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浙江大学乒乓球智能大数据分析平台助力中国乒乓球队东京夺冠!

  随着中国队将第35枚金牌——乒乓球男子团体金牌收入囊中,东京奥运会乒乓球项目全部结束了

  随着中国队将第35枚金牌——乒乓球男子团体金牌收入囊中,东京奥运会乒乓球项目全部结束了。出的成绩背后,不仅仅凝聚着运动员艰苦的训练和教练团队的智慧,同时也得益于背后科技力量的支撑。

  7月29日,在东京体育馆,孙颖莎和伊藤美诚的半决赛正在紧张地进行中。你一定想不到,除了在场的运动员、裁判,以及看台上寥寥无几的观众,还有一个强大的人工智能平台正在监视着这场比赛。

  伊藤美诚的每一次发球、挥拍、移动等,都被这个部署在东京的AI云平台所记录。这些数据,以平均100Mbps的速度被传送到离体育馆2442公里外的“浙江大学乒乓球智能大数据分析平台”的技术团队手中。

  几乎是在这场比赛结束的瞬间,一份有关比赛的技战术分析报告,立刻由AI云平台推送到了中国乒乓球女队教练员和运动员的平板电脑上。这些最新的比赛视频和技战术数据分析报告,将直接帮助中国乒乓球女队教练员和运动员,在准备女子单打半决赛和团体决赛中使用。

  浙江大学计算机科技与技术学院副院长巫英才,正是这个能“实时更新战斗力”的乒乓球智能大数据分析平台的主要研发者,接应他的,是出征东京奥运会的国乒队里唯一的科研技术人员,浙江大学教育学院体育学系主任张辉。他们两人也是浙江大学体育大数据创新团队的关键人物。这个团队在近年来,一直为国家乒乓球队提供比赛数据分析和技战术研究的服务。

  巫英才告诉记者,乒乓球智能大数据分析平台除了在比赛中提供支持,在前期国乒队备战东京奥运会期间,也发挥了很大的作用。

  与其他球类项目相比较,乒乓球运动员的技术更加细腻和精确。因此,每次比赛后的技术分析,都显得尤为重要。但是,乒乓球比赛数据的标注采集工作费时费力,可谓非常有挑战性。

  早在2003年获得德国体育科学博士学位的张辉,已经为国乒队服务了十几年。他回忆,以往乒乓球比赛中技战术数据的采集工作一般都是通过赛后回看录像的方式进行。然而,由于乒乓球的速度太快,科研人员往往无法快速、准确且全面地标注运动员比赛中的所有的比赛行为,例如,运动员击球的技术、落点,位置、拍序等信息。因此,如果需要一场比赛详细的数据,有时需要5个小时左右的时间来采集数据,效率低下的同时,也不利于备战赛程密集的奥运会。

  巫英才教授(左)与团队博士生吴江(右)在浙江大学CAD&CG国家重点实验室的沉浸式大数据分析系统上讨论乒乓球技战术智能挖掘的技术问题。

  如何在低质量、低帧率的电视直播视频上,删除多余的转播镜头,精准地识别每回合的分数变化,检测、定位每一拍,并高效地进行自动化或者半自动化的数据标注,成为一个科研难点。从前年开始,巫英才带领团队开始了乒乓球大数据标注分析和平台建设的工作。经过一年多的时间,体育大数据创新团队依靠交互的可视化人机界面,结合人工智能算法与人的经验智慧,开发出了乒乓球智能大数据分析平台,实现了半自动的数据的标注。

  这个平台不断进行技术突破,将标注时间不断缩短。从2个小时、1个小时……到现在,比赛一结束就能够完成数据采集。

  除此之外,乒乓球智能大数据分析平台还可以针对性地进行击球质量评估。原来,教练员和科研人员需要在现场或观看比赛视频,对运动员的击球质量进行人工评估,再对运动员进行进行指导和分析。但是,如果有100场、1000场视频该怎么办?这样的任务几乎不可能完成。因为评估挥拍有很大的主观因素,这也成为了一个技术难点。如何让计算机学习到专家的知识,并结合每一拍所使用的技术、球员身位以及球的落点等一系列属性,来对挥拍进行客观而准确的评估,成为了一个很大的技术难题。从去年开始,巫英才通过和南京大学的周志华教授团队合作,使用反绎学习的理论框架,开始攻关这个技术难题,并在今年也取得了重要的进展和原创性的成果。

  “我们利用反绎学习的理论框架,把30多条乒乓球的技战术规则融合到数据驱动的机器学习中,开发出了一个能自动评估挥拍质量的框架。”巫英才说,只要在乒乓球智能大数据分析平台上输入比赛视频,视频中球员每一拍的质量都能自动得出。这项分析技术,也将逐渐被运用到国乒队备战日常训练中。

  巫英才教授(左)、张辉教授(右)2021年5月在厦门的中国乒乓球训练基地与刘国梁主席(中)讨论备战东京奥运事宜。

  目前,乒乓球智能大数据分析平台上,已经有国乒队的8000多场比赛数据。从2018年开始,研究团队开始了做起了比赛的仿真预测。“利用大数据和人工智能,我们就可以进行模拟和推演,去预测当我方球员在改变某一种技战术的情况下,胜率会有怎么样的变化。”巫英才说。

  在东京奥运会备战期间,研究团队对国乒队的主要对手,尤其是日本女队进行了全方位的分析,帮助制定出了最佳的战术。

  记者发现,在国家体育总局公布的奥运攻关项目中,浙江大学体育大数据创新团队是唯一入选的非体育类科研院所团队。巫英才表示,他和张辉在浙江大学因为有共同的学术兴趣而相识,当然还因为出于对国球敬仰,两人开始发挥各自领域的擅长,进行交叉合作研究。2017年浙江大学社会科学研究院的支持下,成立了体育大数据创新团队(通过“文科+X”和“信息+X”交叉人才培养计划共同招收和培养直博生),并在2019年起,团队开始为国家乒乓球队提供比赛数据和技战术分析服务。在备战奥运的过程中,巫英才及其团队做技术平台的研发,张辉及其团队则利用这个平台深入国家乒乓球队备战和比赛第一线,运用科学详实的数据帮助国家队制定训练战略战术,尤其是针对日本女队的训练和比赛。

  近年来,体育大数据创新团队不仅通过乒乓球智能大数据分析平台为国家队进行了大量的技战术备战服务,还在可视分析、人机交互与数据挖掘等方面取得的一系列原创的科研成果,发表了ACM SIGCHI、ACM SIGKDD、IEEE VIS、IEEE TVCG等国际顶尖的学术会议或期刊论文,近3年累计发表超过10篇的JCR一区、CCF A类的高质量学术论文。

  “我们通过交叉研究合作发现了很多有趣的问题,例如,比赛时间是预先安排的,所有的研究工作必须在此之前完成,而且必须获得教练员和运动员的认同等,这些问题在其他场合比较难遇到,也非常有挑战性。同时,也有利地促进了我们科研的进展。” 巫英才说。

  在浙江大学人工智能协同创新中心、浙江大学社会科学院等的大力支持下,两人发挥着各自的专业能力,深度交叉融合计算机科学与体育学,迸发出了强大的力量,也为东京奥运会增添了一抹科技的彩和魅力。

  现在,东京奥运会即将落幕。奖牌之外,国乒队也再次证明了自己的强大。就连日本记者都忍不住提问:“中国乒乓球队为什么这么强?”

  孙颖莎和王曼昱在回答时,都提到了“团队”。正是像浙江大学体育大数据创新团队一样,还有无数团队在背后默默支持着远在他乡奋战的中国运动员,才让我们的东京奥运之旅更舒畅。“团队”,代表着不是孤军奋战,更代表着国力的日益强盛。