计算人体极限的未来
新知
刘翔赢了！最近体育爱好者津津乐道的莫过于跨栏飞人刘翔在采用了“7步起跑”新技术以后获得比赛胜利的消息。这也表明飞人很可能迎来运动生涯里的又一个高峰。而飞人的新一次腾飞，就有计算机科技的力量。IT科技，其实一直默默为我们计算着人体极限的未来。
超等长力量时代的呼唤
20世纪60年代，体能类体育项目一个全新的训练理念诞生——维尔霍山斯基（Werschoshanskij）“超等长力量”理论。
这个理论在竞技体育界中掀起了一场革命，被看作是一种对运动成绩具有关键支持作用的能力，因此受到教练和运动员的高度重视。
这是一个生物力学理论，主要阐述的是肌肉力量的运用。决定超等长力量优劣的两个主要因素———“弹性能量的产生、储存与再释放过程”和“运动神经中枢对肌肉的反射性调节”均与肌肉完成超等长收缩的时间有密切关系。因此，在这方面的训练就开始得到普及。
但是，由于缺乏科学的计算，很长一段时间，许多教练员、运动员只是简单地把“超等长力量”与大运动量训练等同起来，在多数情况下表现为长时间持续不断地提高训练量和强度，借此提高运动成绩，最终违反生物特性规律，反而导致灾难性后果，如肌肉或关节损伤。这个问题也极大阻碍了运动成绩提高。好在20世纪80年代，计算机技术已经提升到了一定的高度。
这时候，芬兰的科米等人开始应用计算机技术对超等长力量进行了研究——采用遥感技术获得马拉松运动员比赛时小腿三头肌的三维遥感图像，传入计算机中，由计算机软件对遥感图像中三头肌的超等长式收缩进行分析。
研究分析的主要内容有三头肌的超等长收缩时间、退让收缩速度、拉长长度、肌腱张力、垂直和水平分力等数据。依靠计算机技术从能量代谢角度对运动员肌肉训练的特性进行分析，为教练员采用训练量、训练姿态提供帮助，并能够有效预防训练不当造成的肌肉损伤。
同时，借助现代医学的发展，对肌肉力量的分析也达到了相当精准的水平，通过先进的肌肉力量测试仪，能够测试出不同肌肉、不同肌肉部位的肌肉生长和力学改变值，并通过计算机进行分析，为运动员下一步力量锻炼给出建议和依据。
另外，装载小型化CPU的智能型爆发力测定器，可以真正测量到动作中的“瞬间爆发力量”，而非传统肌力测量所得到的“静态肌力”。应用于训练中，可改善传统力量训练常忽略“动作速度”的盲点。也可根据运动员个别能力，设定训练标准，并提供及时回馈，确保训练质量，避免训练不足和训练过度。而专用软件在训练后则可以提供运动员动作时间、速度、加速度、力量、爆发力、平均爆发力给教练分析。
随后，体育专家发现肌肉运动训练负荷表现在人体细胞适应水平上，即通过肌肉蛋白质的分解与合成的动态平衡表现出来的。而细胞层面的研究用人力计算已经不现实了，于是体育专家开始利用计算机技术在细胞分子水平上研究对运动水平有重要影响的机能蛋白质的合成问题。运动员通过对细胞系统施加适宜的负荷即可获得高的竞技水平，而不是在相当长的时间仅获得低的适应和小幅度的成绩增长。
动作捕捉与分析：飞人新技术的秘密
众所周知，这次刘翔夺冠，靠的就是采用了新的起跑步法。其实这个新的步法的产生，也与刘翔背后的高科技团队密不可分，新技术在2004年就为刘翔获得奥运会冠军立下汗马功劳，这个技术就是动作视频捕捉与分析技术。
专家组从刘翔参加2001年第九届全国运动会时就开始工作。科技人员们通过对刘翔训练和比赛的视频图像，进行多重视频图像后期处理，通过运动分析和运动监测等手段，拿出准确的数据，为孙海平和刘翔制订训练方案提供科学依据。
所谓动作捕捉与分析，就是通过身体传感器捕捉或者从视频中采集捕捉运动员的全程运动，然后将捕捉的信息进行数字化分析，直接得出运动员每个动作中的位移速度、角速度、加速度情况曲线等各种运动数据。同时还能够进而转化出特定肌肉群的发力情况、肌肉力矩，以及与生物学上限的差距，给出建议，进行动作的改进。
动作捕捉分析系统不仅用于田径类比赛，对于乒乓球、体操等技巧类的项目，武术、拳击等对抗性项目也具有很大的辅助作用。通过视频分析系统，可以从多个角度（高的达到十几个角度）记录运动员的动作，并分析出轨迹变化，从而评估运动员的动作标准性、合理性，并分析出最合理的动作方式。
例如，国家体育总局还为中国乒乓球队等配备了像“刘翔奥运科技攻关项目组”这样的科研组，全力帮助各支队伍备战明年的奥运会。
宛如游戏的数值化运动员
实际上，刘翔团队一直还对刘翔的竞争对手进行专门研究，提供详细的技术分析，使刘翔在每一场比赛前都能准确掌握对手的信息，从而在比赛中采用合理的战术。这也是目前国际上流行的体育数据分析对抗。
但现在体育数据分析进入了一个新的数字化时代。相信玩过足球经理、FIFA足球、实况足球系列游戏的玩家都能够通过游戏中的一系列球员各方面能力数值数据、状态数据，选择出战运动员，以及重点培养的潜力运动员。
而各国体育科研工作者目前也正在向这个方向努力，借助计算机的帮助，通过大量数据积累得出的一套评估系统和数学模型，用来预测运动员的能力值。类似于赛车中的空气动力试验。例如收集许多竞技比赛的数据——时间、气候、比分、具体技术工作等等。运用人体形态学、生理学等理论去建立一个模拟标准，并用这套标准来评估运动员的能力或者潜力，从而作为挑选人才的参考。
也许在不久的将来，教练员将不会为选择哪个弟子上场而发愁。只需要在电脑前面，看看数据库里最新的运动员能力值量化分析就可以了。
体育运动是一个追求人类极限的事物，而它的未来，就让我们用日本国立体育研究中心著名研究员达明池田说的一句话来概括：体育竞技都被量化，并转化为巨型计算机中的二进制数字，经过精确的建模计算后得出结果。随着大型计算机运算能力的爆炸升级，运用理性的计算去预测拥有无限创造力的人类，从一定程度上也是可行的，这也正是体育未来发展的方向。
延伸阅读 计算机计算的人体“力量极限”——100米跑
百米跑向来被誉为最受人关注的运动项目，被称为人类挑战自身极限的代表。而这个极限究竟在哪里？长期以来，运动员、教练员、体育运动学专家争执不休。女子百米世界纪录保持者短跑女皇乔伊娜的丈夫、美国田径专家柯西曾认定，9秒76将是人类的百米极限。但众多计算机计算的结果已经颠覆了这个说法。
例如，美国生物工程学家理·罗波顿通过计算机的模拟计算显示，百米极限将是9秒4。如果超过这个速度，人体股骨承受的压力将是体重的4倍以上，会造成骨折，同时体内各种微量元素也将产生变化，导致眩晕等感觉，无法完成比赛。
而我国北京体育大学副教授谢慧松等通过计算机的统计数学模型计算发现途中跑是实际比赛中最为关键的环节。通过国内外23位顶级运动员在全运会、世锦赛、奥运会上的近200组数据，不同途中跑阶段的模型系统，五个阶段的最优化结果都表明，9秒6543到9秒6545将是最后的百米世界纪录。