对计算机在网球运动中应用的探讨

李云县 叶燎昆（昆明理工大学 云南 昆明 650500）

前言：目前，国内在网球运动中计算机的应用并不多见，专门用于网球项目比赛的软件寥寥无几。反观国外，在这些领域的产品、软件研发已有长足发展，主要基于对运动项目比赛过程的数字化分析。例如Sportsmotion、Smartsystem和Statsmaster等著名的视频分析软件。国内类似产品的研究和开发起步较晚，目前还没有较成熟的产品类软件，仅有陕西师范大学和西安交通大学联合开发的“体育运动序列图像的计算机辅助分析”工具；清华大学图象图形研究所提出的“基于全局运动信息的视频检索技术”；“用于人机系统运动仿真人体模型”以及北京科技大学开发的“基于数据仓库和多媒体信息库的体育经济辅助系统”在视频运动分析和统计领域都作了初步的尝试。因此，开发研究该软件系统为我国网球运动员技术的自动化管理有很大的促进作用。

1、计算机在体育领域中的应用

目前，计算机技术在体育领域已得到广泛的应用：在竞赛管理上，国际、国内各种大型体育比赛的组织与管理，基本上都采用了计算机技术、网络技术、通信技术，并提供广泛的、可靠的比赛信息;在各个学科领域，如生物力学研究中采用计算机进行技术动作图像分析、技术动作图像的三维动画模拟、运动心理学的问卷测量、计算机辅助训练等等;在训练管理与辅助决策上，出现了专业性很强的数据录人系统和决策支持系统，计算机软件技术在体育领域将被广泛应用。

1.1、体育领域计算机技术的应用在体育领域，计算机技术应用的方式很多，大致有如下几个方面：

（1）信息化管理系统:一是办公自动化系统:办公中各种文件的编辑、打印等文档处理工作；二是体育管理信息系统:体育科技情报数据、文献、专项运动、人事、资料等各种信息存储、加工和处理;Internet的应用:体育竞赛、体育政策、体育运动新闻等信息在局域网和国际互联网上的发布、浏览及电子商务等。

（2）仿真技术在体育领域中的应用：利用仿真的方法研究体育领域问题的综合集成的实验科学。仿真技术包括模型描述的规范及处理、仿真实验的执行与控制、仿真结果的分析与演示、模型和数据的存储与检索。根据功能仿真软件可以分为仿真程序包、仿真语言及仿真环境三大类。采用仿真技术可以更深人、更经济、更准确地把握体育运动中动力学的问题，并可以在电子计算机上反复模拟，求得最佳参数，从而制定出准确的技术指标，更加有效地指导训练。

（3）体育图像视频处理系统:对体育运动图像的采、编、播，以及进行特殊处理加工等。随着多媒体计算机技术的迅猛发展，网络传输速度的提高，以及新的有效的图像/视频压缩技术的不断出现，人们通过网络实现多媒体信息的共享成为可能，它的研究目标是提供在没有人类参与的情况下能自动识别或理解图像重要特征的算法，通过计算机多媒体处理技术，将体育比赛视频进行处理、分解，科学的分析对手情况，找到自己的不足和对手的缺陷，做到知己知彼，百战不殆。

（4）体育决策支持系统:体育运动训练、体育选材和体育管理等的应用。现阶段，涉及体育领域的研究越来越需要科学的技术数据，广泛的资料，先进的算法进行分析判断，提供完善的数据报表可以使教练员和管理人员在最短的时间内做出科学的决策。

（5）体育专家系统:人工智能在体育领域的具体应用，来完成运动员的选材、辅助训练和评价等;体育专家系统体育现了人工智能在体育领域中的应用于，体育专家系统必须具备的三个要素:体育专家级知识、模拟体育专家的思维和达到专家级的水平。一般来说，专家系统是知识与推理的集合，因此，专家系统也被称为基于知识的系统。专家系统一般采用字符式、菜单式交互方式，把计算机技术，训练规则，专家经验紧密结合起来，通过现有的技术资料和训练方法，对运动员综合信息进行统计分析，对技术指标与运动员的体能指标进行数据挖掘，并将两者有机结合，智能化的产生针对个体运动员的下一步训练计划，为运动员提供完整的训练计划。

由于计算机技术的飞速发展，计算机图形技术在体育中的应用也十分广泛。但是许多年来，体育工作者在进行图像处理工作时，往往是在计算机中简单定义和操作，然后再在屏幕或硬拷贝设备上将图像显示输出，仅仅局限在简单的图像输入和输出处理上，动态影像处理较少。而计算机图形处理作为一项现代科技手段已经在各行各业得到极快的应用和发展。

2、网球运动中计算机的应用

2.1、计算机应用于网球运动的训练

体育训练是一个系统的工程，很复杂。涉及到很多学科，节跑学、生理学、医学、心理学、运动学和生物力学等等学科，训练过程主要包括选材、高水平的控制和安排，技术诊断、机能评定、营养卫生等等。计算机技术里要解决什么问题呢？影响运动员成绩的原因有很多种，主要列出五种，一个是体能、心理能力、战术能力、运动智能，另外就是技能，计算机主要辅助运动员改变运动技能。

计算机辅助运动训练面临的主要问题，在运动训练领域，主要分两个路线，第一是人体运动的测量，第二是人体运动的分析，测量就是把数据准确提取出来。怎么分析人体运动，以前的方法要人眼来观察，而我们希望基于视频的跟踪方法，人眼观察就是教练员的经验判断这个动作做的好不好，但不能量化。这是一个常见的应用模式，首先比较多使用的是现场反馈，这个技术不是很高深，就是视频的采集和视频编解码技术。现在看到的是训练的场景，把网球运动员训练一个动作的场景记录下来，为什么说这个技术不是很高深但很实用呢？做一个技术动作的时候可能非常快，肉眼看可能知道那个地方错了，但过后就忘了，我们用电脑记录下来就可以回放，让他自己也可以看到这个动作。我们网球运动员做这些动作，自己很难发现自己犯了什么错误，教练员跟你讲起来有一种找不到证据的感觉，但有了视频采集就可以马上找到你的错误动作。第二个就是全景图技术，在训练当中非常实用的技术，以前拍了胶片放在一起看，但现在用电脑做就是自动的，用人体运动轮廓提取技术把人提取出来就可以看到这样的全景图。

2.2、网球技战术信息采集与智能分析

网球技战术信息采集与智能分析系统的设计原则、统计指标及结构功能，应用该系统对国外优秀网球双打组合的技战术特征进行分析。认为：网球技战术信息采集与智能分析系统能加速网球技战术数据采集与比赛分析流程，使信息反馈更加及时、准确，帮助教练员和网球运动员提高训练与比赛的针对性和科学性。竞技网球运动是对技战术要求很高的一类项目，技战术在网球比赛中起决定性作用。传统的网球比赛技战术统计分析主要是依靠教练员、网球运动员或科研人员观看比赛，并对比赛的一方或双方进行人工统计。由于受到球速、网球运动员击球拍数、比赛时间、观察指标等因素的影响，往往不能完全反映双方网球运动员系统的技战术信息，其统计与分析的结果不能满足教练员和网球运动员的需要。另外，由于统计数据资料反馈给教练员和网球运动员的信息量较少，难以从深层次上对各项技战术指标数据进行进一步解读，对教练员和网球运动员制订正确的战略、战术所起作用并不明显。网球比赛技战术信息采集与分析系统能够采集网球运动员技战术底层数据，并与比赛视频位置相关联，较好地解决了技战术统计指标少、信息不系统等问题。可以使教练员、网球运动员更加详细、准确地分析双方的技战术特点，做到在比赛中知已知彼、扬长避短，从而提高训练与比赛的针对性和科学性。

3、结论

针对体育运动特点和运动学特性，研制的体育模拟训练测试系统可最大限度地模拟体育运动的基本动作、数字化运动参数，而且能充分发挥运动训练潜能和避免运动损伤，以及对运动参数和身体参数的测试与评价，为体育运动及科学训练提供了运动诊断和针对性训练的平台，对提高运动员的基本体能、专项体能、专项技能以及体育水平、能力和改善训练效果都将产生积极作用。总之，计算机应用于网球运动中能够精确快速地提取运动员人体轮廓并进行准确跟踪，为运动员技术动作的视频分析提供了很好的技术基础；为运动员训练时进行动作对比分析，找出差距提供了有效工具。

目前，此方向的研究得到了国家973、国家自然科学基金、科技部奥运科技专项、北京市科技计划、国家863计划以及中科院计算技术研究所知识创新课题资助。本方向的研究不仅具有基础性和前瞻性，而且具有很好的应用前景。研究成果可以广泛应用于虚拟主持人、虚拟角色、人机交互、视频压缩、游戏娱乐、虚拟训练等领域。

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