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臺灣產業大啖運動科技商機

臺灣產業大啖運動科技商機

林玉圓

科技

工業技術與資訊

2021-10-18 09:07

疫情催化在宅運動風潮,東京奧運大量採用創新科技,科技不止讓運動更高、更快、更強,產生的多元運動服務與創新商業模式,正改變運動產業風貌!

科技為運動加值大勢所趨

運動X科技 臺灣產業轉型契機

 

尖端科技

今年東京奧運從轉播、觀賽、判決到賽事管理,都導入尖端科技,球場上各國選手不僅比技巧,更是科技能量的展現。圖為用於東奧游泳賽道的高科技攝影設備。
 

2020東京奧運受疫情影響,創下多個史上之最,除首次零觀眾參與外,科技含量也是歷來最高,從轉播、觀賽、判決到賽事管理,都導入尖端科技,球場上各國選手不僅比技巧,也比科技國力。前巨人少棒投手、工研院協理吳誠文現身說法,以科技結合運動專長,分享科技加值運動的趨勢,及臺灣在運動科技領域的機會。

 

疫情讓本屆東京奧運成為史上首次的「寧靜奧運」,多數賽事禁止觀眾入場;另一方面,也因為科技的全面導入,觸及更多全球更多觀眾。細數本屆東奧的創新科技,包括:結合AI、電腦視覺及感測器的「英特爾(Intel)運動員追蹤系統(3D Athlete Tracking)」,鎖定選手的一舉一動,進行即時轉播與記錄;「Panasonic非接觸生理感測系統」,從遠端就能辨識血管收縮導致的臉色細微變化,得知選手在面對奪牌壓力時的心率及腎上腺反應;瑞士鐘錶品牌「歐米茄(Omega)增加型AI訓練系統」,精準測得沙灘排球是由哪位選手殺球得分、角度及球速。

 

運動科技伸展台 東奧OBS創舉

 

工研院協理暨南分院執行長吳誠文表示,本屆東奧不僅是選手的競技場,也是科技的伸展舞台,「若要說明運動科技在東奧的創新突破,最好的例子就是奧運轉播服務(OBS),」負責所有賽事的拍攝、轉播及影音資料提供,並向全球收取轉播權利金。

 

為了提供宛如臨場的最佳畫面,OBS導入感測器、AI數據分析、雲端平台、虛擬實境(VR)等技術,完備智慧場館建構解決方案;除了超高解析影像及高動態範圍成型(HDR),還有3,600支收音麥克風形成的擬真音效。為了向全球介紹本屆東奧新增的競賽項目—運動攀岩,OBS導入3D虛擬圖像,打造岩面的3D模型,以便細部分析選手攀爬的地形及角度,既可近距觀看選手表情,也可欣賞壯觀的岩面全貌。

 

還有「多鏡頭3D回放系統」,將攝影機架設於多個機器人平台,設置於體操及滑板比賽場館,快速產生3D回放片段,提供觀眾極緻慢鏡頭的觀看享受,其效果可比電影「駭客任務」(The Matrix)。

 

運動科技不只用於提升觀賽體驗,現在也導入職業運動員的訓練、普羅大眾的健身鍛鍊與粉絲參與等應用。

 

運動員追蹤系統

結合AI、電腦視覺及感測器的「英特爾(Intel)運動員追蹤系統(3D Athlete Tracking)」,鎖定選手的一舉一動,進行即時轉播與記錄。(Intel提供)

 

 

兩大目標:提升表現、減少傷害

 

「科技提升運動員的體能與表現,早已有實證根據;長久以來,職業賽事及選手皆借重運動科學達到至少兩大目標:一是提升運動表現、二是減少運動傷害,」吳誠文說,以往科技應用在運動上,目的不是在創造可商品化的技術,而是針對頂尖選手進行訓練,一般大眾比較無法感受運動結合科技的成效。

 

美國職棒大聯盟運用感測器搜集各種資料,如球速、轉速、轉軸、軌跡等,已有10幾年的歷史,將收集到的數據送往雲端,透過運算軟體加以分析:例如即時傳送到導播及球評的中控平台,提供更多運動數據進行說明;又如提供給球團,了解投手本季的投球數、打者表現,佐以過去比賽和訓練數據,可了解球員的體能狀況;「一旦發現球員過度使用體能,可減少上場數,避免運動傷害。」

 

物聯網、雲端平台、數據分析

 

近年隨著無線通訊、穿戴裝置、物聯網、雲端技術的發展,在職業運動員的訓練範疇中,運動佐以科技元素已發揮得淋漓盡致。以穿戴裝置為例,吳誠文指出,一般賽事不允許穿戴裝置上場,但美式足球及冰上曲棍球卻是例外,由於球員碰撞頻繁,兩大聯盟允許球隊在將RFID內建於厚重防護衣中,偵測球員的運動資訊再發出訊號,並由場館內的讀取器進行接收。「就像高速公路上的e-tag,整場比賽的球員移動及球體軌跡,完整紀錄並可即時取用,不僅提升轉播品質,也可用來加強球員訓練、分析對手實力。」

 

吳誠文指出,美國也有多支少棒隊伍採用以杜卜勒雷達(Doppler Radar)為基礎所發展的影像視覺技術,發展運動生物力學分析、姿態骨架分析等;「以往這樣的分析需要龐大資源,更要有經驗豐富的教練;如今有了感測資料及分析軟體的加持,對教練的依賴程度可明顯漸少。」有了科技元素的輔助,運動訓練即可朝更精準地方向進行發展。

 

科技強國臺灣 仍待導入運動應用

 

身為電機電子專家,吳誠文所研發的記憶體測試、前瞻網路安全處理器、超大型積體電路無線測試等技術,現已實際應用在數百項IC產品中;而他的另一個身分是背號11號的第一代巨人少棒投手,曾在半世紀前為臺灣拿下威廉波特世界少棒冠軍。

 

擁有運動及科技的跨界背景,吳誠文指出,目前最尖端的運動科技應用,臺灣都有能力做得到,他很感慨,「臺灣是科技強國,可惜在運動領域的著墨不深,」國內科技業擅長大量製造,期待世界級客戶來下單,但與其如此,不如自己做出世界級的服務和解決方案,更有發展潛力與市價值。

 

矽谷科技加持 史丹佛奪15

 

「在國內,運動與科技涇渭分明,但在歐美並非如此,」吳誠文分析,2016里約奧運,美國拿到最多獎牌的大學是加州史丹佛大學,在校生和校友共囊括15面金牌。

 

「這些史丹佛的選手,沒有一個是體育系,大都有自己的主修如數學、電機、歷史等,僅極少數將來會以運動為職業,」吳誠文表示,這也反映出臺美文化的不同,史丹佛能創造運動佳績,一是選手長期浸淫在矽谷高科技的環境,早已將科技導入運動訓練;第二是美國大學屬於準職業運動市場,大學美式足球、大學棒球,都創造極豐厚的獲利,讓學校能提供獎學金及豐沛訓練資源給學生。

 

吳誠文說,這論述強調運動經濟規模的重要性,不僅能讓職業運動員享受科技帶來的優點,更進一步發展出全新產業生態圈,這是具體可行的雙贏策略。他指出,2018年美國運動產業規模達5,397億美元,接近臺灣全年GDP;同年全球半導體產業雖創下歷史新高,產值達4,680億美元,仍小於美國運動產業規模。

 

行政院出手 打造運動科技產業

 

目前行政院已擬定發展計畫,將科技與運動結合,形成國家級計畫,由科技部、資策會、工研院擔綱,打造產業未來競爭力。以東奧的OBS轉播服務為例,疫情下仍創造40億美元的收入,雖與實體賽事無法相比,但帶來的周邊商機不可限量。賽事直播觸及更多觀眾,不受場地及時間限制,隨時可上線觀看、評論;直播同時,還能即時下單購物,創造無遠弗屆的商機。

 

「臺灣科技業長期以來都是賣硬體為大宗,國際客戶採購穿戴裝置及雲端設備,最終的應用是什麼,我們往往無法得知;事實上很多都是用於先進運動領域。我認為產業界可以調整心態,走出舒適圈,以科技角度剖析運動界需求並進行協助,提供創新運動訓練,也創造新的市場商機,」吳誠文說,如此一來,臺灣科技業將有機會從單純的大量製造,升級至應用系統整合及解決方案提供。

 

工研院在今年5月於成功大學舉辦的「全國大專校院運動會」中,打造「智慧場館」的成功案例,可做為科技業進軍運動領域的重要參考。

 

工研院

工研院透過48支高速攝影機構成的影像縫合與直播平台,提供3D回放與自由多視角應用服務。觀眾可即時透過5G網路,以手機、平板自由挪移觀賞視角。
 

智慧場館 產業升級契機

 

「這屬於政府推動的5G專網應用服務之一,工研院邀請中華電信、成大師生團隊、新創公司,在智慧場館內建置高速攝影機、杜卜勒雷達、RFID等各式裝置,運用5G網路架接賽事資料平台,再進行邊緣化AI運算,強化賽事即時分析、現場觀眾推播及直播主資訊串接能力。」

 

工研院團隊在運動科技博覽會的無人機競技、桌球與羽球賽事中,透過48支高速攝影機所構成的影像縫合與直播平台,提供3D回放與自由多視角應用服務。觀眾可即時透過5G網路,以手機、平板自由挪移觀賞視角,盡情欣賞明星球員的精彩瞬間;球評與直播主也能即時擷取球的落點分析等資料,增加賽事評論的說服力。

 

吳誠文指出,智慧場館是國內產業界投入運動領域的試金石,可藉此擺脫運動器材的代工及製造,轉向場館的建置、網路與機房設備的規劃、資料分析團隊的組成、到滿足線上/線下觀賽者的粉絲參與應用,全面建立起系統整合的Know-how及解決方案的服務能量。「還要培養直播主,讓智慧科技結合運動行銷,催生新的商業模式;這樣的整體解決方案,是以大眼光、大胸襟來投入整合,而非彼此競爭,這是我努力的方向,也是對國內科技界的期待。」

 

賽事分析

運用5G網路架接賽事資料平台,進行邊緣化AI運算,可即時提供觀眾賽事分析,球評與直播主也能擷取落點分析等資料,增加評論說服力。(成功大學提供)
 
 

 

肌能、健身、自行車、高爾夫

科技讓健身更智慧

 

運動

運動健身的煩惱,透過創新的科技,都能找到完美的解方。圖為工研院的智慧啞鈴,能夠感測、擷取完整的重訓資料,讓健身房為會員提供更細緻的服務。

 

健身教練指定的動作一直都做不好,不知問題出在哪?健身房重訓器材不僅缺乏訓練資訊,連做了幾次還要人工算,真的很落伍;自行車車架要怎麼調,才能輕鬆上路,避免受傷,這可是一門大學問;想打好高爾夫球,訓練軟體貴又難用,怎麼辦?以上運動健身的煩惱,透過創新的科技,都能找到完美的解方。

 

研究機構Research And Markets的2021年全球運動市場報告指出,儘管遭受疫情衝擊,2021年全球運動市場產值仍將成長13.5%,從2020年的3,882.8億美元,增至今年的4,407.7億美元,主要驅動力量是運動相關產業積極調整方向,努力從疫情中復甦。預計到2025年,全球運動產值將逼近6,000億美元,年複合成長率8%。

 

面對疫情期間社交距離的限制,居家及戶外運動成為主流,各式科技輔助運動,在疫情期間大受歡迎,例如訂閱制教練服務、線上課程、虛擬運動社群等。為協助臺灣產業搶攻疫後運動商機,創造全新市場,工研院整合院內研發成果,切入運動科技領域,從場域應用及市場需求出發,打造出多項軟硬整合的運動科技,讓健身更智慧。

 

健身房軟硬體系統

 

健身

 

 

健身風氣盛行,室內健身房導入的智慧科技林林總總,唯獨重量訓練區宛如科技沙漠,難以取得使用者數據。有鑑於此,工研院在既有重訓器材上加裝關鍵性感測功能模組,開發出一系列的健身房軟硬體,包括飛時測距(Time of Flight;ToF)智能重訓機台、智慧啞鈴、雲端運動平台,能夠感測、擷取完整的重訓資料,讓健身房為會員提供更細緻的服務。

 

研發團隊發現,健身者在自主訓練時,因無教練在旁,往往無法維持動作節奏、甚至完成次數,尤其進入訓練後半段,體能十分疲勞時,更無暇顧及訓練的質與量。透過智慧健身房軟硬體系列技術,即使教練不在場,也能確實提醒訓練強度及次數,讓使用者能夠專注訓練,不必分神記錄,充份掌握運動進度。

 

健身房軟硬體系統中的ToF智能重訓機台,整合紅外線測距模組,將現有重訓機台變身物聯網裝置,智慧啞鈴則是在啞鈴上加裝慣性感測器(IMU),兩者皆能完整記錄運動歷程,包括訓練重量、離心與向心動作時間、功率、疲勞偵測等,並自動記錄訓練次數、組數及時間,無須人工計算。

 

健身房軟硬體系統也涵蓋了雲端運動平台,由於「最大肌力計量量測(1RM)」與「重訓代謝當量」,是重訓兩項重要的數據,透過雲端運動平台分析使用者操作時的速度、加速度、重量等資訊進行數據加值。1RM獲得個人當下最大肌力,以便根據個人需求安排適合的訓練菜單;重訓代謝當量以清晰簡單的方式呈現,有助於了解訓練過程消耗的能量,並進一步提供個人訓練建議、飲食及營養處方等。

 

PoseFit肌能檢測鏡

 
檢測
 
 

一般人在從事運動時,經常有某些特定動作無法確實做到,這往往是因為筋膜和肌肉牽引骨架時,施力肌群異常所致。為了解決這個問題,工研院運用視覺辨識技術,開發出「PoseFit肌能檢測鏡」,使用者在執行動作的當下,即可同步進行骨架分析,依照動作完成度的不同,來判定肌群與筋膜的問題,並提供適當處方,例如必須強化哪些肌肉、又必須針對哪些過於緊繃的肌群來進行放鬆。

 

肌能檢測鏡在發想之初,研發團隊便前往各處健身房實地觀察,同時訪談多次擔任國家代表隊隨隊醫生、擁有豐富臨床經驗的國立體育大學教授張曉昀,最後決定以美國職業賽事採用的「功能性檢測」(FMS)方案為基礎,再輔以視覺辨識技術來進行檢測。

 

PoseFit肌能檢測鏡已開發出不同場域的應用版本,例如健身版、銀髮高齡版等,使用者只要站在肌能檢測鏡前開始運動,透過視覺辨識及智慧分析,就能了解肌群使用狀況,提供對症下藥的改善處方。這個裝置也可協助教練或指導人員記錄歷次檢測結果,便於比對運動或復健的短、中、長期成效。

 

市面上類似的解決方案,多僅能檢視動作是否正確,完成度如何,PoseFit肌能檢測鏡還能進一步提出改善之道,指引合適訓練方式。例如:若發現使用者大腿前側的四頭股無力,會給予提示,引導使用者至鍛鍊四頭肌的健身機台進行訓練。此外,透過PoseFit的一站式檢測,個人肌能歷史記錄可清楚完整呈現。該技術適合的場域包括健身房、居家個人檢測、銀髮長照中心、專項訓練中心、職業運動隊伍等。

 

視覺騎乘肢體動作分析系統

 

自行車

熱愛自行車運動者常因姿勢不正確,影響騎乘速度、騎乘距離,甚至造成運動傷害,從此與自行車運動絕緣。而姿勢正不正確,除了與騎士自身習慣有關外,車架與騎士身形的搭配,更是關鍵,怎麼樣才能騎得快、騎得遠、騎得更健康,需要科技來幫忙。

 

工研院研發團隊在拜訪臺中大甲自行車訓練中心時發現,騎乘動作是否正確,對於騎乘效率有極大的影響。尤其車架的選擇或調整,一旦不夠精準,很可能導致騎士受傷。然而,過去大多透過人工量測及個人經驗來選擇車架,或判斷如何調整車架,這中間經常存在許多誤差。尤其人體動作精巧複雜,在車架調整過程中,只要有一項指標改變,就會連動影響其他數據,單純以人力來操作,至少需兩個小時,還得等待使用者試騎一段時間後,再進行二次調整,相當不便。

 

為了提供自行車愛好者更簡便的騎乘動作量測系統、節省調整車架的時間和繁瑣流程,同時記錄調校過程的變化,工研院開發出專供自行車使用的「視覺騎乘肢體動作分析系統」,串連多鏡頭的視覺資訊,於騎乘時進行骨架分析,藉此產出精準的動態與靜態人因資訊,並結合AI來提高辨識精準度及速度。

經過實測,該系統可大幅縮短挑選或調整車架的時間及人力,並提供數位化解決方案;例如在量測過程中,可記錄使用者最偏好的幾個尺寸,做為未來使用的參考。此系統也導入視覺資訊融合技術,能夠獲取更精準的3D空間座標,讓現場量測距離得以縮短至一半,將可提供高階自行車客製化調校使用,減少人員負擔之際,提升客戶滿意度。

 

經過實測,該系統可大幅縮短挑選或調整車架的時間及人力,並提供數位化解決方案;例如在量測過程中,可記錄使用者最偏好的幾個尺寸,做為未來使用的參考。此系統也導入視覺資訊融合技術,能夠獲取更精準的3D空間座標,讓現場量測距離得以縮短至一半,將可提供高階自行車客製化調校使用,減少人員負擔之際,提升客戶滿意度。

 

個人化智慧高爾夫分析系統

 

高爾夫

 

目前市面上的高爾夫球分析軟體,要價昂貴,動輒數十萬甚至百萬元,僅專業教學機構或少數頂級客群能負擔。對廣大的高爾夫球愛好者而言,市面上並無經濟實惠的輔助系統,來加強高爾夫球的學習訓練並做歷程紀錄。

 

工研院研發團隊累積多項技術開發經驗,例如AI骨架辨識、肌電訊號偵測分析、身體動態平衡、腦電圖(EEG)專注力腦波模型等等,在與體育署溝通運動科技的開發方向時,因緣際會結識中華民國高爾夫協會國家隊總教練張傑明。張教練為年輕一代的高球選手及教練,十分認同將科技導入高爾夫球運動,不只用於精進選手技巧,也應擴大至基層推廣。

 

另一方面,高爾夫球受體型、體能影響小,東方人於此一領域也能有傑出表現,因此工研院結合AI技術,開發出新手也適用的智慧化分析功能、個人化分析及紀錄,讓此一系統擔任個人專屬教練,提供擊球、姿態建議、揮桿軌跡等各項參數分析。

 

「個人化智慧高爾夫分析系統」開發完成後,曾任PGA教練、紐西蘭國家隊、拿下NEC名人賽冠軍的楊凱宇表示,科技工具必須建立在身體運作機制,尤其是高爾夫球,不能以主觀的標準完美動作來進行比較;該系統藉由個人化動作的分析,提供客製化建議,是較為理想的作法,有助提升學習效果。

 

未來該系統除可作為球場或練習場的加值服務,也能成為個人學習工具,進一步結合線上服務平台如Golface APP,串接揮桿姿勢等多元分析;而這項技術也能延伸至其他運動領域的應用,如中高齡民眾的體適能分析等,守護民眾的健康福祉。

 

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