等，自五十年代初期被創立以來，人工智能已經取得了顯著的發展和進步。

如在硬件設備的升級、數據的可用性和質量的提高、自然語言處理的進步以及深度神經網絡和深度學習被證明是一種有效解決應用問題的方法?？傊?，人工智能在IT 領域、社交媒體醫療和金融等各個領域都得到了廣泛的應用，它將在未來的社會生活中發揮越來越重要的作用。

1.人工智能在體育領域應用研究

1.1 人工智能在競技體育中的應用

隨著人工智能在體育領域中的發展，體育科技創新也成為競技體育發展的重要組成部分，有效地提高了競技體育水平。人工智能在競技體育中有多種應用，主要以提供數據分析、訓練輔助和比賽管理等方面的支持。NBA 作為全球最頂級的職業籃球聯賽之一，一直以來都高度重視數據分析的應用。使用人工智能算法對比賽視頻數據進行分析球員的身體姿態、運動軌跡、球權分配情況等，為球員和教練提供可靠的戰術分析數據，以實現更加精準的比賽策略和戰術設計，提高球隊的獲勝率和球員培養計劃。[2]人工智能在競技體育中的應用仍在不斷發展，有待進一步的研究和實踐。然而，它已經顯示出巨大的潛力，可以為運動員、教練帶來更多的便利和創新。

1.2 人工智能在學校體育領域的研究

人工智能在學校體育中的應用，可以幫助教師在學生活動的過程中進行健康的檢測和身體狀況的評估。人工智能技術可以監測學生的身體狀況，收集和分析數據。如心率、步數、卡路里消耗等，幫助評估身體健康水平，并提供相關的建議和改進方案。人工智能中的虛擬現實技術，可以讓學生增強學習體驗，通過虛擬實境來模擬不同的體育運動，提升技能、理解規則和策略等，讓學生學習更有興趣、課堂更有活力、運動技能掌握更迅速。但人工智能在學校體育中的應用需要權衡教育價值觀、隱私保護和倫理問題。它應該被視為教育的輔助工具，而不是完全替代教師和人際互動的角色。[3]因此，在人工智能應用于學校體育中，需要謹慎權衡其局限性和潛力，以最大程度地提高學生的學習效果和體驗。

1.3 人工智能在大眾體育中的應用

人工智能是第四次工業革命的主導技術，對促進大眾體育的高質量發展具有重要的意義。人工智能可以利用傳感器技術和智能設備，監測大眾體育參與者的運動活動、心率、睡眠和身體指標等。通過對數據的分析和評估，人工智能可以提供定制化的運動建議和健康管理方案，幫助大眾體育參與者保持身體健康并提升運動效果。其中在大眾健身運動中，引入智慧健身房，融合人臉識別、智能硬件設備，當用戶進入健身房場景中自動識別身份并記錄運動數據，基于過往運動數據生成運動課程，并生成虛擬教練，指導完成運動健身動作，針對不正確的運動姿態給予提醒和糾正，避免不正確的運動動作對身體造成損害。

總的來說，人工智能在大眾體育中的應用旨在促進健康管理、提升運動樂趣、提供個性化的訓練和指導，并為大眾體育提供便捷和智能化的服務。這些應用有助于推動群眾體育的發展和普及，提高人們參與體育活動的積極性和健康水平。

2.人工智能在滑雪領域的應用

北京2022 年冬奧會上雪上項目的占比要遠高于冰上項目，素有“得雪上者得天下的說法”。然而我國冰雪運動的格局中“冰強雪弱”是不爭的事實。由于地理因素的原因，我國冰雪項目大部分都在東三省進行開展，大眾參與人數與歐美冰雪強國相比也遙不可及。北京冬奧會為冰雪運動的發展帶來了新的機遇與挑戰，冬奧會的發展與繁榮離不開科技的進步。從場館建設到訓練備賽，科技創新的細節隨處可見，習近平總書記也指出“同我們國家的強國之路一樣，中國冰雪運動也必須走科技創新之路，一方面要堅持自主創新，一方面要積極吸收世界上的先進技術和訓練方法”。[4]當今世界，科技在競技體育中的作用越來越突出。建設體育強國，必須實現高水平的體育科技自立自強。要綜合多學科、跨學科的力量，統籌推進技術研發和技術轉化，為我國競技體育實現更大突破提供有力支撐。

未來冰雪項目的轉型和建設離不開科技化、智慧化、數字化的手段,北京奧運會的成功舉辦，對中國冰雪運動的發展也提出了更高的要求。我們應抓住北京冬奧會這個新機遇,勇于創新,開拓思維,將科技的力量與訓練結合起來,這樣才能讓未來的冰雪運動蓬勃發展,更多的人投入到冰上運動,早日實現冰雪強國的目標。

2.1 利用人工智能提高運動成績

人工智能在滑雪訓練和比賽中發揮重要作用，幫助其提高滑雪成績。北京冬奧會上我國選手徐夢桃獲得自由式滑雪女子空中技巧金牌，是中國選手第一次在冬奧會獲得該項目的金牌，同時它也是頗具科技含量的金牌。其中“AI 助理教練”助力了徐夢桃摘金，“AI 助力教練”是冰雪運動的分析模型，為教練提供訓練評分、運動軌跡及角度、高遠度分析，并能時時指出失分動作，有效減輕了教練員與運動員的負荷，科學提升比賽成績。

無論是空中技巧比賽還是高山滑雪、越野滑雪等比賽，這些雪上項目場地都存在海波高、落差大、范圍廣且具有危險性的特點，而且雪上項目運動員移動速度快和動作復雜的特殊性也決定了每天不能進行大量重復性的訓練，雪上項目訓練時間就更寶貴了，那么運動員和教練員就要獲得最準確的數據來評判運動技術及狀態。往往雪上項目的訓練多依賴于教練的主觀判斷和運動員的實際感受，缺乏有效的數據支撐?！癆I 助教”的誕生，是雪上項目多參量數據的監測系統，通過單片機作為控制核心，多種傳感器和GPS 定位系統獲取運動員在訓練中的數據，科學高效的監測運動員的訓練情況。

人工智能技術輔助分析雪上運動員的數據，包括速度、加速度、姿態、平衡等，以了解運動員的表現和潛在問題。通過分析大量的數據，人工智能可以預測運動員在某種特定條件下可能達到的最佳成績。人工智能在分析雪上運動員的比賽錄像時，可以識別關鍵動作、技巧和策略，基于對大量比賽數據的學習，可以識別出成功的模式和最佳實踐，并將其應用于訓練中。[5]最重要的是它還可以監測運動員在訓練時的身體狀況和運動表現，并提供個性化的訓練建議。通過收集和分析生物指標、姿勢數據和訓練量，人工智能可以幫助預防受傷、優化訓練計劃并提高運動員的整體表現，以提高運動員的成績。

利用人工智能技術中的虛擬現實和增強現實技術，人工智能可以提供高度逼真和交互式的滑雪訓練場景。運動員可以在模擬環境中進行訓練，以改善技術、調整動作和改進反應能力。人工智能可以通過實時反饋和指導來幫助運動員糾正錯誤和改善技巧。結合人工智能和傳感器技術，可以開發智能滑雪裝備，例如智能雪板或智能滑雪服裝。這些裝備可以收集運動員的運動數據，并與人工智能系統進行實時交互。運動員可以通過分析裝備傳輸的數據來了解自己的表現，并根據系統的建議進行調整和改進。

2.2 利用人工智能技術普及滑雪運動

利用人工智能學習滑雪技術，增加大眾的喜愛度。冬奧會的成功申辦很大程度上提升了我國人民對冰雪運動的喜愛程度，但也存在人們普遍對冰雪運動的認知水平偏低、群眾參與度不夠、場地建設不足、專業人才短缺問題。根據我國發布的《冰雪運動發展規劃(2016-2025 年)》，到2025 年，我國將實現全國“直接參加冰雪運動的人數超過5000 萬，并‘帶動3億人參與冰雪運動’”的發展目標。應探索人工智能技術與滑雪運動有機的結合，加速推動滑雪運動的深入普及。

滑雪運動是一項具有風險的高速極限運動，這也使許多想要參與滑雪的人不敢于嘗試。人工智能技術中的虛擬滑雪是一個安全和便利學習體驗滑雪的替代方案。虛擬現實技術屬于一種創建和體驗虛擬世界的計算機系統仿真技術，其主要將計算機圖形學、多媒體技術、人工智能技術和人機接口技術融合，為創建和體驗虛擬世界提供支持。[6]它可以讓你在任何時間和地點都能體驗滑雪，而無需實際去滑雪場。虛擬滑雪是通過VR 頭顯，就可以進入一個完全虛擬的滑雪場景，可以選擇不同的滑雪場景，從容易的初級坡道到具有挑戰性的高級坡道。虛擬滑雪可以模擬滑雪時的動作和技巧。參與者可以使用VR手柄或身體追蹤設備來模擬滑雪動作，如彎腰、傾斜身體、轉彎等。實現在虛擬環境中學習滑雪技術，并實時獲得反饋。虛擬滑雪還允許多人同時體驗滑雪場景。參與者和朋友可以一起在虛擬滑雪場景中滑雪，進行比賽或合作訓練，這種互動可以增加樂趣和競爭性。虛擬滑雪也可以幫助初學者學習滑雪技術，提供實時反饋和指導。然而，需要注意的是，虛擬滑雪并不能完全代替在真實滑雪場地中的訓練和實踐，因為它無法提供雪質、地形等真實場景的感覺和挑戰。因此，在滑雪技術上取得更高水平時，仍需要結合實際滑雪經驗和專業指導。

初學者參與滑雪運動普遍沒人教，掌握不到技術動作要領，大多數滑雪場沒有專職的滑雪教練員，臨時開設一些針對初學者的課程，而聘請教練員價格也相對于較高。AR 滑雪頭盔和智能鞋墊的誕生，幫助初學者學習滑雪這項運動。AR 滑雪頭盔的護目鏡內投射一個小視窗，提供滑雪者身后視頻信息并存儲，主視野有速度、位置、軌跡等顯示，并通過視頻識別技術實現目標搜尋、完成編輯，為滑雪者提供小視頻服務。智能鞋墊裝備上安裝了9 軸慣性傳感器、壓力傳感器等，將檢測到的數據發送至手機端，利用手機APP，綜合計算出滑行速度、加速度、腿部支撐力和支撐角度，在進入下一個彎道前，通過語音的方式將滑雪改進措施及時地反饋給使用者。擺脫滑雪教練，依靠實時反饋智能滑雪教練學習滑雪技術，獲得安全快樂的滑雪體驗，滑雪初學者就會很容易地學會滑雪技巧。

3.總結

人工智能已經在體育領域中得到了廣泛的應用，其潛力極大。通過人工智能的技術和算法，可以提高運動員的技術能力、優化比賽策略、提升運動員健康管理和訓練效果、輔助裁判員判決、改進裝備設計等方面發揮重要作用，增強其競爭優勢，并提供更豐富、智能化的體育體驗。為整個體育產業注入新的動力?？萍贾Χ瑠W，幫助我國運動員取得優異的成績。為了提高雪上項目的成績和更多人參加滑雪運動，人工智能在滑雪領域的應用研究就有很大的發展潛力，通過更好地利用數據和算法，可以提高滑雪體驗、保障滑雪安全、促進滑雪產業創新、豐富滑雪活動等方面發揮重要的作用，為滑雪愛好者和產業的發展帶來長期的積極影響。但人工智能只是輔助工具，真正的決策和實踐仍然需要領域專家和運動員的專業知識和經驗。因此，在引入人工智能的同時，要保持對人的主導性和專業性的尊重和重視。