在人工智能與大數(shù)據技術浪潮下，體育工程正邁向智能化轉型的關鍵階段。本書系統(tǒng)闡述了數(shù)據驅動下體育工程的理論框架、核心技術與應用實踐。

全書首先從技術革命的宏觀視角出發(fā)，探討現(xiàn)代體育工程的戰(zhàn)略意義，梳理該學科的學術譜系、發(fā)展現(xiàn)狀與前沿動態(tài)，構建智能體育工程的核心理論范式，闡明體育工程與數(shù)據科學的融合路徑。其次，在技術層面，聚焦智能體育工程的關鍵技術環(huán)節(jié)，詳細論述運動數(shù)據的多源感知、采集、預處理與質量控制全流程；在方法層面，深入探討運動仿真與虛擬重構的建模方法、應用場景及面臨的挑戰(zhàn)；在應用層面，通過多維場景展示智能技術在體育核心領域的應用潛力。最后，以前瞻性視角全面剖析智能體育工程面臨的核心技術挑戰(zhàn)，并對數(shù)據隱私、算法偏見等關鍵倫理與治理問題進行反思。

— 自序—

這些年，體育工程的面貌發(fā)生了非常直觀的變化。過去，我們分析運動表現(xiàn)和制訂訓練計劃，多依賴教練員的經驗積累。現(xiàn)在，從無處不在的高清攝像頭到便攜的可穿戴傳感器，再到不斷迭代的人工智能算法，體育這項展現(xiàn)人類身體極限與意志的活動，正在不可阻擋地與客觀數(shù)據發(fā)生深度融合。面對這種巨大轉變，傳統(tǒng)的體育工程學應該如何構建新的理論基礎？我們又該如何利用這些不斷涌現(xiàn)的新技術，去重建一個完整、科學的學科體系？帶著這些思考，我開始了長期的探索，《體育工程的智能化轉型》正是近年來研究工作的一份階段性總結。

本書力求跳出單一技術的局限，去描繪智能體育工程的整體學科脈絡，探討數(shù)據科學與人工智能是如何真正融入并重塑體育工程的。順著這條邏輯主線，本書系統(tǒng)梳理了從基礎學科和底層技術到頂層應用的整個脈絡，詳細拆解多源運動數(shù)據是如何被采集、清洗和管理的，探討運動仿真與虛擬重構技術如何為運動員建立精準的“數(shù)字孿生”，并深入分析這些數(shù)據驅動技術如何落地于競技表現(xiàn)的量化診斷、訓練負荷的動態(tài)調控，以及智慧場館和賽場智能系統(tǒng)的構建與運營。然而，梳理這些技術體系的過程，也是一個讓我不斷反思技術局限性的過程。我越來越深刻地認識到，技術的發(fā)展固然迅猛，但我們不能陷入盲目的技術決定論。因此，我特意留出了一定篇幅，去探討智能化轉型所帶來的社會影響與治理困境。當運動員各種指標都被持續(xù)監(jiān)控時，他們的數(shù)據隱私該如何保障？當算法開始輔助甚至主導選拔人才和賽場決策時，我們該如何避免系統(tǒng)里潛藏的偏見與不公？我始終認為，無論數(shù)據多么精準、算法多么強大，技術的目的都應當是服務人、保護人、增強人，實現(xiàn)真正的人機協(xié)同，而不是讓冷冰的數(shù)據凌駕于體育的人文精神之上。

為了更完整地闡述體育工程智能化轉型的具體應用，本書的附錄部分收錄了我的研究團隊完成的案例。在這些案例中，我們嘗試利用計算機視覺與深度學習技術去輔助健美操的動作智能診斷；探索基于數(shù)據驅動的無感式技術，在體育教學中精準測量人體的運動能量消耗；運用空間動捕與虛擬現(xiàn)實技術，打破拉丁舞復雜動作教學的物理與視覺限制；借助微型慣性傳感器捕捉射箭運動員在撒放瞬間極微小的肌肉高頻震顫；通過生物力學仿真技術模擬跳傘著陸的極限沖擊過程，以期找到保護運動員膝踝關節(jié)的有效方法；基于視覺三維人體姿態(tài)估計，對人體下肢的運動協(xié)調模式進行客觀的量化評估。這些案例并不完美，但它們真實地記錄了我們將數(shù)據驅動的理論轉化為智能化體育工程技術的努力過程，希望能為讀者提供一點理論走向應用的參考。

在這個技術日新月異的時代，今天的前沿創(chuàng)新，明天就會成為常識。因此，本書僅僅是我們在這條道路上探索的一份階段性成果匯報。書中難免存在思慮不周，甚至認知局限的地方，在此由衷地希望各位專家同仁和廣大讀者提出寶貴意見，不吝賜教。

一本書的出版，離不開許多人的支持與付出。在這里，我要特別感謝我的碩士研究生們。正是他們在運動場和實驗室里的測試、分析與驗證，將抽象的理論轉化為具體的實踐，為本書提供了最堅實的支撐。

希望我們的努力，能為中國體育科技的進步與學科發(fā)展，提供一些有益的參考。

趙毅博

2025年9月

體育工程的智能化轉型：數(shù)據驅動的理論與技術

趙毅博 著

2026年3月出版 / 98.00元

ISBN：978-7-5228-7122-6

— 作者簡介—

趙毅博，副教授，河北師范大學體育學院研究生教務辦公室主任。兼任中國高校校辦產業(yè)協(xié)會數(shù)字體育工作委員會副會長，現(xiàn)于中國科學技術大學攻讀模式識別與智能系統(tǒng)專業(yè)博士學位。主要研究方向為體育工程、體育人工智能、運動生物力學。主持河北省社會科學基金項目、河北省教育廳自然科學基金項目等多項課題。在《中國體育科技》等高水平學術期刊發(fā)表論文多篇，獲國家發(fā)明專利4項，科研成果榮獲2013年中國體育科學學會科學技術獎三等獎。

— 目錄—

緒論

第一章 智能體育工程的核心范式

第一節(jié) 數(shù)據驅動的內涵、價值與應用領域

第二節(jié) 體育工程與數(shù)據科學的融合路徑

第三節(jié) 智能體育工程的定義與范疇

第二章 體育工程學的基礎理論

第一節(jié) 力學與材料科學

第二節(jié) 人體系統(tǒng)動力學

第三節(jié) 計算科學

第三章 數(shù)據科學與人工智能核心理論

第一節(jié) 從數(shù)據到知識的數(shù)據科學

第二節(jié) 機器學習與深度學習的核心原理

第三節(jié) 數(shù)據驅動方法論在體育工程中的構建

第四章 體育數(shù)據的采集、處理與管理

第一節(jié) 運動數(shù)據的多源感知與采集技術

第二節(jié) 數(shù)據的處理與質量控制

第五章 運動仿真與虛擬重構

第一節(jié) 運動仿真的基本原理與建模方法

第二節(jié) 運動仿真在體育工程中的應用與挑戰(zhàn)

第六章 競技表現(xiàn)的智能化分析與優(yōu)化

第一節(jié) 運動表現(xiàn)的量化分析與診斷

第二節(jié) 賽場技戰(zhàn)術分析與決策支持

第七章 智能裝備、設施與場館

第一節(jié) 智慧體育場館的構建與運營

第二節(jié) 賽場智能系統(tǒng)

第八章 智能體育工程的社會影響

第一節(jié) 智能體育工程對體育從業(yè)者的影響

第二節(jié) 數(shù)據驅動技術在學校體育中的應用

第三節(jié) 智能體育工程引發(fā)的復雜社會問題

第四節(jié) 構建負責任的智能體育生態(tài)

第九章 體育工程智能化的挑戰(zhàn)

第一節(jié) 智能體育工程面臨的核心技術挑戰(zhàn)

第二節(jié) 體育工程智能化轉型中的治理困境

第十章 體育工程的未來研究方向與學科發(fā)展前沿

第一節(jié) 人工智能技術在體育工程中的最新應用進展

第二節(jié) 數(shù)據驅動技術的未來發(fā)展

第三節(jié) 體育工程學與其他學科的融合

第四節(jié) 新興技術在體育產業(yè)中的潛在應用

附錄：體育工程智能化轉型的案例研究

參考文獻

供稿：張思瑩

責編：馬寧

審校：佟譞 趙夢雅