翼装飞行,作为极限运动领域的巅峰挑战,以其极高的速度和复杂的空中姿态对运动员的技术、体能和心理提出了极限要求。长期以来,对该运动的技术分析多依赖于经验总结,缺乏精确、量化的运动学数据支撑。

近年来,随着计算机视觉与人工智能技术的飞速发展,无标记动作捕捉系统正逐步展现出在这一极端环境下应用的巨大潜力,有望为翼装飞行的科学化训练、装备优化和安全性提升带来革命性的突破。

▲2023年4月30日,张树鹏穿越天门洞。当日,中国翼装飞行运动员张树鹏在湖南张家界天门山挑战“翼装飞行穿越天门洞”,成为第一个翼装飞行穿越天门洞的中国人。(图源@中新社)

传统的有标记动作捕捉系统依赖在人体关键点粘贴反光标记点,并通过环绕的专用红外摄像机进行追踪。无标记动作捕捉技术的核心优势在于,它仅需通过布置在特定位置的多个高清、高速摄像机,直接对运动员身着翼装的身体进行拍摄,然后利用先进的深度学习算法,从二维视频序列中自动识别、追踪并重建出人体在三维空间中的关节点位置和运动轨迹。

这一非接触式的测量方式,完美规避了在运动员身上安装额外设备所带来的负担与风险。

▲第十一届WWL翼装飞行世锦赛在湖南张家界天门山开赛。来自9个国家的16位翼装飞行运动员从海拔1458米的玉壶峰顶跃下,进行激烈的速度比拼。图为法国选手大卫·拉法格起跳。(图源@中新社)

Captury是马克斯·普朗克信息学研究所(MPI)子公司,从成立之初就一直专注于开发最强大、最易于使用的无标记动作捕捉技术。

这使他们的客户能够在许多不同的垂直领域快速部署该技术。除了DARI在医疗保健市场的最大客户外(DARImotion是部署了该技术最成功的商业产品,已经获得美国FDA),许多国际客户还在各种应用中部署了该技术。主要市场可以分为医疗保健和娱乐,已经与客户开发了大量特定的用例,从虚拟现实体验到专业舞蹈表演的录制,再到生物识别步态分析和幼儿园儿童的功能性运动呈现。

Captury可广泛应用于生命科学、游戏开发、虚拟现实、虚拟直播、运动员实时动捕、视觉特效、广告制作、电影动画等。

在具体的应用层面,Captury无标记动作捕捉系统能够精准量化翼装飞行中的关键运动参数。系统可以精确计算运动员身体的核心姿态角,包括俯仰、滚转和偏航,从而客观评估其姿态控制的稳定性和效率。

例如,通过分析俯仰角的细微变化,可以判断运动员在滑翔过程中为寻求最佳升阻比而进行的身体调整是否精准到位。同时,Captury无标记动作捕捉系统能够详细解析运动员肢体,特别是上肢(手臂与翼膜连接处)和下肢的运动幅度与模式。这些数据对于理解运动员如何通过微妙的肢体动作来调整翼装的气动外形,进而实现转弯、加速和减速至关重要。

此外,结合环境数据(如空速、风速),Captury无标记动作捕捉系统还能用于分析不同动作姿态下翼装的气动性能,为改进翼装设计提供真实的生物力学反馈。

将Captury无标记动作捕捉技术应用于翼装飞行研究,其科学价值与实用意义极为深远。它能够将顶尖运动员的经验性技术“翻译”成可量化的数据模型,为新手运动员提供清晰、客观的技术范式和训练目标,极大推动训练的科学化进程。

通过对接近极限状态或飞行失误(如失速、尾旋前兆)的动作序列进行精确记录与分析,可以深入探究导致险情发生的生物力学机制,从而发展出更具针对性的安全预案和纠正训练方法,为提升飞行安全提供数据基石。Captury所获取的高保真运动数据是验证和校准计算流体动力学仿真的宝贵资源,能够加速新一代高性能、高安全性翼装装备的研发进程。

▲第十一届WWL翼装飞行世锦赛,澳大利亚选手詹姆斯·菲利普·曼斯菲尔德飞跃城市上空。(图源@中新社)

Captury使我们能够超越主观感受和模糊的视觉判断,从精确的数据层面洞悉飞行动作的生物力学本质。随着技术的不断成熟和应用的深入,这项技术必将成为连接翼装飞行艺术与运动科学的关键桥梁,不仅在提升运动表现和保障安全方面发挥重要作用,也将深化我们对人类在三维空间中极致运动能力的科学认知。