近日，国际足联在其官网上宣布，半自动越位判罚技术将首次正式用于今年冬季的卡塔尔国际足联世界杯。这项技术将利用人工智能辅助裁判做出更加准确的越位判罚，最大限度减少越位误判的发生。
在过去的足球比赛中，最令人担心的问题之一就是裁判对越位的误判，因为即使是轻微的误判也可能影响整场比赛的结果。但现在，足球裁判将迎来一个强大的助手——人工智能。近日，国际足联在其官网上宣布，半自动越位判罚技术将首次正式用于今年冬季的卡塔尔国际足联世界杯。这项技术将利用人工智能辅助裁判做出更加准确的越位判罚，最大限度减少越位误判的发生。
人类仅凭眼睛很难准确判断越位。
越位规则说起来并不复杂。抛开一些特殊情况，一般来说，它要求进攻者最后一脚传球，而最后接球的进攻者的有效部位不得超过距离防守球门第二远的球员的身体。
虽然只是寥寥数语，但在实际比赛判罚中，准确判断越位无疑是一件非常困难的事情。在北京体育大学中国足球学院教师、国际足球裁判艾坤看来，要想做出准确的越位判罚，裁判要在最后一传的瞬间，明确传球者、接球者、防守者之间的位置关系。“球员每时每刻都在不断移动，人眼定位多名球员在传球瞬间的位置关系非常具有挑战性。”艾坤说，因此，在一场足球比赛中，为了更清晰地判断球员是否越位，会在两条边线外设置助理裁判，让他利用最佳观察角度，瞬间做出准确的越位判罚。
但随着足球水平的不断提高，比赛节奏不断加快，进攻方式也越来越多样。即使助理裁判有着极佳的观察位置和老鹰般敏锐的眼睛，仅凭眼睛做出始终完全准确的越位判罚也越来越困难。随着视频转播技术的飞速发展，特别是高速摄像机的广泛应用，可以反复回放的转播画面不仅提高了比赛的公平性，也为利用视频技术辅助决策提供了可能，于是VAR视频辅助裁判(以下简称VAR)应运而生。
艾坤告诉记者，主办方通过布置在球场内的10-30个摄像头，实现了对比赛的实时记录。当出现影响比赛的关键节点时，VAR会通过回放视频图像为裁判提供判罚参考。具体到越位判罚，艾坤表示，裁判首先要利用VAR来“打点”，即通过逐帧回放，确定进攻球员传最后一脚的时间。然后根据圆点确定的时间“画一条线”，确定接球的进攻球员与距离防守球门第二远的球员之间的相对位置，画出2D和3D越位线。虽然VAR拥有比人眼更精准的观察方式，但其动辄几分钟的判罚时间和关键的判罚尺度仍然屡遭球迷诟病。在艾坤看来，“虽然目前的VAR并不完善，但确实为包括越位在内的判罚提供了真实客观的事实依据。”
AI帮助裁判实现越位“一键判罚”
面对VAR不完美的表现，国际足联决定更进一步，引入人工智能技术辅助越位判罚。相比VAR仍然依靠裁判手动打点划线，卡塔尔世界杯即将应用的半自动越位判罚技术，将这一过程完全交给人工智能系统，帮助裁判实现越位“一键判罚”。
但面对资深球迷不易解释清楚的越位规则，人工智能真的能看懂吗?其实对于人工智能来说，它是否真正理解什么是越位并不重要。它需要做的就是对收集到的各种数据进行对比判断，然后得出客观的结果。系统的运行路径可以分为两个关键步骤。首先要确定进攻者最后一脚传球的时间。一方面主要看本届卡塔尔世界杯官方比赛用球Al Rihla。它内置的惯性测量单元(IMU)传感器在几个软支撑的支撑下放置在球的中心，能够以每秒500次的频率将球的运行数据发送到决策中心。国际足联技术和创新总监约翰内斯·霍兹米勒(Johannes Hozmiller)表示，传感器可以实时发送球在多个方向的加速度信息，系统会根据球加速度的变化自动确定球离开进攻者脚的精确时间。
在越位画线最关键的部分，该系统主要依靠布置在球场屋顶下的12个专用跟踪摄像机。他们将利用视频动作捕捉技术追踪每位选手身体的29个相关部位，形成29个数据点，并以每秒50次的频率向决策中心发送包含位置和时间等信息的数据。最后，系统会将球返回的时间信息和摄像头追踪到的球员肢体的位置信息进行整合计算，得到最终结果。
虽然听起来很复杂，但是整个过程只需要3到4秒，裁判就可以得到一个系统计算出来的准确结果。如果裁判最终决定采用该结果，系统将通过从运动员身体上的29个数据点采集的数据，结合3D人体姿态重建技术，自动生成一个3D动画。动画会以完美的角度详细画出接球时的越位线位置和越位球员位置，并在球场的巨幕和广播屏幕上播放，让球迷们心服口服。
既然人工智能这么厉害，能不能直接代替裁判做出最后的越位判罚?国际足联裁判委员会主席皮耶路易吉·科里纳反复强调，该方案被命名为“半自动越位判罚技术”，是因为它只能给裁判提供越位的参考结果，而不能做出最终的判罚。艾坤还表示，助理裁判在做出越位判罚时，不仅要根据客观事实做出判罚，在一些特殊情况下，还要根据规则做出主观判断。“比如越位位置的进攻球员虽然没有接球，但是有没有干扰对方球队，有没有参与进攻，有没有通过移动干扰对方球队对球的处理等等。，这些判罚涉及到对比赛的深刻理解，机器暂时无法做出完全准确的判断。艾薇说。
AI技术已经在很多运动项目中得到应用。
虽然越位判罚技术目前还没有在所有的足球比赛中普及，但是其采用类似动作捕捉技术和3D人体姿态重建技术的人工智能系统已经在很多体育赛事和训练中得到广泛应用。2021年东京奥运会，中国跳水“梦之队”表现完美，获得7金5银，人工智能教练是幕后功臣之一。
这套教练系统由中国国家跳水队和百度联合推出，是国内首个“3D+AI”跳水训练系统。据参与该项目的百度高级R&D工程师路飞翔博士介绍，该系统通过高速摄像机捕捉运动员从踏上跳板到完全入水的2D高清图像，再通过大脑3D视觉技术和深度神经网络技术估算运动员的三维姿态，得出各关节的三维角度。然后通过人体三维重建技术三维再现跳水的全过程。在此基础上，可以实现对跳水动作的准确量化评价，并可以模拟裁判打分。
不仅是辅助训练，人工智能在体育赛事中的应用也一直在增加。在2021年2月举行的北京冬奥会测试赛中，由萧冰公司研发的人工智能裁判和教练系统管峻担任空中技巧的唯一比赛裁判。44人顺利完成个人预赛、超级决赛和团体预赛，得到FISU和国家体育总局冬季运动管理中心的一致认可。这也是人类历史上第一次人工智能在没有人为干预的情况下独立完成比赛的裁判任务。
据萧冰公司CEO李迪介绍，“管峻”解决了识别运动员动作和姿势的问题，在训练数据稀缺的情况下，构建了冰雪运动的分析模型。可以对空中技巧运动员的动作轨迹、身体姿态、引体角度、高度等多维指标进行分析，学习和模拟国际比赛的裁判标准。对于这个系统未来的应用，李迪表示，目前展示的技术往往是阶段性的开始。他相信未来人工智能在运动训练等方面的应用会很快普及到寻常百姓家。