8 月 3 日消息，今年的東京奧運會中首次加入了沖浪這一比賽項目。上周二美國沖浪運動員 Carissa Moore 在女子沖浪比賽中奪冠，取得了奧運史上的首枚沖浪項目的金牌。
據(jù)華爾街日報報道，Carissa Moore 的賽前訓(xùn)練中運用了多種技術(shù)幫助其教練對她的訓(xùn)練進行調(diào)整。她的奪金不僅是個人努力的結(jié)果，也是機器學(xué)習(xí)等各類新技術(shù)共同作用的結(jié)果。
美國沖浪運動官方機構(gòu) USA Surfing 正在開發(fā)基于 AI 機器學(xué)習(xí)的新系統(tǒng)，用來分析運動員及沖浪過程中各種因素的各項數(shù)據(jù)，提高其在運動中的表現(xiàn)。
另外，基于機器學(xué)習(xí)的海浪預(yù)測系統(tǒng)也在這次奧運會的沖浪比賽中發(fā)揮了重要作用。正是得益于海浪預(yù)測系統(tǒng)，奧委會才確定了沖浪比賽的時間及地點，為運動員創(chuàng)造了最好的比賽條件。
01.“現(xiàn)代技術(shù)武裝的運動員”奪得奧運沖浪首金
沖浪這項運動中長期存在著“自然主義的海浪騎手”與“現(xiàn)代技術(shù)武裝的運動員”兩種觀念。而南非沖浪運動員 Bianca Buitendag 和美國沖浪運動員 Carissa Moore 在奧運會沖浪決賽中的對決，正是這兩種觀念的直接交鋒。
Bianca Buitendag 在比賽前主要關(guān)注比賽當(dāng)天的風(fēng)浪狀況，她并不認為沖浪是一項高科技運動?！斑@主要是關(guān)于天氣的衡量?！彼f道。
而 Carissa Moore 采取了與 Bianca Buitendag 完全不同的策略，她在賽前利用人造沖浪池進行訓(xùn)練，并使用可穿戴戒指等技術(shù)來追蹤她的睡眠狀況和其他生命體征，以幫助她的教練對她的訓(xùn)練及體能恢復(fù)過程進行微調(diào)。
最終 Carissa Moore 以近 6.5 分的優(yōu)勢將對手擊敗，奪得了有史以來第一枚奧運會沖浪比賽的金牌。
▲ 巴西沖浪運動員 Bianca Buitendag（左）與美國沖浪運動員 Carissa Moore（右）
美國南加州大學(xué)沖浪歷史學(xué)家 Peter Westwick 談道，在沖浪板和運動服中使用先進的聚合物產(chǎn)品并在賽前建立復(fù)雜的天氣模型，有助于運動員駕馭像奧運會這樣的比賽。
他說：“這些技術(shù)源于軍事研究和開發(fā)，而現(xiàn)在它們是沖浪這一個價值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。”
02. 機器學(xué)習(xí)分析運動數(shù)據(jù)，讓運動員在沖浪板上更平穩(wěn)
Carissa Moore 奪金的背后與機器學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用有著莫大的關(guān)系。研究人員和沖浪教練稱，機器學(xué)習(xí)算法可能會在未來幾年進一步影響沖浪運動，幫助改進對波浪的預(yù)測，并在訓(xùn)練、傷害預(yù)防和頂級運動員的招募方面取得進展。
USA Surfing 的醫(yī)學(xué)主任 Kevyn Dean 稱他們通過機器學(xué)習(xí)算法對運動員相關(guān)的數(shù)據(jù)進行分析，以便運動員能夠在比賽中提高其運動表現(xiàn)。
例如，一項研究表明沖浪者在空中“著陸”的能力受到腳踝的靈活性和髖部的穩(wěn)定性的影響。Kevyn Dean 談道：“這是顯而易見的，問題在于你需要多大的力度來保持腳踝的靈活和髖部的穩(wěn)定？這兩個部位要進入什么樣的狀態(tài)才能保證你平穩(wěn)的降落？答案是需要數(shù)據(jù)來分析?！?/p>
2019 年時 USA Surfing 利用動作捕捉相機和力傳感器獲得了一系列生物力學(xué)數(shù)據(jù)，并用這些數(shù)據(jù)進行了實驗，量化了不同的跳躍和著陸機制。
除此之外，他們還能夠獲得關(guān)于搖擺（sway，為在沖浪板上保持平衡而進行的輕微運動）的數(shù)據(jù)，以及運動員的腿部施加到?jīng)_浪板上的力。
“每個肢體之間往往存在很多‘不平衡’，這種‘不平衡’可能是使運動員成為超人或使其受傷的關(guān)鍵因素。這是一個關(guān)鍵的突破點?！盪SA Surfing 的數(shù)據(jù)分析經(jīng)理 Tracy Axel 說。
Kevyn Dean 說：“我們一直在努力想辦法讓我們的運動員表現(xiàn)得更加出色。但是在沖浪中有太多你無法控制的變量，比如風(fēng)和潮汐。深入研究和分析有關(guān)的數(shù)據(jù)是我們下一步的計劃，我們真的很想追蹤這些數(shù)據(jù)。”
他們研究的數(shù)據(jù)類型還包括運動員的心血管輸出、睡眠模式、心率變化及某些部位受傷的頻率等，這是從其他利用數(shù)據(jù)分析來提高運動表現(xiàn)的運動（如籃球、足球、橄欖球等）中汲取到的靈感。另外他們還分析了來自全球同行的評審研究，以確定哪些生理因素會影響運動表現(xiàn)。
在工程團隊的幫助下，USA Surfing 正在開發(fā)一種機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以使用沖浪者在實際波浪中拍攝的圖像分析一些相關(guān)信息。
Kevyn Dean 提到，今年 1 月份他們開發(fā)了一個概念驗證版本，能夠識別沖浪者的基本的動作以及沖浪者在沖浪板上的優(yōu)勢。她還稱隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，人工智能可以通過篩選大量視頻并識別團隊感興趣的模式來幫助團隊進行人才招聘、傷害預(yù)防以及運動員的培訓(xùn)。
03. 海浪預(yù)測幫助奧委會決定比賽日期及場地
在沖浪比賽中，比賽結(jié)果不僅取決于運動員現(xiàn)場的發(fā)揮，也取決于比賽現(xiàn)場的風(fēng)浪情況。因此，沖浪比賽是奧運會中唯一一個沒有固定比賽日期的項目，一切都取決于比賽期間的風(fēng)浪等自然條件。
海浪預(yù)測是機器學(xué)習(xí)在沖浪方面最大的應(yīng)用之一。沖浪預(yù)測服務(wù)機構(gòu) Surfline 的研究團隊利用數(shù)十年的氣候數(shù)據(jù)預(yù)測臺風(fēng)尼伯特會助長海浪，這才幫助奧委會確定了沖浪比賽的日期，并決定將釣崎海岸沖浪場作為首屆奧運沖浪比賽的場地。
沖浪比賽的第一天，包括 Carissa Moore 在內(nèi)的幾位沖浪運動員都說海浪很小或難以駕馭。但是一周以后，運動員們都為臺風(fēng)的到來感到高興，因為臺風(fēng)為決賽創(chuàng)造出了更大的海浪。
在 Carissa Moore 和 Bianca Buitendag 的金牌對決中，海浪高度達到了 2.5 米，這為決賽提供了極好的比賽條件。
▲ 美國沖浪運動員 Carissa Moore 慶祝奪冠
據(jù) Peter Westwick 所說，海浪預(yù)測技術(shù)在用到?jīng)_浪領(lǐng)域之前就有了很悠久的歷史，在海岸工程、海岸保護和二戰(zhàn)的作戰(zhàn)計劃中都有應(yīng)用。
夏威夷大學(xué)馬諾阿太平洋島嶼海洋觀測系統(tǒng)（Manoa’s Pacific Islands Ocean Observing System）的海浪模型系統(tǒng)專家 Ning Li 說：“得益于大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用和計算能力的提高，海浪預(yù)測技術(shù)也得到了進步，這些進步讓圖像和聲音識別等其他商用的機器學(xué)習(xí)技術(shù)成為可能?！?/p>
Surfline 的預(yù)測主管 Kevin Wallis 稱，Surfline 的軟件會讀取和分析多個數(shù)據(jù)源，包括衛(wèi)星圖像、極地冰蓋、海底形狀、風(fēng)的模式和浮標測量值等。
“我們讓計算機處理我們得到的所有數(shù)字來指導(dǎo)我們做決定?！盞evin Wallis 說。
Surfline 有一個由大約 800 個攝像頭組成的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可以讓該公司的小型預(yù)報員隊伍遠程分析海浪模式。他們的預(yù)測中也利用了沖浪者的反饋，這些信息在一定程度上被用來調(diào)整模型，提高預(yù)測結(jié)果。
Kevin Wallis 舉例說道：“當(dāng)南加州同時出現(xiàn)來自南部和西北部的涌浪時，往往會產(chǎn)生比模型預(yù)測結(jié)果更大的海浪。模型與實際相比可能會有幾英尺的偏差，這在波浪質(zhì)量和可乘性（rideability）上會產(chǎn)生巨大差異，而人類的反饋會幫助 Surfline 改善這一結(jié)果。
“這項工作還在進行中?！盞evin Wallis 說。“當(dāng)你發(fā)現(xiàn)你的預(yù)測對沖浪者乘風(fēng)破浪真的很有幫助，你就會意識到這是一項了不起的工作?！?/p>
04. 結(jié)語：機器學(xué)習(xí)在體育運動中大顯身手
奧運不僅是各國體育健將比拼體能與技巧的賽場，也是各類新技術(shù)的修煉場。前有鯊魚皮泳衣助力游泳選手取勝，后有奧地利女博士靠數(shù)學(xué)計算硬核奪金。各類技術(shù)一直是奧運比賽中的常客，這次的沖浪比賽自然也不例外。
機器學(xué)習(xí)作為人工智能領(lǐng)域極重要的一環(huán)，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，體育運動也成為了其應(yīng)用領(lǐng)域之一。
這次的沖浪比賽中，USA Surfing 利用機器學(xué)習(xí)來分析運動員在沖浪中的各項數(shù)據(jù)，幫助運動員更好的提高自己在賽場上的表現(xiàn)。而 Surfline 基于機器學(xué)習(xí)實現(xiàn)的海浪預(yù)測技術(shù)，讓比賽場地和時間得以確定，給運動員創(chuàng)造了最佳的展示舞臺。
USA Surfing 的機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)尚未完全開發(fā)完成，這次比賽僅是小試牛刀，就幫助運動員收獲了首枚金牌。隨著技術(shù)的不斷完善，機器學(xué)習(xí)將在體育運動領(lǐng)域大放異彩，成為運動員不可缺少的“虛擬教練”。
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