Xsens近日採訪了北京冬奧會跳台滑雪冠軍奧運金牌滑雪跳台選手小林良裕（Ryōyū Kobayashi）背後的功臣：日本北翔大學的山本啟三（Keizo Yamamoto）以及神戶大學/理化學研究所的坪倉誠(Makoto Tsubokura)教授。兩位教授向我們介紹了如何將動作捕捉應用在跳台滑雪的訓練中，並幫助選手提高成績。
在體育頂級競技中，勝負之間通常取決於最微小的細節。選手及其團隊花費數百甚至數千小時來準備比賽，為選手調整最佳的飲食、作息和運動表現，以期爭取毫米/毫秒之差的優勢。生物技術的進步意味著體育競賽不只是運動員之間的較量，教練、數據分析師和研究團隊的重要性日增，新技術和工具也是受關注的重點。
在小林良裕於2022年備戰冬季奧運的訓練中，山本啟三採用了動作捕捉技術。這種以技術為先的策略最終取得了成功，小林良裕在男子普通跳台個人滑雪跳台決賽中奪得了金牌。
為此我們採訪了山本教授，了解他如何將動作捕捉作為研究過程的一部分，他選擇Xsens的原因，以及該技術如何在不久的將來應用於其他運動。
奧運金牌背後的團隊故事…
來自北翔大學的山本啟三教授，專長為運動員的動作分析。做為北翔大學終身運動學院的專業人員，山本教授與日本奧運委員會的運動員尚保持著密切合作。
“自2008年以來，我一直以科研人員身份在日本札幌國家訓練中心（NTC）為跳台滑雪訓練中心的運動員提供支持。除了體能訓練，NTC為運動員提供廣泛的支持，包括表現評估、營養指導，以及來自醫生的醫療和心理支持。我負責運動表現評估，例如從生物力學的角度評估姿勢和動作。”
隨著2022年冬季奧運會的臨近，山本教授及其團隊持續尋找可以將運動員高水準表現予以精準捕捉的方法，並利用這些數據來提高整個團隊的表現。他們首次決定使用動作捕捉技術是在2019年，而小林良裕是理想的研究對象。在2018/19賽季的國際滑雪聯合會滑雪跳台世界杯結束後，小林良裕獲得了六項獎杯，包括總冠軍。小林良裕是即將到來的2022年冬季奧運會的熱門人選，這也是為什麼山本教授熱衷於分析他的表現，並希望能協助小林良裕提升到更高水平的原因。
“小林良裕在2018/19賽季贏得了世界杯總冠軍。我們請他幫助我們對於世界頂尖運動員的表現進行分析，因為我們認為這將對教練和其他運動員是一個有用的資源。小林選手欣然同意了。”
滑雪跳台是一門特殊的運動，因其受天氣條件影響大，選手每年能實地進行訓練的天數較為有限。但憑藉動作捕捉數據，選手和教練就能隨時回放查看動作數據，彌補因等待降雪等降低訓練效率之情況。
為了實現這一點，山本教授需要一套堅固、高品質的動作捕捉技術，足以捕捉滑雪跳台選手複雜的動作，並且足夠輕便，不會干擾選手們的表現。為此，他們選擇了Xsens。
運動研究-使用對的技術，避免觀察者效應
出色的運動表現通常取決於運動員保持正向心態的能力，這影響了運動員對自己運動表現掌控程度的心理能力。在ESPN紀錄片系列《最後的舞蹈》中，Mark Vancil，即喬丹自傳《Rare Air》的作者，談到了麥可·喬丹的心理：“他在比賽中非常專注，他的天賦不在於跳得高、跑得快或投籃準，而是他的專注力，這讓他在籃球界脫穎而出。”同樣的，小林良裕需要保持對自己的動作保持高度專注，而不該分神於他所穿的動作捕捉套裝。Xsens套裝的可穿戴性和數據的準確性，使得山本教授選擇了這項技術。小林的跳躍記錄將成為NTC用來衡量其他跳台滑雪運動員的標準，但前提是他必須能夠在自然狀態下進行跳躍。
“毫秒之間的變化在跳台滑雪中是無所不在的關鍵因素。” 山本教授解釋道：“即使是最輕微的姿勢變化也會極大地影響氣流和空氣動力。我們研究的目的是進行空氣動力學分析，為此需要一個可以高精度測量運動員姿勢的系統。我們選擇Xsens是因為它的準確性以及系統的整體重量和尺寸。”
頂級的運動裝備採用先進技術設計：從材料到公克重數，這些差異因素不僅對訓練預算造成昂貴的影響，還可能影響運動表現的微觀測量。因此，動作捕捉裝備必須能夠良好的與選手的高科技裝備相配合。“多年來，我們一直在尋找基於晶片的慣性測量單元（IMU）感測器類型的動作捕捉系統，因為滑雪跳台運動員穿著緊身衣，所以傳統用於電影的大型動作捕捉裝備對跳躍者來說會顯得笨重，並不適合選手穿戴。”
滑雪跳台選手被要求穿著緊身衣，過去曾有運動員因穿著不合“透氣性”規定的運動服而被取消比賽資格。小林良裕在試跳中所穿著的MVN Link套裝與他在比賽中穿著的滑雪跳台套裝非常相似，這意味著研究無需考慮額外的重量所造成的影響，也不會改變小林良裕跳躍的方式。山本教授表示：“因此，基於標記的動作捕捉裝備在滑雪跳台運動中很難應用。我們考慮了各種品牌技術，然後選擇了Xsens MVN，因為它可以準確測量跳躍者和滑雪板的空中姿態。運動員必須佩戴裝置並進行跳躍 – 高得我們稱之為飛翔！我們需要一個盡可能輕且小的系統，而Xsens滿足了所有這些要求。”
研究結果
穿戴Xsens MVN套裝後，小林在空中的姿態和運動軌跡便能夠被持續完整地捕捉並記錄。根據這些紀錄，山本教授將他的動作轉換為數據，然後轉換為3D掃描模型中，並使用超級計算機“富岳”對升力和阻力進行模擬分析。
通過這些數據，山本教授和他的團隊開始確定跳躍的關鍵要點。
“在對隨時間變化的跳躍姿勢進行空氣動力學分析後，我們發現了在頂尖運動員身上常見的一些特徵。藉由一系列跳躍動作中流體特性，可以客觀地研究出影響運動表現的關鍵因素。而此項目有兩位運動員其中，因此我們能夠分析不同形式的跳躍。”
動作捕捉數據使團隊能夠詳細地查看氣流運動，然後更好地分析出小林良裕獨特的運動模式。山本教授表示：“我很驚訝地發現，升阻比在小林起跳迅速增加，升阻比是滑雪跳台飛行表現的指標。升阻比是滑雪跳台運動中空中飛行的關鍵指標，越早形成這種姿勢就越重要。”
▲ 起跳後升阻比迅速增加。小林良裕的动作意味著他能夠減少這種阻力的影響，因此在較其他運動員更有優勢。
滑雪跳台運動的未來發展
跳台滑雪是一項獨特的運動，空氣動力學運動是這個項目的核心，在空中應該采用什麽姿勢對運動員來說是一項挑戰。但是在動作捕捉的幫助下，這變得容易理解，正如山本教授解釋的那樣：“跳台滑雪是一項‘飛行’運動，因此對空氣動力學特征進行分析，並以此來評估運動表現很有必要。通過可視化不可見的氣流和空氣動力，可以更容易地向運動員解釋數據。我相信這將促進運動員和教練之間的交流，提高訓練質量。”
眾多運動員已經在使用Xsens動捕技術來提高運動表現，包括跑步、高爾夫、網球等項目。山本教授推測在不久的將來這一技術將會得到更多的應用。“我認為動作捕捉對於研究是非常有效的，它對運動員的壓力較小，並且可以在攝像機無法記錄的地方記錄運動。至於流體分析，這項技術將在流體力占主導地位的運動中發揮作用，例如遊泳。”
動作捕捉技術為運動員和教練員開辟了一種新的方式來思考運動，他們可以使用MVN Analyze之類的技術來研究自身運動方式形成的原因，而不是僅僅只考慮應該如何運動。正如Movella的 高級市場總監Remco Sikkema所描述的那樣，“運動員的動作可以如此個性化，以至於很難根據一名運動員的數據進行概括。話雖如此，了解自己作為運動員的能力和極限非常有價值。隨著越來越多的運動員和教練員想要更加了解自身的運動方式，動作捕捉在體育中的使用逐年增加。”