運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上的“黑科技”

夏晗　熊崧凱　王曉茹

越來越懂“情感”的AI教練員

教練是運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上了解技戰(zhàn)術(shù)最專業(yè)的人，他們不僅承擔(dān)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的專業(yè)指導(dǎo)，還包括賽前技術(shù)分析、賽前戰(zhàn)術(shù)布局、賽后技術(shù)總結(jié)和賽后戰(zhàn)術(shù)總結(jié)等。總的來說，體育競(jìng)技不僅是運(yùn)動(dòng)員之間的競(jìng)技，同時(shí)也是教練團(tuán)隊(duì)之間的競(jìng)技。一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的教練首先需要獲取己方和對(duì)方運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練和競(jìng)技數(shù)據(jù)，其次對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后在分析結(jié)果上制訂相應(yīng)的訓(xùn)練計(jì)劃和比賽策略。

隨著人工智能的高速發(fā)展，越來越多體育項(xiàng)目的教練團(tuán)體開始使用人工智能來輔助訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員并提供指導(dǎo)策略。2019年，英格蘭第七級(jí)別聯(lián)賽的球隊(duì)溫蓋特·芬里奇隊(duì)成為第一支使用人工智能教練的足球隊(duì)，Al教練可以輸入包括溫蓋特·芬里奇隊(duì)遇到的每支球隊(duì)的數(shù)據(jù)，并局逐分鐘地對(duì)比賽進(jìn)行分析。

新的人工智能算法可以用生成訓(xùn)練策略和賽前戰(zhàn)術(shù)布

教練需要對(duì)競(jìng)技數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而制訂訓(xùn)練計(jì)劃和比賽策略

人工智能是如何在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上輔助教練呢？其實(shí)，我們可以把人工智能算法當(dāng)作一個(gè)普通的新手教練，使用之初，它不知道誰(shuí)是運(yùn)動(dòng)員、運(yùn)動(dòng)員在做什么，甚至無法分清楚人和物，但它可以24小時(shí)不間斷地學(xué)習(xí)，就如龜兔賽跑里的烏龜，雖然走得慢但卻可以一直走下去。運(yùn)動(dòng)員每時(shí)每刻都會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于人工智能就是可學(xué)習(xí)的資料，人工智能在運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下學(xué)會(huì)了辨別誰(shuí)是運(yùn)動(dòng)員、什么是運(yùn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作。但人工智能輔助教練只能指導(dǎo)新學(xué)員的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，而對(duì)專業(yè)運(yùn)動(dòng)員作用不大。因?yàn)閷I(yè)運(yùn)動(dòng)員更需要針對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手來生成相應(yīng)的訓(xùn)練策略和賽前最優(yōu)的戰(zhàn)術(shù)布局。

但人工智能算法并沒有就此滿足于現(xiàn)狀，因?yàn)樗梢詾樾碌娜斯ぶ悄芩惴ㄌ峁┧妮敵鼋Y(jié)果，也就是觀察到的運(yùn)動(dòng)員和運(yùn)動(dòng)員狀態(tài)。新的人工智能算法不需要像上一個(gè)人工智能那樣從無法分辨運(yùn)動(dòng)員的狀態(tài)開始學(xué)習(xí)，換句話說，新的人工智能算法是專門用來生成訓(xùn)練策略和賽前戰(zhàn)術(shù)布局的。生成策略的人工智能具體過程可以理解為，一個(gè)不會(huì)下象棋的人正在學(xué)習(xí)下象棋，開始時(shí)，它會(huì)去尋找之前棋手下的棋局并復(fù)盤理解其思維過程，之后在自己大腦內(nèi)模擬出另一個(gè)對(duì)手，每次分別站在敵我雙方的角度不斷進(jìn)行推演。而這也是新的人工智能算法可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的比賽視頻來學(xué)習(xí)生成策略與戰(zhàn)術(shù)的原因之一。

人體骨骼關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)算法和關(guān)節(jié)抖動(dòng)算法，能讓手機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高精度的姿態(tài)檢測(cè)

對(duì)于普通大眾來說，擁有教練來指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，可以幫助我們快速掌握標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作和避免受傷，但教練還是數(shù)量少且收費(fèi)不菲的。不同于現(xiàn)實(shí)中的教練，AI教練可以用低成本的設(shè)備來采集數(shù)據(jù)。例如將數(shù)據(jù)交給人工智能進(jìn)行學(xué)習(xí)，訓(xùn)練得到的人工智能算法可以為使用者生成指導(dǎo)意見并以聲音或圖片的形式傳達(dá)給使用者。此外，手機(jī)上也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)AI教練技術(shù)，它用自研的人體骨骼關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)算法和關(guān)節(jié)抖動(dòng)算法，能夠讓手機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、高精度的姿態(tài)檢測(cè)，并及時(shí)給用戶動(dòng)作反饋。并可以在運(yùn)動(dòng)后，為用戶生成體測(cè)報(bào)告。這個(gè)人工智能算法的檢測(cè)能力會(huì)隨著用戶數(shù)量增多和使用時(shí)間的增加不斷提升。

當(dāng)計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用到AI裁判

AI裁判的實(shí)現(xiàn)主要基于計(jì)算機(jī)視覺。計(jì)算機(jī)視覺是一個(gè)跨學(xué)科的科學(xué)領(lǐng)域，研究計(jì)算機(jī)如何從圖像或視頻中獲得高層次的理解。從工程學(xué)的角度來看，計(jì)算機(jī)視覺是讓計(jì)算機(jī)試圖去理解并自動(dòng)化人類視覺系統(tǒng)可以完成的任務(wù)。簡(jiǎn)單的話來說，計(jì)算機(jī)視覺就是通過計(jì)算機(jī)來模仿生物的視覺系統(tǒng)，例如人可以輕松地識(shí)別一張圖的內(nèi)容，而計(jì)算機(jī)視覺則是讓計(jì)算機(jī)也具有像人一樣的能力。

計(jì)算機(jī)視覺是讓計(jì)算機(jī)也具有像人一樣的視覺系統(tǒng)

對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)來說，圖像數(shù)據(jù)的輸入是必須的。圖像數(shù)據(jù)可以有多種形式，例如圖像、視頻序列、或者通過3D掃描儀掃描得到的多維數(shù)據(jù)。AI裁判的實(shí)現(xiàn)需要依賴于目標(biāo)識(shí)別、視頻跟蹤、事件檢測(cè)、三維的人體姿態(tài)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)估計(jì)等計(jì)算機(jī)視覺的子領(lǐng)域。目標(biāo)識(shí)別可用于識(shí)別出場(chǎng)上的運(yùn)動(dòng)員，視頻跟蹤用于實(shí)時(shí)捕捉并追蹤運(yùn)動(dòng)員的位置，事件檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員是否犯規(guī)，三維的人體姿態(tài)估計(jì)是指計(jì)算機(jī)去識(shí)別人體的3D的骨骼信息，運(yùn)動(dòng)估計(jì)則可以識(shí)別出運(yùn)動(dòng)員的行為。

運(yùn)動(dòng)員建模圖

人工智能的新賦能：體操裁判員

以體操項(xiàng)目為例，2019年4月的德國(guó)斯圖加特體操世錦賽正式投入使用了一套裁判輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用人工智能3D感應(yīng)技術(shù)，可以成為判定難度分的輔助應(yīng)用。這套系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)和3D傳感器為運(yùn)動(dòng)員建立一個(gè)3D的人體骨骼模型，在體操運(yùn)動(dòng)員表演動(dòng)作的時(shí)候，精確地識(shí)別運(yùn)動(dòng)員的骨骼信息，捕獲每個(gè)體操運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作并將其分析為數(shù)據(jù)，并對(duì)體操運(yùn)動(dòng)員的肢體擺動(dòng)幅度、旋轉(zhuǎn)速度以及跳躍高度做出極為精確的記錄，之后將這些數(shù)據(jù)與賽事評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，給出“無可爭(zhēng)議的成績(jī)”。此外，它還提供了三維視圖，并提供了多種角度測(cè)量選擇，所有這些選擇都有助于做出公正而準(zhǔn)確的判罰。

綠茵場(chǎng)上的“隱身裁判”

除了體操賽場(chǎng)，足球賽場(chǎng)上也出現(xiàn)了AI裁判——視頻輔助裁判VAR（Video Assistance Referees），這是一項(xiàng)AI視頻輔助裁判技術(shù)，VAR技術(shù)監(jiān)控與分析球場(chǎng)情況并輔助主裁判，進(jìn)而減少比賽中可能出現(xiàn)的爭(zhēng)議和誤判情況。2016年，VAR技術(shù)開始走向足壇，當(dāng)時(shí)它首次在美國(guó)職業(yè)大聯(lián)盟的一場(chǎng)預(yù)備隊(duì)杯賽中擔(dān)任裁判助手，之后，經(jīng)過兩年的技術(shù)升級(jí)，國(guó)際足球協(xié)會(huì)理事會(huì)（IFAB）正式推出VAR，隨后它開始被大量用于各國(guó)聯(lián)賽、杯賽中。

應(yīng)用于俄羅斯世界杯上的視頻輔助裁判（VAR）技術(shù)

如果頻繁使用VAR技術(shù)會(huì)導(dǎo)致比賽中斷，破壞了比賽的流暢性

不同于主裁判必須親臨現(xiàn)場(chǎng)，VAR技術(shù)通過對(duì)攝像機(jī)捕捉到的比賽畫面進(jìn)行視頻分析來做出判斷，因此它更可能關(guān)注到一些人們很難注意到的細(xì)節(jié)，比賽場(chǎng)面瞬息萬(wàn)變，僅憑主裁判肉眼觀察難免會(huì)出現(xiàn)爭(zhēng)議。當(dāng)然，只有主裁的判罰出現(xiàn)爭(zhēng)議，比如出現(xiàn)球員犯規(guī)或是越位、紅牌判罰、犯規(guī)地點(diǎn)是否在禁區(qū)內(nèi)、禁區(qū)內(nèi)手球和犯規(guī)等情況時(shí)，VAR技術(shù)才會(huì)派上用場(chǎng)。因此，這項(xiàng)技術(shù)最核心的作用在于借助高科技的力量，使得主裁判獲得了一項(xiàng)站在局外看比賽的能力，最終實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判罰。

盡管VAR技術(shù)可以幫助裁判減少錯(cuò)判的概率，但也有觀眾和球員認(rèn)為頻繁使用VAR會(huì)導(dǎo)致比賽中斷，破壞了比賽的流暢性。此外，大部分專業(yè)人士認(rèn)為，VAR作為一種輔助手段，正確使用它，它就是裁判的好朋友，更是比賽的好朋友。尤其是隨著未來人工智能的發(fā)展，VAR或許會(huì)變得更聰明，到那時(shí)，大家再也不用因?yàn)樗拇嬖诙械奖荣惐淮驍嗔恕?/p>

相信隨著人工智能和微電子技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有越來越多的Al算法在體育競(jìng)技里出現(xiàn)，讓體育競(jìng)技越來越科學(xué)和公平。也會(huì)有更多的人工智能算法走進(jìn)普通大眾的生活，讓每個(gè)人都能在正確和科學(xué)的指導(dǎo)下運(yùn)動(dòng)。

（責(zé)任編輯/陳天昊 美術(shù)編輯/李子夜）

VAR技術(shù)可以讓主裁判借助高科技的力量實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判罰