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研究进展丨鹰眼系统对乒乓球比赛的影响

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(吴飞,北京大学体育教研部副主任。2021年11月25日凌晨,在2021国际乒联代表大会上,国际乒联裁判员裁判长委员会进行了换届工作,吴飞当选正式委员,成为中国乒协在本届委员会的唯一代表;同样是在这个大会上,中国乒协主席刘国梁当选国际乒联执行副主席。)

2006年,鹰眼系统正式被应用于网球大满贯赛事中。此后,该系统广泛应用于斯诺克、击剑、羽毛球等赛事中。在乒乓球项目中,鹰眼(Table Tennis Review,TTR)系统简称TTR系统。TTR系统已正式应用于2019年国际乒联职业巡回赛总决赛,并且东京奥运会将采用TTR系统辅助裁判员执裁。

TTR系统的纳入必将对乒乓球比赛产生强烈的冲击,尤其是在运动员发球合法性的判罚方面。国家乒乓球队历来对运动员合法发球高度重视。在备战2012年、2016年奥运会期间,国家乒乓球队科研小组曾针对主力队员发球合法性与潜在风险进行过分析和诊断。目前,我国运动员、教练员、裁判员对此系统了解不足,这将对国家乒乓球队备战东京奥运会带来巨大的困难。因此,本文通过对TTR系统的工作原理、应用范围、与裁判员判罚方式的对比、对乒乓球比赛的影响以及应对策略等方面进行系统阐述,以期为中国乒乓球队备战东京奥运会应对TTR系统方面提供参考和借鉴。

TTR系统自动对球台上的球进行跟踪与分析,在击球的过程中,主界面实时对运动情况进行基础记录与显示。对发球数量和各段得分数据统计,实时显示基础数据,包括击球的球速、转速、旋转方向、过网高度与落点位置。

系统将训练或比赛数据以发抢、接抢与相持阶段分段统计,详细记录运动员的发球、回球以及各个阶段中的落点位置,变线数量与得分、失分的情况。再结合基础数据计算出击球质量,向观众提供从开始到结束的全部数据,也可按要求过滤数据,找出得分或失分的原因,加强进攻时板与板的衔接,提高进攻手段。

国际乒联在2019年世界巡回赛总决赛中使用的鹰眼系统由15个摄像头组成,其中11个摄像头有画面,4个摄像头为自动分析仪。由于所有摄像头是分布式排列,解决了摄像头可能出现的遮挡问题。鹰眼的控制系统由两部分组成:一部分由摄像头拍下球体运动轨迹,系统算法合成出三维动画,在电视机画面中展示出动画结果;系统的另一部分是由能全程回放的高速摄像头组成,人工控制画面来计算球的各项参数,包括抛球的高度、抛球的角度等。

现阶段,TTR系统能够为乒乓球比赛临场裁判判罚和观众欣赏比赛提供的技术支持。在裁判判罚方面,乒乓球鹰眼系统提供了12个方面的技术支持。其中擦边、擦网2个项目涉及比赛事实的判定,其他10个项目涉及运动员发球的合法性方面。擦边是TTR系统算法自动计算,裁判员只需要再次认定事实,主观看法无法直接影响比赛事实。

图1展示了裁判员使用TTR系统的流程。TTR系统在乒乓球比赛中使用时,需要临场裁判和后台的鹰眼回放监控裁判配合完成。因为TTR技术人员不是乒乓球竞赛专业技术官员,对于乒乓球的规则、规程只是一般了解,在甄别发球合法性(包括抛球高度、角度、是否台下抛球、是否遮挡等)时,需要乒乓球高级技术官员——乒乓球国际级蓝牌裁判确定。

现阶段,乒乓球运动员利用鹰眼系统挑战裁判员判罚的规则可以归纳为:(1)运动员如果希望进行鹰眼挑战(TTR),必须在裁判员判罚运动员失分后,由运动员在下一回合开始之前尽快提出;(2)每名(对)运动员每场比赛最多有 2 次挑战机会,若运动员挑战成功,则挑战剩余次数仍为2次;若运动员首次挑战不成功,则扣除 1 次挑战次数,裁判员宣告“挑战失败,剩余挑战次数为1次”。若运动员再次挑战不成功,则扣除2次挑战次数,裁判员宣告“挑战失败,剩余挑战次数为0次”。(3)运动员只能针对具体的判罚原因提出挑战TTR,例如,发球高度不够、是否无遮挡发球、发球不够垂直,击出的球是否擦边等。

在2019年12月首次正式采用TTR系统的世界乒乓球巡回赛总决赛中,共有6次挑战TTR系统的案例。其中2次成功,4次失败。2次成功挑战关于球是否“擦边”和发球抛球高度;3次挑战失败,分别关于抛球高度、发球遮挡和球是否“擦边”。

乒乓球竞赛规则中有关球台表面的规定为:“球台的上层表面叫做比赛台面”,因此如果球触及球台的上表面为擦边,判罚为“IN”,运动员得分;如果球触及球台的侧面为“SIDE”,判罚为“OUT”,运动员失分。裁判员通常会通过球的运行轨迹来判断球是否“擦边”,认为如果球触及球台的上表面,球会出现向上反弹的弧线;如果触及球台的侧面,则不会有向上的飞行弧线。由于乒乓球旋转复杂,并不是所有的反弹轨迹都遵循这种规律,且乒乓球速度快、旋转强,裁判员有时由于观察角度的问题,对擦上边和擦侧边会有一定的误判,引起争议。

TTR系统通过多角度摄像机跟踪球的三维运行轨迹,并虚拟现实动画,在赛场大屏幕上可准确、清晰、客观地还原乒乓球与球台边缘接触的部位,不受裁判员主观影响,不会产生运动员、观众的争议。

关于“擦网”的判罚,如果发球时球触及球网装置,将会改变运行轨迹。由于球速快,有时裁判员会漏判“擦网”重发。当运动员挑战TTR,赛场大屏幕上会播放模拟线路的动画,清晰地对于是否“擦网”这一事实进行直观的展示判定。

在此前的国内外大赛中,裁判员在判定抛球高度是否“不少于16 cm”时通常是以球网的高度作为参照物。球网高15.25 cm,坐在球台侧面中间位置的裁判员在运动员抛球后,迅速对比运动员抛球高度和球网高度,进行快速判断。如果抛球高度让裁判员感到怀疑,第一裁判员将进行警告;第二次无论是否为同一个违例原因,将会直接判接发球方得1分。引入TTR系统后,系统能够自动计算运动员抛球高度,由于采用了量化的方法,因此,判罚更为清晰、公正。

国际乒联的规则规定运动员抛球“近乎垂直”,由主副裁主观判定。但关于角度的判罚,国际级裁判遵循国际乒联制定的“技术官员手册”中相关内容。

图2是国际乒联最新裁判员判罚发球的主要依据。图2左中,A、D的抛球斜度必须判罚;B、C的斜度在容忍值之内。图2右中,A的弧度必须判罚;B虽然与A为同一个起点(发球开始点)和终点(拍击球点),但B抛的路线高,所以B为合法发球。即,在TTR系统引入乒乓球比赛之前,裁判员对发球斜抛的判定主要是看抛球的方向,但抛球高度也是裁判员进行判罚的主要参考依据。这期间的判罚主要依据国际乒联的技术官员培训和裁判员的个人经验。由于没有量化标准,因此判罚尺度会产生不同,因此争议时有发生。

引入TTR系统后,系统能够计算运动员抛球高度,判罚依据清晰。但在之前的裁判员执法中,无法确定斜抛的角度。裁判员判斜抛,在一定程度上还要参照抛球高度。但在首次运用TTR系统的国际比赛中,国际乒联明确给出抛球角度的规定,要求抛球的路线°,如果TTR的测量角度为31°,则判发球斜抛。这与以前的判罚方式也有很大的区别,TTR的判罚尺度更加严格。

乒乓球竞赛规则中关于发球遮挡的判定标准为:“球一旦被抛起,发球员的不执拍及其手臂应立即从球和球网之间的空间移开。球和球网之间的空间由球和球网及其向上的延伸来界定;运动员发球时,有责任让裁判员或副裁判员或对方运动员看清他(她)是否按照合法发球的规定发球”。

由于为了发出更快、更转的发球,运动员通常会全身协调发力。在转头、蹬地转腰、非持拍手协同发力、身体躯干前屈等动作时,抛出的球在下落过程,此时,如果发球员转体稍慢,就会造成发球“遮挡”的嫌疑。以往比赛中裁判员对发球“遮挡”的判罚常常会引起争议。如,2012年伦敦奥运会女单决赛中裁判员对丁宁发球“遮挡”的判罚,就引起了很大的争议。

TTR系统中有4个高速摄像机专门用于判断发球是否遮挡。如图3所示,4个高速摄像机摆放位置为球台两条边线延长线与挡板的交叉点处,放在挡板外面,机头高度约为1 m,略高于球网,拍摄频率在150~160 Hz,摄像机分别聚焦于对面的运动员进行定焦拍摄。

TTR判断发球是否遮挡的方法:国际乒联派一名TTR裁判,通过观看接发球方背后的2台摄像机(因为与接发球员的视线角度相近)所拍摄的发球视频常速、慢速回放的画面进行人工判断。当发现在整个发球过程中,有一台摄像机中看不到球,即判为发球遮挡。需要特别指出的是,只要在全过程中看到球,即使是球体的一部分,即可判发球未遮挡。按照此办法,在2019年总决赛中马龙2次被判头部遮挡违例,而在以往的比赛中是从未出现的。因此,要引起国家乒乓球队足够的重视。

引入TTR系统后,发球是否遮挡的判罚比之前完全依靠临场裁判员的判定要严格很多,同时更为直观与客观。这是因为TTR的判罚角度是由摄像机位置C点和D点所决定的。如图4所示,按识别发球动作难易程度的位置排序分别为:裁判员A点、接发球员B点、TTR摄像机机位C点、D点。

依照发球规则,严格判断发球是否遮挡应是从接发球员B点的视角来看。但是在实际判罚中无法做到。裁判员判断时是从A点的视角进行判断,裁判员要比接发球员更易看清发球,裁判员往往只能假想自己从接发球员B点的视角,故会有很大的误差。而鹰眼系统是通过摄像机角度模拟接发球员视角进行判断,鹰眼系统中在接发球员身后的两台摄像机C、D中,会有一台和接发球员的视角相近,要比裁判员从A点判断发球员是否遮挡更为接近接发球方B点的视角,但同时也要更为苛刻和严格。

乒乓球项目球体较小、速度快、旋转强、变化快,运动员的各项技战术运用复杂多变,给观众观赏带来了一定的难度。TTR系统在球速、球的旋转、高度、落点和运动员反应时间等方面,均能快速给出量化指标。运动员提出挑战TTR意味着对裁判判罚有质疑,观众对该回合最终结果的猜测和等待聚焦在赛场大屏幕展示上,提升了观赛群体参与程度。高水平竞技比赛结果的不确定性是影响观众参与该项目的重要因素,也是世界各项目组织追求的目标。TTR系统在工作时,场馆的大屏幕及时回放经过精密计算的各项指标,并对有争议的判罚做出最终的裁定,在很大程度上增加了乒乓球比赛的观赏性。

发球技术是乒乓球比赛中唯一一项完全由运动员个人掌控的技术,发球质量直接影响了本回合的场上局势,对运动员意义重大。由于TTR的判罚比人工判罚要严格,尤其是对遮挡和斜抛发球的认定上,在一定程度上影响了运动员的发球习惯和发球质量。在2019年世界巡回赛总决赛正式使用TTR系统比赛中显示的运动员发球技术中,有近50%的运动员发球违例(比赛录像未公开)。如前所述,TTR拍摄无遮挡发球的位置是最苛刻的位置。即使裁判员和接发球员能看到发球员的整个发球过程,但是TTR仍有可能显示该发球不合法。合法发球规则的目的是不让发球方不当获利,如遮挡击球时的拍型,过于制造假象迷惑对手等。但TTR系统在此方面的使用尺度,有超过规则要求的嫌疑;在斜抛的判罚方面,TTR系统的算法标准,并没有明确的规则指向。规则强调要“近乎垂直”,但没有给出量化标准。裁判员此前会结合抛球高度来判罚,但TTR系统只是机械地算出角度。即同样的角度,但抛球高度不同,在TTR中是不能被识别的。综上所述,如果完全遵守TTR系统的要求,运动员发球质量将会受到一定影响,对擅长发球的运动员可能影响更大。

TTR系统的引入在一定程度上,减轻了裁判员判罚发球的心理压力。裁判员在场上执法将会更加果断、坚决,也对运动员的合法发球带了更高的要求。未引入TTR系统前,可能担心引起更多的争执和不满,实际比赛中裁判员对很多其感到怀疑的发球并未判罚。在世界比赛中,裁判长会轮值安排TTR裁判员,临场裁判均有机会做TTR裁判员。在显示器放大运动员的发球细节监视器前,裁判员能够掌握很多运动员的发球问题,如果裁判员较多熟悉TTR后,判罚将更加精准、果断。因此运动员的发球技术还是要向更加“清白”的方向发展。

TTR系统给运动员带来了更多的权利,尤其在“擦边”“擦网”这种客观的比赛事实方面,TTR显得更加公平、公正。2012年伦敦奥运会乒乓球女子单打决赛丁宁对李晓霞的比赛中,丁宁的发球被意大利籍主裁判直接失3分,导致丁宁的发球轮无法实施,基本也宣告了比赛结果。如果在此场女单决赛中有TTR系统,也许当年的奥运会女单冠军会有不一样的结果。但这些案例的发生,也促进了TTR系统的研制和投入使用。

TTR系统的引入,将会改变运动员正常比赛节奏。乒乓球比赛对比赛间歇有严格的规定。比如,每6分和决胜局交换场地,运动员可以短暂擦汗。在瞬息万变的高水平国际赛事中,短暂擦汗的规则已成为运动员在赛场上调整比赛节奏的战术。TTR的引入,将有可能同时成为运动员中断比赛的一种战术,拖延比赛时间,缓解场上局面,也使比赛的连续性受到一定影响。

由于TTR系统的研发人员在中国,在2019年男子世界杯、2019年世界巡回赛总决赛中,TTR系统存储了我国主要对手的发球、接发球等技术的重要信息。中国乒乓球队的科研团队可根据此数据库,分析主要对手的发球特点,包括发球类型、高度、落点、速度、旋转,以及发球变化与场上比分的关系等。甚至可以预测出关键比分时,主要对手的发球、接发球、进攻方式的变化趋势。

在东京奥运会的备战中,TTR系统也可以用来加强运动员的心理训练。在队内训练比赛实战中,既可以辅助裁判员在关键时刻的判罚,也可以帮助运动员学会应对关键场次时如何应对鹰眼挑战,如对鹰眼中断比赛节奏的调整,鹰眼挑战失败后的心理调节等。

TTR系统的使用有明确的流程。临场裁判员判罚后,运动员有异议提出挑战TTR。临场裁判需要与幕后的TTR裁判进行实时联系,由TTR裁判对操作TTR系统的工程师提供的数据进行专业判断,实质上是由TTR裁判员判定挑战是否成功,最终由临场裁判在现场宣告挑战结果。这个过程的时间长短取决于两个裁判的语言沟通效率和TTR系统工程师切换比赛视频和计算数据的速度。奥运会的26个裁判来自于不同的国家,大部分母语不是英语,TTR系统的视频和计算均依赖于计算机系统。这些均为不确定的因素。因此运动员在模拟训练中,对不同场景下要有不同的应对准备,需要进行专门的培训。

如果TTR系统对发球判罚不做出尺度上的调整,那么反手发球可能是比较安全的发球方式。中国队较少使用反手发球,在严格执行正手发球时,也可以练习反手发球技战术。在比赛中适当运用反手发球做以备选,给对手制造意外。一旦在被重罚的比赛中,启用反手发球。一方面为自己心态调整争取时间,同时为再次回到主要发球套路上做好准备。

减少低抛发球在比赛中的运用比例。目前TTR系统对抛球角度有比较刻板的计算,不够严谨。在已有的挑战TTR案例中,只有对发球的一个标准进行挑战,如果足够严谨,是要进行多维度计算。

TTR系统对“擦边”和“擦网”的判罚更加精准、公正;对发球的判罚更为苛刻、严格;系统的引入提升了观赛群体参与程度,提高了项目的观赏性;系统的引入有可能成为运动员中断比赛的一种战术,拖延比赛时间,也使比赛的连续性受到一定影响;系统的使用对乒乓球运动员的合法发球提出了更高的要求,运动员的发球在高度、角度、是否遮挡方面将会有更严格的判罚。

应积极采用TTR系统备战东京奥运会,研究重点对手技战术特点,根据TTR系统的工作原理,进一步提高我国乒乓球运动员发球的规范性和合法性,规避判罚风险。可通过增加发球的备选方案,减少低抛发球的使用比例等方式以应对TTR系统带来的不利影响。

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