数字人体发展特征及其在运动训练监控中的应用

王 靖，王 兴

（1.上海立信会计金融学院体育部，上海 201613；2.上海体育学院体育教育训练学院，上海 200438）

理想与方法探索

数字人体发展特征及其在运动训练监控中的应用

王 靖1，王 兴2

（1.上海立信会计金融学院体育部，上海 201613；2.上海体育学院体育教育训练学院，上海 200438）

目的：进一步了解数字人体发展的现状和特征，探究其在运动训练监控中应用的方法途径。方法：本文运用文献资料法、文献计量法等研究方法，通过科学知识图谱软件对数字人体相关文献进行分析归纳。结果：数字人体技术由理论探索向应用研究转变；人体系统信息特点是数字人体研究的重要基础；人体模型的研究是数字人体与不同领域科研相融合的切入点；信息获取技术是数字人体研究的核心。数字人体可应用于运动员身体机能监控、技战术监控和心理状态监控。结论：数字人体可将运动员生理学、运动学和动力学信息由定性研究转向数字化表达；大部分数字人体研究仅停留在数字人体原型、模型和新技术等的基础理论研究层面；数字人体为运动员运动训练监控重要环节的诊断与监测提供了新视野和新方法，建议数字人体技术的应用研究应作为今后研究的主要方向。

数字人体；发展特征；运动训练监控

数字人体是21世纪医学、信息科学、计算科学、生命科学和计算机技术等学科交叉融合的最新研究领域，其目标是实现对人体系统从定性描述到定量表达的过渡。数字人体在各科学研究领域中蕴含的应用价值巨大，将深刻地影响着人们的生活方式，为未来人体系统信息的研究注入新活力。运动员运动训练将直接影响到运动员在比赛中的运动成绩，科学的运动训练可以高效地提高运动员的运动成绩、减少运动损伤概率及延长运动员运动寿命。因此，对运动训练过程中运动员身体机能、体能、技战术等监控既是提高训练科学化程度的重要条件，又是促进我国竞技体育可持续发展进程的重要保障。本文借助于文献计量分析方法着重对数字人体的发展动态进行研究，以发现数字人体研究的一般规律，为数字人体在其他科研领域中的应用提供参考和借鉴；并将数字人体技术引入竞技体育中运动员身体机能、技战术和心理状态等环节的运动训练监控过程中，不仅为运动训练监控研究提供了新视角和新动力，还拓展了数字人体研究的范围。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

数字人体发展特征及其在运动训练监控中的应用。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法 在中国知网数据库上，以数字人体为关键词检索并筛选出2000—2012年的文献170篇；以运动训练监控为关键词检索并筛选后得到文献186篇，对运动训练监控的基本理论和测量指标进行了解和借鉴。

1.2.2 文献计量法 本文主要以REFWORK格式，从中国知网中下载以数字人体为关键词的相关论文的载文信息，运用科学知识图谱软件，根据文献的相关信息，进行数量关系和内部结构的分析，发现其研究的焦点等。

2 结果与分析

2.1 运动员数字人体的内涵

数字人体是指用信息化与数字化的方法研究人体系统信息间相互作用、相互联系的技术系统。运动员数字人体就是借助数字人体技术，以运动员人体系统为原型，以运动员人体坐标为参考系建立运动员人体信息数据库，以了解运动员运动中人体系统信息的发生、发展过程及信息之间相互作用、相互联系的空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。因此，运动员数字人体是指用信息化与数字化的方法研究和构建运动员人体信息系统，即将运动员身体活动信息全部数字化之后由计算机网络来管理的技术系统，用以了解运动员整个运动过程中所涉及的信息过程，并将信息转化成运动员训练和比赛中所需要的运动学、生理学和动力学等多学科信息，实现运动员人体信息由定性研究向定量表达的过渡。

2.2 数字人体技术的发展特征

2.2.1 数字人体技术由理论探索向应用研究转变 人体是由细胞组成的复杂系统，其复杂性限制了人体科学研究的深入，因此将人体系统简单化、数字化是实现人体从微观到宏观、从定性研究到定量表达的重要基础。在这一系统中尤其注重人体信息与信息之间的联系和相互作用。以数字人体为关键词，在中国知网数据库上筛选出的170篇文献；但核心期刊收录较少。在其他领域的研究不仅得到了国家自然科学基金、国家863计划专题课题资助和国家重点实验室等国家级项目的资助，还得到了教育部科技重点项目、国家中医药管理局专项研究项目等，可见其在体育领域的研究匮乏。结合图1、图2和表1可知，2001—2004年数字人体相关研究的发文量出现递增趋势，并在2004年达到鼎盛时期。毕思文的《数字人体—人体系统数字学》一书在2004年出版，为数字人体的发展起到了一定的推动作用。但只出现了对SARS疫情、中医诊疗及与人工智能融合3个方向进行研究的5篇应用性研究论文；2005—2007年数字人体的研究逐渐减少，2007年的发文量出现低谷。在此阶段数字人体逐渐被以医学为主的专家、学者所借鉴和应用。2008—2012年发文量出现回升，数字人体科学理论在此阶段被很多领域所应用，并做了一系列尝试性探索研究。研究范围扩展到经络诊疗、针灸、服装、汽车、体育等领域，丰富了数字人体的理论与实践研究。

图1 我国数字人体科学相关研究发文量变化趋势

图2 数字人体研究热点知识图谱

表1 关键词及频次分析

2.2.2 人体系统信息的研究是数字人体研究的重要基础 人体系统是数字人体的原型，将人体系统的原始数据转换成可以被人解读和利用的信息是数字人体研究的重要基础。当前利用医学科学技术、信息科学技术和计算科学技术等技术，从物质组成、动力学特征、流体规律和能量循环等方面对人体系统物质和能量信息进行研究，不断拓宽了人类对人体系统自身认识的广度和深度。而且将通过对人体进行切片和扫描后产生的人体数据进行整合，建成了整个人体的三维立体的生理结构，即数字化虚拟人。实现了人体信息从定性描述向定量表达的转变，为数字人体的研究打下了坚实的基础。

2.2.3 人体模型的研究是数字人体与不同领域科研相融合的切入点 数字人体是将人体系统作为一个有机的整体，主要是对人体内部各信息之间相互作用和相互联系规律的研究。将数字人体研究与医学、力学、数学和信息学等学科相融合，并建立了多个数字人体的模型，主要包括人体轮廓、物质组成、结构特征和功能的数字人体物质模型；人体几何学、动力学和运动学信息的数字人体力学模型；动态人体数学表达的数学模型；人体信息产生、传播、耗散及获取与处理的数字人体信息模型；为数字人体技术应用找到了多个切入点。

2.2.4 信息获取技术的研究是数字人体研究的核心 数字人体是对复杂的、开放的和动态的人体系统的深入研究，是要经历数据采集、存储、处理和显示等过程的研究，因此借助相关先进技术进行研究是数字人体的必经之路。现在已研究出的信息获取途径主要有人体局部成像的多光谱探测技术、热红外探测技术、对人体动力学、运动学参数进行测试的人体系统仿真技术和微波遥感技术等，为数字人体深入研究提供了思路和可能性。

2.3 数字人体在运动训练监控中的应用当今世界体坛，以高科技手段辅助运动员的训练和比赛，已成为最大限度开发人体运动潜能的最主要途径。通常人们对训练过程的监控主要包括身体机能、技战术和心理状态诊断与监测等环节。而数字人体技术与不同专业领域的知识、需求相结合是武装各科研领域的新技术，是数字化时代的新变革。数字人体的应用将会对运动训练需要的多项重要指标进行精确的测量与分析，将运动训练部分指标监控的益处最大化。

2.3.1 数字人体与运动员身体机能监控运动训练身体机能监控是训练监控的重要组成部分，通常是指用心率、血压、血液和尿液等指标对运动员身体机能评定和恢复、运动训练方法的科学性和运动负荷的合理性等内容进行监控，通过一定的评价方法对运动员的机能状态进行评定，做出相应信息反馈的过程。但是这些指标的监控大都不能在运动中实时监控；而且评定标准不一，建立多元化的评价体系是大势所趋。数字人体是将人体数字化后，对人体信息进行管理的过程，我们可以通过数字人体近红外光谱技术无创获取运动员的血液、尿液等生化指标的信息，方便又不影响运动员的后续训练；还可以通过数字人体近红外成像技术获得运动员某部位内部图像，降低运动员运动损伤概率，又可以有效地治疗运动员的运动损伤。

2.3.2 数字人体与运动员技战术监控技战术诊断与监测是促使运动员在比赛中获得优胜的重要保障，且运动技战术训练是一个动态的、复杂的、个体化多因素影响的过程。数字人体以人体系统为原型，以人体坐标为参考系，以多体系统运动学研究和分析运动员的技战术。可以通过建立模型设定运动员的运动轨迹，并与真实运动员的运动轨迹相比较，发现运动员技术中的不足；也可以通过设定运动参数，在虚拟运动员身上，试演高难度动作，减少了直接让运动员做动作产生的伤害。可以通过对人体各关键点的运动轨迹、关节运动角度及人体加速度等人体姿态参数进行分析，使运动员在训练过程中较快掌握动作技术要领；还可以设定比赛双方的不同战术，通过科学预演判断在现实中对阵该对手时应采用什么样的战术。

2.3.3 数字人体与运动员心理状态监控人类的心理活动都是人脑对客观现实的反映，因此运动员的赛前心理状态是运动员在比赛前对比赛情景和机体内环境各种综合信息的反映，是大脑皮层和皮下神经中枢协同活动的结果，运动员心理状态是运动员在比赛中发挥稳定的决定性因素，尤其是在竞赛时心理状态的好坏直接影响到运动表现的成功与否。通过数字人体红外扫描技术对运动员的大脑进行扫描，研究其赛前的神经活动与最佳神经状态下神经活动的对比，诊断其赛前心理状态的优劣；也可根据大脑神经活动的不同特点，分析其心理状态不佳的原因，并根据分析结果对运动员的心理状态进行调控。

3 结 论

3.1 数字人体就是为了了解运动员在训练和比赛中整个人体系统信息之间相互作用、相互联系的规律，是将运动员生理学、运动学和动力学信息由定性研究转向数字化表达。

3.2 虽有对数字人体的研究，但是大部分研究仅停留在数字人体原型、模型和新技术等的基础理论研究层面，其在医学、教学和服装等领域应用研究的探讨彰显了其潜在的重要研究价值。

3.3 竞技体育运动训练监控是实践科学训练的基础，是运动员在比赛中获得优胜的重要保障。数字人体可为运动员身体机能、运动技战术和心理活动等运动训练监控的重要环节的诊断与监测提供新视野和新方法。

[ 1 ] 毕思文.数字人体—人体系统数字学总论[ J ].中国影像技术，2003（S1）：1-7.

[ 2 ] 毕思文，刘保延.数字人体基础理论框架构建[ J ].世界科学技术—中医药现代化，2003（1）：10-14.

[ 3 ] 毕思文，汪湘.数字人体经络信息获取的多光谱探测技术研究[ J ].中国医学影像技术，2003（S1）：86-88.

[ 4 ] 毕思文.数字人体信息获取的微波遥感技术研究[ J ].中国医学影像技术，2004（11）：1790-1791.

[ 5 ] 盟国正，岳晓燕.科学技术发展对竞技体育运动的影响[ J ].运动，2009（1）：40-41.

G808

A

1674-151X（2017）11-029-03

10.3969/j.issn.1674-151x.2017.11.015

投稿日期：2017-05-12

国家体育总局重点研究领域重大课题：竞技体育“数字人体”遥测系统的研发（项目编号：2014B071）。

王靖（1987—），助教，硕士。研究方向：运动与体育科技。

王兴（1966—），教授，博士。研究方向：运动与康复。