Реклама 18+

Технология обмана: IceScope (made in Japan)

Добрый вечер, сегодня состоится давно назревший разговор, поскольку ажиотаж вокруг новых технологий в спорте в 2020-х будет только усиливаться, и уже слышны голоса, которые перекладывают всю ответственность с человеческого мозга на алгоритмы, которые по определению лишены предвзятости и судят «не взирая на лица». 

Однако из внимания часто ускользает то, что в цепочке передачи данных от бесстрастного алгоритма на экран всегда будет сидеть маленькая японская обезьянка, которая получает зарплату за нужные цифирки в итоговой табличке.

Большинство из нас были в свое время школьниками (а некоторые ими до сих пор являются), и помнят, как это обычно происходит, когда результат подгоняется под нужный ответ

Но это идеальная ситуация, когда алгоритм уже составлен, и его работа проверена и отлажена

Является ли технология IceScope таким продуктом?  Давайте разбираться.

 

Катализатором вдохновения для создания данного материала послужил пост всеми глубоко уважаемого юзера (думаю, тут возражений не будет) sergio1515@yandex.ru, который является автором в Добром ФК и интересуется корейским фигурным катанием. 

 

 

 Так работает «технология» IceScope.  

Для того, чтобы понять, что происходит с телом фигуриста в прыжке, нам поможет кинематика. Отличную статью про движение тела под углом к горизонту можно прочитать здесь

В чем суть:

 

Траектория движения брошенного под углом к горизонту тела (не важно – был ли это мяч в бейсболе, стрела из лука, копьё, тело фигуриста, прыгающая кенгуру или девочка, которая скачет на школьном дворе в «классики») является параболой, для этой фигуры характерны следующие характеристики: она имеет острый угол на пересечении с горизонтом (потому что лучи параболы – это простые дуги с односторонней кривизной (а не линии)), с максимальной кривизной в наивысшей точке полета и минимальной в точках отталкивания и приземления. 

Тогда как объяснить эту траекторию движения японской фигуристки, которую выдает на экран японская технология IceScope? 

Обратите внимание на то, что линия на приземлении от технологии IceScope не является параболой, она плавно уходит в некую модифицированную синусоиду. Это противоречит законам физики. 

Ньютон огорчен. 

 

Также обращаем внимание, что на данном скриншоте за базовую точку (в приземлении) на линии траектории взято то место, где линия лезвия правого конька соприкасается со льдом. То есть программа Ice Scope использует нижнюю точку коньков (во всех стадиях) для своих расчетов? Было бы неплохо. 

Но тогда вдвойне не понятно следующее: 

Посмотрите на анализ полета одной и той же фигуристки. На полете четко видно, что базовая точка оторвана от лезвия конька: она скорее в зоне подъема ботинка девочки, а на приземлении она в нижней точке конька.

Но между подъемом ботинка и лезвием от 5 до 7 сантиметров (в зависимости от длины каблука)! 

Разве не нужно было в обоих случаях следовать одной избранной стратегии – например считать по нижней части конька? 

Естественно, что если нижнюю точку считать по лезвию конька, а верхнюю – по подъему ноги,  то высота прыжка может отличаться от реальной на 7 см (и более, учитывая угол наклона стопы). 

 

Я, наверное, раздражаю слишком подробными объяснениями очевидных фактов. Но, как сказала одна из моих любимых видеоблоггеров: пусть я буду медленно говорящей дурой у комментаторов, но зато каждому (с любыми умственными характеристиками) будет понятно, что я имела в виду.  

Программа, которая в одном случае делает критерием положение нижней точки коньков для определения траектории, а в другом случае подъем ботинка с нижней стороны – по меньшей мере попахивает маленькой японской обезьянкой видеомонтером, который сидит и методично тыкает на планшете в точечки, чтобы изобразить похожесть на реальное положение вещей. Весьма неправдоподобно. 

Как выглядит реальная траектория движения конька в прыжке  

Если мы выбираем в качестве критерия нижнюю точку лезвия конька, нам нужно отдавать себе отчет, что фигуристы прыгают не всегда с той же ноги, на которую они потом приземляются. 

Реальные движения нижней точки коньков (всего тела) будет выглядеть примерно так: 

Лутц Кавабаты. В полете она два раза меняет нижнюю ногу, поэтому на траектории перемещения смена ноги должна отражаться некими «скачками» нижней точки лезвия конька.  

На раскадровке от IceScope же мы видим абсолютно плавную линию, нарисованную по необъяснимым критериям оценки.  

Почему это важно? Не зная реальной траектории ног мы не можем определить наивысшую точку прыжка: где тело фигуриста в наивысшей точке?, а вместе с этим мы не можем измерить высоту прыжка с точностью, превышающей размер коньков, а это в районе 42 сантиметров у женщин и 45 у мужчин (под углом будет в полтора раза меньше понятное дело, но суть я думаю ясна – это не годится для критерия оценки).  

И наконец, я не имею права оценивать высоту прыжка по видеосъемке, поскольку как только моя камера направлена хотя бы немного выше линии ног фигуриста, у меня тут же появляется искажение длины отрезков, поскольку я вижу не саму высоту, а ее проекцию на свой угол зрения. Например, если один и тот же прыжок снимают снизу и сверху, результаты будут сильно отличаться, на несколько сантиметров.

По мнению Фудзи ТВ Кавабата прыгает тройной лутц пролетнее, чем Боян Цзинь прыгает тройной аксель.

Лутц Кавабаты, конечно, хороший с технической точки зрения, но края все же как мне кажется нужно видеть.  Ждем (с нетерпением) четверной лутц от Кавабаты (с такими-то данными, уух, сам японский бог велел), надеюсь, что она его докрутит не только в симуляции от Фудзи ТВ? 

Почему нельзя измерять высоту прыжка по верхней границе головы 

Вот по этой причине: 

 

Однако у измерения по ногам тоже есть свои недостатки: некоторые выполняют прыжки, согнувшись в три погибели, как буква Z (Константинова, некоторые начинающие фигуристы), а некоторые  - абсолютно прямо, как свечки (примеры в порядке хронологии: Плющенко, Ханю, Боян, Чен, Трусова).

Характеристики высоты по этому критерию будут подыгрывать первой категории, потому что они смогли подогнуть под себя ноги выше (а голову опустить значительно ниже). 

Почему в принципе нельзя измерять длину прыжка по видео/видеораскадровке 

Раскадровка курильщика выглядит вот так. 

 

 

Обратите внимание на явный фотошоп репортеров/зрителей на заднем плане.

Те, кто создавал данную картинку, искусственно увеличили пролет Мао/Сотниковой/Ю На по сравнению с их реальными прыжками (не имею ничего против Мао и Ю На, просто я загуглила «раскадровка прыжка» и это первые картинки, которые мне попались.) 

Чаще всего в последнее время такой фейк попадается с Шомито маленьким японским чукчей  в роли модели, а здесь вот девочкам не повезло. 

О чем я: 

Обычно, когда снимают на льду некие элементы, и ставится задача составить панораму из кадров к снятому видео (кто когда-либо делал панорамы, тот знает о чем я говорю): возникает проблема искажения сцены. Иногда искажение сцены достигает неузнаваемости реальности. 

Как пример, съемка гул мапс, которыми хоть раз в жизни все пользовались:  Есть четыре стороны света, и есть камера, едущая по определенной траектории и делающая одновременные снимки четырех сторон с каждой точки. 

Нам нужно сделать круговой обзор места.  (более сложный метод съемки – шестикадровый горизонт) 

На этой схеме разобрано, что происходит при съемке с четырех сторон. Максимальные искажения будут по краям кадра (вследствие линзовой съемки, так называемые искажения по периметру кадра), и есть определенные алгоритмы, которые это искажения могут минимизировать (то есть дорисовывать реальность цифровым методом). 

Видео, снимаемое для фигурного катания, имеет разрешение от 25 до 60 кадров секунду. 

То есть 1 кадр равен от 1/25 до 1/60 доли секунды. 

При скорости 20 метров в секунду мы пролетаем от 0,33 метра до 0,8 метра за один кадр. 

Что свидетельствует о том, что съемка даже в 60 кадров в секунду недостаточна для вынесения вердикта по известным скорости и углу наклона/направлению с точностью до 0,5 метров. Чтобы знать расстояние до 1 см при такой скорости нам нужна частота 2000 кадров в секунду. 

Съемка 2000 кадров в секунду 

А Фудзи ТВ предоставляет расчеты с точностью до 0,01 метра по всем линейным характеристикам прыжка. 

Всем, кто позиционирует свои расчеты высоты/длины элементов в фигурном катании с точностью до 0,01 см по данным с видеосъемки обычных телевизионных каналов с частотой до 2000 кадров в секунду (а других просто нет в природе) можете смело плевать в лицо. 

Тем более становится непонятно, зачем Фудзи ТВ выводит скорость (и угловую скорость) в свои таблицы. 

Например у Полины Цурской фаза медленного вращения отличается от фазы быстрого вращения в 2,5 раза по угловой скорости. Какую угловую скорость (вернее, скорость на каком этапе прыжка) при этом будут использовать в таблице Фудзи ТВ?  Одному Фудзи ТВ известно. 

Рассмотрим, как обычно определяют пролет на прыжке, используя стандартное видео с высокой частотой кадров. 

Допустим, у нас есть раскадровка на фоне трибуны, возьмем наш первый фейк: 

Лед везде одинаковый, поэтому для сведения кадров нужна некая неподвижная деталь на дальнем фоне, буква на бортике или зритель.

Чем дальше от камеры находится неподвижная деталь, тем лучше. Допустим что это некий зритель в желтой шапочке. Поскольку наша камера снимает перемещаясь под властью своего оператора, то одному богу известно, по какой траектории она едет:

Как прекрасно видно из этого рисунка, автономные перемещения оператора крана вносят действенные искажения в представление о длине прыжка, поскольку мы судим о двух объектах только исходя из их относительного положения друг по отношению к другу.

И даже редукции за перемещение камеры, использующиеся в виде совмещения неподвижных объектов на отдалении, не исправляют эту ошибку. 

Давайте посмотрим, что будет происходить при неподвижной камере:

как видно, здесь все еще хуже, искажений еще больше, а смысла нет совершенно. 

Разумеется, это не подразумевает то, что съемки с подвижного крана обладают преимуществом по отношению к неподвижной стационарной камере, можно крутануть краном таким образом, что искажения превысят по ошибкам стационарную съемку в несколько раз. 

Единственный вывод здесь заключается в том, что пользуясь средствами видеосъемки с трансляций НЕВОЗМОЖНО определить расстояние между двумя объектами, теоретически можно только между двумя неподвижными объектами (зная точное (до миллиметра) расстояние до каждого объекта, точный угол (до секундной доли градуса) между направлениями на каждый из них, но этого никто по видеосъемке не сможет определить, потому что для этих целей пришлось бы снимать тахеометром с функцией встроенного нивелира (геодезическим приборы, предназначенные для точного измерения углов, расстояний и превышений с помощью лазера и просветленной оптики от Карла Цейса)).

 

 

Вот так выглядит тахеометр с функцией дальномера (профессиональный геодезический прибор). Он меряет расстояния и углы между объектами с потрясающей точностью. Сомневаюсь, что камеры Фудзи ТВ оснащены чем-либо подобным. В любом случае коньки фигуристов не оснащены отражателями сигнала, и могут быть использованы только как оптический визир - наиболее ненадежный.

 

 

А это – промышленный лазерный нивелир. Определяет расстояния по вертикали очень точно (бесконтактным способом, но с использованием отражательной рейки (либо визирной рейки в старых моделях)). 

Стены вашего дома наверняка построены с использованием похожих инструментов, или их более старых аналогов (впрочем, не менее точных).  Секрет успеха думаю в том, что при разработке этих устройств ни одной японской обезьянки не было задействовано. 

 

Вот так выглядел бы ваш дом, если бы вы доверили расчет на его строительство данным от специалистов Фудзи ТВ 

А что можно знать с необходимой точностью по имеющейся видеосъемке? 

Приближенное время в полете на прыжке, которое не может быть использовано для расчетов длины. 

У нас есть съемка с частотой 60 кадров в секунду, с помощью которой мы можем иметь представление (с точностью до 1/60 доли секунды) о том, когда совершен отрыв на прыжке и когда совершено приземление с него. По этим данным мы можем определить время в полете, что в эквиваленте расстояния будет соответствовать точности приблизительно 0,66 метров при скорости 20 метров в секунду (20/60*2)(ошибка на заходе 0,33 метра + ошибка на приземлении 0,33 метра дает нам максимальную погрешность 0,66 метра).  Соответственно, время в прыжке вы можете знать с точностью до 1/30 доли секунды при частоте 60 кадров в секунду. 

А как измерить высоту прыжка точно, до сантиметра? 

Не нужно изобретать велосипед, который уже давно придуман.Пойти за помощью к специалистам и опыту, накопленному человечеством за десятилетия. 

Как измеряют расстояния в точных дисциплинах -физике, математике, астрономии, геодезии? 

Во-первых, есть прямые контактные способы, которые наименее затратны:  нужно когда фигурист висит в воздухе, надо быстренько подбежать к нему с рулеткой и померить высоту прыжка и все такое прочее. 

Во-вторых: нельзя измерять расстояние с высокой точностью без отражающей поверхности – об этом вам скажет любой физик-любитель. 

На коньках должен быть закреплен излучатель сигнала, или отражатель сигнала, а на поверхности, до которой мы измеряем расстояние – наоборот. 

Например, если закрепить на коньке отражатель лазерного луча, а на льду излучатель – то отраженный сигнал сможет нам дать точное (до 1 миллиметра) понятие о максимальной высоте прыжка. 

Вместо лазерного излучения можно использовать ультразвук или например видимый свет – эти излучения дают разную степень точности в зависимости от длины волны. 

А как измерить длину полета точно (до сантиметра) в фигурном катании?  

Вычислением - невозможно. Даже если у нас будет 2000 кадровая съемка, и мы будем точно знать время в полете, все равно: скорость вращения и смещения – практически не моделируемые и не измеримые величины, они все время меняются, каждую долю секунды. 

Можно посчитать среднюю скорость перемещения из точки А в точку Б (имея расстояние и время), но невозможно измерить скорость перемещения фигуриста без огромных искажений (даже самыми высокоточными приборами). (Привет Фудзи ТВ). 

Самый простой способ измерить длину прыжка: можно измерить любое расстояние, если сделать «умный» лёд. Что я имею в виду?

 

 

Технологию «умный лед» я придумала очень давно. Она могла бы помочь не только с определением расстояния в полете на прыжках, но и с проблемой докрученности прыжков и отрывах на них. 

Суть технологии такова:  под верхним слоем воды лежит чувствительный слой, который реагирует на давление, как графический планшет реагирует на нажатие пера. 

В этом случае, когда конек в воздухе, на нем нет реакции, когда конек соприкасается со льдом – появляется след и выводится на экран в сантиметрах и градусах, как в фотошопе. 

По-моему, это идеальное решение, довольно дорогое, но я считаю, что например на чемпионатах мира и Олимпиадах на такое решение можно раскошелиться. 

Вариант 2: встроенная под лёд камера. 

Этот способ навеяли комментарии. Под льдом делается прозрачный резервуар, в котором, как рейсшина ездит отвесно снимающая камера и фиксирует все действия фигуриста снизу на уровне кромки льда.

Вот такие предложения от Мага, я буду очень рад, если кто-то в комментариях выскажет какие-нибудь свои соображения по технологическим решениям данной проблемы, или может быть обоснованно покритикует (если сам в теме). 

Матаны, технари, добро пожаловать. Давайте поговорим. 

Мы же хотим сделать фигурное катание точной наукой? Хотим. Просто сделаем наш любимый вид спорта чуточку адекватнее. 

С глубоким уважением ко всем энтузиастам и с топором к обманщикам, Маг.

Извините за длиннопсто. 

(Не подставляйте свои ушки под лапшу ♥)

Этот пост опубликован в блоге на Трибуне Sports.ru. Присоединяйтесь к крупнейшему сообществу спортивных болельщиков!
Другие посты блога
Злобное ФК
+169
Популярные комментарии
AllaS
+55
Такие работы тянут на какую-то научную степень или по крайнем мере на диплом в спортивном ВУЗЕ?!Как инженер в другой области и мало разбираясь в ФК боюсь, что-то написать лишние!Автору желаю в изысканиях придти к нужному знаменателю ,явно у Вас творческий и неординарный подход , с математическим подходом к фигурнокатательным элементам!Успехов!Спасибо!Интересно!
Инга Минутка
+30
Уффф....как же я завидую умным людям! Респект Вам!
Действительно, вкусовщина и сила ФФК нескольких стран делают этот вид спорта крайне не объективным, а фигурное катание , прежде всего - СПОРТ, и хотелось бы, чтобы он был честным и справедливым.
Vasily Ivanov
+20
Все эти методы,приборы и прочие достижения технической мысли ничего не стоят . Пока не будет решен вопрос с оценками за компоненты и по собственно самим компонентам . Примеров когда , фигуристок с хорошим / плохим исполнением технических элементов тасовали компонентными оценками сколь угодно вверх/вниз в турнирной таблице предостаточно.
Gast
+17
Чем больше читаю на Спортсе в последнее время, тем чаще вспоминается любимый Pink Floyd, особенно здесь 1:35-2:00. www.youtube.com/watch

Итак, техника прыжка от Мишина, хореография от Авербуха, организация процесса от Тутберидзе? При этом обязательно установить, для точности и справедливости оценки, разряды не столько по возрасту, сколько по росту, ибо условный Шома и условный Самарин находятся действительно не в равных условиях. У девушек можно разделить также по объему груди, ибо условная Турсынбаева и условная Гедеванишвили тоже не в равных условиях. Для ещё большей справедливости лучше кататься под одну, заранее для всех выбранную музыку, потому что у условного Чайковского всегда есть преимущество перед условной Бритни Спирс.
бу
+14
Интересно, такое я люблю)

Насчёт "умного льда", лазеров и высокоскоростных съёмок с нескольких камер. Думается, технически контроль за прыжками сейчас можно реализовать проще: На каждом коньке закрепляется два чипа, спереди и сзади. Подо льдом монтируется сеть датчиков, которая отслеживает пространственное положение чипов в каждый момент времени. Данные обрабатываются, и судьи в наглядной форме получают полную траекторию движения коньков фигуриста. В частности, длину и высоту прыжка с точностью до нескольких миллиметров, информацию о том, какая часть элемента выполнена на льду, а какая в воздухе с точностью до нескольких градусов.
Написать комментарий 181 комментарий

Новости

Реклама 18+