世界杯“黑科技”进化史
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来源：MetaPost
审校：黄元帅
前 言
在近100年的历史中，科技以前所未有的速度进步，成为人类生活各领域的塑造者和背景色，世界杯当然也不例外。从1930 年的乌拉圭，到 2022 年的卡塔尔。世界杯简直就是科技“进化史”的一个缩影。
01
比赛用球进化史:更圆、更轻、更科技
不断滚动的足球是绿茵场上的目光焦点，但很少有人会注意到小小的足球本身也很有故事。
世界杯早期的比赛用球都是用真皮制成，此前数百年一直如此。真皮足球外层是皮革，内层是一圈橡胶，球很重不说，还有一个很大的问题是吸水。1872年，英国足球协会制定的足球标准中，提到重量时需要特地加上前提“比赛开始的时候”——因为在比赛过程中，皮球吸水后重量可能翻一番。
图 | 20世纪初的足球
吸水问题的技术突破一直到1982年才解决。从1970年开始，世界杯的比赛用球有了固定的生产商：阿迪达斯。阿迪达斯在设计制作1982年的世界杯用球时采用了当时最新的防水密封接缝技术，显著降低了吸水性。这是最后一款使用真皮制作的世界杯足球。
此后，足球材质逐渐升级，1986年使用了聚氨酯合成材料，1998年使用了新型复合泡沫材料，到了2014年，工艺已经变得极为复杂，用的复合材料有 6层 之多：聚氨酯皮面表层、防止水分蔓延的闭孔发泡塑料层、帮助足球迅速恢复原状的表层纤维增强层、增加弹性的开孔发泡塑料层、承受最大压力的第五层和充满空气的内胆。
时间来到2018年俄罗斯世界杯，这届世界杯比赛用球的科技含量已经超出了足球本身，首次在足球里内置了NFC芯片，可以记录运动轨迹、球员射门等比赛细节。
而在2022年卡塔尔世界杯上，比赛用球“逐梦之旅”（Al Rihla，阿拉伯语意为“旅程”）延续了内置芯片，并且进一步升级迭代，实时收集高精度的足球运动数据，以 每秒500次 的频率发送数据，交由人工智能系统进行整合分析，一旦检测到越位等犯规，数据将发送给视频助理裁判（VAR），帮助主裁判作出合理、公正、准确的决定。
图 | 卡塔尔世界杯比赛用球——“旅程”
02
从听球到看球
世界杯直播是从第二届开始的，当时广播正成为风靡一时的新兴媒体。二十年后，到了1954年瑞士世界杯的时候，人们正开始步入电视时代。这一年，人们第一次在黑白荧屏上看到了世界杯赛场上的场景。此前，电视台普遍并不看好足球比赛的收视率，正是1954年世界杯确立了体育赛事在大众媒体中的地位。
图 | 1982年央视首次直播世界杯
接下来的几十年里，电视直播随着科技发展不断升级。2010年南非世界杯上，电视直播有了另一项突破：观众第一次看上了高清世界杯比赛，同时观众也是第一次可以在手机上观看世界杯。这一年的世界杯，每场比赛动用了 29台 摄像机，其中还包括高速摄像机和直升机航拍。
2018年的俄罗斯世界杯BBC首次推出了4K直播和VR直播——球迷只要戴上VR设备，就可以观看满满沉浸感的球赛了。
如今，卡塔尔世界杯的赛事组织者采用了世界上第一个盲文娱乐平台 Bonocle，该平台为视障人士提供了访问数字内容的所有辅助技术。它具有转码功能，可为视障人士提供支持，使他们也能像其他人一样尽享赛事，同时，还能提高他们在多哈旅行的能力。
另一项名为Feelix Palm的技术也将用于卡塔尔世界杯。该技术使用电脉冲，通过触觉手掌通讯器向视障者传递类似盲文的信息，但不会限制他们的身体运动或听力。
此次场馆内还设置感官观赛室，为患有自闭症或感官处理问题的年轻人提供安全和平静的空间，配备互动投影、可控照明及其他玩具，帮助他们在舒适的环境中享受比赛乐趣。
03
裁判的智能助手
从1996年，BP机应用于裁判工作起，协助裁判工作的高科技产品就不断进入到大众视野。
2018年6月16日，俄罗斯世界杯小组赛C组法国对阵澳大利亚的比赛中，主裁判库尼亚在视频助理裁判的提醒下改判了点球。这是VAR（视频助理裁判）技术首次引入世界杯之后立的首功。
图 | 2018年世界杯首次使用VAR技术曾引发巨大争议
但此后VAR被使用过度，引发了外界的争议，特别是2018年世界杯决赛，法国队再次通过VAR获得点球，也引起很多足球界人士对VAR制度的不满。VAR没问题，使用VAR的人却可能有问题，这是当时的普遍观点。
2022世界杯最为重要的，也必然会被人们关注的，要属AI裁判的加入。
7月2日国际足联发文确认，2022 年卡塔尔世界杯将采用新的半自动越位技术，为裁判提供更好的技术支持，帮助判罚越位。目前来看，AI裁判是基于传统的VAR（视频助理裁判）升级的技术。
一方面，AI裁判通过安装在体育场屋顶下方的 12 个 专用跟踪摄像头，来跟踪足球和每个球员的多达 29 个 数据点，以每秒 50 次 的频率计算他们在球场上的确切位置，从而用数据判断这些球员身体的位置信息。
另一方面，AI裁判将通过在比赛用足球的内部放置一个惯性测量单元 (IMU) 传感器的方式，以 每秒 500 次 的频率将足球数据发送到视频操作室，从而可以非常精确地检测踢球时间点。
通过结合肢体和足球的跟踪数据并应用人工智能，新技术将会向视频裁判提供自动越位警报。在通知现场裁判之前，视频裁判会通过手动检查踢球点和自动创建的越位线来验证提议的决定。这一过程在几秒钟内发生，意味着裁判可以更快、更准确地做出越位判断。
在视频裁判和主裁判确认判罚后，AI裁判系统将使用完全相同的位置数据点生成3D动画，详细说明球员身体在球场上的位置和判罚结果。这段3D动画将以最佳视角展示越位情况，然后在体育场的大屏幕和转播信号中提供。
图 | 3D动画呈现最佳视角展示越位
04
“不起眼”的草坪黑科技
草坪成为足球比赛的场地，是20世纪60年代才有的，之前都是在土场地里举行——晴天里踢球尘土飞扬，而要赶上雨天，又成了泥塘游戏。草坪恰恰解决了这些问题，加之足球运动越来越受追捧，有了很多以此为生的职业球员，以及规模化的比赛，赛事变得更为激烈，球员间的身体对抗越来越多，草坪也因为弹性好，能缓冲摔倒时的冲击，受到球员的欢迎。
从2010年南非世界杯开始，满载黑科技的人工草坪首次进入到了世界杯的舞台。不过，首次使用的人工草坪，质地非常接近于天然草坪。据承建单位透露，使用人工草坪只含有3％的人工成分，用于草坪根部加固，草坪表面则和天然草坪一样。当然，这种人工草坪的造价也要高得多。
排水系统也是检验草坪含金量的重要元素，拿2018年俄罗斯世界杯的卢日尼基体育场举例，你看到的是一片“普通的”绿油油的小草，可地底下的结构其实是非常复杂的。
图 | 卢日尼基体育场草皮的结构
草皮的建设需要设计排水系统、浇灌系统，需要专业人才的管理和维护。草皮铺设一共有6层：上层坪床+7%泥煤+7%沸石、下层坪床、碎石沙砾、10毫米的碎骨料、土木织物和110毫米排污管。有这么厉害的排水系统，下雨天再也不怕球场变“菜地”了。
到了2022年卡塔尔世界杯，球场上采用了一种特别的草种，并利用海水淡化和雨水收集再利用技术，同时结合智能节水喷灌系统，比传统草坪种植节省大约40%的淡水。此外，这些草坪下还有可以吸走多余水分的系统，防止真菌病害或其他草坪病害的发生。
05
科技玄学，用计算机预测比赛结果
预测世界杯冠军和比赛结果，也是很多球迷喜闻乐见的话题，2010年，章鱼保罗的横空出世，让世人惊叹世界杯还能如此预测。
随着科技的飞速发展，不少研究机构开始用人工智能和大数据来预测世界杯的比赛结果。
2018年，麻省理工学院的研究人员开发了一种新型人工智能，用以预测世界杯走势。
研究人员声称，他们应用了一种名为random-forest的计算方法，通过结合机器自我学习和常规统计，其准确率可能远胜于传统的统计方法。
值得一提的是，麻省理工并不是唯一一个“凑热闹”的研究机构，高盛此前也使用了20万个统计模型，包括单个球员的数据，球队的近期表现，再到100万次的模拟比赛等数据，最终得出巴西将赢得俄罗斯世界杯冠军的结论。
今年6月，Opta Analyst由超级计算机模拟千次后统计推测法国最有可能卫冕，概率高达17.93%，巴西和西班牙紧随其后。
然而四个月后，超级计算机的想法变了。根据Opta Analyst的最新判断，一支南美球队将赢得本届世界杯冠军。Opta超级计算机目前最喜欢巴西，并且表示，如果法国队的士气和团队合作出现周期性下滑，那么南美巨人已经准备好夺冠。
图 | Opta超级计算机认为巴西夺冠率达16.7%
今年11月9日，EA Sports对外发布卡塔尔世界杯预演结果，预测阿根廷进阶八强后，将以2-1击败丹麦，1-0击败橙衣军团，最终在决赛以1-0击败巴西夺得大力神杯，梅西斩获赛事金靴奖。
因曾成功预判南非、巴西、俄罗斯三届世界杯冠军球队，EA的本次预测引发了大量讨论。
预测很有趣，但足球的巨大魅力之一就在于不确定性，因此更有趣的还是观看比赛本身。毕竟，四年一次可以肆意啤酒龙虾世界杯的日子，结果有时可能真的没那么重要。
写在最后
原本以为一疫三年，和随着年纪的增长，对竞技运动和世界杯的热情和关注已然变淡，可当它真正到来时，朋友圈里还是刷起了屏。
当所有媒体都在大肆宣传卡塔尔的球场、施工、这个、那个……全都是中国制造时，我却无比怀念20年前的那个夏天，那个中国队唯一一次出线的世界杯赛场。
整理不易，点赞三连↓