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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

344期2020年09月號

出版日期:2020/09/15

正方形 Icon 專欄 Column

AI時代的智慧科技與運動產業

口述/工研院協理兼南分院執行長吳誠文 整理/唐祖湘

工研院協理兼南分院執行長吳誠文。
工研院協理兼南分院執行長吳誠文。

臺灣人都愛看棒球,但您知道球速是怎麼「飆」出來的嗎?

想想看,一個人跑步時速30公里,已經算很快了,但一個投手把球投出去,時速卻能高達150、160公里,究竟是怎麼做到的?

萊恩(Nolan Ryan)是我最喜歡的美國職棒大聯盟投手,年過40歲還能飆出160公里的球速,觀眾看不出來他球投出手時到底用了多少力量,事實上,球丟出去那一刻速度是最快的,手指、手掌、上下臂、下盤等的關節動作與肌肉收縮,搭配身體的旋轉,目的就是把所有力量加總起來,全部灌注到那顆球上,因此很多投手在投球前會做一些特殊動作,像是雙手舉起來超過頭頂、單腳舉起來後轉等,就是希望增加球的速度。手指頭用力把球往前壓出去那一瞬間,手指頭相對於地面的速度就決定了球速,所以身體各部位相對速度的有效累加是非常關鍵的,但是大部分的投手及教練都不知道原理。

洛杉磯天使隊強打楚奧特(Mike Trout)的打擊也是一個經典案例,他的揮棒過程幾乎完美無瑕,速度看起來不是很快,但配合身體旋轉,揮棒打到球的一瞬間,可以超出110英里,一般沒打過棒球的人揮棒速度甚至不到他的三分之一。

無論全身力量轉移到球,還是球棒,均屬於生物力學領域,長期以來雖然有許多科學家都在從事這方面的研究,然而,過去取得資料的機會相當有限,而對於有限的資料也只能用人工去分析,效果相當有限。現在不一樣,有了智慧科技加持,可以使用先進的資料截取裝置跟蹤、捕捉並記錄球的速度、軌跡、轉速、轉軸等,以及球員的骨架姿勢、動作軌跡等,並以強大的運算設備及先進的AI演算法進行快速準確的分析,能夠做的研究因此更廣泛深入,球員的表現也因此快速提升。

美運動市場產值 比全球半導體還大

在美國,運動是文化的一部分,民眾普遍認為運動可令人身心健康,培養團隊精神,因此都主動願意參與,連12歲以下的少年都有適合玩的足球與棒球,因此運動已成為美國一個巨大的產業。以2018年為例,美國的運動產業規模達5,397億美元,接近臺灣整年的GDP,而同年全球半導體產業雖然達到歷史新高,約為4,680億美元,卻也顯示美國的運動產業比全球半導體產業還要龐大!

近幾年知名高科技公司紛紛投入運動產業或是參與大型賽事的籌辦與線上轉播,目的就是在爭取商機,例如英特爾積極開發運動員軌跡追蹤與360°多視角慢動作回放技術;電商巨擘亞馬遜也分別與美國國家美式足球聯盟(NFL)及職棒大聯盟(MLB)合作,透過旗下的雲端運算服務業務,詳實分析球員與球賽的各項關鍵數據並做賽事直播。

從挑選手到轉播 科技改變運動產業

國際重要期刊IEEE Spectrum於2019年10月推出「棒球科技」專題報導,說明科技如何提升了運動選手的能力及減少運動傷害;過去僅能用統計分析,現在則透過雲端與AI人工智慧結合感測器,即時協助球員矯正投打姿勢以提升技能,減少受傷;以往教練要口頭詢問場邊練投的投手,是否已經準備好可以上場,現在則是參考感測器的數據作客觀評估,挑選狀態最佳的球員登上投手丘可以做得更為準確。

運動轉播市場也有所改變,電視轉播平台正面臨快速的流失觀眾和營收,因為大部分年輕人都在看網路轉播,尤其是聯結AI科技的運動賽事更直接在社群網路上觀看,不用再約三五好友到酒吧看轉播,在Facebook、Instagram、Twitter等同樣可以與同好討論,觀賞經驗變得「碎片化」,球迷的聯結透過網路變得更為緊密與多元化,商務發展也更為有效,這是一個明顯的趨勢。

去年美國職棒大聯盟與日本NTT公司合作,在球場上安裝了多部4K攝影機,將休士頓太空人隊和坦帕灣光芒隊季後賽的高畫質視訊影像,包括6聲道環繞音效傳輸到紐澤西州的仿真貴賓室,將遠距觀眾帶到球場的現場氣氛中,創造超逼真現場觀看體驗,成為當年運動賽事的創舉。

如此龐大的運動產業以及先進的運動科技研究,對美國民眾而言極其自然,視棒球為國球的臺灣,也可從中獲得一些啟發。比如今年因新冠疫情影響,上半年全球運動賽事幾乎停擺,臺灣因防疫有成,使得中華職棒成為全球第一個開打的棒球聯盟,受到全世界球迷的關注。一開始閉門開打,沒有現場觀眾,只能透過電視頻道與網路實況平台轉播,結果竟意外的讓臺灣的職棒受到全球棒球迷的關注,達到前所未有的一場比賽超過百萬人觀賞的記錄,既達成防疫目的又能提供全世界球迷娛樂,背後意義極為重大。這次經驗也讓臺灣的職棒球團體認到,並非只有進場的才叫球迷,生意是可以透過網路做到全世界的!

美國職棒大聯盟還開發了一項AI棒球及球員追蹤技術,由都普勒雷達及高速攝影機組成的感測系統截取資料,不管是投手投出的球,或是球一被擊到,其速度、仰角、方位以及跑壘員在移動的過程,全部詳實地紀錄下來,同時也可以追蹤場上每一個防守球員的動作,因此每場比賽上場球員都有一堆新的數據產生,被完整的記錄下來,迅速進行分析、整合,轉化為極具價值的球賽及球員資訊。如果依據這些長期累積的數據,球員的身價也很容易被估算出來。

近年來,職棒選手在投球或打擊訓練時,都較10幾年前的選手厲害許多,就是拜AI科技協助訓練所賜,投球跟打擊的能力更強了,臺灣若在選手訓練方面沒有引進AI科技加以輔助的話,很可能會停留在某一個水平,我們的選手很可能會輸給有AI協助訓練的國家,值得我們警惕。若要讓我們的運動水準追上先進國家,我們也要借助新科技。

AI加持 協助裁判精準判決

在2019年初MIT Sloan Sports Analytics Conference中一位波士頓大學的講師發表了一篇關於大聯盟裁判誤判率統計的文章,計算了大聯盟在2008至2018年球季裡所有比賽的好壞球誤判,發現誤判比例非常的高,表現最好與最差的裁判,兩者之誤判率竟分別是約7%與14%,差了接近2倍之多!誤判較多的裁判,年齡分布在5、60歲,而且經驗至少10多年以上,可能因為眼力已經不太好,或是倚老賣老,反而年紀為30歲上下的年輕菜鳥裁判誤判較少,除了因年輕眼力較好,而且還要保住這個工作,所以格外兢兢業業。

這篇誤判文章的發表,促使大聯盟開始思考因應辦法,2019年委託獨立聯盟中的大西洋聯盟測試應用機器人主審(Robot Umpire),真人裁判耳朵上掛著一個藍牙耳機,口袋裡配有一支手機,利用手機接收的AI系統即時分析結果,輔助主審做好壞球的判斷,美國全國版的報紙《今日美國》就以「機器人裁判」作為它的頭條新聞,報導經過實測後,大聯盟覺得機器人裁判是可行的,機器人裁判證明了比人類裁判的好壞球判決更準確,誤判率可達5%以下。

大聯盟2019年也在各球場布建鷹眼(Hawk-Eye)系統,裝設高解析度攝影機以偵測球的軌跡跟球員動作,並在本壘板上面畫出一個立體範圍,當投手投出變化球,機器人主審得以快速檢視球是否進入立體框內的一角,作出更準確的好壞球判決。美國國家冰球聯盟(NHL)也在冰上曲棍球的球、球杆與選手的墊肩上裝設電波感測標籤,所有選手移動與球的軌跡都紀錄得一清二楚,這些數據加入演算法,可以進行非常多的分析評估,甚至預測球員動作與團隊戰術等。

創造運動產業 培養跨領域人才

事實上,國內著名科技大廠Garmin已發展出藉由穿戴式裝置,記錄專業與休閒運動員活動時的各項物理與生理數據,作為提升運動能力與減少運動傷害的重要參考依據。由一群年輕成員組成的光陣三維科技,也在經濟部工業局計畫支持下,與台灣大哥大合作,在新莊富邦悍將棒球場本壘後方設置高速攝影系統,可以即時呈現球賽的多角度慢動作重播,大幅增加球賽觀賞的樂趣以及提供裁判準確判決的有力工具。

上述提到的雲端運算、AI、大數據分析、先進感測等科技項目,都與行動通訊脫不了關係。臺灣5G已經開台,物聯網也是臺灣的強項,半導體就像大樹的根基,支撐所有技術應用的果實向上成長,這些技術一定要有經濟的支撐,所以運動產業可望提供運動科技蓬勃發展的支撐誘因。

回到國內的文化與基礎教育,如果臺灣從小培養學生時,建立唸書與運動沒有互相衝突的概念,將運動融入全民文化中,創造正向的運動產業環境,讓喜歡運動的相關專業人士,在這龐大的運動產業裡也可發揮他的技術專長,則運動專業與科技結合,不管是運動專長或科技專長,生涯發展機會都會更為寬廣,社會與全民也會受益。

有鑑於此,我協助國立清華大學在2018年成立「運動科技中心」,由我擔任顧問組召集人,集合各相關系所人才,整合大數據分析、感測技術、生物力學、人工智慧等最新科技,希望除了協助棒球球員提升投打表現,減少運動傷害外,也培育跨領域人才,提升整個運動產業發展。

臺灣產業最大強項,就是能把產品做得又好又能普及,期盼未來臺灣的智慧棒球科技系統能推向國際,在全世界休閒運動產業上占有一席之地。

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