Ось уже кілька років існують програми - аналізатори футбольних матчів, що дозволяють всебічно вивчати минулі спортивні баталії, фіксувати помилки і невдачі, опрацьовувати складні моменти і т.д. На відміну від традиційних переглядів відеозаписи матчів, тривимірні аналізатори дають більше можливостей для об'єктивної оцінки. Загалом, це незамінний інструмент для тренера будь-якій збірній або футбольного клубу.

Зараз є кілька таких програм, наприклад, системи французької компанії Sport Universal і англійської ProZone. Але вони пропонують лише безпосередньо результати аналізу матчів.

Найбільш повне рішення було розроблено в Росії нашими співвітчизниками. Це Ascensio System - програмний комплекс для всебічного аналізу футбольних матчів і збору статистичної інформації. Ascensio System створює дво- і тривимірну модель матчу і надає користувачеві засоби комплексного вивчення гри, побудови звітів і т.д. Футбольні клуби можуть використовувати це рішення для аналізу як власних матчів, так і матчів суперників, з якими їм належить зустрічатися.

Принцип роботи системи полягає в наступному: матч знімається чотирма статично встановленими відеокамерами, які охоплюють всі поле (сусідні камери повинні мати зони перекриття), потім отримані відеозображення обробляються, розпізнаються фігури всіх гравців, суддів, відслідковуються переміщення м'яча і учасників матчу на поле. За отриманими даними будуються статистичні звіти, а також формується 3D-модель матчу, що дозволяє поглянути на поле з будь-якої точки, навіть очима кожного гравця.

Що ж потрібно для розробки такої програми крім кількох років роботи талановитих програмістів? На перший погляд не так багато:

• алгоритми розпізнавання образів;

• ігровий движок для 3D-візуалізації;

• консультації досвідченого футбольного тренера.

Звичайно, з точки зору програмної реалізації найбільший інтерес представляють перші два пункти. Їх ми і розглянемо.

Тривимірна модель матчу в Ascensio System Limited

Розпізнавання образів

Загалом, завдання це нетривіальна. Якщо ви не завзятий футбольний уболівальник, вам іноді складно розібратися, що відбувається на полі, навіть при перегляді прямої трансляції матчу. Як же змусити комп'ютер зрозуміти, де чиї гравці, де судді і в чиїх воротах м'яч?

Власне, ця задача ділиться на дві: виділення об'єктів (відділення зображень гравців, суддів, м'ячі від загального фону) і відстеження руху об'єктів.

визначення об'єктів

Способів відокремити зображення від фону існує кілька. Перше, що спадає на думку, - орієнтуватися за кольором. Дійсно, заздалегідь знаючи кольору форми гравців кожної команди, можна попиксельно проходити кожен кадр і шукати збіги з заданими відтінками. Але в кадрі можуть бути присутніми тіні, змішування кольорів і інші складності, значно ускладнюють визначення фігур, так що це не найкращий підхід. Однак його цілком можна використовувати в поєднанні, припустимо, з кластеризацией. В цьому випадку відбувається пошук фрагментів зображення, що мають спільні ознаки, наприклад колір. Таким чином вдається визначити ситуації, коли фігури гравців в кадрі перекривають одна іншу.

Можна також скористатися способом, застосовуваним в охоронних системах, - попиксельно порівнювати поточний кадр з попереднім. Але цей метод занадто умовний - він дозволяє визначити положення об'єкта в кадрі лише дуже приблизно. Цікавим є ще й такий підхід, при якому зображення гравця буде «відніматися» з фону. Дійсно, точно знаючи, яку ділянку поля потрапляє в поле зору кожної камери, ми можемо визначити як фон зображення порожнього поля, зняте цією камерою. А потім попиксельно порівнювати з ним кожен кадр відео-записи матчу.

відстеження переміщень

Відстежити переміщення об'єктів складніше, ніж виділити їх в кадрі. При цьому потрібно враховувати кілька важливих моментів. По-перше, програма повинна зіставляти дві системи координат - футбольного поля і кадру відеозапису. Для цього необхідно знати кути огляду і повороту камери.

Потім, важливо врахувати ті моменти, коли зображення гравців перекриваються в кадрі. Іноді їх можна розділити, виходячи, наприклад, на швидкості або кольорі кожного об'єкта. Але розпізнавати такі ситуації автоматично не завжди вдається. У ряді випадків може знадобитися і ручне коректування траєкторій руху гравців.

Власне, для визначення переміщення об'єктів на поле підходять кілька прийомів. Найпростіший - це зіставлення кожного знайденого в кадрі об'єкта з найближчими, знайденими на пре-дидущей і подальшому кадрах. Цей метод вимагає великих затрат часу, та й якість результату виходить невисока. Є і більш складний варіант, який передбачає прогнозування стану об'єктів в кадрі на основі їх швидкості і координат в попередніх відео-фрагментах. Визначивши ті ділянки, де може перебувати об'єкт, можна буде проводити пошук тільки по ним, тим самим скорочуючи час обробки запису.

Очевидно, що програмна реалізація таких алгоритмів - справа непроста. Ось і у програмістів з Ascensio на це пішло близько півроку.

Наступним кроком стала тривимірна візуалізація отриманих результатів.

Створення тривимірної моделі

На цьому етапі розробники системи вирішили скористатися одним з готових засобів, яких існує велика кількість. Для того щоб створити тривимірне зображення, відмінно підходять всілякі ігрові движки, що забезпечують таку функціональність, як рендеринг тривимірних моделей, анімація, управління пам'яттю, робота зі звуком і т.д.

Фахівці з Ascensio зупинили свій вибір на комерційному вирішенні C4, розробленому Еріком Ленгел (Eric Lengyel). Основними факторами на користь цього вибору послужили дві обставини. По-перше, движок написаний на OpenGL, а по-друге, розробники забезпечують якісну технічну підтримку цього рішення.

За словами фахівців з Ascensio, система використовує близько 70% можливостей C4. Весь інший функціонал, що стосується безпосередньо футболу, - траєкторії руху гравців, анімації, моделі, розрахунок переміщень м'яча - дописувався російськими розробниками. До речі, програмістам з Ascensio довелося перевести роботу C4 в віконний режим, так як спочатку він був написаний з розрахунком на повноекранний режим, який використовується в іграх.

Ретельно реалізовані і протестовані алгоритми розпізнавання образів і доопрацьований ігровий движок дозволили забезпечити Ascensio System наступними можливостями:

• повна синхронізація тривимірних зображень з телевізійною трансляцією;

• велика кількість ракурсів перегляду матчу;

• інтелектуальне моделювання стеження камери за що відбуваються на полі подіями;

• рух по полю, як в тривимірній комп'ютерній грі;

• погляд на поле очима будь-якого гравця і т.д.

Перед чемпіонатом світу в 2006 р розробники вирішили втілити в дію свої напрацювання, однак виявилося, що встановити на німецьких стадіонах свої камери було неможливо. Але для того, щоб провести тривимірну візуалізацію окремо взятого ігрового моменту, досить було записи з телевізійної трансляції: камери зазвичай досить добре висвітлюють гострі ігрові моменти. Таким чином, у компанії з'явився ще один проект - сайт www.3dgoals.com . Відвідувачам сайту пропонується 3D-програвач, що дозволяє подивитися на найкращі голи чемпіонату з такого ракурсу, який не був наданий в трансляції.

До речі, схожі можливості пропонувала і європейська компанія Sportflashback, розміщувати 3D-ролики кращих ігрових моментів чемпіонату на сайті bbc.co.uk.

В цьому році компанія Ascensio планує взяти участь у висвітленні чемпіонату Європи. А значить, цілком можливо, що на час виходу цього номера журналу з друку на одному зі спортивних інтернет-порталів з'являться 3D-ролики кращих моментів Євро-2008.

І поки наша збірна ще далека від звання чемпіона Європи, ми можемо пишатися нашими програмістами і їх успіхами в такій нелегкій справі, як футбол.

ТРІШКИ ІСТОРІЇ

Чотири роки тому в російську компанію Ascensio System Limited звернулася людина з проханням допомогти йому в розпізнанні образів гравців на футбльном поле по відерзапісі.

Ідея зацікавила розробників, і вони взялися за справу, хоча фахівців в області футболу в компанії на той момент не було. На розробку і тестування алгоритму розпізнавання образів пішло близько півроку. Після цього в штаті з'явився співробітник, який мав базові уявлення про футбольній грі, який зумів перевести теоретичні тренерські напрацювання в програмний вид. Таким чином був розроблений алгоритм автоматичного тренінгу гравців, який згодом увійшов в систему Ascensio System.

Поступово система удосконалювалася, додавався новий функціонал: серверні додатки для створення і управління інформацією по матчах, додатки для обробки відеоданих (автоматичний трекінг, ручне доведення його результатів, розпізнавання подій), а також модуль для ігрового перегляду. Вивчити можливості системи можна на прикладі фінального матчу чемпіонату світу 2006 року - демоверсія порграмми вільно доступна в Інтернеті за адресою: http://footballsoftpro.com/files/Ascensio_Match_Expert_Demo.exe .

Презентація програми відбулася на футбольній виставці Soccerex-2005 в Дубаї. Там же був укладений перший контракт з футбольним клубом. За іронією долі цей клуб представляв Росію.

C4 для 3D

Движок C4 - це набір інструментів для програмування тривимірних ігор. Він включає в себе не тільки засоби створення ігрової графіки, але і інтегровану підтримку звукових ефектів, мережевих можливостей, зовнішніх пристроїв, управління ресурсами та ін.

По суті C4 представляє собою набір «менеджерів» (managers) - самостійних блоків, призначених для реалізації різних типів функціональності. Блоки організовані в багатошарову архітектуру, причому менеджери, що надають високорівневу функціональність, повністю залежать від тих, які реалізують низькорівневі можливості. Менеджери самого нижчого рівня (наприклад, файлові менеджери, менеджери пам'яті і ресурсів) взаємодіють безпосередньо з операційною системою, а ось блоки верхніх рівнів (що відповідають за анімацію, генерацію сцен, створення ефектів і ін.) Повністю переносних незалежні.

Додаткові інструменти представлені в C4 у вигляді динамічних бібліотек, окремих від основного ядра і підвантажуваних у міру потреби. Це дозволяє збирати заново окремі модулі та програми без перекомпіляції самого ядра C4.

Окрема сцена, що обробляється в C4, згідно ігровий термінології називається «світ» (world) і програмно реалізується відповідним класом. Всі об'єкти і елементи «світу» представлені деревовидної структурою. Движок C4 оперує такими об'єктами, як «Світло» (доступно кілька різних джерел), «Камера» (також кілька типів), «Зона» (фрагмент сцени) і т.д.

C4 доступний у версіях для платформи Windows і Macintosh. У першому випадку в інсталяційний пакет включені файли проектів для Microsoft Visual Studio 2008, у другому - для Xcode 2.4.

Крім явних переваг C4 володіє і ще двома перевагами - відносно невисокими вимогами до устаткування і помірною ціною. Ліцензія для незалежних розробників на одне робоче місце коштує всього 200 дол. І включає в себе версію для Macintosh, вихідні тексти движка і ряд додаткових інструментів. Мінімальні вимоги середовища до обладнання також цілком прийнятні: для правильної роботи C4 досить відеокарти NVIDIA GeForceFX 5200, ATI Radeon 9500 або Intel GMA X3000.

Ознайомчу версію системи можна завантажити з сайту http://www.terathon.com .