東奧場外的台灣科技力:AI教練系統助郭婞淳奪金,智慧舉重訓練鏡即時分析人體骨架、修正動作

東奧場外的台灣科技力:AI教練系統助郭婞淳奪金,智慧舉重訓練鏡即時分析人體骨架、修正動作
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擔任郭婞淳教練的林敬能接受《中央社》採訪時表示,現場觀察跟AI系統即時影像分析,如同肉眼跟顯微鏡的差別。數據支持原有推論,幫助團隊吃下定心丸,選手也能更安心去舉下一把。

(中央社)東京奧運賽事即將閉幕,透過轉播,螢幕後的觀眾為選手歡呼慶祝,但多數人不知道的是,競技場上除了紮實、令人激動的技術較量外,背後隱藏的更是一場無聲的科技戰,數據就像幫教練打開「第三隻眼睛」,精準掌握對手狀態。

舉重好手郭婞淳在東京奧運奪下台灣首面金牌。郭婞淳在東京完成動作當下,其實遠在台灣的運動科學團隊也能運用AI教練系統分析轉播畫面,接近無時差在65秒內完成高速運算,自動化建立出人體棒狀圖,回饋郭婞淳的身體角度、槓鈴速度等資料,並立即回傳給現場教練參考。

事實上,這個AI教練系統早已默默進行多年,協助教練做戰術調整,過去郭婞淳參與國際大賽時,在中國寧波舉行的2019年亞洲舉重錦標賽、在泰國舉行的2019年世界舉重錦標賽都曾派上用場。

實力或蠻力舉起?AI宛如「鷹眼」讓對手無所遁形

科技部「精準舉重」計畫共同主持人、台北市立大學運動器材科技所教授何維華接受《中央社》採訪時解釋,完成舉重動作有提鈴期與發力期2階段,提鈴期力求平穩,發力期則要瞬間產生很高的加速度,透過系統中的槓鈴軌跡追蹤功能,觀察槓鈴高度跟加速度2個參數的變化。「選手到底是憑實力還是蠻力,數據一清二楚」。

團隊透露,由於大會只有轉播特定角度畫面,為了能讓AI教練系統拍到側面影像,即時把分析結果提供教練參考,運科團隊還提前「場勘」尋找合適位置,以秘密拍攝北韓選手崔孝辛的舉重畫面。即時分析發現,崔孝辛舉重過程高度跟加速度參數非常驚人,加上下降到跟郭婞淳同一量級,原本認為是郭婞淳在東京奧運最大勁敵。

台灣團隊做足功課準備應戰,結果因為疫情關係,北韓沒有報名參加比賽。

擔任郭婞淳教練的林敬能接受《中央社》採訪時表示,現場觀察跟AI系統即時影像分析,如同肉眼跟顯微鏡的差別。數據支持原有推論,幫助團隊吃下定心丸,選手也能更安心去舉下一把。

不過,選手舉完一把的休息時間只有不到2分鐘,教練更得在30秒內決定下一把的舉重重量,AI教練系統必須在短短2分鐘內產出分析,不然如果1個小時才分析完回饋給教練,比賽也已經結束。

至於科技如何幫助調整戰術,林敬能舉例,如果今天現場觀察有對手表現怪怪的,透過AI教練即時的數據分析,可以知道對手可能有哪塊傷勢、動作應該發揮不出來,也許在自家選手能力範圍內,「下一把可以開出高一點的重量嚇嚇對方」。在壓力更大下,對手要能表現得跟平常一樣,難度也會大大提高。

林敬能直言,經驗累積固然重要,但是運科團隊是讓選手、教練在比賽中更有所依靠,「人有依靠時就會無懼,愈能把平時訓練成果發揮出來」。

此外,舉重比賽時的抓舉與挺舉分別都有3次試舉機會。林敬能表示,團隊也會運用數據分析,蒐集各國選手每次試舉重量,掌握重量間距、選手習慣等,不僅有助於掌握敵情,也能在重量選擇上更精準。

智慧舉重訓練鏡 運用鏡像理論牢記每個動作

不過,運動競賽的科技戰並不只限於比賽現場,平時訓練過程中也能透過設備與系統幫助選手進步。

例如,舉重是非常講求身體肌肉的平衡的運動,林敬能會督促舉重選手每天要在鏡子前反覆練習,背後用意其實是運用「鏡像理論」,讓選手一邊訓練、一邊用眼睛檢查自己身體每個關節的動作,目的就是把動作烙印在身體記憶中,並加深神經細胞的連結。

團隊也開發出智慧舉重訓練鏡,兼具鏡子與數位顯示器功能,運用已經成熟的開放人體骨架辨識技術,即時分析人體骨架,選手手肘、膝蓋關節角度一目了然,提供教練更精確的指導。

林敬能指出,情蒐不分項目,各國都是卯足精力互相情蒐、盼望破解對手技術,台灣頂尖選手像是郭婞淳自然也是被重點情蒐對象。他認為,台灣具備科技島優勢,未來如果更長期投入技術資源在競技體育,相信可以期待更亮眼的表現。

多人摔槓「比打雷還大聲」,市北教大、中科院研發減震防護地墊

(中央社)台北市立大學跟中科院攜手合作,把防彈衣材料應用在地墊上,研發出舉重高減震防護地墊,有效減少槓鈴反彈次數與噪音持續時間。不過,這片看似薄薄5公分的地墊,背後竟有長達2年的研發歷程。

科技部「精準舉重」計畫共同主持人、台北市立大學運動器材科技所教授何維華接受《中央社》採訪時表示,地墊需求其實是團隊在訓練現場觀察而來,長時間待在訓練場地就會發現,整間訓練室如果很多人一起摔槓,「真的比打雷還大聲」。

參與地墊研發的台北市立大學運動器材科技研究所副教授鍾寶弘接受《中央社》採訪時表示,有些教練因為長期身處這個環境,聽力也有些微受損,講話會特別轉過來或是提高音量。此外,聽力受損可能影響身體平衡功能,選手舉重表現也可能受影響。

鍾寶弘指出,平常的舉重地墊如果有槓鈴掉落,槓鈴會再跳動幾下、直到能量逐漸耗損吸收,但是過去也曾發生槓鈴不規則反彈,造成選手受傷。

歷經四代開發,減少首次反彈高度30%、縮短槓鈴反彈次數

鍾寶弘表示,當時在挑選地墊材料上其實沒有花費很多時間,因為過去剛好曾跟中科院合作。中科院希望能把具備軍民通用特性的材料做技術轉移,他就曾用過剪切增稠液體(Shear Thickening Fluid, STF)這種高科技材料,應用在棒球、冰上曲棍球的護具,實際防護效果也很好。

STF材料最早用在防彈衣,概念上是讓分子結構受到高速撞擊後,分子迅速聚合變得更堅硬,讓子彈打不過去,後來也應用於砲彈中包覆引信的材料,目的是希望砲彈不要一接觸到目標物就爆炸,而是打到更深層才爆裂,增加殺傷力。


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【影音】整理數十萬張空拍影像,就像一場馬拉松:看見・齊柏林基金會「數位典藏」計畫

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「透過影像為環境發聲」是齊柏林畢生在做的事,也是看見・齊柏林基金會要接力做下去的事。打造一座把台灣存起來的影像資料庫,讓齊柏林留下的影像資產得以傳承世代,「數位典藏」計畫需要你我一同支持響應。

2017年,《看見台灣》的導演齊柏林匆匆離開這個世界,留下無數珍貴空拍影像資產;這些跨越1990年代到2017年、長達25年台灣自然與人文地景變遷的真實紀錄,不只保留了台灣之美,更在學術研究、環保倡議和環境教育上有著無可取代的價值。然而,龐大的影像素材需要經過「數位典藏」才能被有效應用,因此「看見・齊柏林基金會」成立的初衷,就是為了承接數位典藏的使命,讓齊導畢生的心血,能夠世代傳承,發揮永續的影響力。經過兩年的摸索,基金會最終研擬出最合適的數位典藏計畫,不只將齊導作品數位化、分類歸檔,更要建置線上影像資料庫,並將繼續記錄台灣的使命傳承下去。

根據看見・齊柏林基金會統計,齊柏林導演在空中拍攝超過2500小時所累積的影像,約為10萬張空拍底片、50萬張數位照片,上千小時的空拍影片;要為如此龐大的影像資料建檔與整理,勢必耗費許多金錢、時間與人力。不過,只要能集結眾人之力,這一場數位典藏人員及專業志工接力的馬拉松,將會是美麗而撼動人心的一段旅程。

「數位典藏」做什麼?

數位典藏(digital archive),意思是將有保存價值的實體或非實體資料,透過數位化(諸如攝影、掃描、影音拍攝、全文輸入等)與加上屬性資料等詮釋資料(Metadata),建立數位檔案的形式,作為永久保管儲存。

而看見・齊柏林基金會的數位典藏計畫可分為三大工作線,分別為:

  • 傳統底片組:挑選底片→掃描成數位檔案→建立屬性資料→歸檔
  • 數位照片組:挑選照片→建立屬性資料→歸檔
  • 空拍影片組:挑選影片→建立屬性資料→歸檔

除了要將齊導留下來的影像作品數位化歸檔,數位典藏計畫還包括改版建置「iTaiwan8影像資料庫」,也就是建設完整的線上影像資料庫系統,讓齊導作品更便於靈活運用,也能讓更多世人看見。

飛行2500小時累積的空拍影像,怎麼整理?

  • 整理底片/數位掃描

數位典藏組專員詹宇雯的工作,是負責整理傳統底片。即便存放在防潮櫃中,傳統底片仍面臨逐漸老化褪色的壓力,需要與時間賽跑進行數位化保存;然而大多未經篩選的10萬張底片,有些因為直升機震動導致些微的畫面模糊,也有因飛行路線連續較重複的地景構圖,而詹宇雯的其中一項任務,就是拿著放大鏡一一檢視精挑,並標註定位和勘誤照片資訊。

「整理底片最常發生的問題就是人工出錯,因為以前留下的資料可能是齊導或其他志工整理出來、用手寫的,貼紙可能貼錯或資料寫錯。」詹宇雯說起某次經驗,當時有一張台北車站的照片被貼了很多年份,為了找出正確年份,她試圖辨識照片裡招牌跑馬燈上的氣溫、股市市值等資料,交叉比對推斷出正確年份。雖然偶有這種偵探辦案一樣的趣事,但大多數時候是耗費專注度與眼力的過程。

完成底片挑選的階段,接著進到底片掃描數位化。然而,這步驟並不容易,除了整體的影像品質控制與檔案管理,齊柏林導演留下的底片最遠距今至少11年,老化褪色的底片容易出現色彩偏誤,須進行色彩還原,再修掉畫面上的髒點、存成解析度高的數位影像才算完成。

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Photo Credit:TNL Brand Studio
整理傳統底片的過程,必須拿著放大鏡一一檢視精挑,標註定位和勘誤照片資訊。
  • 建立屬性資料

所謂「建立屬性資料」,其實就是為影像添增各種描述紀錄的資訊,有了這些資訊,龐大的影像資料才能被有效率的搜尋、管理。數位典藏組副組長陳宣穎表示,以齊導拍攝的影像為例,包含:拍攝主題、地點及詮釋地景的關鍵字都屬於此範疇;而其中投入最多時間的便是「定位」和「建立關鍵字」這兩項任務。

「定位」指的是找出拍攝主體所在地點和座標,有時可透過既有的飛行軌跡紀錄來推測,但更多時候是在沒有軌跡紀錄的狀態下,憑藉地理知識及照片上的蛛絲馬跡判讀位置。如果影像拍攝年代久遠,或是地景變化很大,就需要運用更多歷史圖資或佐證資料去搜索、推論。

「我們要一張一張照片判讀,建立屬性資料。像是早期的傳統相機沒有定位功能,常常看到照片中只有一大片山稜線,此時我們就要仔細比對地圖、衛星影像,想辦法查找,盡可能貼近正確。」陳宣穎說。

「建立關鍵字」看起來似乎相對輕鬆,然而事實上,光是決定有哪些關鍵字可以使用,就是一門功夫。第一步必須辨認影像中的景物,例如一塊農田種植的是什麼作物,就必須蒐集其他資料輔助判斷;其次,由於空拍照片尺度不一,在畫面中佔比多大的景物需要設立關鍵字,也需要經過討論訂定規則;最後,還必須從使用者的角度思考,依據一般人的搜尋習慣設立關鍵字。

因此,在建立屬性資料的過程中,看見・齊柏林基金會也特別諮詢多位專家,共同研究規劃出適合台灣空中影像的關鍵字建置邏輯,並以此基礎進行分門別類、校正檢核,確保影像被妥善歸納及運用。

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建立屬性資料時需要大量對比地圖,並依照訂定好的規則建立屬性資料,使歸納邏輯一致。
  • 影音資料典藏

相較於照片整理,動態影片的典藏工程更為多元複雜。首先,要針對近千小時空拍影片進行盤點,接著進行特殊格式轉檔與備份,再逐步建立邏輯編碼、標示檔案管理方式,以推動後續屬性資料建立。

「影片整理最大的兩個挑戰,其一是影片內容橫跨的範圍很大,導演可能是台中起飛、屏東降落,因此要去判斷每個影片節點的地景定位;其二是飛機上升的垂直範圍很大、晃動又劇烈,有時候會遇到『果凍效應1』致使內容失真。」影音製作組專員鄭宇程說明,由於各時期的影片拍帶檔案格式、影像內容品質、影片時長都不同,大大增加了管理建檔難度。

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影音資料的典藏,需要讀取大量的檔案,逐格檢視、分段建立屬性資料、調色等。

加入數位典藏的馬拉松,傳承接棒台灣之美

從一步步定義操作流程、統一色彩管理語言、購置影像處理設備等,到培訓志工與實習生、讓人力支援一步到位、避免巨量資料的協作過程中出現錯誤,都是數位典藏計畫的範疇。多元內容創意部副總監王俐文表示,「數位典藏」四個字說來簡單,但過程繁複龐雜,需要所有人一致的專注、耐心、細心、以及熱忱。

「iTaiwan8影像資料庫」作為看見・齊柏林基金會數位典藏計畫的目標之一,改版上線只是第一步,接下來除了完成龐大影像資料的典藏,更大的挑戰是要繼續記錄台灣,讓影像不會只停留在2017年。

「透過影像為環境發聲」是齊導畢生在做的事,也是基金會要接力做下去的事。而數位典藏計畫,就是齊導生命的延續,也是基金會動力的源頭。要打造一座把台灣存起來的影像資料庫並不容易,看見・齊柏林基金會亟需各界的支持,共同建置屬於台灣最美的影像資料庫。讓我們一起守護齊柏林留下的影像資產,讓土地脈動的珍貴影像得以傳承世代,發揮更多價值。

捐款支持看見・齊柏林基金會,透過影像為環境發聲


註1:果凍效應(rolling shutter)是數位相機CMOS感光元件的一種效應,當使用電子快門來拍攝高速移動的物件時,原本垂直的物件拍攝出的畫面卻為傾斜甚至變形。(資料來源:維基百科)


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