3DAT助力冬奧開幕式及賽前訓練:這究竟是什麼「神祕黑科技」?

語言: CN / TW / HK

這枚金牌得來不易,破紀錄成績的背後,是中國運動員們無數個日日夜夜揮灑在冰場的汗水。

世界級比賽中,前幾名選手的差距往往只在毫秒之間。在奧運賽場上,運動員的每一次蹬冰、每一次擺臂,都是對速度與精確的全力追求。

這是屬於中國的速度,從另一方面説,這也是屬於科技進步的速度。

如果想要不斷追求技術動作的完美,就必須在訓練的過程中付出更多的努力。體育運動中,訓練時提高發力、姿態等要素的精準度,是提升訓練效率的關鍵,更對運動表現起到決定性作用。

但在傳統的訓練過程中,教練更多是通過肉眼觀察和個人經驗對運動員進行指導,存在很大誤差。究其背後原因,運動訓練數據採集和分析工作的缺失一直是個明顯的制約因素。

隨着 AI 應用領域的不斷擴展,更多前沿技術正在走進體育運動的訓練場內。英特爾 ® 3DAT 三維運動員追蹤技術就是這樣一個可以精準、實時地採集分析運動員生物力學數據,幫助運動員高效訓練的工具,而它,也正是中國速滑隊備戰北京冬奧時,在訓練中使用的一項「神祕黑科技」。

「3DAT」是什麼樣的黑科技?

速度滑冰是一項歷史悠久的體育運動,運動員腳着冰鞋在冰面上滑行,藉助冰刀的刀刃切入冰面形成穩固的支撐點,通過兩腿輪流蹬冰、收腿、下刀,滑進動作以及全身協調配合向前快速滑行。

速度滑冰運動員訓練時的動作幅度很大,運動速度很高,且訓練場地的空間範圍更大,一般周長在 400 米左右。這意味着基於光學或傳感器的傳統動作捕捉技術難以用於該項目的數據採集;同時,這兩種方法的應用也受到經濟成本的限制,很難滿足運動員的日常訓練數據採集需求。

進一步説,缺少數據就意味着缺少模型來實現更精準的訓練指導。隨着視頻採集和分析技術的發展,運動姿態數據處理和運動表現分析已經成為運動員訓練階段競爭的制高點。

那麼,有沒有一種高效、低成本且部署過程更簡單的運動捕捉技術呢?

英特爾 ® 3DAT 運動員追蹤系統就是答案,它基於先進的計算機視覺和 AI 技術,能從訓練視頻源中提取速滑運動員的關鍵骨骼點信息、關鍵部位姿態、運動軌跡等進行三維重建。隨後,3DAT 通過 AI 分析數據,生成運動員生物力學數據的參數集,這些參數集就是對運動員進行評估、指導調整的重要依據。英特爾技術團隊表示,以上總體過程最少只需要十幾分鍾,而如果只是進行三維重建的話,其速度更是可以做到近乎實時。

3DAT 技術支持 1080P、4K 等畫質,並以高於每秒 100 幀的速度解碼,支持多路視頻的同步採集以及多路視頻在後續數據處理過程中的同步處理、多路視頻生成 3D 姿態數據等。

在 3DAT 的助力下,動作捕捉告別了過去要使用專用或定製化採集設備,被採集者也需要穿戴傳感器的時代,即使是藉助一部手機設備拍攝的訓練視頻,任何人都能夠清楚地瞭解到,運動員的身體正在進行着怎樣的運動,以及如何可以使其達成更好的競技表現。

以速度滑冰項目的起跑階段為例,3DAT 技術在運動員全身定義了 23 個動作捕捉點,可以生成運動員的步頻、蹬冰(Push off)時間、懸空(Air time)和地面(Ground time)時間、膝關節角速度、起跑角速度等一組參數集,以此分析起跑姿態對速度的影響:

而到了直道加速階段,3DAT 可以得到核心關節、膝關節、髖關節的旋轉角度和角速度,以及運動員的質心的軌跡和加速度,幫助運動員分析姿態對蹬冰質量和效率的影響:

在精準分析運動姿態、聚合運動數據的基礎上,教練員可以在 3DAT 技術的支持下整理並提出科學訓練計劃和專業策略,有效提升訓練效率;在分析動作和運動軌跡的基礎上,這一系統還可以在若干秒計算中實時處理、校驗、統計和分析複雜而龐大的訓練數據信息,生成骨骼分析報告和圖表,為教練員指導提供詳細概述,制定更科學的訓練計劃。

3DAT 強大能力背後的技術底座

3DAT 系統能夠為運動員訓練提供如此高效的幫助,得益於背後第三代英特爾 ® 至強 ® 可擴展處理器的強大支撐。使用者利用攝像機拍攝運動員進行訓練的過程,然後將視頻數據發送到就近部署或在雲端部署的、搭配該款處理器的服務器,就可在該處理器集成的英特爾 ® 深度學習加速技術的幫助下,加速運動員三維運動信息的重建和進行數據分析。

具體來説,3DAT 系統具備時效快、無干擾、高精度、大範圍四大優勢,這大大提高了數據生成的效率和準確率。

英特爾 ® 3DAT 技術可以做到當日視頻當日出數據,教練有需要現場即時出數據,讓數據具有時效性。第三代英特爾 ® 至強 ® 可擴展處理器,支持 8 通道 DDR4,64 條 PCI EXPRESS 4.0 通道,全面增強 I/O 吞吐量,能實時處理、校驗、統計和分析複雜而龐大的訓練數據信息。英特爾 ® 傲騰™ 技術提供充足的數據存儲容量的同時,可憑藉低時延特性確保數據處理效率。英特爾 ® Scalable Video Technology 則支持對攝像設備採集的大量視頻進行高效編碼,確保生成報告或者視頻播放的低時延。

同時,由於運行在第三代英特爾 ® 至強 ® 可擴展處理器上的 3DAT 技術採用了先進的 AI 和計算機視覺算法,運動員也不再需要穿戴傳感器等影響運動效果的裝備,系統可以直接從訓練視頻中提取數據進行分析,做到對正常訓練的零干擾。

總的來説,基於第三代英特爾 ® 至強 ® 可擴展處理器提供的強勁算力,視頻數據讀取、預處理、缺失幀修復、運動數據生成等圖像處理可以更精準、高效,測量達像素級精度。3DAT 基於英特爾 ® OpenVINO™ 視覺工具套件進行開發,能實現精準、流暢、實時的視頻數據讀取、智能分析處理,人體三維運動信息提取等。英特爾 ® 至強 ® 可擴展處理器集成的英特爾 ® 深度學習加速技術,則能顯著提升深度學習推理和訓練的性能,讓模型的生成和應用更加高效。

最後,3DAT 技術還讓整個系統及應用的部署變得更容易,也可以很便捷地跟隨隊伍轉場訓練和比賽。運行在第三代英特爾 ® 至強 ® 可擴展處理器上的 3DAT 技術可實現大視野數據採集,得益於先進的 AI 分析模型,即使是寬闊的速滑冰場也只需要部署 2-4 台攝像設備,所採集的視頻素材就能夠支持生物力學數據模型的生成。

3DAT 的價值,不止於體育

英特爾技術團隊介紹説,除了以上應用優勢外,3DAT 系統另一大特點就是具備很高的通用性,面向不同的項目只需要簡單的適配過程,大概需要 5 萬張左右圖片即可訓練出針對性的 AI 模型,隨後就可用於採集和分析空間定位和三維姿態等信息進行參考。

在冬奧的開幕式上,3DAT 技術也參與打造了一場人文與科技的視覺盛宴。英特爾聯合第三方專業團隊定製開發了「基於人工智能技術的演出實時特效系統」,將 3DAT 技術應用在《致敬人民》和《雪花》兩個節目中,在開幕式現場僅通過 4 台攝像機就覆蓋了全場,並讓演員與現場鋪設的大屏實現實時互動,成功打造出了美輪美奐的觀賞效果。

為了確保演員與大屏中藝術形象互動的實時性與流暢性,英特爾技術團隊將算法改進到能夠更好利用英特爾 ® 深度學習加速技術 INT8 加速能力的狀態,加上 pipeline 的時延優化,最終僅在四顆第三代英特爾 ® 至強 ® 可擴展處理器的支持下,就將攝像機到 AI 處理的時延降到了 50 毫秒以下。

在這一屆冬奧的開幕式和備戰訓練中,3DAT 技術展現出了巨大的價值和潛力。未來,英特爾希望 3DAT 技術走向更廣泛的場景,即在所有需要動作追蹤的應用場景中進行推廣,實現「無門檻化應用」。

以體感遊戲為例,3DAT 技術能夠實時將物理世界中的動作數字化,人在物理世界中的每一個動作,都可以準確轉化為遊戲中的動作,同時還能讓這種轉化有更短的時延,實現更加絲滑、流暢的遊戲體驗。再以線上購物試衣鏡應用為例,有了 3DAT 後,試衣的效果將不再是將衣服的圖像呆板地貼在你的數字照片或影像上,而是能實時識別你的動作姿態,展示出類似真實穿着的效果。

當然,我們就更不用提,也許在不久後的一天,每個人用一台普通的智能手機搭配 3DAT,就可以對自己的運動表現進行打分和策略分析了。

到那時,這項曾在北京冬奧會上大放異彩的「黑科技」就不再只是一項與專業體育運動密切相關的 AI 技術了,它將更像是我們與元宇宙,與數字世界同步的一個關鍵接口。

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