体操比赛中，运动员的瞬间动作里包含着复杂的要素，人眼是否能够做出准确的判定？这是打分类比赛项目特有的问题。随着运动员竞技水平的不断提高，这一问题也变得更为突出。富士通公司研发并于2019年投入实战使用的一套人工智能辅助评分系统，一举解决了这一难题。根据研发人员的介绍，我们向大家呈现一个非同一般的研发故事，以及这套系统在体育竞技领域之外的巨大潜力。
人工智能评分辅助系统，在世界体操锦标赛等国际大赛上表现亮眼。裁判手边的监视器上，除了分数之外，还会显示各种信息（提供：富士通公司）
世界上首套高水平体育评分系统
体育运动中，有像游泳、田径那样以速度记录来决定名次的项目，也有像柔道、篮球等通过选手或球队的对战决定胜负的项目，还有通过裁判给选手的表现打分来确定成绩的项目，即所谓的“打分类项目”。体操运动可以说是“打分类项目”的典型代表。近年来，体操项目实施了一项划时代的改革举措──引入人工智能辅助系统给选手的竞技打分。
2019年，世界体操锦标赛上首次正式引入了该系统，并在男子鞍马、跳马、吊环和女子跳马等四个项目上投入使用。2021年10月18日至24日，在北九州市举行的世界体操锦标赛上，男女十个项目中，有五个项目正式启用了该系统，两个项目上进行了最终测试。
大体来讲，该系统由测定装置和数据库构成。
首先，向正在比赛的体操选手每秒发射200万次激光进行照射，获取其身体姿态的立体数据；接着人工智能测定其骨骼和关节的位置，将动作转换成三维影像，之后，将影像与存录的体操动作技术数据库对照，识别选手的技术动作，再根据每个技术动作的评分规则，判断加分点和扣分点，最终显示出分数。
“人工智能辅助评分系统”的基本原理。1.通过激光测定立体数据（左上）→2.识别其身体姿态，将动作转换成三维影像（右上）→根据三维影像数据的形态识别出技术动作（左下）→4.与数据库对照确定技术动作（右下）
该分数经裁判核定，才能成为选手的最终“得分”，但系统的完成度已经很高，常可以说是“自动打分”了。虽然数字技术在近年的体育运动中已有所运用，比如在网球比赛中判定落点是否出界，在足球比赛中判定是否过了球门线等，但此前还从未有过用于像体操这样动作复杂的竞技项目的。可以说，这是全球首次成功打造的最高水平的系统。
以体操为代表的打分类运动项目，多年来一直存在难题。由于是靠裁判的眼睛来评判，所以围绕着技术动作是否成功、该加分还是减分等评判的准确性，选手经常会提出异议，有时还会引发误判纠纷。而这套系统利用人工智能对技术动作能够做出客观评判，从而解决了这一难题，因而引发热烈反响。
研发这套系统的是IT服务综合供应商富士通公司。该公司体育经济统括部部长藤原英则表示，他们历经了千辛万苦才将这套系统打造到可以实用的水平。
体操特有的动作和人眼的局限性
虽然有像好莱坞拍电影时使用的在人的身体上安装传感器捕捉动作的技术，但不与目标接触就能测定的装置，还不曾有过，所以“我们先从造出这样的东西开始做起”。
而且，体操也正如其字面所示，是“操纵身体做动作”的竞技。体操动作速度快而复杂，身体时而舒展，时而蜷曲，手脚关节还要做出种种姿态。要想研发出能够测定这些动作的装置，需要有前所未有的新技术。
安装在赛场的3D传感器，能在没有人体传感器的情况下测定比赛中的动作，这项技术具有划时代意义
准确识别区分体育器械和人体，也曾是一个大问题。
“比如吊环项目，在比赛中吊环也是会动的，因此，系统曾经把吊环识别为运动员手臂的延伸，结果成像显示像一只长着长长的虾钳的大虾。”
要想把捕捉到的动作转换成得分，不仅需要对技术动作的种类做出识别，还要判断其完成质量的“优劣”，这就需要让人工智能去深度学习已作数字化处理的评分规则，然后识别匹配，而体操的技术动作，男女项目合计约有1400项，所有都要一一学习。
“我们最早是从鞍马项目开始尝试的。我们觉得选手既然是在固定的鞍马上做动作，应该很容易对付。但实际上选手在鞍马上旋转时，包含了好几个技术动作。从哪儿开始算一个技术动作，下一个技术动作又从何时开始，完全搞不清楚。技术动作的识别花费了好大功夫。有体操界人士曾对我说，‘你们为什么从较难的体育项目开始挑战呢’？”
3D传感器测定的数据形成点阵集合，转换成姿势和动作
在学习体操知识的过程中，我们团队也认识到了传统打分方法的难度。裁判在选手表演时，用手写的技术动作名称缩写记号来速记内容，表演结束后再计算得分。这种方法是人工模拟时代最典型的。随着选手的技术动作水平不断提高，过去一个单项只需几名裁判，而现在则需十人左右，以致一届大赛所需的裁判男女合计增长到了120人左右。
藤原最有感触的是，人眼打分的局限性。比如在鞍马项目的比赛规则中，写有这么一句话。
“在倒立上升过程中，脚尖如果下垂，角度在15度以内扣0.1分，16度至30度扣0.3分，31度至45度扣0.5分。”
15度和16度是条分界线，只差1度扣分就会发生变化。但人的眼睛是否能辨别出这1度的差异呢……。规则中还有“笔直不扣分，略微弯曲扣0.1分”的表述，但“笔直”和“略微”是完全交由裁判来判定的。“每届大赛打分依据都不一样”，这也是选手们经常批评或不满的原因所在。
2017年，富士通公司与国际体操联合会合作，收集了很多选手的数据，展开将模糊的标准具体化等工作。除了系统研发本身有很多困难，最初还遭到体操裁判们的抵制。
“体操界也有人担心人工智能会抢走裁判的饭碗。这一点在其他产业也是容易引发争议的。”
为此，藤原耐心地说明引入这套系统对于体操界的好处──可以提高打分的精度和公平性等等。而来自于体操选手们的呼声，无疑成为将该系统引入体操比赛的推动力量。
系统的研发始于一场误会
历经艰辛研发出的人工智能辅助评分系统，自2019年世界体操锦标赛以来，一直在体操比赛的大舞台中实际应用。明年将在英国利物浦举办的世界体操锦标赛上，在男女自由体操和男子双杠项目上进行最终测试，力争完成体操运动全部十个项目的系统研发应用。
富士通体育经济统括部部长藤原英则：克服重重困难，成功开发出这套有划时代意义的系统
辛勤的研发工作终于结出了硕果。如今该系统已在各主要体操大赛中稳定应用。不过，谁曾料想，这个研发项目其实始于一场“误会”。
当确定由东京举办奥运会及残奥会的时候，一直在探索如何将IT技术应用于体育运动的藤原，便开始积极与各类体育竞技组织的人士交流，其中一人就是现任国际体操联合会主席渡边守成。在一次对话中，渡边说了一句，“要是能用机器人打分就好了”。
“后来我才了解到，他当时是开玩笑说的。”
言者无意，听者却当了真。藤原决心研发出这样的系统。半年之后，他借在日本召开国际体操联合会大会之机，带着工程样机前去推介。
“我把真的鞍马器械带进了会场，弄得会场所在的酒店方面非常为难（笑）。”
他让鞍马选手进行表演，将收集形成的图像显示在身后的监视器上。
“就像是在演连环画戏一样。”
当时，人工智能打分功能还没有完成，只能用手动方式向大家展示示意图，“如果研发完成就能实现这样的功能”。他通过这种略带冒险的手法进行推广，如果研发不成功的话……但是，藤原没有惧怕冒险。
“多数情况下，一般是公司先掌握了某种技术，然后以此为基础研发产品。但我们却是从一开始就在尝试非常遥远的前景，我们想给大家呈现一个虽然现在技术条件还不具备，但将来一定会有的世界，然后我们再去钻研技术。我们是按照这样的顺序来思考的。如果要让我们的社会变得更加美好，应该怎么做？我们更愿意做一些规划，设计未来的社会是非常重要的。”
藤原坚信，创新就是从这种思维方式中产生出来的。
不过据说在公司内部曾有过反对意见。
“不少技术人员跟我说，那种东西是做不出来的。”
表示反对的不仅仅是技术人员。由于在公司内部无法获得各部门的支持，这个项目的策划迟迟无法通过。还有人提出，就算技术上可以实现，但项目本身是否能成立还是个问题。尽管如此，藤原仍然坚持不放弃。因为他预见到，这套系统能够发挥的作用，不会止步于体操打分上。
系统的潜力不会止步于打分
“我们这项技术除了体操项目，还能应用在其他比赛项目上。在其他领域，例如健康领域，也会有用武之地。比如在线健身讲座，因为教练不在现场，学习者无法知道自己的动作是否准确。这时，可以通过人工智能获得正确反馈，在家也能好好锻炼了。再比如，对于来医院看病的老人，我们可以通过监测他们到医院后从大门口到挂号处的行动，对他们的身体姿势、走路方式等提出建议，可谓一举两得。”
此外，还可以考虑应用于产业和文化领域。传统手艺人的技艺是有规范的身体动作的，如果能将以往靠感觉记住的动作数字化，将有助于传统技艺的学习和传承。
“我们来简单回顾一下技术的进化，是从蒸汽机开始，再到电力、电脑、物联网（Internet of Things）这么一个趋势。到电脑为止，是一个如何用科技来替代解决人类劳动的时代。但从物联网开始，从某种程度上来说人类已经正在变得多余。在这样的现代社会，我认为技术应该促进人类的幸福和健康才对。体操评分系统这项技术，是实现这一目标的第一步。”
始于“玩笑”的这一挑战，潜藏着改变人们生活方式的多种可能。
作者： 松原孝臣
本文转载自 日本网
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