Prédiction précise de la vitesse de lancement pour les athlètes dans l'épreuve de sauts en ski acrobatique, basée sur l'apprentissage par transfert profond

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4308 (2023) Citer cet article

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Une correction de l'auteur à cet article a été publiée le 8 mai 2023.

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L'obtention automatique de la vitesse de lancement est une garantie puissante pour les athlètes des sauts en ski acrobatique d'obtenir de bons résultats. Dans la plupart des études publiées décrivant des athlètes obtenant des scores élevés, la distance de glisse dépend entièrement de l'entraîneur et même de la propre expérience de l'athlète, qui peut ne pas être optimale. L'objectif principal du présent article est d'utiliser un système d'acquisition et de développer un modèle de réseau neuronal artificiel (ANN) pour obtenir automatiquement la relation correspondante entre la distance de glissement et la vitesse d'assistance. L'influence du coefficient de frottement de la neige, de la vitesse et de la direction du vent, de la pente, de la hauteur et du poids peut être simulée dans le moteur Unity3D. L'influence de la température, de l'humidité et de l'angle d'inclinaison doit être mesurée dans le monde réel par des testeurs professionnels, ce qui est pénible. Le réseau neuronal est d'abord entraîné par suffisamment de données de simulation pour obtenir la caractéristique codée. Ensuite, les informations apprises dans l’environnement de simulation sont transférées vers un autre réseau. Le deuxième réseau utilise les données recueillies auprès d'une vingtaine de testeurs professionnels. Par rapport au modèle sans apprentissage par transfert, les performances de la méthode proposée présentent une amélioration significative. L'erreur quadratique moyenne pour l'ensemble de test est de 0,692. On observe que la vitesse prédite par le modèle d'apprentissage par transfert profond (DTL) conçu est en bon accord avec les résultats des mesures expérimentales. Les résultats indiquent que la méthode d'apprentissage par transfert proposée est un modèle efficace à utiliser comme outil pour prédire la distance de glissement d'assistance et la vitesse de lancement pour les athlètes dans l'épreuve de sauts en ski acrobatique.

L'épreuve de sauts en ski acrobatique est un sport qui attire l'attention des gens du monde entier. Le projet démontre principalement la technique et la flexibilité des athlètes et est très cohérent avec les caractéristiques sportives et les caractéristiques physiques des athlètes1. Par conséquent, l’épreuve de sauts en ski acrobatique a toujours été une avancée importante pour les athlètes souhaitant remporter l’or aux Jeux olympiques d’hiver. La composition des actions de l'épreuve de sauts en ski acrobatique est principalement divisée en quatre phases, à savoir respectivement la phase d'assistance au glissement, au décollage, au saut et à l'atterrissage. Habituellement, ces quatre phases sont connectées les unes aux autres, se favorisent et interagissent les unes avec les autres. L'un des facteurs clés déterminant le succès ou l'échec de l'action est le contrôle de la hauteur de montée, c'est-à-dire le contrôle de la vitesse de lancement à la fin de la phase de glissement d'assistance. Le schéma et la vue latérale du site aérien sont présentés sur la figure 1, où les quatre phases et le point crucial de la vitesse de lancement sont présentés en détail.

Le schéma et la vue latérale du site aérien.

Cependant, la vitesse de lancement est influencée par de nombreux facteurs. Dans les compétitions passées, la distance de glissade d'assistance dans l'épreuve de sauts de ski acrobatique dépend entièrement de leurs entraîneurs et même de la propre expérience de l'athlète, ou l'état de détermination finale est déterminé après des tests de glissade répétés, ce qui peut ne pas être optimal. De plus, la réalisation d’essais en extérieur prend du temps et est pénible2,3,4. La vitesse de glisse assistée est influencée par les conditions de neige, l'environnement et la pente de glisse. Les conditions de neige comprennent la température, la dureté et la texture de la neige5,6,7, qui affectent toutes directement le coefficient de friction de la neige, qui à son tour affecte la vitesse de glissement. La limitation des tests de glissade répétés des athlètes peut être surmontée en utilisant un système tribométrique ski-neige. Un système tribométrique ski-neige est privilégié en raison de sa mesure objective, rapide et fiable. Cependant, moins de travaux ont été menés sur le développement du système tribométrique ski-neige. Les systèmes de mesure existants peuvent être classés en deux catégories : (1) les tribomètres linéaires6,8 ; (2) tribomètres rotatifs9. Une limitation des systèmes existants est qu’ils ne peuvent pas mesurer la friction le long du ski en raison de la taille des échantillons et de la construction des systèmes. De plus, plus important encore, outre le coefficient de frottement de la neige, la vitesse de l'athlète est également liée à la distance de glisse, à la vitesse et à la direction du vent, à la pente, à la hauteur, à la température du poids, à l'humidité et à l'angle d'inclinaison. Malheureusement, le modèle de mesure existant ne donne pas directement la relation entre la vitesse et ces facteurs pour guider les athlètes vers l'obtention de bons résultats, ce qui est défavorable pour les athlètes.