當(dāng)滑雪這項(xiàng)世界最古老的運(yùn)動(dòng)遇上AI

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文/ 離離

來(lái)源/智能相對(duì)論（aixdlun）

“旋轉(zhuǎn)，跳躍，我閉著眼……”

不對(duì)，錯(cuò)了。

助滑、起跳、空中翻轉(zhuǎn)、落地，是自由式滑雪技術(shù)動(dòng)作的四個(gè)組成部份。運(yùn)動(dòng)員須以每小時(shí)55到68公里的速度下滑，借助高度為三、四米左右的跳臺(tái)，在15米高的空中進(jìn)行翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)體等動(dòng)作，最終在37度的雪坡上平穩(wěn)滑出。裁判依照空中動(dòng)作與落地動(dòng)作的完成度、優(yōu)美度和難度系數(shù)采取扣分制評(píng)分。這是現(xiàn)行自由式滑雪運(yùn)動(dòng)比賽的流程。

隨著2022年北京冬季奧運(yùn)會(huì)越來(lái)越近，中國(guó)滑雪運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)蓬勃的發(fā)展態(tài)勢(shì)。統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，自1996到2018年，中國(guó)滑雪人次從1萬(wàn)增至1800萬(wàn)，預(yù)計(jì)到2022年中國(guó)冰雪旅游收入將超過(guò)6700億元。而國(guó)內(nèi)近來(lái)火熱的人工智能技術(shù)，也開(kāi)始賦能于滑雪這項(xiàng)歷史悠久的體育活動(dòng)，幫助自由式滑雪運(yùn)動(dòng)建立較為客觀(guān)的評(píng)分系統(tǒng)。

相對(duì)于人類(lèi)裁判的雙眼，人工智能可通過(guò)圖像識(shí)別及大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和測(cè)量，將目標(biāo)的滑雪動(dòng)作與數(shù)據(jù)庫(kù)中的技巧做出分析、比對(duì)和評(píng)判。而提供這個(gè)系統(tǒng)的，是此前以作詞作曲寫(xiě)詩(shī)聞名的微軟小冰。

上周，小冰宣布與國(guó)家體育總局冬運(yùn)中心達(dá)成合作，為冬奧會(huì)提供自由式滑雪空中技巧視覺(jué)評(píng)分系統(tǒng)。 據(jù)悉，這是人工智能在全球競(jìng)技類(lèi)體育領(lǐng)域的首個(gè)落地成果。

像滑雪、滑冰、體操、芭蕾等依靠動(dòng)作難度與“美感”來(lái)評(píng)分的運(yùn)動(dòng)，或多或少都會(huì)帶有一定的主觀(guān)色彩。而人工智能系統(tǒng)可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，能使用完全客觀(guān)一致的標(biāo)準(zhǔn)，將技術(shù)動(dòng)作量化，為參賽選手評(píng)分。此外，小冰還能配合國(guó)家體育總局冬運(yùn)中心自由式滑雪隊(duì)的科學(xué)訓(xùn)練需求，針對(duì)自由式滑雪空中技巧項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，獨(dú)創(chuàng)滑雪運(yùn)動(dòng)分析模型，幫助運(yùn)動(dòng)員提升訓(xùn)練效率。

此為近年來(lái)人工智能技術(shù)在滑雪領(lǐng)域的新嘗試，在此之前，AI技術(shù)在滑雪運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用多偏重于滑雪穿戴裝備的科技化和滑雪機(jī)器人的研發(fā)。

特效眼鏡、教練鞋墊……還有什么不可以

若是你在滑雪場(chǎng)看到一個(gè)戴著紫色眼鏡自言自語(yǔ)的人，請(qǐng)不要懷疑他有精神問(wèn)題，他只是在和眼鏡說(shuō)話(huà)罷了。

2015年，以色列創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)推出了一款帶有視頻聊天功能的RideOn滑雪護(hù)目鏡和頭盔， 讓人們?cè)诨┑臅r(shí)候也能和親友實(shí)時(shí)分享。這款售價(jià)為599美元（約等于3800元人民幣）的滑雪護(hù)目鏡除了防刮、防水、除霧等基本功能，還配備了高像素的攝影機(jī)。第一視角的拍攝效果堪比Go Pro運(yùn)動(dòng)相機(jī)，可直接將錄制的影片通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到手機(jī)上，為許多愛(ài)好攝影的運(yùn)動(dòng)博主和Youtuber帶來(lái)便利。

除此之外，RideOn護(hù)目鏡內(nèi)置的AR設(shè)備能讓佩戴者擁有現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)的體驗(yàn)。其采用了Clear-Vu顯示技術(shù)，清晰度可達(dá)到谷歌眼鏡的3倍。利用人機(jī)交互技術(shù)，RideOn滑雪鏡還會(huì)根據(jù)用戶(hù)的視野顯示一個(gè)類(lèi)似微軟Hololens的虛擬浮動(dòng)界面，用戶(hù)無(wú)需借用任何外部設(shè)備，通過(guò)眼神即可完成各種操作。如通過(guò)視線(xiàn)移動(dòng)完成選擇，然后眨一下眼睛，發(fā)送信息或語(yǔ)音，甚至扔一個(gè)虛擬雪球。

RideOn還設(shè)有虛擬障礙滑雪賽道的游戲特效，讓用戶(hù)穿過(guò)數(shù)個(gè)虛擬六角形障礙并依此獲得分?jǐn)?shù)，與朋友們一較高下，為滑雪訓(xùn)練增添了趣味性。此外，Ride On還配備了GPS導(dǎo)航功能，不僅能幫助使用者定位及判別方向，還能與其他使用者共享位置；并隨時(shí)提供天氣、風(fēng)向、高度等實(shí)時(shí)訊息，幫助使用者選擇更好的滑行路線(xiàn)。實(shí)用的功能和滿(mǎn)點(diǎn)的娛樂(lè)性讓RideOn一推出便廣受歡迎。

同樣的，如果你在滑雪場(chǎng)看到有人突然獨(dú)自站住不動(dòng)，怎么叫他都沒(méi)反應(yīng)，也不必覺(jué)得奇怪。或許，他只是在專(zhuān)注聆聽(tīng)鞋墊的指導(dǎo)。

“智能相對(duì)論”查詢(xún)到，Carv-滑雪智能鞋墊 被稱(chēng)為“踩在腳底的私人滑雪教練”，可以在用戶(hù)滑雪過(guò)程中收集雙腳壓力、運(yùn)動(dòng)加速度和路徑數(shù)據(jù)，以此監(jiān)測(cè)使用者每次滑行的身體重心位置和平衡程度變化。鞋墊中的電池通信模塊可以對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和分析，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙與手機(jī)APP連接，并藉由耳機(jī)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行語(yǔ)音指導(dǎo)，或者通過(guò)顯示屏反饋給用戶(hù)。

這位誕生于英國(guó)倫敦大學(xué)帝國(guó)理工學(xué)院的“教練”由一個(gè)厚度只有1毫米左右的超薄鞋墊和一個(gè)電池通信模塊組成。鞋墊上分布著追蹤器、48個(gè)壓力傳感器和1個(gè)9軸3D運(yùn)動(dòng)加速度傳感器，可以監(jiān)控滑行姿勢(shì)、滑行路徑、轉(zhuǎn)彎弧度、起跳落地角度等各項(xiàng)滑雪參數(shù)，并配有各種相應(yīng)尺碼。

此款鞋墊還能針對(duì)不同滑雪者的水平和不同的滑雪項(xiàng)目，提供量身定制的參考數(shù)據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)，并分析數(shù)據(jù)的走向及使用者與職業(yè)滑雪運(yùn)動(dòng)員之間的差異，從而改善并提高滑雪技術(shù)。

對(duì)于普通滑雪，Carv會(huì)直接對(duì)動(dòng)作質(zhì)量做出評(píng)價(jià)，并通過(guò)聲音告訴滑雪者，幫助用戶(hù)改進(jìn)滑雪姿勢(shì)。對(duì)于自由式滑雪，Carv可以分析滯空時(shí)間、轉(zhuǎn)體角度等信息。對(duì)于職業(yè)運(yùn)動(dòng)員和教練，Carv記錄的數(shù)據(jù)和教練端APP可以幫助他們完整記錄、分析整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程。Carv還可以計(jì)算用戶(hù)的滑雪成績(jī)，讓業(yè)余的滑雪愛(ài)好者與朋友分享、比較運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，且售價(jià)僅為199英鎊(折合人民幣1741元)，似乎比聘請(qǐng)人類(lèi)滑雪教練的費(fèi)用便宜許多。

AI除了加持護(hù)目鏡、鞋墊等滑雪必備用品，也為膝蓋不好的人們提供了參與滑雪運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)。

致力于開(kāi)發(fā)人類(lèi)增強(qiáng)型外骨骼的Roam Robotics公司研發(fā)了一款能減輕滑雪者身體負(fù)擔(dān)的外骨骼裝備機(jī)器人Roma。 其結(jié)合車(chē)載傳感器和智能軟件，能預(yù)測(cè)使用者的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，并自動(dòng)調(diào)整膝蓋和四軸支撐。幫助使用者自然運(yùn)動(dòng)，保證使用者的人身安全。

外骨骼裝備最早運(yùn)用于軍事領(lǐng)域，為了提高單個(gè)士兵作戰(zhàn)能力而研發(fā)，后來(lái)擴(kuò)展至醫(yī)學(xué)及工業(yè)用途。運(yùn)作原理是根據(jù)人的肢體活動(dòng)來(lái)感應(yīng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)械關(guān)節(jié)執(zhí)行動(dòng)作，能幫助穿戴者跑得更快、跳得更高、負(fù)重能力更強(qiáng)，并為穿戴者提供保護(hù)。

滑雪時(shí)膝蓋往往承擔(dān)較多壓力，Roma利用傳感器來(lái)探測(cè)滑雪者的動(dòng)作，再利用氣囊和織物來(lái)自動(dòng)調(diào)整膝蓋部位的扭矩。在下坡的時(shí)候，Roma還提供一種平衡的輔助設(shè)備。當(dāng)遇到難度較大的轉(zhuǎn)彎，或想在斜坡上停留時(shí)，這個(gè)裝置都能幫忙減少肌肉的壓力。如果你已經(jīng)確定自己下一步要做什么動(dòng)作，還可以手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

算法說(shuō):你學(xué)會(huì)了!制動(dòng)器:哈哈哈哈哈

和相對(duì)成熟的滑雪設(shè)備智能化技術(shù)相比，滑雪機(jī)器人的落地還需要不少時(shí)間。

兩年前，韓國(guó)平昌冬奧會(huì)上舉辦了一場(chǎng)“Edge of Robot滑雪機(jī)器人比賽”，由韓國(guó)科技公司、研究機(jī)構(gòu)及高等院校所研發(fā)的八名參賽機(jī)器人共同對(duì)戰(zhàn)。這些萌萌的小機(jī)器身高介于75至160cm不等，具有類(lèi)似人體的外形，手拿雪杖、腳踏滑雪板，看起來(lái)有點(diǎn)專(zhuān)業(yè)。不知是為了保溫還是賣(mài)萌，研究團(tuán)隊(duì)還為它們穿上了滑雪服。

這些機(jī)器人均搭載了雷達(dá)與視覺(jué)傳感器，借助攝像機(jī)內(nèi)置的AI視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)判定自身與障礙物間的距離，通過(guò)對(duì)這些訊息的處理與獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng)，來(lái)操縱“腿部”制動(dòng)器進(jìn)行障礙物與目的地鎖定，以及滑行路線(xiàn)、速度的轉(zhuǎn)換。

對(duì)于人類(lèi)而言，屈膝、轉(zhuǎn)彎和重心移動(dòng)皆是熟能生巧的本能反應(yīng)，但對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，模仿人類(lèi)滑雪動(dòng)作并自動(dòng)繪制路徑，是一項(xiàng)極其繁復(fù)且困難的工程。

首先遇到的瓶頸是姿態(tài)模仿 ，機(jī)器人需要模仿人類(lèi)滑雪運(yùn)動(dòng)員在雪道上滑行和轉(zhuǎn)向時(shí)的姿態(tài)，同時(shí)能夠?qū)ψ藨B(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制和調(diào)整。對(duì)現(xiàn)有的AI視覺(jué)分析和大數(shù)據(jù)技術(shù)而言，姿態(tài)動(dòng)作的解析與重心、受力的計(jì)算并非難事，但做出來(lái)可就不是那么一回事了。

這次比賽的雙板滑雪項(xiàng)目，由于人體姿態(tài)和雙足受力是左右對(duì)稱(chēng)且平均的，人體正面對(duì)著前進(jìn)方向，較有利于機(jī)器人的分析模仿。但單板滑雪中，人體側(cè)向面對(duì)前進(jìn)方向，且在轉(zhuǎn)彎的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生前刃和后刃的不對(duì)稱(chēng)反弓，讓機(jī)器人更加難以理解和模仿。

其次是平衡問(wèn)題 。相對(duì)于人類(lèi)通過(guò)感知和敏銳的神經(jīng)達(dá)到身體平衡，機(jī)器人只能通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在脫離摩擦力且有坡度的雪地上，機(jī)器人要保持重力、重心位置、支撐力和摩擦力的平衡；轉(zhuǎn)彎時(shí)還要隨著反作用力和離心力的變化隨時(shí)調(diào)整姿勢(shì)保持重心位置。嗯，真是非?？简?yàn)機(jī)器人(工程師)的實(shí)時(shí)計(jì)算能力與制動(dòng)能力呢。

啊!我太難了!

第三個(gè)難題是路線(xiàn)判斷 。滑雪機(jī)器人基于視覺(jué)傳感器獲取場(chǎng)景訊息，依靠AI視覺(jué)識(shí)別和視覺(jué)學(xué)習(xí)功能，在滑行過(guò)程中，完成對(duì)雪道方向、坡度及障礙物的位置識(shí)別，從而實(shí)時(shí)測(cè)算出滑行線(xiàn)路，再藉由驅(qū)動(dòng)器控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)。但雪地低摩擦環(huán)境所帶來(lái)的坡度、阻力、摩擦力等變數(shù)讓機(jī)器人無(wú)法像在平常的土地上那樣精確控制前進(jìn)速度，算法精準(zhǔn)度尚有待提高。而冰天雪地的低氣溫也讓一些參賽選手的導(dǎo)航系統(tǒng)失去了作用，讓它們無(wú)視障礙物，喜感地直沖終點(diǎn)。

雙足滑雪機(jī)器人的制作，涉及冰雪生物動(dòng)力學(xué)、雙足機(jī)器人設(shè)計(jì)、環(huán)境感知、姿態(tài)控制、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)計(jì)算等多個(gè)學(xué)科綜合。與雙足步行機(jī)器人相比，滑雪機(jī)器人行進(jìn)速度快、雪地環(huán)境復(fù)雜，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、環(huán)境感知以及自主決策提出更高的要求。總體而言，滑雪機(jī)器人在比賽中的表現(xiàn)好壞參半，但這場(chǎng)比賽揭示了韓國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。

相較之下，中國(guó)對(duì)雙足滑雪機(jī)器人的研究進(jìn)度較慢，而為了推進(jìn)中國(guó)冰雪體育與體育科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展，北京延慶滑雪場(chǎng)也將舉行滑雪機(jī)器人的障礙滑雪賽--首屆中國(guó)國(guó)際機(jī)器人競(jìng)技大賽-冰雪全明星賽。但除了娛樂(lè)，滑雪機(jī)器人的實(shí)際作用與商業(yè)價(jià)值似乎還需要我們發(fā)散一下想象力。

除了速度比拼，滑雪者動(dòng)作的熟練度與姿態(tài)之美 也是滑雪比賽的一大看點(diǎn)。自由式滑雪視覺(jué)評(píng)分系統(tǒng)雖具有“客觀(guān)公正”的優(yōu)點(diǎn)，但并未達(dá)到可獨(dú)立做出裁決的水平。

由于人工智能掌握的技巧動(dòng)作是基于人類(lèi)現(xiàn)有的姿態(tài)，通過(guò)大量自我學(xué)習(xí)而獲得。在現(xiàn)有的運(yùn)算規(guī)則下，當(dāng)參賽者做出尚未出現(xiàn)過(guò)的新動(dòng)作，AI評(píng)分系統(tǒng)可能會(huì)無(wú)所適從。 若是完全依靠人工智能判決，無(wú)法理解“美感”為何物的AI裁判可能會(huì)讓這些技巧動(dòng)作類(lèi)運(yùn)動(dòng)失去美感與創(chuàng)造力。再者，裁判的判決評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)本身也是競(jìng)技體育的魅力之一，少了人工判決的偶然性與懸念，或許會(huì)讓比賽不再那么吸引人。

而比起較為小眾的滑雪機(jī)器人和To B的小冰視覺(jué)評(píng)分系統(tǒng)，智能滑雪設(shè)備的引進(jìn)與研發(fā)或許才能真正讓國(guó)內(nèi)日益龐大的滑雪運(yùn)動(dòng)群體享受到人工智能技術(shù)為滑雪運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的價(jià)值。

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