科技冬奧｜人工智能裁判與教練系統(tǒng)助力空中技巧隊冬奧奪金

2月14日和16日，中國運動員徐夢桃、齊廣璞分別獲得了北京冬奧會自由式滑雪空中技巧項目的女子組冠軍和男子組冠軍。加之此前徐夢桃、賈宗洋和齊廣璞共同獲得的自由式滑雪空中技巧混合團體亞軍，目前中國隊在該項目上已經(jīng)斬獲了2金1銀的歷史最佳成績。

成績的取得離不開平日里科學有效的訓練，這其中也有人工智能等前沿技術(shù)的應用。

為了提升空中技巧項目的訓練效率和效果，小冰公司研發(fā)了一套人工智能裁判與教練系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2019年開始應用于該項目的日常訓練，提供運動軌跡、身體姿態(tài)等多維度指標分析，并能實時指出失分動作，為教練提供專業(yè)的評判及指導意見。

2月18日，小冰公司CEO李笛在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者采訪時表示，人工智能裁判與教練系統(tǒng)能有幸參與書寫冬奧雪上項目的歷史，這是體育產(chǎn)業(yè)邁入人工智能時代的新一步。經(jīng)過冬奧賽事的考驗，未來人工智能在體育領域一定會更廣泛地普及應用，也有望進入尋常百姓家。

2月18日，小冰公司CEO李笛接受采訪 澎湃新聞記者 周頔 攝

人工智能通過學習構(gòu)建冰雪運動分析模型

自由式滑雪空中技巧是具有一定危險性的運動項目，運動員每天訓練量有限，為提升訓練效率，需要強化運動員對高分動作的記憶。

與進球、打靶等客觀評分不同，自由式滑雪空中技巧等項目的評分規(guī)則更為復雜，如何能夠在日常訓練中實時與國際裁判的計分準則保持一致？

對此，李笛表示，人工智能裁判與教練系統(tǒng)通過學習國際大賽上裁判打分標準，構(gòu)建了冰雪運動分析模型，針對運動員訓練中的每一跳，做出專業(yè)判斷打分。

系統(tǒng)打分與國際裁判計分準則保持高度一致，嚴格判別扣分動作，并對起跳、空中、落地三個階段的全流程動作進行量化，能夠支持運動軌跡、身體姿態(tài)、出臺角度、高遠度等多維度指標分析。

讓人工智能系統(tǒng)為運動員的訓練打分，這聽上去似乎是單一的任務，但在實踐中卻面臨著多重困難。

以動作識別為例，男子運動員滑出助滑坡的時速超過70公里，高度差達15米，整套動作滯空時間僅有2-3秒，最高難度的空中翻轉(zhuǎn)加轉(zhuǎn)體動作可達8圈，夜間運動員畫面往往與背景融為一體，觀測距離達到25米，此外，零下二三十度的嚴寒也會導致高幀率視頻采集設備難以長時間工作。

李笛表示，打造“實時評分、量化動作、可追溯與預測”的人工智能裁判與教練系統(tǒng)，小冰公司解決了姿態(tài)識別問題，并在訓練數(shù)據(jù)非常稀少的情況下構(gòu)建了冰雪運動分析模型。

模擬國際大賽打分，為訓練提供評判和統(tǒng)計

2020年，人工智能裁判與教練系統(tǒng)正式長期應用于訓練，參與起跳、空中、落地三個階段的全流程評分。

李笛表示，在日常訓練期間，人工智能裁判與教練系統(tǒng)可以自動分析出該動作的完成情況，包括最低點速度、出臺速度和角度、最高點高度、落地點等。也能及時完成每日的訓練動作分析，以教練視角提供運動軌跡、旋轉(zhuǎn)角度、空中高遠度等多維度數(shù)據(jù)指標，發(fā)現(xiàn)失分動作并篩選出當日最佳動作，為隊員追溯每一跳創(chuàng)造客觀條件，從而有效提升訓練效果。

此外，該系統(tǒng)也能夠?qū)\動員的每一跳進行追溯，長期累積數(shù)據(jù)，構(gòu)建運動檔案，用于科學觀察、預測運動員表現(xiàn)，基于歷史數(shù)據(jù)給出各項指標的綜合統(tǒng)計情況。

“系統(tǒng)是本地化的，運動員和教練員可以在訓練現(xiàn)場實時查看、實時調(diào)整?！崩畹驯硎荆谟柧殘?，教練員和運動員可以通過平板電腦等設備使用人工智能裁判與教練系統(tǒng)分析訓練動作，剛剛做完的動作馬上就會得到分析，有助于運動員調(diào)整和練習。

此外，該系統(tǒng)還協(xié)助冬運中心從各省隊選拔了六名冬奧試滑員。選拔測試基于氣墊模擬場景，人工智能裁判與教練系統(tǒng)通過雪場落地模型模擬分析出氣墊落地結(jié)果，計算落地過程中的姿態(tài)變化，并提供精確的評判結(jié)果。

據(jù)了解，三年間，該系統(tǒng)已完成過近萬次評分、五萬多次動作分析，輔助運動員提高日常訓練效果，成為了教練員日常執(zhí)教的重要助手。

未來將服務于大眾體育

2021年2月，在“相約北京2020/2021賽季全國自由式滑雪空中技巧邀請賽”（北京冬奧會測試賽），人工智能裁判與教練系統(tǒng)獨立執(zhí)裁了2月17日、2月19日、2月20日三天共八輪比賽，包括個人預決賽、超級決賽、團體預決賽在內(nèi)的全部44人次裁判工作。

執(zhí)賽期間，人工智能裁判與教練系統(tǒng)成功克服了大場景下拍攝目標小、現(xiàn)場干擾多、夜間采光不足等困難，在人類歷史上首次實現(xiàn)了無人工干預，完全由人工智能系統(tǒng)完成全自動評判工作。

李笛表示，在嚴寒環(huán)境下，人工智能裁判與教練系統(tǒng)穩(wěn)定實現(xiàn)了每跳次的實時計算評分，成為人類歷史上首個在空中技巧正賽上執(zhí)裁的AI系統(tǒng)，其執(zhí)裁水平也得到了國際雪聯(lián)、國家體育總局冬運中心的一致認可。

對于系統(tǒng)未來的應用，李笛表示，目前所展示的技術(shù)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。

在體育領域，小冰計劃覆蓋從競技場內(nèi)的專業(yè)AI教練，到體育資訊主播、賽事場館虛擬員工、校園體育助理、大眾健身教練以及運動品牌AI設計師的完整場景。

“我們經(jīng)受過競技體育的考驗，也可以把這樣的技術(shù)應用到大眾日常的運動需求中去。”李笛表示，競技體育對技術(shù)要求有嚴格的高標準，能夠滿足競技體育的技術(shù)，向公眾普及會容易很多。

人工智能裁判與教練系統(tǒng)

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