利用二维姿态追踪理解赛艇测功仪训练中的个体差异与个性化

《Proceedings of the Design Society》：Utilising 2D tracking to understand individual difference and personalisation in ergometer rowing

　　

摘要：本研究利用低成本二维姿态追踪技术分析精英赛艇运动员的个体技术差异。研究人员建立了关键生物力学指标，揭示了与人体测量学、训练风格和柔韧性相关的技术变异。开发了一种技术映射工具，提供客观见解以补充专家意见。一项试点研究展示了该分析在生成可操作设备个性化见解方面的效用。这表明低成本自动化方法能够为个体化训练策略提供前瞻性且有意义的见解。

### **论文解读：利用二维姿态追踪理解赛艇测功仪训练中的个体差异与个性化**

**一、 研究背景、问题与动机**

在体育工程领域，个性化训练与装备优化已成为提升竞技表现、降低损伤风险的关键。尤其在精英体育等高要求环境中，微小的技术或装备调整可能带来显著的生物力学优势。尽管目前已有多种低成本的动态数据采集技术（如二维/三维姿态追踪、惯性传感、肌电图^EMG等），能够实时捕捉人机交互信息，但这些技术生成的海量数据，其后续分析和解读往往高度依赖领域专家的主观判断，缺乏自动化、标准化的量化分析流程。特别是在赛艇运动中，运动员的表现高度依赖于个体生理特征、身体几何形态、复杂运动力学以及多样化的成功技术风格。然而，目前对于如何利用现有数据驱动方法可靠地量化这些个体技术差异，仍缺乏足够的基础研究。因此，本研究旨在探索：能否利用自动化技术不仅评估个体化技术，还能可靠地提取和量化与表现相关的见解？具体而言，本研究试图确立个体生理学在赛艇表现中的重要性，并探究低成本方法能在多大程度上可靠地检测和量化这些个体技术变异。

**二、 研究方法概述**

本研究采用了两部分方法。首先，进行了一项多人研究，旨在建立基于二维姿态追踪的赛艇技术分析指标。研究对象为9名国家级大学水平的精英赛艇运动员（n=9，4女5男），他们在RP3动态赛艇测功仪上完成了低、中、高三种强度（每分钟20、26、32桨）的间歇训练。研究人员使用单侧摄像头（30 fps）录制视频，并通过MediaPipe姿态追踪模型提取33个身体关键点坐标，以此计算生物力学指标。其次，进行了一项单人试点研究，探索如何利用上述分析方法评估个性化设备调整（如可调脚踏板和坐垫高度）对运动员表现的影响。所有分析均聚焦于教练员常用的、可解释且可操作的评估标准，如躯干角范围、小腿角、划桨长度等，并开发了聚焦比^FR和身体进程^BP两个指标，将运动员技术映射到经典的Kleshnev技术象限中。

**三、 研究结果**

**3.1 多人研究：技术测量与分类结果**
研究人员通过几个关键指标成功辨识出显著的个体技术差异。
* **划桨长度与身高**：数据显示，运动员的划桨长度与身高呈粗略线性相关。排除两名特别灵活的运动员（P3, P8）后，在所有强度下均发现划桨长度与身高呈显著负相关（p<0.01）。
* **躯干角与小腿角**：不同运动员间的躯干角范围差异显著（最大相差19.1°），且低强度下的躯干角范围显著大于高强度。小腿角在抓水时的个体差异明显，未发现与身高的明确趋势，而是受个人技术与测功机交互的支配。其中三名运动员（P1, P3, P9）表现出明显的过度压缩，其原因各异（如P1因双桨历史导致躯干角较小，P3柔韧性极高，P9身高最矮）。
* **技术分类映射**：基于FR和BP指标，研究人员将9名运动员的技术风格映射到Kleshnev象限（DDR风格、Rosenberg风格、Adam风格、苏联风格）。将此数据驱动分类结果与教练团队的定性评估对比发现：5名运动员的分类完全一致；其余4名运动员，教练在查看数据结果后改变了原有判断，转而认同数据驱动的分类。没有出现数据驱动分类被教练完全否定的情况。教练承认，数据有助于克服回忆顺序带来的偏见，提供更客观全面的视角。

**3.2 单人研究：设备参数化调整结果**
在单人试点中，研究人员通过调整脚踏板高度和座椅高度，形成了四种配置（A:脚踏板最高/座椅基准；B:基准；C:脚踏板基准/座椅最高；D:两者均最高），并测量了相关指标。
* **结果发现**：调整设备配置引起了可测量的变化。例如，随着座椅升高，运动员的划桨长度有所增加（增加量大于多人研究中个体桨次间的变异）。在配置A（脚踏板升高）下，躯干角测量结果的一致性更高，且小腿角在抓水时更小，这可能有助于降低损伤风险，但也可能略微牺牲划桨长度。
* **核心启示**：分析表明，仅凭少数几个赛艇表现指标就能得出可操作的见解。然而，具体如何权衡（例如，是最大化个体输出、降低损伤风险，还是优化与队友的同步性）取决于教练和运动员的具体目标。这揭示了在个性化设备调整中可能存在的目标间权衡。

**四、 讨论与结论**

**讨论部分总结**：本研究成功证明了利用低成本二维姿态追踪生成与赛艇表现指标相关的、有意义的个体化数据见解的可行性。所建立的测量技术不仅显示出符合人体测量学的趋势，还揭示了需要专家进一步解读的个体差异（如柔韧性、训练史）。通过让教练参与技术映射验证，表明数据驱动工具不仅能反映专家意见，还能补充和增强其判断的客观性，具有辅助教练和制定个性化策略的潜力。单人试点研究则初步展示了如何利用这些技术为设备个性化提供见解。研究也指出了局限性，如二维视角对臂部运动分析的限制，以及缺乏脊柱曲度模型等。未来，与预测性建模结合，可以更高效地探索个性化设计空间。

**研究结论翻译**：在本研究中，研究人员旨在探究如何利用自动化流程检测和分析个体技术，以及如何利用这些见解在教练指导或设备个性化方面做出前瞻性改变。研究人员建立了由专业教练指导的关键生物力学指标，发现了与人体测量学、柔韧性和过往训练风格相关的清晰个体差异。此外，所开发的技术映射工具证明了其客观性，并被教练认为是其专家意见的宝贵补充。这项基础工作凸显了数据驱动方法在捕捉个体技术细微差别方面的巨大潜力。虽然广泛的参数探索在实验上仍然密集，但未来与预测性建模的结合，将使教练能够高效探索最优设计空间。这种方法将有助于实现与特定目标（如最大化个人表现、最小化损伤风险或优化团队同步性）相一致的前瞻性决策。