8 月 3 日消息，今年的東京奧運(yùn)會中首次加入了沖浪這一比賽項目。上周二美國沖浪運(yùn)動員 Carissa Moore 在女子沖浪比賽中奪冠，取得了奧運(yùn)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(yùn)用了多種技術(shù)幫助其教練對她的訓(xùn)練進(jìn)行調(diào)整。她的奪金不僅是個人努力的結(jié)果，也是機(jī)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(yùn)動官方機(jī)構(gòu) USA Surfing 正在開發(fā)基于 AI 機(jī)器學(xué)習(xí)的新系統(tǒng)，用來分析運(yùn)動員及沖浪過程中各種因素的各項數(shù)據(jù)，提高其在運(yùn)動中的表現(xiàn)。
另外，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的海浪預(yù)測系統(tǒng)也在這次奧運(yùn)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(diǎn)，為運(yùn)動員創(chuàng)造了最好的比賽條件。
01.“現(xiàn)代技術(shù)武裝的運(yùn)動員”奪得奧運(yùn)沖浪首金
沖浪這項運(yùn)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(yùn)動員”兩種觀念。而南非沖浪運(yùn)動員 Bianca Buitendag 和美國沖浪運(yùn)動員 Carissa Moore 在奧運(yùn)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(rèn)為沖浪是一項高科技運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)會沖浪比賽的金牌。
▲ 巴西沖浪運(yùn)動員 Bianca Buitendag（左）與美國沖浪運(yùn)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(yùn)動服中使用先進(jìn)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(yùn)動員駕馭像奧運(yùn)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)?！?/p>
02. 機(jī)器學(xué)習(xí)分析運(yùn)動數(shù)據(jù)，讓運(yùn)動員在沖浪板上更平穩(wěn)
Carissa Moore 奪金的背后與機(jī)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(jī)器學(xué)習(xí)算法可能會在未來幾年進(jìn)一步影響沖浪運(yùn)動，幫助改進(jìn)對波浪的預(yù)測，并在訓(xùn)練、傷害預(yù)防和頂級運(yùn)動員的招募方面取得進(jìn)展。
USA Surfing 的醫(yī)學(xué)主任 Kevyn Dean 稱他們通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法對運(yùn)動員相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便運(yùn)動員能夠在比賽中提高其運(yùn)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(jìn)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。”
2019 年時 USA Surfing 利用動作捕捉相機(jī)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(jìn)行了實驗，量化了不同的跳躍和著陸機(jī)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(jìn)行的輕微運(yùn)動）的數(shù)據(jù)，以及運(yùn)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(yùn)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(diǎn)?！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(yùn)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(yùn)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(yùn)動表現(xiàn)的運(yùn)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(yùn)動表現(xiàn)。
在工程團(tuán)隊的幫助下，USA Surfing 正在開發(fā)一種機(jī)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(jìn)一步發(fā)展，人工智能可以通過篩選大量視頻并識別團(tuán)隊感興趣的模式來幫助團(tuán)隊進(jìn)行人才招聘、傷害預(yù)防以及運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jī)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(jī)構(gòu) Surfline 的研究團(tuán)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(yùn)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(yùn)動員都說海浪很小或難以駕馭。但是一周以后，運(yùn)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(dá)到了 2.5 米，這為決賽提供了極好的比賽條件。
▲ 美國沖浪運(yùn)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(hù)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(jìn)步，這些進(jìn)步讓圖像和聲音識別等其他商用的機(jī)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(biāo)測量值等。
“我們讓計算機(jī)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(yuǎn)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(jìn)行中。”Kevin Wallis 說?！爱?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(jī)器學(xué)習(xí)在體育運(yùn)動中大顯身手
奧運(yùn)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(yùn)比賽中的常客，這次的沖浪比賽自然也不例外。
機(jī)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(yùn)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(jī)器學(xué)習(xí)來分析運(yùn)動員在沖浪中的各項數(shù)據(jù)，幫助運(yùn)動員更好的提高自己在賽場上的表現(xiàn)。而 Surfline 基于機(jī)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(yùn)動員創(chuàng)造了最佳的展示舞臺。
USA Surfing 的機(jī)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(yùn)動員收獲了首枚金牌。隨著技術(shù)的不斷完善，機(jī)器學(xué)習(xí)將在體育運(yùn)動領(lǐng)域大放異彩，成為運(yùn)動員不可缺少的“虛擬教練”。
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