Sauder將這種可視化技術(shù)稱為“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)”：2012年奧運(yùn)會(huì)網(wǎng)球決賽在羅杰·費(fèi)德勒與安迪·穆雷兩人之間展開，這張圖包含了決賽中每個(gè)球的反彈和球拍擊打數(shù)據(jù)。

DAMIEN SAUNDER，美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所

撰文：Geoff McGhee
 

利用可視化技術(shù)研究體育運(yùn)動(dòng)的做法至少可以追溯到埃德沃德·邁布里奇的時(shí)代，他曾利用攝影術(shù)證明了一輛奔馳的馬車會(huì)完全離開地面。
 

　　隨著光學(xué)追蹤、生物傳感器和大數(shù)據(jù)分析的興起，新技術(shù)正在改變我們對(duì)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)?；@球比賽中，安裝在天花板上的攝像頭會(huì)追蹤每一位選手。棒球比賽中，會(huì)對(duì)每次投擲以及被擊中棒球的速度和拋物線進(jìn)行追蹤。足球比賽中，能掌握到選手的運(yùn)動(dòng)軌跡及其全場(chǎng)跑動(dòng)距離。本月即將在美國(guó)舉辦的職業(yè)網(wǎng)球巡回賽中，盡管有著IBM和SAP這樣的技術(shù)型公司作為贊助商，卻在引進(jìn)追蹤技術(shù)方面慢人一步。
 

　　不過在2006年的時(shí)候，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中引進(jìn)了名為“鷹眼”的即時(shí)回放系統(tǒng)，從而為數(shù)字化網(wǎng)球分析打開了一扇門。轉(zhuǎn)播公司能利用鷹眼的數(shù)據(jù)對(duì)比賽進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)說明，在女子網(wǎng)球巡回賽中也能為比賽選手提供現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。盡管其數(shù)據(jù)不會(huì)對(duì)公眾開放，但制圖高手和網(wǎng)球數(shù)據(jù)可視化研究者Damien Saunder并沒有因此退卻。
 

　　Saunder就職于制圖軟件公司“美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所”，是一位技巧高超的制圖師，負(fù)責(zé)世界上最大的地圖集《地球：白金版》等項(xiàng)目。他出生在澳大利亞，孩提時(shí)代曾密切關(guān)注職業(yè)網(wǎng)球比賽，但由于時(shí)差的限制只能通過新聞報(bào)紙稍加了解。多年之后，特別是在現(xiàn)場(chǎng)追蹤技術(shù)的幫助之下，制圖學(xué)和地理信息系統(tǒng)成為了追蹤職業(yè)網(wǎng)球比賽的方法之一。如今，Saunder經(jīng)營(yíng)著一家為選手和教練提供建議的咨詢公司，他正在從事一項(xiàng)引人注目的可視化網(wǎng)球分析，從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中發(fā)掘出寶貴的資料。

Damien Saunder
 

問：你是如何開始對(duì)網(wǎng)球進(jìn)行可視化分析的？
 

　　當(dāng)我從澳大利亞過來時(shí)，我在環(huán)境系統(tǒng)研究所的一項(xiàng)任務(wù)就是試圖找出我們技術(shù)的新用法，以及能夠與之合作的新行業(yè)。我喜愛網(wǎng)球等體育運(yùn)動(dòng)，所以我把關(guān)于制圖學(xué)、映射和數(shù)據(jù)可視化的原理都思考了一番，然后想，為什么不能把它應(yīng)用在網(wǎng)球上呢？觀看網(wǎng)球的時(shí)候，在我眼里那就是一項(xiàng)發(fā)生在矩陣之中的運(yùn)動(dòng)。我在空間中看到了表示位置的x/y坐標(biāo)值，以及表示高度的z坐標(biāo)值，我看到了球的軌跡，還有開放的空間。我創(chuàng)建了“GameSetMap”公司，試圖教導(dǎo)球場(chǎng)上的人們數(shù)據(jù)圖表的價(jià)值所在，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)地理信息系統(tǒng)中，并使其可視化。
 

在你腦海里是如何描繪網(wǎng)球的本質(zhì)？
 

　　這一切全都與空間有關(guān)。我想讓對(duì)手在球場(chǎng)上的站位變得不堪一擊，或是容易失手犯錯(cuò)，從而難以贏得比賽。同樣，我希望創(chuàng)造更大的發(fā)揮空間，讓對(duì)手離開場(chǎng)外，從而為我贏得比賽獲得大量機(jī)會(huì)。如果你能保持贏面并將失誤最小化，通常就更容易在比賽中獲勝。
 

你說過，許多賽后分析都不得要領(lǐng)，但你的分析能夠提供幫助，這是什么意思？
 

　　讓我們以ACE球?yàn)槔齺砑右哉f明：在網(wǎng)球比賽中，ACE球是指一方發(fā)球，球落在有效區(qū)內(nèi)，但對(duì)方?jīng)]有觸及到球而直接得分的發(fā)球。或許有選手能在整場(chǎng)比賽中打出12記ACE球，但這只是個(gè)很粗淺的數(shù)據(jù)，因?yàn)槲覀兒雎粤藘蓚€(gè)非常重要的因素。首先就是球的落點(diǎn)問題：這12記ACE球都擊打在哪里？它們是落在邊線還是底線？它們是連續(xù)落在同一個(gè)位置嗎？我們忽略了地理位置方面的因素。
 

　　其次是時(shí)間問題。這些ACE球是什么時(shí)候打出的？如果這12記ACE球中，有10記是該選手在0：15或15：0的比分下打出的，其重要性就要有所削弱。但如果該選手是在破發(fā)點(diǎn)或是局點(diǎn)的時(shí)候打出的ACE球，就更加讓人印象深刻了。所以，如果我們不知道這些ACE球的具體落點(diǎn)和時(shí)機(jī)的話，就會(huì)對(duì)“12記ACE球”這個(gè)數(shù)字的具體含義不甚了解。而這正是數(shù)據(jù)可視化和通常制圖的基本目標(biāo)。

這張三維“熱圖”顯示了網(wǎng)球在球場(chǎng)上的運(yùn)動(dòng)頻率。圖中最高、顏色最深的區(qū)域顯示了網(wǎng)球比賽中球經(jīng)過最頻繁的區(qū)域。

DAMIEN SAUNDER, GAMESETMAP

那么，這些數(shù)據(jù)從何而來呢？你在關(guān)于地理信息系統(tǒng)和網(wǎng)球分析的第一篇研究論文中表示，是通過比賽視頻手動(dòng)追蹤采集了所有這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，對(duì)嗎？

　　我在我們的地理信息系統(tǒng)軟件中覆蓋了一張球場(chǎng)的透視圖，這樣軟件的3D攝像頭就會(huì)與電視攝像頭相匹配。我建了一個(gè)數(shù)據(jù)模型來輔助數(shù)據(jù)捕捉，然后就采集到了球的每次反彈以及每個(gè)選手的每次擊球。我估計(jì)這一共花了25個(gè)小時(shí)左右。之后，我就能通過兩次擊球之間的位置來大致計(jì)算選手的運(yùn)動(dòng)。
 

　　鷹眼是一種光學(xué)追蹤系統(tǒng)，球場(chǎng)上設(shè)置了十個(gè)攝像頭，它們能基本上對(duì)網(wǎng)球進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，并模擬出其飛行軌跡。然后，它們會(huì)對(duì)場(chǎng)上的擊球選手貼上標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)捕捉，人們?cè)偈謩?dòng)追加一些其他的標(biāo)簽，例如是否是“非受迫性失誤”等。
 

　　以錦織圭的項(xiàng)目為例，包括鷹眼的數(shù)據(jù)在內(nèi)，我們獲得了關(guān)于他的數(shù)十場(chǎng)比賽數(shù)據(jù)，那可真是一次真正的突破性進(jìn)展。它使我們?nèi)缃癫槐乩速M(fèi)時(shí)間在數(shù)據(jù)捕捉上，而是可以直接進(jìn)行分析。我們有關(guān)于速度的數(shù)據(jù)，也有矢量數(shù)據(jù)，我們還有能夠計(jì)算球旋轉(zhuǎn)的模型。我們能將選手的運(yùn)動(dòng)和軌跡聯(lián)系起來，找出選手運(yùn)動(dòng)對(duì)比賽的影響。
 

對(duì)于網(wǎng)球比賽來說，這是不是就像《點(diǎn)球成金》那樣？計(jì)算機(jī)分析將會(huì)改變教練評(píng)估選手優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，以及制定比賽策略的方式？
 

　　實(shí)際上你說的這只是最基礎(chǔ)的東西。在一場(chǎng)網(wǎng)球比賽中，有太多人眼無法顧及到和記住的東西，要想僅憑人力對(duì)比賽結(jié)果作出公正的判決難度很大。可以說幾乎不可能，比分方面也是如此。除非你將比分引入游戲樹（注：Game tree，是指組合博弈理論中用來表達(dá)一個(gè)賽局中各種后續(xù)可能性的樹，也叫博弈樹、賽局樹）中，才能對(duì)此作出一些假設(shè)和分析，但在你看到可視化數(shù)據(jù)之前絕不會(huì)真正有全面的了解。
 

　　這種真正的挑戰(zhàn)正是我熱愛網(wǎng)球數(shù)據(jù)可視化的原因所在，我們（制圖師）的任務(wù)就是將現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜地理環(huán)境簡(jiǎn)化成人們能夠理解的圖表形式。同樣，這就是我們正在試圖用這些數(shù)據(jù)去做的事。

————利用網(wǎng)球可視化技術(shù)看比賽————

2012年倫敦奧運(yùn)會(huì)網(wǎng)球決賽：所有的擊打和反彈
Damien Saunder，美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所

　　Sauder將這種可視化技術(shù)稱為“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)”：2012年奧運(yùn)會(huì)網(wǎng)球決賽在羅杰·費(fèi)德勒與安迪·穆雷兩人之間展開，這張圖包含了決賽中每個(gè)球的反彈和球拍擊打數(shù)據(jù)。

缺乏官方數(shù)據(jù)，只好手工采集數(shù)據(jù)
Damien Saunder，美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所
 

　　Saunder在沒有光學(xué)追蹤系統(tǒng)幫助的條件下采集了奧運(yùn)會(huì)的網(wǎng)球比賽數(shù)據(jù)；他通過視頻記錄手工采集了相關(guān)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并將之輸入到3D地理信息系統(tǒng)軟件“ArcScene”中。他表示，這花了他25個(gè)小時(shí)的時(shí)間。

可視化發(fā)球局
Damien Saunder，美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所
 

　　“在網(wǎng)球中，發(fā)球是你唯一能完全自己作主的事情，”Saunder說道。他利用數(shù)字化的數(shù)據(jù)，將費(fèi)德勒和穆雷在2012年奧運(yùn)會(huì)網(wǎng)球決賽中的發(fā)球標(biāo)記出來。他的興趣在于衡量發(fā)球模式的可預(yù)測(cè)性。在高手之間的網(wǎng)球比賽中，如果選手能夠提前預(yù)測(cè)出其落點(diǎn)所在，甚至有可能接住對(duì)手一記非常出色的發(fā)球。上圖中，彩色的群集代表著擁有相似特性的發(fā)球（包括但不僅限于落點(diǎn)）。要想看明白這張可視化圖片，你得知道兩位選手都是站在球場(chǎng)底線發(fā)的球。Saunder表示，他原本可以通過將所有數(shù)據(jù)放到同一側(cè)的方式來使之更加易懂，但那樣的話讀者就無法得知不同選手在不同側(cè)的發(fā)球表現(xiàn)。至于出現(xiàn)這種情況的原因，他尚不清楚。

發(fā)球的價(jià)值難以預(yù)測(cè)，但它有時(shí)候真的很重要
Damien Saunder，美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所

　　Saunder認(rèn)為，安迪·穆雷之所以能在這場(chǎng)決賽中擊敗羅杰·費(fèi)德勒，是因?yàn)樗朴谠陉P(guān)鍵時(shí)刻打出漂亮的發(fā)球。費(fèi)德勒的發(fā)球雖然更加難以預(yù)測(cè)，但大部分都發(fā)揮在了比賽中不甚重要的時(shí)刻。上圖中，每位選手的發(fā)球通過顏色加以區(qū)分（紅色代表費(fèi)德勒，藍(lán)色代表穆雷），這些發(fā)球?qū)Ρ荣惤Y(jié)果的重要性通過大小加以區(qū)分，而它們是否為選手贏得發(fā)球局則是通過鉤形符號(hào)加以區(qū)分。同樣是在這座球場(chǎng)上，費(fèi)德勒曾于幾個(gè)月前的溫網(wǎng)決賽中擊敗了穆雷，如今穆雷在沸騰的觀眾面前摘走了金牌。

可視化網(wǎng)球比分：“游戲樹”
Damien Saunder, GAMESETMAP

　　Saunder表示，他小時(shí)候生活在澳大利亞，由于大部分比賽都發(fā)生在當(dāng)?shù)貢r(shí)間深夜，所以無法得知它們的具體比分狀況，這曾經(jīng)讓他很失望。上圖中繪制出了拉斐爾·納達(dá)爾在2013賽季的出色戰(zhàn)報(bào)。Saunder使用決策樹這種統(tǒng)計(jì)學(xué)工具，繪制出了納達(dá)爾在每場(chǎng)比賽中的每局比分。它體現(xiàn)出了比賽是如何從0：0走向最終勝利（右下）的具體過程，我們可以發(fā)現(xiàn)，納達(dá)爾一旦在比賽前期取得領(lǐng)先，就能迅速解決對(duì)手。上圖展現(xiàn)的是納達(dá)爾直落三盤擊敗斯坦·瓦林卡的比賽，納達(dá)爾在這次比賽中所有發(fā)球全部得分。

游戲樹：納達(dá)爾面對(duì)的艱難比賽
Damien Saunder, GameSetMap

　　這張圖中，納達(dá)爾在美網(wǎng)公開賽與諾瓦克·喬科維奇展開對(duì)決，這場(chǎng)比賽要更加緊張激烈。喬科維奇最終在2013賽季排名第二，僅排在納達(dá)爾之后。

游戲樹：罕見的直落出局
Damien Saunder, GameSetMap

　　在2013年世界巡回賽總決賽中，納達(dá)爾以3-6和4-6的比分被喬科維奇擊敗出局，這是他當(dāng)年職業(yè)生涯中的最后一個(gè)主要賽事。

游戲樹：整體而言出色的2013賽季
Damien Saunder, GameSetMap

　　這張圖顯示了納達(dá)爾在2013年全年所有的發(fā)球得分。

可視化選手運(yùn)動(dòng)軌跡
Damien Saunder, GameSetMap
 

　　這張圖是Saunder對(duì)費(fèi)德勒和穆雷在2012年奧運(yùn)會(huì)網(wǎng)球決賽中運(yùn)動(dòng)軌跡的趣味小發(fā)現(xiàn)。它顯示出了雙方運(yùn)動(dòng)軌跡隨著比賽進(jìn)程而發(fā)生的變化，紅色代表費(fèi)德勒，綠色代表穆雷。垂直高度代表了比賽中的比分，所以它看上去似乎一直在“增長(zhǎng)”。Saunder覺得紅線和綠線的樣子看上去就像是一棵圣誕樹，因此把它用在了一張節(jié)日賀卡上。