Комп'ютер навчили дивитися футбол

Група інженерів і математиків з Федеральної політехнічної школи Лозанни запропонували новий алгоритм, що дозволяє відстежувати переміщення м'яча (ball tracking) в складних і динамічних командних видах спорту (баскетбол, футбол, волейбол). Він заснований на паралельній фіксації положення гравців і м'яча в кожен момент часу, а також обліку взаємодії гравця з м'ячем (прийняття, удару, дриблінгу). З препринтом статті можна ознайомитися в архіві Корнельського університету.

Відстеження переміщень м'яча вже давно використовується в індивідуальних видах спорту, таких як, наприклад, теніс. Комп'ютерна система записує переміщення м'яча в тривимірному просторі, і на підставі цих даних може згенерувати віртуальну симуляцію руху м'яча, передбачити місце його падіння, визначити - чи не вийшов він за поле, а також у ряді випадків передбачити траєкторію його польоту. Однак використання такої системи практично неможливе в командних видах спорту, в яких гравці періодично закривають м'яч, взаємодіють з ним або відправляють ударом у політ. Для них досі не існувало достатньо точного алгоритму, що дозволяє відстежити переміщення м'яча навіть на короткому відрізку часу.

У загальному випадку для відстеження м'яча використовується два підходи. У першому, як вже було описано вище, система фіксує рух м'яча в тривимірному просторі, і на підставі законів механіки пророкує набір найбільш імовірних траєкторій. Далі накопичується великий масив реальних ситуацій польоту м'яча. З його допомогою поступово велика частина варіантів відсікається, і алгоритм «відбирає» найточнішу з можливих траєкторій. Перевага цього методу в точному обліку фізичних обмежень на політ м'яча.

У другому підході система навпаки фіксує положення гравців і моменти, коли вони володіють м'ячем. А траєкторія його переміщень вираховується на основі руху гравців по полю і переходу володіння від одного гравця до іншого (пасів, ведення, дриблінгу, відборів і перехоплень). Цей метод дозволяє обчислити траєкторію м'яча навіть у тому випадку, коли його періодично не видно через тіла гравців або він різко змінює напрямок руху (наприклад, вибивається в підкаті або відправляється дотепним пасом у несподіваному напрямку). Однак, цей підхід практично не враховує фізичних законів.

Новий алгоритм, запропонований швейцарськими фахівцями, об'єднує обидва цих підходи в єдине ціле. Кілька камер знімають ігровий майданчик, записуючи всі ігрові ситуації з різних кутів. Завдяки цьому створюється тривимірна модель дії, що відбувається, фіксує, одночасно, переміщення гравців і польоти м'яча.

Головними змінними в алгоритмі є стан м'яча (кручений м'яч, посланий прямим ударом і т. д.) і його положення (у гравця або в польоті), а також граф позицій гравців в кожен момент часу і набір фізичних обмежень на політ м'яча. Загальна кількість всіх враховуваних змінних перевищує два десятки. На їх підставі алгоритм пророкує безліч потенційно можливих траєкторій, після чого за допомогою доступних відеоданих вчиться відсіювати малоймовірні для різних ситуацій траєкторії і виділяти найбільш вірогідні.

За словами дослідників, тестування алгоритму на відеофрагментах баскетбольних, футбольних і волейбольних ігор показало, що він перевершує всі існуючі на даний момент аналоги, проте все ще не досягає точності, прийнятної для комерційного використання на телебаченні і в супроводі роботи рефері.