Previsão precisa da velocidade de lançamento para atletas no evento aéreo de esqui estilo livre com base no aprendizado de transferência profunda

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4308 (2023) Citar este artigo

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Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 08 de maio de 2023

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A obtenção automática da velocidade de lançamento são garantias poderosas para os atletas nas provas aéreas de esqui estilo livre alcançarem bons resultados. Na maioria dos estudos publicados que descrevem atletas obtendo altas pontuações, a distância de deslizamento de assistência depende inteiramente do treinador e até mesmo da própria experiência do atleta, que pode não ser a ideal. O principal objetivo do presente trabalho é usar um sistema de aquisição e desenvolver um modelo de rede neural artificial (ANN) para obter automaticamente a relação correspondente entre a distância de deslizamento assistida e a velocidade. A influência do coeficiente de atrito da neve, velocidade do vento, direção do vento, inclinação, altura e peso podem ser simuladas no motor Unity3D. A influência da temperatura, umidade e ângulo de inclinação precisa ser medida no mundo real por testadores profissionais, o que é extenuante. A rede neural é primeiro treinada por dados de simulação suficientes para obter o recurso codificado. Em seguida, as informações aprendidas no ambiente de simulação são transferidas para outra rede. A segunda rede usa os dados obtidos de vinte testadores profissionais. Comparado com o modelo sem transferência de aprendizagem, o desempenho do método proposto tem uma melhoria significativa. O erro quadrático médio para o conjunto de teste é 0,692. Observa-se que a velocidade prevista pelo modelo de deep transfer learning (DTL) projetado está de acordo com os resultados de medição experimentais. Os resultados indicam que o método de aprendizado por transferência proposto é um modelo eficiente para ser usado como ferramenta para predizer a distância de deslizamento assistida e a velocidade de lançamento para atletas na prova aérea de esqui estilo livre.

O evento aéreo de esqui estilo livre é um esporte que atrai a atenção de pessoas em todo o mundo. O projeto demonstra principalmente a técnica e a flexibilidade dos atletas, e é muito consistente com as características esportivas e físicas dos próprios atletas1. Portanto, o evento aéreo do esqui estilo livre sempre foi um avanço importante para os atletas conquistarem o ouro nas Olimpíadas de Inverno. A composição da ação do evento aéreo do esqui estilo livre é dividida principalmente em quatro fases, a saber, o deslizamento assistido, a decolagem, a fase aérea e a fase de aterrissagem, respectivamente. Normalmente, essas quatro fases estão conectadas entre si, se promovem e interagem entre si. Um dos fatores determinantes do sucesso ou insucesso da ação é o controle da altura da subida, ou seja, o controle da velocidade de lançamento ao final da fase de deslizamento auxiliar. O diagrama e a vista lateral do local aéreo são mostrados na Fig. 1, onde as quatro fases e o ponto crucial de velocidade de lançamento são apresentados em detalhes.

O diagrama e vista lateral do site aéreo.

No entanto, a velocidade do lançamento é influenciada por muitos fatores. Nas competições anteriores, a distância de deslizamento de assistência da prova aérea de esqui estilo livre depende inteiramente de seus treinadores e até da própria experiência do atleta, ou o estado de determinação final é determinado após repetidos testes de deslizamento, que podem não ser os ideais. Além disso, a realização de testes ao ar livre é demorada e extenuante2,3,4. A velocidade de deslizamento de assistência é influenciada pelas condições de neve, ambiente circundante e inclinação de deslizamento. As condições da neve incluem temperatura, dureza e textura da neve5,6,7, que afetam diretamente o coeficiente de atrito da neve, que por sua vez afeta a velocidade de deslizamento. A limitação de testes de deslizamento repetidos de atletas pode ser superada usando um sistema tribômetro esqui-neve. Um sistema tribômetro esqui-neve é ​​preferido devido à sua medição objetiva, rápida e confiável. No entanto, poucos trabalhos foram conduzidos no desenvolvimento do sistema tribômetro esqui-neve. Os sistemas de medição existentes podem ser classificados em duas categorias: (1) tribômetros lineares6,8; (2) tribômetros rotacionais9. Uma limitação dos sistemas existentes é que eles não podem atender à medição do atrito ao longo do esqui devido ao tamanho das amostras e à construção dos sistemas. Além disso, mais importante, além do coeficiente de atrito da neve, a velocidade do atleta também está relacionada à distância de deslizamento, velocidade do vento, direção do vento, inclinação, altura, temperatura do peso, umidade e ângulo de inclinação. Infelizmente, o modelo de medição existente não fornece diretamente a relação entre a velocidade e esses fatores para orientar os atletas a obter bons resultados, o que é desfavorável para os atletas.