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有了人工智能幫忙 這屆世界杯的越位判罰將更快、更準(zhǔn)

2022-07-20 10:25閱讀數(shù):709

  近日,國(guó)際足聯(lián)在其官方網(wǎng)站宣布,今年冬天舉行的國(guó)際足聯(lián)卡塔爾世界杯將首次正式使用半自動(dòng)越位判罰技術(shù),該技術(shù)將利用人工智能來(lái)輔助主裁判做出更精準(zhǔn)的越位判罰,最大程度降低越位誤判情況的出現(xiàn)。


  在以往的足球比賽中,人們最擔(dān)心的問(wèn)題之一就是裁判誤判越位,因?yàn)槟呐率且粋€(gè)輕微的失誤判決都可能影響整場(chǎng)比賽的結(jié)果。不過(guò)現(xiàn)在好了,足球裁判將迎來(lái)一個(gè)強(qiáng)大的助手——人工智能。近日,國(guó)際足聯(lián)在其官方網(wǎng)站宣布,今年冬天舉行的國(guó)際足聯(lián)卡塔爾世界杯將首次正式使用半自動(dòng)越位判罰技術(shù),該技術(shù)將利用人工智能來(lái)輔助主裁判做出更精準(zhǔn)的越位判罰,最大程度降低越位誤判情況的出現(xiàn)。


  人類(lèi)僅靠雙眼很難準(zhǔn)確判定越位


  越位規(guī)則說(shuō)起來(lái)并不復(fù)雜,拋開(kāi)一些特殊情況不談,通常來(lái)講,其要求進(jìn)攻方隊(duì)員在傳出最后一腳球的同時(shí),最后一個(gè)接球的進(jìn)攻隊(duì)員的身體有效部位不得超過(guò)防守方距離本方球門(mén)倒數(shù)第二遠(yuǎn)的隊(duì)員的身體。


  雖然說(shuō)起來(lái)僅是短短幾句話(huà),但在實(shí)際的比賽判罰中,要想準(zhǔn)確無(wú)誤地判斷越位,無(wú)疑是件挺困難的事。根據(jù)北京體育大學(xué)中國(guó)足球運(yùn)動(dòng)學(xué)院教師、國(guó)際級(jí)足球裁判員艾堃介紹,要想做出一個(gè)準(zhǔn)確的越位判罰,裁判要在最后一腳傳球的一瞬間,厘清傳球隊(duì)員、接球隊(duì)員和防守隊(duì)員三者身體之間的位置關(guān)系。“球員時(shí)刻都在不停地運(yùn)動(dòng),要在傳球的一瞬間同時(shí)定位多名隊(duì)員之間的位置關(guān)系,這對(duì)于人眼來(lái)說(shuō)是很有挑戰(zhàn)性的?!卑瑘艺f(shuō),因此為了能夠更加清楚地判斷球員是否越位,足球比賽中會(huì)在兩條邊線(xiàn)外各設(shè)有一名助理裁判,以便其可以利用最佳觀察視角,在瞬間做出準(zhǔn)確的越位判罰。


  但隨著足球運(yùn)動(dòng)水平的不斷提高,比賽節(jié)奏不斷加快,進(jìn)攻方式也越來(lái)越多樣,即使助理裁判有著絕佳的觀察位置和鷹一般敏銳的雙眼,想要單純依靠人眼做出總是完全準(zhǔn)確的越位判罰,已經(jīng)越來(lái)越難。而隨著視頻轉(zhuǎn)播技術(shù)的快速發(fā)展,尤其是高速攝像機(jī)的廣泛應(yīng)用,能夠反復(fù)回放的轉(zhuǎn)播畫(huà)面不僅提升了比賽的公平性,也給利用視頻技術(shù)輔助判罰提供了可能,VAR視頻助理裁判(以下簡(jiǎn)稱(chēng)VAR)便應(yīng)運(yùn)而生。


  艾堃向記者介紹,主辦方通過(guò)布置在球場(chǎng)內(nèi)的10—30個(gè)攝像機(jī),來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)比賽的實(shí)時(shí)記錄,當(dāng)出現(xiàn)影響比賽的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí),VAR便會(huì)通過(guò)回放視頻畫(huà)面為場(chǎng)上主裁提供判罰參考。具體到越位判罰,艾堃表示,裁判首先要利用VAR進(jìn)行“打點(diǎn)”,即通過(guò)逐幀回放,確定進(jìn)攻隊(duì)員傳出最后一腳球的時(shí)間。隨后再以打點(diǎn)確定的時(shí)間為依據(jù)進(jìn)行“畫(huà)線(xiàn)”,確定接球的進(jìn)攻隊(duì)員和防守方距離本方球門(mén)倒數(shù)第二遠(yuǎn)的隊(duì)員之間的相對(duì)位置,畫(huà)出2D和3D的越位線(xiàn)。雖然相比人眼,VAR有著更精準(zhǔn)的觀察方式,但其動(dòng)輒長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘的判罰時(shí)間、吹毛求疵的判罰尺度等,仍然屢遭球迷詬病。而在艾堃看來(lái),“雖然目前VAR并不完美,但它確實(shí)為包括越位在內(nèi)的判罰提供了真實(shí)客觀的事實(shí)依據(jù)?!?


  AI助裁判實(shí)現(xiàn)對(duì)越位的“一鍵判罰”


  面對(duì)VAR稱(chēng)不上完美的表現(xiàn),國(guó)際足聯(lián)決定再進(jìn)一步,引入人工智能技術(shù)來(lái)輔助越位判罰。相比VAR仍然依靠裁判員手動(dòng)打點(diǎn)、畫(huà)線(xiàn),此次卡塔爾世界杯中即將應(yīng)用的半自動(dòng)越位判罰技術(shù),則將這一過(guò)程完全交給人工智能系統(tǒng),幫助裁判員實(shí)現(xiàn)對(duì)越位的“一鍵判罰”。


  但面對(duì)資深球迷都不容易講清楚的越位規(guī)則,人工智能真的可以理解嗎?事實(shí)上,對(duì)于人工智能來(lái)說(shuō),是否真正理解什么是越位并不重要,它要做的只是對(duì)收集到的各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、判斷,進(jìn)而得出客觀結(jié)果。其系統(tǒng)的運(yùn)行路徑可以拆分為兩個(gè)關(guān)鍵步驟。首先,要確定進(jìn)攻隊(duì)員最后一腳傳球的時(shí)間。這一方面主要依賴(lài)于本屆卡塔爾世界杯的官方比賽用球Al Rihla。其內(nèi)置的慣性測(cè)量單元(IMU)傳感器在數(shù)個(gè)柔軟支架的支撐下被放置在了皮球內(nèi)部的正中心,能夠以每秒500次的頻率向決策中心發(fā)送皮球的運(yùn)行數(shù)據(jù)。國(guó)際足聯(lián)技術(shù)與創(chuàng)新總監(jiān)約翰內(nèi)斯·霍茲米勒表示,該傳感器可以實(shí)時(shí)發(fā)送皮球在多方向運(yùn)行上的加速度信息,系統(tǒng)將根據(jù)皮球加速度的變化,自動(dòng)判斷出皮球離開(kāi)進(jìn)攻隊(duì)員腳部的精準(zhǔn)時(shí)間。


  在最為關(guān)鍵的畫(huà)越位線(xiàn)環(huán)節(jié),該系統(tǒng)主要依賴(lài)于布置在體育場(chǎng)屋頂下方的12個(gè)專(zhuān)用跟蹤攝像頭。它們將運(yùn)用視頻動(dòng)作捕捉技術(shù),跟蹤每個(gè)球員身體上的29個(gè)相關(guān)部位,形成29個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),以每秒50次的頻率,將包含位置、時(shí)間等信息的數(shù)據(jù)發(fā)送至決策中心。最后系統(tǒng)會(huì)將皮球傳回的時(shí)間信息和攝像頭跟蹤得到的球員肢體位置信息進(jìn)行整合、計(jì)算,得出最終的結(jié)果。


  雖然聽(tīng)起來(lái)有些復(fù)雜,但整個(gè)過(guò)程只需要3到4秒,裁判就可以得到一個(gè)由系統(tǒng)計(jì)算出的精確結(jié)果。而如果最終主裁判決定采納該結(jié)果,系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)運(yùn)動(dòng)員身體上29個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù),借助3D人體姿態(tài)重建技術(shù),自動(dòng)生成一段3D動(dòng)畫(huà),該動(dòng)畫(huà)將以最佳視角詳細(xì)畫(huà)出越位線(xiàn)的位置以及越位球員在接球時(shí)身體各部位的位置,并在體育場(chǎng)的巨型屏幕上及轉(zhuǎn)播畫(huà)面中播放,讓球迷們看得“心服口服”。


  既然人工智能如此強(qiáng)大,那么是否能夠直接取代主裁判做出最終的越位判罰?國(guó)際足聯(lián)裁判委員會(huì)主席皮耶路易吉·科里納反復(fù)強(qiáng)調(diào),該方案之所以命名為“半自動(dòng)越位判罰技術(shù)”,便是因?yàn)槠渲荒転橹鞑门刑峁┦欠裨轿坏膮⒖冀Y(jié)果,而無(wú)法做出最終判罰。艾堃也表示,在進(jìn)行越位判罰時(shí),助理裁判員不僅要根據(jù)客觀事實(shí)做出判罰,在一些特殊情況下,還需要其根據(jù)規(guī)則對(duì)比賽發(fā)生的事實(shí)進(jìn)行主觀判斷,“比如處在越位位置的進(jìn)攻隊(duì)員雖然沒(méi)有接球,但其是否干擾了對(duì)方隊(duì)員、是否參與了進(jìn)攻、有沒(méi)有通過(guò)移動(dòng)來(lái)干擾對(duì)方隊(duì)員處理球等,這些判罰涉及到對(duì)于比賽的深入理解,機(jī)器暫時(shí)無(wú)法做出完全準(zhǔn)確的判斷?!卑瑘艺f(shuō)。


  AI技術(shù)已在多個(gè)體育項(xiàng)目中得到應(yīng)用


  雖然目前該越位判罰技術(shù)尚未在所有足球比賽中普及,但與其采用相似的動(dòng)作捕捉技術(shù)、3D人體姿態(tài)重建技術(shù)的人工智能系統(tǒng)已在多項(xiàng)體育賽事、訓(xùn)練中廣泛應(yīng)用。在2021年進(jìn)行的東京奧運(yùn)會(huì)上,中國(guó)跳水“夢(mèng)之隊(duì)”表現(xiàn)堪稱(chēng)完美,拿下7金5銀的優(yōu)秀成績(jī),人工智能教練便是幕后功臣之一。


  該教練系統(tǒng)由中國(guó)國(guó)家跳水隊(duì)與百度共同推出,是國(guó)內(nèi)首個(gè)“3D+AI”跳水訓(xùn)練系統(tǒng)。根據(jù)參與該項(xiàng)目的百度資深研發(fā)工程師盧飛翔博士介紹,該系統(tǒng)通過(guò)高速攝像機(jī)捕捉運(yùn)動(dòng)員自踏上跳板至完全入水之間的2D高清畫(huà)面,隨后通過(guò)大腦3D視覺(jué)技術(shù)以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)估算出運(yùn)動(dòng)員的三維姿態(tài),并獲得每個(gè)關(guān)節(jié)的三維角度。隨后再通過(guò)人體三維重建技術(shù),將跳水全過(guò)程進(jìn)行三維再現(xiàn),在此基礎(chǔ)上,還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)跳水動(dòng)作精準(zhǔn)的量化評(píng)估,模擬裁判打分。


  不只是輔助訓(xùn)練,人工智能在體育賽事中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越多。在2021年2月舉辦的北京冬奧測(cè)試賽中,由小冰公司研發(fā)的人工智能裁判與教練系統(tǒng)“觀君”便擔(dān)任了空中技巧項(xiàng)目唯一的競(jìng)賽裁判。成功完成了個(gè)人預(yù)決賽、超級(jí)決賽、團(tuán)體預(yù)決賽共44人次執(zhí)裁,獲得了國(guó)際雪聯(lián)、國(guó)家體育總局冬季運(yùn)動(dòng)管理中心的一致認(rèn)可,而這也是人類(lèi)歷史上首次在無(wú)人工干預(yù)的情況下,由人工智能獨(dú)立完成大賽的執(zhí)裁任務(wù)。


  根據(jù)小冰公司CEO李笛介紹,“觀君”解決了運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作姿態(tài)識(shí)別難題,并在訓(xùn)練數(shù)據(jù)非常稀少的情況下構(gòu)建起了冰雪運(yùn)動(dòng)分析模型,能夠?qū)罩屑记蛇\(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)軌跡、身體姿態(tài)、出臺(tái)角度、高遠(yuǎn)度等多維度指標(biāo)進(jìn)行分析,學(xué)習(xí)、模擬國(guó)際大賽的裁判打分標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于這一系統(tǒng)的未來(lái)應(yīng)用,李笛表示,目前所展示的技術(shù)往往是階段性的開(kāi)始,他相信未來(lái)人工智能在體育訓(xùn)練等方面的應(yīng)用將很快普及到尋常百姓家。



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