有人工智能幫忙 這屆世界杯的越位判罰將更快更準

文／都芃

近日，國際足聯(lián)在其官方網(wǎng)站宣布，今年冬天舉行的國際足聯(lián)卡塔爾世界杯將首次正式使用半自動越位判罰技術，該技術將利用人工智能來輔助主裁判做出更精準的越位判罰，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，人們最擔心的問題之一就是裁判誤判越位，因為哪怕是一個輕微的失誤判決都可能影響整場比賽的結果。不過現(xiàn)在好了，足球裁判將迎來一個強大的助手——人工智能。近日，國際足聯(lián)在其官方網(wǎng)站宣布，今年冬天舉行的國際足聯(lián)卡塔爾世界杯將首次正式使用半自動越位判罰技術，該技術將利用人工智能來輔助主裁判做出更精準的越位判罰，最大程度降低越位誤判情況的出現(xiàn)。

人類僅靠雙眼很難準確判定越位

越位規(guī)則說起來并不復雜，拋開一些特殊情況不談，通常來講，其要求進攻方隊員在傳出最后一腳球的同時，最后一個接球的進攻隊員的身體有效部位不得超過防守方距離本方球門倒數(shù)第二遠的隊員的身體。

雖然說起來僅是短短幾句話，但在實際的比賽判罰中，要想準確無誤地判斷越位，無疑是件挺困難的事。根據(jù)北京體育大學中國足球運動學院教師、國際級足球裁判員艾堃介紹，要想做出一個準確的越位判罰，裁判要在最后一腳傳球的一瞬間，厘清傳球隊員、接球隊員和防守隊員三者身體之間的位置關系。“球員時刻都在不停地運動，要在傳球的一瞬間同時定位多名隊員之間的位置關系，這對于人眼來說是很有挑戰(zhàn)性的?！卑瑘艺f，因此為了能夠更加清楚地判斷球員是否越位，足球比賽中會在兩條邊線外各設有一名助理裁判，以便其可以利用最佳觀察視角，在瞬間做出準確的越位判罰。

但隨著足球運動水平的不斷提高，比賽節(jié)奏不斷加快，進攻方式也越來越多樣，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確的越位判罰，已經(jīng)越來越難。而隨著視頻轉(zhuǎn)播技術的快速發(fā)展，尤其是高速攝像機的廣泛應用，能夠反復回放的轉(zhuǎn)播畫面不僅提升了比賽的公平性，也給利用視頻技術輔助判罰提供了可能，VAR視頻助理裁判（以下簡稱VAR）便應運而生。

艾堃向記者介紹，主辦方通過布置在球場內(nèi)的10—30個攝像機，來實現(xiàn)對比賽的實時記錄，當出現(xiàn)影響比賽的關鍵節(jié)點時，VAR便會通過回放視頻畫面為場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進行“打點”，即通過逐幀回放，確定進攻隊員傳出最后一腳球的時間。隨后再以打點確定的時間為依據(jù)進行“畫線”，確定接球的進攻隊員和防守方距離本方球門倒數(shù)第二遠的隊員之間的相對位置，畫出2D和3D的越位線。雖然相比人眼，VAR有著更精準的觀察方式，但其動輒長達數(shù)分鐘的判罰時間、吹毛求疵的判罰尺度等，仍然屢遭球迷詬病。而在艾堃看來，“雖然目前VAR并不完美，但它確實為包括越位在內(nèi)的判罰提供了真實客觀的事實依據(jù)?！?/p>

AI助裁判實現(xiàn)對越位的“一鍵判罰”

面對VAR稱不上完美的表現(xiàn)，國際足聯(lián)決定再進一步，引入人工智能技術來輔助越位判罰。相比VAR仍然依靠裁判員手動打點、畫線，此次卡塔爾世界杯中即將應用的半自動越位判罰技術，則將這一過程完全交給人工智能系統(tǒng)，幫助裁判員實現(xiàn)對越位的“一鍵判罰”。

但面對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？事實上，對于人工智能來說，是否真正理解什么是越位并不重要，它要做的只是對收集到的各類數(shù)據(jù)進行對比、判斷，進而得出客觀結果。其系統(tǒng)的運行路徑可以拆分為兩個關鍵步驟。首先，要確定進攻隊員最后一腳傳球的時間。這一方面主要依賴于本屆卡塔爾世界杯的官方比賽用球Al Rihla。其內(nèi)置的慣性測量單元（IMU）傳感器在數(shù)個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)送皮球的運行數(shù)據(jù)。國際足聯(lián)技術與創(chuàng)新總監(jiān)約翰內(nèi)斯·霍茲米勒表示，該傳感器可以實時發(fā)送皮球在多方向運行上的加速度信息，系統(tǒng)將根據(jù)皮球加速度的變化，自動判斷出皮球離開進攻隊員腳部的精準時間。

在最為關鍵的畫越位線環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)主要依賴于布置在體育場屋頂下方的12個專用跟蹤攝像頭。它們將運用視頻動作捕捉技術，跟蹤每個球員身體上的29個相關部位，形成29個數(shù)據(jù)點，以每秒50次的頻率，將包含位置、時間等信息的數(shù)據(jù)發(fā)送至決策中心。最后系統(tǒng)會將皮球傳回的時間信息和攝像頭跟蹤得到的球員肢體位置信息進行整合、計算，得出最終的結果。

雖然聽起來有些復雜，但整個過程只需要3到4秒，裁判就可以得到一個由系統(tǒng)計算出的精確結果。而如果最終主裁判決定采納該結果，系統(tǒng)就會通過運動員身體上29個數(shù)據(jù)點采集到的數(shù)據(jù)，借助3D人體姿態(tài)重建技術，自動生成一段3D動畫，該動畫將以最佳視角詳細畫出越位線的位置以及越位球員在接球時身體各部位的位置，并在體育場的巨型屏幕上及轉(zhuǎn)播畫面中播放，讓球迷們看得“心服口服”。

既然人工智能如此強大，那么是否能夠直接取代主裁判做出最終的越位判罰？國際足聯(lián)裁判委員會主席皮耶路易吉·科里納反復強調(diào)，該方案之所以命名為“半自動越位判罰技術”，便是因為其只能為主裁判提供是否越位的參考結果，而無法做出最終判罰。艾堃也表示，在進行越位判罰時，助理裁判員不僅要根據(jù)客觀事實做出判罰，在一些特殊情況下，還需要其根據(jù)規(guī)則對比賽發(fā)生的事實進行主觀判斷，“比如處在越位位置的進攻隊員雖然沒有接球，但其是否干擾了對方隊員、是否參與了進攻、有沒有通過移動來干擾對方隊員處理球等，這些判罰涉及到對于比賽的深入理解，機器暫時無法做出完全準確的判斷?！卑瑘艺f。

AI技術已在多個體育項目中得到應用

雖然目前該越位判罰技術尚未在所有足球比賽中普及，但與其采用相似的動作捕捉技術、3D人體姿態(tài)重建技術的人工智能系統(tǒng)已在多項體育賽事、訓練中廣泛應用。在2021年進行的東京奧運會上，中國跳水“夢之隊”表現(xiàn)堪稱完美，拿下7金5銀的優(yōu)秀成績，人工智能教練便是幕后功臣之一。

該教練系統(tǒng)由中國國家跳水隊與百度共同推出，是國內(nèi)首個“3D+AI”跳水訓練系統(tǒng)。根據(jù)參與該項目的百度資深研發(fā)工程師盧飛翔博士介紹，該系統(tǒng)通過高速攝像機捕捉運動員自踏上跳板至完全入水之間的2D高清畫面，隨后通過大腦3D視覺技術以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡技術估算出運動員的三維姿態(tài)，并獲得每個關節(jié)的三維角度。隨后再通過人體三維重建技術，將跳水全過程進行三維再現(xiàn)，在此基礎上，還可以實現(xiàn)對跳水動作精準的量化評估，模擬裁判打分。

不只是輔助訓練，人工智能在體育賽事中的應用已經(jīng)越來越多。在2021年2月舉辦的北京冬奧測試賽中，由小冰公司研發(fā)的人工智能裁判與教練系統(tǒng)“觀君”便擔任了空中技巧項目唯一的競賽裁判。成功完成了個人預決賽、超級決賽、團體預決賽共44人次執(zhí)裁，獲得了國際雪聯(lián)、國家體育總局冬季運動管理中心的一致認可，而這也是人類歷史上首次在無人工干預的情況下，由人工智能獨立完成大賽的執(zhí)裁任務。

根據(jù)小冰公司CEO李笛介紹，“觀君”解決了運動員動作姿態(tài)識別難題，并在訓練數(shù)據(jù)非常稀少的情況下構建起了冰雪運動分析模型，能夠?qū)罩屑记蛇\動員的運動軌跡、身體姿態(tài)、出臺角度、高遠度等多維度指標進行分析，學習、模擬國際大賽的裁判打分標準。對于這一系統(tǒng)的未來應用，李笛表示，目前所展示的技術往往是階段性的開始，他相信未來人工智能在體育訓練等方面的應用將很快普及到尋常百姓家。