作为分水岭的2022世界杯：高科技将永久改变我们观赏体育的方式
球员们踢出去的，还包括体育史上最重要的技术应用之一。
编者按：足球内嵌传感器与鹰眼系统的结合所发挥的作用不只是助理裁判而已，这仅仅是其未来潜力的冰山一角。想象一下，如果用姆巴佩、本泽马或你选择的任何其他球员的视角去观看比赛会是什么感觉？如果这些数据最终能够进入到视频游戏世界，将真实世界与数字世界融合到一起又会怎样？2022世界杯将成为一个分水岭，此后我们观赏体育的方式会彻底改变。文章来自编译。
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本届世界杯将首次采用球体跟踪技术来帮助做出重要决定。
本周日，2022世界杯正式开踢，而且球员们踢出去的，还包括体育史上最重要的技术应用之一。
整个世界杯期间的比赛用球都会内嵌一个实时收集空间定位数据的传感器——本届世界杯是第一届采用这种球体跟踪机制的赛事。这种传感器会与现有的光学跟踪工具结合使用，让 VAR（视频助理裁判）与越位检查等程序比以往任何时候都要准确和简化。长期以来，将这两种跟踪形式结合起来一直是技术界的圣杯，FIFA 对足球传感器的使用在接下来的四个星期内尤其会成为一个高度公开的测试案例。
与蓬勃发展的体育科技世界的许多其他地方一样，在世界杯投入使用既是一个终点，也是一个全新时代的基础。实现这一目标需要多年的研究与测试——这种特殊的足球传感器在拿到国际足联的认证之前已经进行了六年的开发与测试——但像世界杯这样的事件，可以通过范畴远超裁判组的应用，迅速让新兴技术进入公众视野。
当今的跟踪技术的发展历程是怎样的，它在本届世界杯上的主要用途是什么？这项技术是如何测试的，球员、球队和球迷等怎么才能确信它的准确和一致？也许最重要的问题是，同样的技术对这项全世界最受欢迎的运动的分析、球迷的参与以及球队数据的未来有何预示呢？
对于这个领域迄今为止最大胆的实验之一，我与世界各地的体育科技界人士进行了交流，希望从中能找出相关问题的答案。
采用了什么技术，它是如何工作的？
国际足联在2022年世界杯上应用的这项技术叫做“半自动越位”（semi-automated offside，SAOT）程序——这套系统基本上靠人工智能执行，不过还是保留了人工确认这一重要元素。
每个比赛用球都内嵌有一个由 KINEXON 设计的设备。KINEXON 是多项体育运动比分追踪领域的主要玩家。按照该公司的说法，这个设备重约14克，里面其实安装了两个同时运行的独立传感器：
超宽带（UWB）传感器：这种技术的特性优于 GPS 或蓝牙，可提供精确的位置数据，并且可以实时传输数据，从而持续跟踪足球的位置。惯性测量单元（IMU）传感器：用于检测物体在空间内的细微运动的一种传感器。
KINEXON 联合创始人兼董事总经理 Maximillian Schmidt 表示：“超宽带传感器可帮助确定物体的位置，而 IMU 则可提供三个维度的精细运动信息。”
因此，不管足球什么时候被脚踢到、被头顶到、是掷球，甚至只是轻微触球，系统都会以每秒500帧的速度捕捉相关信息。然后数据会从传感器实时发送给本地定位系统(LPS)，这需要在运动场周围安装好一系列的网络天线，通过这些天线接收并存储数据，以供立即使用。如果在比赛过程中足球飞出界外，新球被扔进来或踢进来以换掉旧球时，KINEXON 的后端系统会自动切换到新球的数据输入，整个过程无需人工干预。
KINEXON 的球体内嵌装置得到了阿迪达斯的悬挂技术的支持，通过这项技术，可以将传感器安装在球的中央内部点，并将其固定在一致的位置上。
这个足球传感器还需要与另一套系统配合使用：名为 Hawk-Eye（鹰眼）的光学摄像机跟踪系统，这套系统最出名的应用场合是网球比赛。为了部署这套系统，需要在体育场周围安装12台鹰眼摄像机，这些摄像机会以每秒50次的频率跟踪足球本身以及每一名球员的情况。包括四肢在内，对球员的跟踪涉及到身体的29个独立点位。
当这两个数据源结合使用时，对越位的判定不仅准确度高，而且判别速度也比过去更快——这些诉求也是国际足联在本届世界杯期间的主要优先事项之一。
国际足联技术创新部（FIFA Technology Innovation）负责足球研究与标准的尼古拉斯埃文斯（Nicolas Evans）表示：“2018年世界杯之后我们向足联做出了汇报”。按照埃文斯的说法，这样的汇报是每届世界杯之后的标准做法。“我们发现，最大的改进领域是要缩短越位判决所需的时间。”
为此，来自 KINEXON 和鹰眼的数据都是用人工智能软件来处理的，软件最后会生成自动越位警报，并发送给视频裁判室的裁判。以往需要人工对回放进行梳理，这个过程往往比较耗时。现在则是由人工智能程序自动生成警报，然后交由视频裁判予以确认。
这款软件还可以生成空间数据的3D 渲染图，然后叠加到电视广播和体育场内的监视器上，让球迷可以直观了解每个经过审查的判决是如何做出的。
这种数据准确度如何？它是如何测试的？
此时有些读者可能会有一个疑问：“我怎么才能知道这些数据确实与球员和足球的真实位置保持一致呢？”
需要理解的第一个概念是刷新率，它以赫兹为单位，指的是给定显示器每秒可绘制的新图像的次数。标准50Hz 视频是当今高清显示器的常用格式，每秒可生成50张新图像（对于那些更熟悉这个术语的人来说，就是“帧速率”为每秒50帧）。试过将视频放慢到逐帧模式的人都知道，每帧之间是有一小段时间间隔的——就50Hz 视频而言，这个时间间隔为20毫秒（如果是60Hz 视频，每帧之间的时间间隔为16.66毫秒，等等）。
KINEXON 的足球跟踪系统的数据速率为500Hz 的频率进入，也就是说，每次定位的时间间隔都低于两毫秒——换句话说，比标准50Hz 的频率要快10倍。此外，根据埃文斯的说法，PTP 主时钟的使用可让 KINEXON 和鹰眼之间的数据实现同步，且可精确到百万分之一秒，确保了各自传送的数据不会发生不一致的情况。
为了检查系统的每个组件是否正确运行，国际足联在受控和现场环境下均进行了测试。
KINEXON 的球体传感器以及鹰眼系统的光学摄像机均需支持所谓的“地面实况测试”（ground truth testing）格式，这是国际足联电子性能测试系统（EPTS）品质计划的要求。该测试要利用至少36个高质量的 Vicon 运动捕捉相机，加上专为这些相机设计的反光标记（贴到足球以及每个球员身上），然后进行超精确的检测。当球员和足球在测试场地上移动时，这些 Vicon 摄像机以及 KINEXON/Hawk-Eye 系统会同时运行——之后研究人员会比较这各自的输出，从而评估后者系统的准确性。通过其他工具的使用，比如用激光来检测球员的高速冲刺，还可以增强测试的效果。
还有一项测试也很重要，对于全球收视率最高的体育赛事之一更是如此：那就是确保球员感觉不到足球内嵌了传感器。人们很容易会想象到这样一种情况的发生：比如某位著名球星罚失了点球，或者出现其他一些失误，然后把责任归咎于世界杯用球的“不同”触感，从而在全球范围内引发争议——消除这种担忧自然就很重要了。
阿迪达斯是负责此类测试的关键实体，据熟悉计划的消息人士表示，这类测试一般有两种方式：
盲人球员测试：在西班牙、德国和英格兰等地的俱乐部的帮助下，他们进行了广泛的盲人测试，目的是看看球员是否可以在事先不知道的情况下，区分出哪个是“普通”足球，哪个是装有传感器/悬架装置的足球。机械踢球测试：在实验室环境下，可以对踢球机器人设备进行编程，让机器人用不同的速度、旋转以及方向去“踢”球。然后用高速摄像机来评估足球的飞行情况，确保传感器的存在不会产生异常的飞行路径。
他们已经在多种职业与草皮环境下进行了此项测试，其中包括在卡塔尔举行的2021年国际足联阿拉伯杯赛，在阿布扎比举行的2021年国际足联世界俱乐部杯赛。此外，埃文斯表示，国际足联自己还额外进行了几次盲测，包括2022年初在卡塔尔举办的一场球队研讨会。
埃文斯说：“我们已经与合作伙伴阿迪达斯一起，进行过大规模的样本盲测，结果表明，球员无法观察出联网足球与普通足球之间的差异。”
其实这些年来，这些技术以及类似形式的技术在现实生活当中也一直在进行测试。2018年，KINEXON 内嵌传感器足球的一个早期版本就与球衣追踪一起被用于德国的四级区域联赛，并将实时数据引入给电视直播；今年早些时候，在德国的学院俱乐部比赛中也使用了更新的装置。与此同时，在世界杯前夕，鹰眼摄像机系统也已在本赛季初的欧洲冠军联赛小组赛中得到使用。
当然，这些都不能保证意外情况的发生。科技世界总会出现不可预见的情况。设备可能会发生故障。或者就算这项技术确实从头到尾都是完美运行，如果某国的顶级球员破坏了足球，或者暗示这套系统不准确，你还想向疯狂的球迷证明系统没问题的话，只能祝你好运了。
发生这种情况的可能性几乎不可避免。但相关公司相信，每一项重要的阈值他们均已达到，足以将这种站上新台阶的技术引入到全世界最重要的足球比赛之中了。
埃文斯说：“[它]也许是同类技术当中最好的。”
这只是这项技术的冰山一角
2022世界杯的应用也只是运用了这种技术潜在能力的一点皮毛——其潜能远超辅助裁判的范畴。
不久之后，这种球体跟踪与光学跟踪的结合可能成为这项运动的每一位参与者都非常熟悉的工具——就像 NBA 的 Second Spectrum 跟踪或者网球的鹰眼系统一样。球队和球员可以利用由此产生的数据进行下一代的战术分析；电视媒体可以用它对比赛进行可视化，吸引新的观众。球迷最终可以访问新的，此前从未出现过的海量统计数据。
事实上，这种情况已经出现。
2022年初，KINEXON 的足球传感器在葡萄牙联赛的一场保级比赛当中就得到了使用。与此同时，球员球衣也内嵌了传感器，用来跟踪他们的动作。最终他们采集了多个类别的300多项不同指标，其中包括技术数据（射门、传球速度、控球时间、不同的踢球动作）、表现数据（运球速度、加速度以及带球冲刺与无球冲刺——以及对运动员“负荷“的测量）与战术数据（对于球队和球员而言，可以跟踪类似空间控制、压迫、得球/失球和反击这样的战术概念）。
这些数据的应用可能性其实是无限的，尤其是一旦它成为比赛更标准化的组成部分，并且相关各方均熟悉了它的使用时。
Schmidt 说：“我们可以实时利用这些信息来讲述新的故事。[我们可以用]它们来创建虚拟世界、叠加增强现实、剖析球员表现。”
一方面，希望球迷能够在这种先进技术为的基础上，用新的方式去享受比赛。其中的第一层将是电视的改进：就像观众在2022年世界杯将看到的那种越位展示一样，可以运用多种方式来呈现更多的3D 沉浸式图像，比如说甚至让观众可以去控制的方式。我们还会在屏幕上看到叠加的数据，这一点与洛杉矶快船队的“CourtVision”电视选项类似，观众在比赛期间可以看到跟踪信息以及球场的数字化视图。
在这之后，下一波浪潮会更令人兴奋。虚拟现实世界带来的潜力十分诱人；想象一下，如果用基利安姆巴佩、卡里姆本泽马或你选择的任何其他球员的视角去观看球员比赛（甚至整场）会是什么感觉？埃文斯和该领域的其他人也希望，这些数据最终能够进入到视频游戏世界，将真实世界与数字世界融合到一起。
那只是球迷方面的潜力。随着2022世界杯跟踪装置在足球领域的运用变得越来越普遍，球员和球队现在手头将拥有大量的新数据，尤其是关于足球方面的数据——这才是这项运动的真正心跳所在。下一步，战术、分析，甚至最重要的健康和表现改进都可以做了。
Schmidt 表示：“越来越多的联盟现在都在考虑这件事情，‘我们怎么才能利用对足球的新洞察来增强现有的数据集呢？’毕竟，这是这项运动的核心。”
因此，随着科技不断改变我们观赏体育的方式，2022世界杯会变成一个分水岭。当你目睹了第一项“半自动”越位判罚时，请记住实现这一点所要付出的代价——然后设想一下不久的将来会发生什么。
译者：boxi。神译局
