王 靖，王 興

（1.上海立信會計金融學(xué)院體育部，上海 201613；2.上海體育學(xué)院體育教育訓(xùn)練學(xué)院，上海 200438）

理想與方法探索

數(shù)字人體發(fā)展特征及其在運動訓(xùn)練監(jiān)控中的應(yīng)用

王 靖1，王 興2

（1.上海立信會計金融學(xué)院體育部，上海 201613；2.上海體育學(xué)院體育教育訓(xùn)練學(xué)院，上海 200438）

目的：進一步了解數(shù)字人體發(fā)展的現(xiàn)狀和特征，探究其在運動訓(xùn)練監(jiān)控中應(yīng)用的方法途徑。方法：本文運用文獻資料法、文獻計量法等研究方法，通過科學(xué)知識圖譜軟件對數(shù)字人體相關(guān)文獻進行分析歸納。結(jié)果：數(shù)字人體技術(shù)由理論探索向應(yīng)用研究轉(zhuǎn)變；人體系統(tǒng)信息特點是數(shù)字人體研究的重要基礎(chǔ)；人體模型的研究是數(shù)字人體與不同領(lǐng)域科研相融合的切入點；信息獲取技術(shù)是數(shù)字人體研究的核心。數(shù)字人體可應(yīng)用于運動員身體機能監(jiān)控、技戰(zhàn)術(shù)監(jiān)控和心理狀態(tài)監(jiān)控。結(jié)論：數(shù)字人體可將運動員生理學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)信息由定性研究轉(zhuǎn)向數(shù)字化表達；大部分數(shù)字人體研究僅停留在數(shù)字人體原型、模型和新技術(shù)等的基礎(chǔ)理論研究層面；數(shù)字人體為運動員運動訓(xùn)練監(jiān)控重要環(huán)節(jié)的診斷與監(jiān)測提供了新視野和新方法，建議數(shù)字人體技術(shù)的應(yīng)用研究應(yīng)作為今后研究的主要方向。

數(shù)字人體；發(fā)展特征；運動訓(xùn)練監(jiān)控

數(shù)字人體是21世紀醫(yī)學(xué)、信息科學(xué)、計算科學(xué)、生命科學(xué)和計算機技術(shù)等學(xué)科交叉融合的最新研究領(lǐng)域，其目標是實現(xiàn)對人體系統(tǒng)從定性描述到定量表達的過渡。數(shù)字人體在各科學(xué)研究領(lǐng)域中蘊含的應(yīng)用價值巨大，將深刻地影響著人們的生活方式，為未來人體系統(tǒng)信息的研究注入新活力。運動員運動訓(xùn)練將直接影響到運動員在比賽中的運動成績，科學(xué)的運動訓(xùn)練可以高效地提高運動員的運動成績、減少運動損傷概率及延長運動員運動壽命。因此，對運動訓(xùn)練過程中運動員身體機能、體能、技戰(zhàn)術(shù)等監(jiān)控既是提高訓(xùn)練科學(xué)化程度的重要條件，又是促進我國競技體育可持續(xù)發(fā)展進程的重要保障。本文借助于文獻計量分析方法著重對數(shù)字人體的發(fā)展動態(tài)進行研究，以發(fā)現(xiàn)數(shù)字人體研究的一般規(guī)律，為數(shù)字人體在其他科研領(lǐng)域中的應(yīng)用提供參考和借鑒；并將數(shù)字人體技術(shù)引入競技體育中運動員身體機能、技戰(zhàn)術(shù)和心理狀態(tài)等環(huán)節(jié)的運動訓(xùn)練監(jiān)控過程中，不僅為運動訓(xùn)練監(jiān)控研究提供了新視角和新動力，還拓展了數(shù)字人體研究的范圍。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

數(shù)字人體發(fā)展特征及其在運動訓(xùn)練監(jiān)控中的應(yīng)用。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法 在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫上，以數(shù)字人體為關(guān)鍵詞檢索并篩選出2000—2012年的文獻170篇；以運動訓(xùn)練監(jiān)控為關(guān)鍵詞檢索并篩選后得到文獻186篇，對運動訓(xùn)練監(jiān)控的基本理論和測量指標進行了解和借鑒。

1.2.2 文獻計量法 本文主要以REFWORK格式，從中國知網(wǎng)中下載以數(shù)字人體為關(guān)鍵詞的相關(guān)論文的載文信息，運用科學(xué)知識圖譜軟件，根據(jù)文獻的相關(guān)信息，進行數(shù)量關(guān)系和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)其研究的焦點等。

2 結(jié)果與分析

2.1 運動員數(shù)字人體的內(nèi)涵

數(shù)字人體是指用信息化與數(shù)字化的方法研究人體系統(tǒng)信息間相互作用、相互聯(lián)系的技術(shù)系統(tǒng)。運動員數(shù)字人體就是借助數(shù)字人體技術(shù)，以運動員人體系統(tǒng)為原型，以運動員人體坐標為參考系建立運動員人體信息數(shù)據(jù)庫，以了解運動員運動中人體系統(tǒng)信息的發(fā)生、發(fā)展過程及信息之間相互作用、相互聯(lián)系的空間化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的技術(shù)系統(tǒng)。因此，運動員數(shù)字人體是指用信息化與數(shù)字化的方法研究和構(gòu)建運動員人體信息系統(tǒng)，即將運動員身體活動信息全部數(shù)字化之后由計算機網(wǎng)絡(luò)來管理的技術(shù)系統(tǒng)，用以了解運動員整個運動過程中所涉及的信息過程，并將信息轉(zhuǎn)化成運動員訓(xùn)練和比賽中所需要的運動學(xué)、生理學(xué)和動力學(xué)等多學(xué)科信息，實現(xiàn)運動員人體信息由定性研究向定量表達的過渡。

2.2 數(shù)字人體技術(shù)的發(fā)展特征

2.2.1 數(shù)字人體技術(shù)由理論探索向應(yīng)用研究轉(zhuǎn)變 人體是由細胞組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其復(fù)雜性限制了人體科學(xué)研究的深入，因此將人體系統(tǒng)簡單化、數(shù)字化是實現(xiàn)人體從微觀到宏觀、從定性研究到定量表達的重要基礎(chǔ)。在這一系統(tǒng)中尤其注重人體信息與信息之間的聯(lián)系和相互作用。以數(shù)字人體為關(guān)鍵詞，在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫上篩選出的170篇文獻；但核心期刊收錄較少。在其他領(lǐng)域的研究不僅得到了國家自然科學(xué)基金、國家863計劃專題課題資助和國家重點實驗室等國家級項目的資助，還得到了教育部科技重點項目、國家中醫(yī)藥管理局專項研究項目等，可見其在體育領(lǐng)域的研究匱乏。結(jié)合圖1、圖2和表1可知，2001—2004年數(shù)字人體相關(guān)研究的發(fā)文量出現(xiàn)遞增趨勢，并在2004年達到鼎盛時期。畢思文的《數(shù)字人體—人體系統(tǒng)數(shù)字學(xué)》一書在2004年出版，為數(shù)字人體的發(fā)展起到了一定的推動作用。但只出現(xiàn)了對SARS疫情、中醫(yī)診療及與人工智能融合3個方向進行研究的5篇應(yīng)用性研究論文；2005—2007年數(shù)字人體的研究逐漸減少，2007年的發(fā)文量出現(xiàn)低谷。在此階段數(shù)字人體逐漸被以醫(yī)學(xué)為主的專家、學(xué)者所借鑒和應(yīng)用。2008—2012年發(fā)文量出現(xiàn)回升，數(shù)字人體科學(xué)理論在此階段被很多領(lǐng)域所應(yīng)用，并做了一系列嘗試性探索研究。研究范圍擴展到經(jīng)絡(luò)診療、針灸、服裝、汽車、體育等領(lǐng)域，豐富了數(shù)字人體的理論與實踐研究。

圖1 我國數(shù)字人體科學(xué)相關(guān)研究發(fā)文量變化趨勢

圖2 數(shù)字人體研究熱點知識圖譜

表1 關(guān)鍵詞及頻次分析

2.2.2 人體系統(tǒng)信息的研究是數(shù)字人體研究的重要基礎(chǔ) 人體系統(tǒng)是數(shù)字人體的原型，將人體系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以被人解讀和利用的信息是數(shù)字人體研究的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前利用醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)和計算科學(xué)技術(shù)等技術(shù)，從物質(zhì)組成、動力學(xué)特征、流體規(guī)律和能量循環(huán)等方面對人體系統(tǒng)物質(zhì)和能量信息進行研究，不斷拓寬了人類對人體系統(tǒng)自身認識的廣度和深度。而且將通過對人體進行切片和掃描后產(chǎn)生的人體數(shù)據(jù)進行整合，建成了整個人體的三維立體的生理結(jié)構(gòu)，即數(shù)字化虛擬人。實現(xiàn)了人體信息從定性描述向定量表達的轉(zhuǎn)變，為數(shù)字人體的研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

2.2.3 人體模型的研究是數(shù)字人體與不同領(lǐng)域科研相融合的切入點 數(shù)字人體是將人體系統(tǒng)作為一個有機的整體，主要是對人體內(nèi)部各信息之間相互作用和相互聯(lián)系規(guī)律的研究。將數(shù)字人體研究與醫(yī)學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)和信息學(xué)等學(xué)科相融合，并建立了多個數(shù)字人體的模型，主要包括人體輪廓、物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征和功能的數(shù)字人體物質(zhì)模型；人體幾何學(xué)、動力學(xué)和運動學(xué)信息的數(shù)字人體力學(xué)模型；動態(tài)人體數(shù)學(xué)表達的數(shù)學(xué)模型；人體信息產(chǎn)生、傳播、耗散及獲取與處理的數(shù)字人體信息模型；為數(shù)字人體技術(shù)應(yīng)用找到了多個切入點。

2.2.4 信息獲取技術(shù)的研究是數(shù)字人體研究的核心 數(shù)字人體是對復(fù)雜的、開放的和動態(tài)的人體系統(tǒng)的深入研究，是要經(jīng)歷數(shù)據(jù)采集、存儲、處理和顯示等過程的研究，因此借助相關(guān)先進技術(shù)進行研究是數(shù)字人體的必經(jīng)之路?，F(xiàn)在已研究出的信息獲取途徑主要有人體局部成像的多光譜探測技術(shù)、熱紅外探測技術(shù)、對人體動力學(xué)、運動學(xué)參數(shù)進行測試的人體系統(tǒng)仿真技術(shù)和微波遙感技術(shù)等，為數(shù)字人體深入研究提供了思路和可能性。

2.3 數(shù)字人體在運動訓(xùn)練監(jiān)控中的應(yīng)用當(dāng)今世界體壇，以高科技手段輔助運動員的訓(xùn)練和比賽，已成為最大限度開發(fā)人體運動潛能的最主要途徑。通常人們對訓(xùn)練過程的監(jiān)控主要包括身體機能、技戰(zhàn)術(shù)和心理狀態(tài)診斷與監(jiān)測等環(huán)節(jié)。而數(shù)字人體技術(shù)與不同專業(yè)領(lǐng)域的知識、需求相結(jié)合是武裝各科研領(lǐng)域的新技術(shù)，是數(shù)字化時代的新變革。數(shù)字人體的應(yīng)用將會對運動訓(xùn)練需要的多項重要指標進行精確的測量與分析，將運動訓(xùn)練部分指標監(jiān)控的益處最大化。

2.3.1 數(shù)字人體與運動員身體機能監(jiān)控運動訓(xùn)練身體機能監(jiān)控是訓(xùn)練監(jiān)控的重要組成部分，通常是指用心率、血壓、血液和尿液等指標對運動員身體機能評定和恢復(fù)、運動訓(xùn)練方法的科學(xué)性和運動負荷的合理性等內(nèi)容進行監(jiān)控，通過一定的評價方法對運動員的機能狀態(tài)進行評定，做出相應(yīng)信息反饋的過程。但是這些指標的監(jiān)控大都不能在運動中實時監(jiān)控；而且評定標準不一，建立多元化的評價體系是大勢所趨。數(shù)字人體是將人體數(shù)字化后，對人體信息進行管理的過程，我們可以通過數(shù)字人體近紅外光譜技術(shù)無創(chuàng)獲取運動員的血液、尿液等生化指標的信息，方便又不影響運動員的后續(xù)訓(xùn)練；還可以通過數(shù)字人體近紅外成像技術(shù)獲得運動員某部位內(nèi)部圖像，降低運動員運動損傷概率，又可以有效地治療運動員的運動損傷。

2.3.2 數(shù)字人體與運動員技戰(zhàn)術(shù)監(jiān)控技戰(zhàn)術(shù)診斷與監(jiān)測是促使運動員在比賽中獲得優(yōu)勝的重要保障，且運動技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練是一個動態(tài)的、復(fù)雜的、個體化多因素影響的過程。數(shù)字人體以人體系統(tǒng)為原型，以人體坐標為參考系，以多體系統(tǒng)運動學(xué)研究和分析運動員的技戰(zhàn)術(shù)。可以通過建立模型設(shè)定運動員的運動軌跡，并與真實運動員的運動軌跡相比較，發(fā)現(xiàn)運動員技術(shù)中的不足；也可以通過設(shè)定運動參數(shù)，在虛擬運動員身上，試演高難度動作，減少了直接讓運動員做動作產(chǎn)生的傷害?？梢酝ㄟ^對人體各關(guān)鍵點的運動軌跡、關(guān)節(jié)運動角度及人體加速度等人體姿態(tài)參數(shù)進行分析，使運動員在訓(xùn)練過程中較快掌握動作技術(shù)要領(lǐng)；還可以設(shè)定比賽雙方的不同戰(zhàn)術(shù)，通過科學(xué)預(yù)演判斷在現(xiàn)實中對陣該對手時應(yīng)采用什么樣的戰(zhàn)術(shù)。

2.3.3 數(shù)字人體與運動員心理狀態(tài)監(jiān)控人類的心理活動都是人腦對客觀現(xiàn)實的反映，因此運動員的賽前心理狀態(tài)是運動員在比賽前對比賽情景和機體內(nèi)環(huán)境各種綜合信息的反映，是大腦皮層和皮下神經(jīng)中樞協(xié)同活動的結(jié)果，運動員心理狀態(tài)是運動員在比賽中發(fā)揮穩(wěn)定的決定性因素，尤其是在競賽時心理狀態(tài)的好壞直接影響到運動表現(xiàn)的成功與否。通過數(shù)字人體紅外掃描技術(shù)對運動員的大腦進行掃描，研究其賽前的神經(jīng)活動與最佳神經(jīng)狀態(tài)下神經(jīng)活動的對比，診斷其賽前心理狀態(tài)的優(yōu)劣；也可根據(jù)大腦神經(jīng)活動的不同特點，分析其心理狀態(tài)不佳的原因，并根據(jù)分析結(jié)果對運動員的心理狀態(tài)進行調(diào)控。

3 結(jié) 論

3.1 數(shù)字人體就是為了了解運動員在訓(xùn)練和比賽中整個人體系統(tǒng)信息之間相互作用、相互聯(lián)系的規(guī)律，是將運動員生理學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)信息由定性研究轉(zhuǎn)向數(shù)字化表達。

3.2 雖有對數(shù)字人體的研究，但是大部分研究僅停留在數(shù)字人體原型、模型和新技術(shù)等的基礎(chǔ)理論研究層面，其在醫(yī)學(xué)、教學(xué)和服裝等領(lǐng)域應(yīng)用研究的探討彰顯了其潛在的重要研究價值。

3.3 競技體育運動訓(xùn)練監(jiān)控是實踐科學(xué)訓(xùn)練的基礎(chǔ)，是運動員在比賽中獲得優(yōu)勝的重要保障。數(shù)字人體可為運動員身體機能、運動技戰(zhàn)術(shù)和心理活動等運動訓(xùn)練監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)的診斷與監(jiān)測提供新視野和新方法。

[ 1 ] 畢思文.數(shù)字人體—人體系統(tǒng)數(shù)字學(xué)總論[ J ].中國影像技術(shù)，2003（S1）：1-7.

[ 2 ] 畢思文，劉保延.數(shù)字人體基礎(chǔ)理論框架構(gòu)建[ J ].世界科學(xué)技術(shù)—中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2003（1）：10-14.

[ 3 ] 畢思文，汪湘.數(shù)字人體經(jīng)絡(luò)信息獲取的多光譜探測技術(shù)研究[ J ].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2003（S1）：86-88.

[ 4 ] 畢思文.數(shù)字人體信息獲取的微波遙感技術(shù)研究[ J ].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2004（11）：1790-1791.

[ 5 ] 盟國正，岳曉燕.科學(xué)技術(shù)發(fā)展對競技體育運動的影響[ J ].運動，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

國家體育總局重點研究領(lǐng)域重大課題：競技體育“數(shù)字人體”遙測系統(tǒng)的研發(fā)（項目編號：2014B071）。

王靖（1987—），助教，碩士。研究方向：運動與體育科技。

王興（1966—），教授，博士。研究方向：運動與康復(fù)。