“AI教練”賦能體育競技

代天醫(yī)

在體育賽事中，金牌比拼的背后實際已成為“科技大戰(zhàn)”。

東京奧運(yùn)會上，中國跳水“夢之隊”以7金5銀收官，在4個單項中包攬冠亞軍，在4個雙人項目里收獲3金。這個收割獎牌的隊伍背后，有個隱形的特殊教練——“AI教練”——此次東京奧運(yùn)會之前，中國跳水隊與百度智能云合作，把國內(nèi)首個“3D+AI”跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)融入隊伍日常訓(xùn)練中，對運(yùn)動員訓(xùn)練備戰(zhàn)具有非常大的促進(jìn)作用。

百度智能云基于“3D+AI”技術(shù)，為跳水隊帶來了極佳的訓(xùn)練效果，據(jù)悉，訓(xùn)練效率可提升20%。在如此高智能、高效率“AI教練”的輔助下，跳水隊就能實現(xiàn)高質(zhì)量的訓(xùn)練，為大賽奪金打下堅實基礎(chǔ)。

助力運(yùn)動員“一根針”入水

在現(xiàn)代體育追求高效、精準(zhǔn)的形勢下，運(yùn)用AI技術(shù)輔助分析、訓(xùn)練調(diào)整，成為各國運(yùn)動隊提升實力和成績的大趨勢，體育事業(yè)正在邁入科學(xué)智能訓(xùn)練的新階段。

從采集分析各種身體數(shù)據(jù)的智能穿戴設(shè)備，到VR/AR、全息投影等新技術(shù)與健身娛樂設(shè)備的融合，人們參與和觀賞體育賽事的方式正在逐漸被改變。但科技對體育的影響絕不止于此。

早在2018年俄羅斯世界杯上，數(shù)字化表現(xiàn)和跟蹤系統(tǒng)（EPTS）就已被全面采用。借助攝像機(jī)與可穿戴式傳感器，EPTS系統(tǒng)能夠追蹤球員以及足球的運(yùn)動信息，并向教練提供球員的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、位置信息及相關(guān)視頻剪輯，幫助教練進(jìn)行賽場決策;美國國家男子籃球聯(lián)賽的每個俱樂部都擁有一支完備的運(yùn)動表現(xiàn)分析團(tuán)隊，根據(jù)教練員戰(zhàn)術(shù)需求，比賽中由智能追蹤系統(tǒng)捕捉到的時空數(shù)據(jù)將被用于深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘的分析，幫助教練和運(yùn)動員理解比賽模式、受傷風(fēng)險和對手風(fēng)格，預(yù)測各類戰(zhàn)術(shù)的成功機(jī)會;連續(xù)在三屆奧運(yùn)會上稱霸自行車賽場的英國隊利用高科技手段將人車完美結(jié)合，運(yùn)動裝備的科技含量提高也在影響著比賽成果。

由此可見，在體育賽事中，金牌比拼的背后實際已成為“科技大戰(zhàn)”。無論是比賽用服、特制設(shè)備還是訓(xùn)練指導(dǎo)系統(tǒng)的不斷上線，體育擁抱科技已實現(xiàn)精細(xì)化、智能化。競技體育的魅力就在于運(yùn)動員的對速度、準(zhǔn)確度、觀賞性等的極致追求，成敗往往就在分毫之間，如何能有效、快速地消弭其中差距，哪怕是提高百分之一甚至千分之一，教練與運(yùn)動員都要竭盡全力采用各種方式和技術(shù)去實現(xiàn)，科技的賦能作用也就愈發(fā)重要。

以跳水為例，這是一項高速或者說是超高速的水上運(yùn)動，從起跳到落水只有兩秒鐘時間。騰空高度不夠、轉(zhuǎn)體動作分腿、空中翻騰姿勢不夠優(yōu)美等細(xì)節(jié)糾正，需要教練與跳水隊員每天通過大量的錄像視頻進(jìn)行回溯、整理，總結(jié)訓(xùn)練成果，耗時長且存在拍攝不清晰的情況。同時，教練針對跳水隊員的實時指導(dǎo)，跳水隊員亦無法回溯，實現(xiàn)反復(fù)練習(xí)的難度很大。

分毫之間見成績，是跳水比賽的性質(zhì);實現(xiàn)“一根針”入水的完美一跳，則是跳水隊的終極目標(biāo)。一系列幾近完美的動作，不僅需要跳水隊員日日夜夜地不懈練習(xí)，同時要求教練煉就一雙“火眼金睛”，看到每個細(xì)節(jié)，還要有最強(qiáng)大腦“AI教練”輔助，實現(xiàn)快速反應(yīng)、實時打分、超強(qiáng)記憶。

“AI教練”具備四大亮點(diǎn)

為了精確測量運(yùn)動員的動作并助其打磨得更加完美，中國國家跳水隊引入了“3D+AI”跳水訓(xùn)練系統(tǒng)，還為它頒發(fā)了工號為001的“國家隊AI教練”工作證。簡單講，這個系統(tǒng)的作用是讓跳水動作看得清、看得準(zhǔn)、看得全、看得懂。

首先，“看得清”。基于“百度大腦”和智能云，搭建了“云—邊—端”一體的軟硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)高速視頻智能采集，每一幀都清晰無拖影。

在跳水隊訓(xùn)練場館內(nèi)，部署了高速相機(jī)等一系列采集處理的硬件設(shè)備。其核心算法包括高速視頻智能采集、視頻數(shù)據(jù)智能整理以及數(shù)據(jù)的安全加密。

在云端，核心算法有3D視覺感知、AI智能解析以及智能云的相關(guān)服務(wù)。在端側(cè)，可利用平板電腦等移動終端查閱3D交互系統(tǒng)以及智能訓(xùn)練助手，并且能夠把數(shù)據(jù)形成專業(yè)的知識模型。

從運(yùn)動員踏上跳板那一刻起，這套系統(tǒng)就開始采集錄制，進(jìn)水之后停止錄制。高速視頻可實時反饋到教練員的平板電腦上，方便對運(yùn)動員的姿勢、動作等進(jìn)行針對性指導(dǎo)，也可以在賽前集中回顧、觀看。

其次，“看得準(zhǔn)”。該系統(tǒng)可實現(xiàn)跳水動作三維姿勢計算、跳水動作量化評估。采集到的高速視頻是2D，再通過“百度大腦”3D視覺技術(shù)以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠估算出運(yùn)動員三維的姿態(tài)，獲得每個關(guān)節(jié)的三維角度。還能通過人體三維重建技術(shù)，讓跳水全過程進(jìn)行三維再現(xiàn)。有了3D的人體姿態(tài)以三維重建的結(jié)果，就可以實現(xiàn)對跳水動作精準(zhǔn)的量化評估。

再次，“看得全”。通過對跳水場館的三維重建、關(guān)鍵動作自動提取，以及360度自由視角的時空定格，把跳水的持續(xù)動作定格到三維空間上，可支持360度自由旋轉(zhuǎn)觀看。

最后，“看得懂”，可實現(xiàn)跳水動作智能打分和訓(xùn)練技術(shù)智能制定，而且金牌教練員的經(jīng)驗可以復(fù)用、可以傳遞。

當(dāng)然，記錄數(shù)據(jù)不是最終目的，“AI教練”不僅能識別出跳水動作和難度系數(shù)，還會通過算法為動作完成質(zhì)量打分、分析目前問題的原因，并協(xié)助教練制定計劃解決訓(xùn)練當(dāng)中的實際問題。

這屆東京奧運(yùn)會中，不僅中國跳水隊得到了“3D+AI”訓(xùn)練系統(tǒng)的重要支持，其他體育項目背后也有很多“黑科技”的協(xié)助。比如盧云秀奪得金牌的女子帆板RS：X級項目，賽前也得到了科技團(tuán)隊提供的風(fēng)和水等方面的分析和預(yù)測。

可見，用科技助力體育，已經(jīng)是當(dāng)前賽事競爭中的大趨勢。

運(yùn)動表現(xiàn)分析師應(yīng)運(yùn)而生

“AI教練”會不會超過真人教練，并逐漸取代他們？類似的問題一直在爭論中：在運(yùn)動員訓(xùn)練當(dāng)中，到底是經(jīng)驗老到的教練“打眼一看”判斷準(zhǔn)確，還是定量分析更有意義？

“分析運(yùn)動”已經(jīng)成為運(yùn)動科學(xué)領(lǐng)域里的一個分支學(xué)科——運(yùn)動表現(xiàn)分析，主要方向是直接研究運(yùn)動員或運(yùn)動隊在實際體育比賽和訓(xùn)練中的表現(xiàn)。研究內(nèi)容可以是具體動作（如跳水時的跳躍高度、身體角度、旋轉(zhuǎn)速度）、體能指標(biāo)（如足球運(yùn)動員跑動距離、速度及心率）、技戰(zhàn)術(shù)（如跑位、擊球方式）等。

進(jìn)行分析的最終目的是提供客觀反饋，讓運(yùn)動員和教練了解當(dāng)前的狀況，更好地調(diào)整下一步提高成績的努力方向，比如這名跳水選手應(yīng)該關(guān)注起跳高度，那名足球運(yùn)動員要先提高跑動速度。

這個研究領(lǐng)域的歷史可以追溯到20世紀(jì)20年代，當(dāng)時魯?shù)婪颉だ啵≧udolf Laban）創(chuàng)立了舞蹈分析計數(shù)系統(tǒng)，用符號為身體的運(yùn)動和空間位置編碼。這種運(yùn)動計數(shù)分析被認(rèn)為是運(yùn)動表現(xiàn)分析的前身。

之后運(yùn)動計數(shù)分析的發(fā)展一度幾乎停滯，直到20世紀(jì)七八十年代，體育和電子信息技術(shù)的發(fā)展推動一批研究者重新回到這個領(lǐng)域。

邁克·休斯（Mike Hughes）正是其中一員，他有著航空工程專業(yè)博士學(xué)位，之前根本沒想過要做體育方面的工作，只是自己很喜歡運(yùn)動。后來，英國利物浦理工學(xué)院需要一名統(tǒng)計學(xué)講師，他應(yīng)聘成功后，在壁球場上與學(xué)院里的一名生理學(xué)家交上了朋友。

這兩個人都熱愛壁球，就創(chuàng)立了一套標(biāo)注不同擊球動作的符號，比賽時在球場后面記錄下球員的每個動作以及位置，之后將數(shù)據(jù)錄入電腦進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每個球員都有自己的打球習(xí)慣，無論輸贏都幾乎不會改變，然而這些固定套路并不是成功率最高的方式，如果按分析數(shù)據(jù)調(diào)整，很多人可以打得更好。

休斯在學(xué)術(shù)會議上匯報了自己對壁球的研究，讓運(yùn)動分析的作用被更多人了解，也讓這種方法進(jìn)入到更多體育項目中。

于是，一個新的體育職業(yè)應(yīng)運(yùn)而生——運(yùn)動表現(xiàn)分析師。他們的主要任務(wù)是收集客觀數(shù)據(jù)，厘清賽場上的真實情況，消除教練和運(yùn)動員的主觀臆測和認(rèn)知偏差。

慢慢地，運(yùn)動表現(xiàn)分析建立了自己的協(xié)會“國際運(yùn)動表現(xiàn)分析協(xié)會”，創(chuàng)建了期刊，出版了教材，也推出了資歷認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)科領(lǐng)域的人才培養(yǎng)逐漸完善，也幫助更多運(yùn)動員提高了成績，促使整個體育比賽水平提升。

當(dāng)然，有些方面的數(shù)據(jù)現(xiàn)在還難以準(zhǔn)確收集，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的解析也可能有偏差，目前為運(yùn)動員制定訓(xùn)練計劃仍然依賴教練的細(xì)心觀察和綜合分析。

不過隨著中國技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)動表現(xiàn)分析還將納入更多測量指標(biāo)，數(shù)據(jù)更精確，后期的分析也更合理、更有實際指導(dǎo)意義。期待未來的分析技術(shù)可以應(yīng)用到體育領(lǐng)域的更多場景，助力中國體育競技更快、更高、更強(qiáng)。