走近科学：除了即时回放，“鹰眼”系统还藏着多少秘密？
看网球比赛时最有意思也最带感的事情之一，就是看球员挑战鹰眼了。球员食指一竖，主裁判立刻就开始对着麦克风说：Mr./Ms. ABC is challenging the call on EDF line, the ball was called IN/OUT. （ABC先生/女士挑战EDF线的呼报，此球被喊界内/出界）。
而无论这球是界内还是界外，挑战成功与否，观众都要好好喧嚣一番。集体鼓掌、全场上万人齐喊“IN”的场景也是颇为壮观。
而如此好玩又有趣的鹰眼系统背后又有怎样的故事？教练辅导系统、比赛策略分析、虚拟回放、跑动距离，鹰眼系统的能力到底有多强？它为赛事、转播商、国际组织、赞助商都能带来些什么？除了网球，这个系统现在还在哪些项目中使用？......只要你继续往下看，我们就能找到答案~
授权转载自公众号SonicConan（ID：JerryChen_Talk)
鹰眼系统在网球中的历史
鹰眼系统第一次在网球比赛中使用是2002年2月，英国广播公司（BBC）利用鹰眼系统为其戴维斯杯的电视转播提供服务。2003年1月，鹰眼系统在澳网迎来了它的第一次大满贯之旅，依然是用于电视转播技术。
而鹰眼之所以能够被引入到巡回赛比赛并成为现场辅助判罚（Officiating Aid）和一场比赛有着密切的联系——在2004年美网的女单1/4决赛中，小威廉姆斯（Serena Williams）对阵卡普里亚蒂（Jennifer Capriati）的好几个关键分都明显被呼报成了出界。而电视转播的回放显示，这些球都是好球。而小威也正是由于一系列的误判输掉了整场比赛。
这场比赛给美网带来了巨大的舆论压力，同时也让国际网球组织觉得有必要通过技术手段来增强线审呼报的准确性。在2005年10月，鹰眼系统在位于纽约的美国网协国家网球中心阿瑟-阿什球场（Arthur Ashe Stadium）经过了国际网球联合会（ITF）的严格测试并获得通过，获准在巡回赛赛事上作为辅助判罚手段使用。
在2006年1月的霍普曼杯（Hopman Cup）上，鹰眼系统首次在职业网球赛事中作为现场辅助判罚手段开始启用。荷兰选手克拉吉塞克（Michaëlla Krajicek）在对阵我国选手彭帅的比赛进行到第一盘第三局30:0时挑战鹰眼，成为了历史上第一位在比赛中使用该技术来决定现场判罚的球员。而在同年3月举行的纳斯达克100公开赛（NASDAQ-100 Open，现更名为：迈阿密公开赛）上，鹰眼系统正式被引入到巡回赛赛事中。
在2006年的整个夏天，鹰眼系统在北美大陆的10个美网系列赛赛事中使用。而在当年晚些时候，美网也正式开始启用鹰眼，成为了第一个使用该系统作为辅助判罚的大满贯赛事。鹰眼系统也是IBM当年首次在美网实施的PointTracker网球实时模拟应用程序中的重要组成部分，而这也是IBM SlamTracker的雏形。
在美网结束后的9月，中国网球公开赛也引入了鹰眼系统，成为了在北美大陆外，首站使用鹰眼系统的巡回赛赛事。而北京奥运会则是这项技术第一次在奥运会中使用。
鹰眼系统如何工作？
鹰眼系统的技术原理并不复杂，但是这个系统非常精密。在每个球场，工作人员都会布置最多10台高速摄像机，用于捕捉球的运行轨迹。之后，不同摄像机所捕捉到的轨迹将会传输回所在球场的鹰眼控制室。在那里，会有4台电脑对收集到的数据进行实时处理：
1、系统首先利用视频处理技术来确认球的中心位置，之后通过每台摄像机所提供的数据对球的轨迹进行模拟并提供球的三维位置；
2、每一帧画面都会重复这个过程并随后根据每一帧的时间来生成整个过程中球的飞行轨迹，而这个轨迹在随后会被用来计算在弹跳阶段球和球场准确接触的范围；
3、当球员挑战时，系统就可以迅速重放刚才那个回合中任意一球的落点，重放画面会分别传送到电视转播和现场大屏幕上。
下面这几张图是从鹰眼公司（Hawk-Eye Innovations）网站上的视频中截取的，形象地说明了鹰眼系统是如何工作的：
而在每个比赛球场，鹰眼都需要有一个控制室。这个控制室一般都在赛场看台最上面一个可以完整看到赛场的地方，最好是正南正北。每个房间都至少会有3个人，其中两位会是鹰眼系统的工作人员，一人负责在每一球开始前启动系统来记录球的轨迹，而另外一位则和同样在房间里的鹰眼回放官员（Review Official）一起，确定球员挑战哪条线，系统有没有准备好等。
WTA和ATP对于挑战鹰眼有一套非常严格的流程和规定。
1、回放官员在球员可能挑战时给出“Standby”（待命）的指令，之后鹰眼工作人员会立即告诉回放官员此球是界内还是界外，距离多少；
2、如果球员决定挑战，则鹰眼的工作人员会和回放官员再次确认挑战的是哪条线，之后迅速确认System Ready（系统准备就绪），回放官员会和转播车导演和现场视频导播沟通，通知可以播出；
3、与此同时，电视转播和现场大屏幕也会分别同时将球落地的轨迹和落点重放出来，并显示官方回放（Official Review）以及此球是界内还是界外。
在一站赛事开始前的两到三周，鹰眼系统所使用的设备会被运送到赛事的举办地，一个球场的设备一般需要使用7个左右专门的运输箱来存放。而这些设备的重量都非常惊人，需要由十多个工人一起才能把设备抬到控制室中。
之后，在赛前一周左右，鹰眼的工作人员会抵达赛场，架设摄像机，并且在球场上调试设备。
而当整个调试工作完成后，鹰眼系统就可以开始工作了。根据之前鹰眼工作人员的介绍，这个系统的精确度是3mm，而这和球上绒毛的厚度差不多，所以可以想象这个系统是有多精确了吧！
鹰眼系统也有尴尬事
任何技术都会有遇到问题而无法使用的情况，鹰眼系统也不例外。而最近最为出名的一次发生在今年2月多的卡塔尔公开赛（Qatar Total Open）上。
在阿扎伦卡（Victoria Azarenka）对沃兹尼亚奇（Caroline Wozniacki）的女子单打1/4决赛中，当比赛进行至第一盘第九局30:30的时候，沃兹尼亚奇一发失误。而当沃兹二发时，球在弹网之后落地。司线呼报此球界内（Called IN），而从电视转播重放的镜头来看，几乎可以肯定此球出界。
阿扎伦卡毫不犹豫的提出挑战，而在等待了漫长的一段时间后，主裁判的对讲机里传来了回放官员的回应：We don't have it.（系统无法重放此球）。
根据相关规定，如果由于任何原因导致回放系统无法使用，则原来的判决将作为最终的判决。（If, for any reason, Electronic Review of the call is unavailable, the original call will stand.）所以主裁判在感谢回放官员后，宣布：鹰眼系统无法使用，界内的呼报有效。由于此球擦网，所以重新二发（Let, Second Serve）。
应该说沃兹这一球的确有些特别：球在擦网后还在网带上弹了一下才落地。所以鹰眼系统对于这种极端情况的处理几乎是无能为力的。而更为巧合的是，这一球的误判概率极大，但是司线呼报界内，主裁没有随即改判，鹰眼重放不可用，所以只能判为二发擦网界内。
但阿扎伦卡觉得自己委屈至极：明明是一个二发出界，对手的双误，我到手的破发点就这么没了，这哪儿行。她听到主裁宣布原来的判罚成立后，直接发飙，质问主裁和司线：
Are you kidding me? The ball could not possibly be any slower!（你们是在逗我吗？那球已经慢得不能再慢了！）
而沃兹尼亚奇也很委屈，我等了这么长时间你才告诉我要重新二发？这完全干扰了我的比赛节奏，我应该从一发开始才行！
主裁被弄得焦头烂额，而沃兹尼亚奇则提出要赛事督导出面解决。
于是，比赛就这样暂时中断了。多哈站的WTA赛事督导Fabrice Chouquet被从办公室里叫了出来解决争端。
作为WTA曾经的Director of Rules & Regulations（规则总监），Fabrice在现场了解情况后，也做出了重新二发的判定，并且和沃兹尼亚奇解释了鹰眼系统无法使用时的相关规定。而相信沃兹尼亚奇也看到那一球应该是出界了，自知理亏，所以在赛事督导解释之后，也就接受了重新二发的决定。
即使在科技介入的情况下，体育比赛仍然会出现一些令人哭笑不得的事呢=v=
咳咳，应该说，比赛中这种小插曲发生的机会并不多，毕竟这种情况太过极端，鹰眼系统总体的可靠性还是非常好的，嗯。
谁说鹰眼系统只会回放？
随着技术的日益成熟，鹰眼系统也开始不断扩展其所使用的范围以及所能提供的服务。现在要是还有人说鹰眼只是单纯起到回放作用的话，那就妥妥的out啦！
下面，我们就来挑几个典型的例子，简单说明一下这个高大上的系统还能做些什么。
鹰眼团队对场上判罚和转播技术的了解以及他们和顶级网球选手长期以来一起工作的经验使他们有能力开发出一套教练辅助系统（Coaching System），向球员和教练展示运动员的场上表现，并解释这些表现背后的原因。
鹰眼教练辅助系统主要包括击球分析（Shot Analysis）、球员分析（Player Analysis）和球速分析（Ball Speed Analysis）三个部分。
击球分析包括：旋转的分类（切削/平击/上旋）、击球精确度、虚拟3D轨迹、球的三维位置、击球的正反手等；
球员分析包括：球员的移动距离、球员平均和最快加速度、球员移动的热度图、心率及乳酸含量信息等；
球速分析包括：最慢/平均/最快球速、球在接触点的速度、球在网上的速度、球在弹入和弹出的速度、球在底线的速度以及球在顶点的速度等。
在每片场地，鹰眼系统需要8台轨迹跟踪摄像机、至多4台视频回放摄像机和至多4台高速摄像机来收集所有相关信息，之后可以通过鹰眼团队开发的专用软件或应用程序来分析和查看这些信息。
鹰眼系统另外一个重要作用就是辅助比赛策略的分析。
上图所示的是纳达尔（Rafael Nadal）在草地球场（Grass）和黏土球场（Clay）上正手击球的对比。通过这张图，我们可以看出：
纳达尔在黏土球场的击球的落地后平均弹跳高度比草地球场要高88厘米；
纳达尔在黏土球场的击球的落地后的平均球速比草地球场要慢13英里/小时
也就是说，纳达尔的回球在黏土球场上又高又慢，而在草地球场上则又低又快。所以，当选手得到自己这些数据后，他/她就可以设定更为行之有效的比赛策略，在比赛中占得先机，而除了落点分析，鹰眼系统还可以带来更多比赛策略的洞察力。而且观众也可以利用鹰眼提供的洞察力，更加深刻的理解比赛。
作为迈阿密公开赛的赞助商，SAP一直为该站赛事提供信息技术服务。而随着2013年8月WTA和SAP签署了战略合作协议，SAP在网球中的投入也逐渐加大。
在2014年3月，SAP首次在迈阿密公开赛的移动应用程序中提供了虚拟回放（Virtual Play）功能。
这个功能将鹰眼系统所捕获的球的轨迹、发球方向（Serve Direction）、接发球击球（Return Strike）、球的落点（Shot Placement）、全部击球位置（Rally Hit Point）和源自数据统计的每分详细统计（Play by Play）整合到一起，为球迷提供了更加专业和全面的比赛详情。
当你用虚拟回放功能所提供的功能来看比赛时，你会发现一些很有意思的事情：
▼2015年迈阿密公开赛女子单打决赛的虚拟回放截图
上图中，左侧两张分别是小威廉姆斯和纳瓦罗在对打回合中击球位置的情况，而右侧两张分别是小威和纳瓦罗接发球的击球位置。
可以看出，纳瓦罗整体的击球位置和小威相比要靠后好多，小威的绝大部分击球都在底线以内，而且会不时上网主动进攻。而纳瓦罗的击球有超过一半以上都是在底线后完成的，打得颇为保守。
而右侧的两张图更有意思——小威接发球的位置非常靠前，全部都在底线以内，而且当小威接二发（黑色）时，她会比接一发（黄色）的时候相比，向前挪动一些。当你看电视转播时，如果你留意观察就会发现，小威会在对手一发失误准备二发的时候，往前挪动几步。
而这个细节如果没有鹰眼提供的支持，可能很难被你注意到吧。
在电视转播中，鹰眼利用虚拟回放功能会生成更多的数据和洞察力。而坐在电视机前的你可以第一时间看到这些，更为深刻的理解比赛的情况以及双方的表现。
▼电视转播因为虚拟回放技术而变得更加好看
在我所写的“网球比赛中的各种数据统计和分析是如何生成的”一文中提到了IBM SlamTracker中的几个重要功能：制胜关键指标（Keys to the Match）和比赛态势分析（Momentum）。而SlamTracker在最近两年也整合了更多来自鹰眼的数据，其中重要的一项就是跑动距离（Distance Run）。
▼我们可以看到，德约科维奇和费德勒在今年美网决赛中的跑动距离相差无几
而美网后台的统计数据显示的跑动距离则带来了更多的信息：
▼小德在每场比赛中，平均每一分的跑动距离接近12米，在跑动最少的1/4决赛时，其跑动距离也达到了平均每分9米
对比可见，费德勒在比赛中的跑动要明显比小德少得多。在整个赛期，费德勒平均每一分的跑动距离只有9米，只有小德的75%。而决赛时，两人的跑动距离几乎一样，费德勒反而还要多出一些，而这也是他整个美网期间跑动距离最多的一场比赛。
而在电视转播的时候，鹰眼同样可以直接将球员的跑动距离数据实时的显示出来，让观众获得和之前完全不一样的观赛体验。
技术与商业结合，鹰眼是最好的范例
说了这么多，相信你已经很清楚的知道鹰眼系统究竟有多强大了。而鹰眼的强大远不止是其雄厚的技术实力那么简单，在商业方面，它也非常的强大。
鹰眼为赛事、转播商、国际组织、赞助商和网球学院从各个方面都带来了很多提升：
对赛事来说，鹰眼系统通过提供辅助判罚和转播解决方案来提升赛事的曝光以及球迷的参与体验，这些都为赞助商提供了额外的价值。
对转播商来说，鹰眼系统通过提供绿屏、增强性的实时分析等技术来帮助讲故事并引领观众参与到比赛中来。
对于国际组织来说，鹰眼系统的解决方案提供了一个更为公平的竞赛环境，让比赛变得更易于参与且更好理解。
对于赞助商来说，鹰眼系统让他们更紧密的与这项运动结合在一起，有更多机会更近距离的接触到全世界的网球迷们。
对于网球学院来说，鹰眼系统的教练辅导服务提供了独特的洞察力，让赢球和输球间的差距，变得更不一样。
除了网球，鹰眼还在哪些项目中使用？
在网球界的成功让鹰眼在其他的项目中也有了更多的用武之地。在羽毛球比赛中，鹰眼也会被用于落点重放；在排球比赛中，鹰眼会被用于判断运动员是否触网违规；棒球运动中，鹰眼通过慢镜头回放，协助裁判辅助判罚；在足球比赛中，鹰眼也开始协助裁判员判断球是否已经完全越过球门线。
▼鹰眼系统已然揭下“网球专用”的标签
而在马术、板球、NASCAR、冰球、曲棍球、田径、英式橄榄球、斯诺克等各种不同的项目上，你都会看到鹰眼系统的身影。
相信通过这篇文章，看官们应该对鹰眼系统到底是怎样一回事有了一个非常全面和细致的了解。不止鹰眼，在体育的各个领域还有诸多技术，比如德国国家队启用的MatchInsights、多特蒙德的Footbonaut训练系统.......这些技术的出现再次告诉我们，好好运用的科技当然可以让体育赛事更上一层楼，无论是公平层面还是观赏层面。
好的，get到了那么多知识，网球在你眼里有没有变得更加生动有趣秀色可餐了呢！是不是想立马去看一场比赛，在看的时候还不忘关注生态圈呢（咳咳，你萌什么也没看到）
这次，我们从一个全新的视角看比赛吧。
文：SonicConan
授权转载自SonicConan（ID：JerryChen_Talk）
责任编辑：十斤大洋，图片来自网络
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