CN113625910A - 一种拍类运动多变战术模拟的可视分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，包括控制栏，用于选择控制信息的多个特征；战术流视图，用于展示多个战术流，采用第一图标展示多个战术流中的每个战术；投影视图，用于采用t‑SNE算法将每个战术投影到二维平面得到第二图标集，通过第二图标集中的第二图标展示每个战术以及基于第二图标之间的距离展示每个战术之间的相似度；战术视图，用于触发第三图标集，所述第三图标集中的第三图标展示每一次击球使用战术的技术细节；回合视图，点击第一或第二图标触发第五图标，所述第五图标展示选中战术所在的所有回合。该系统能够对战术的前因后果进行交互式可视化。
Description
技术领域
本发明涉及数据分析领域，具有涉及一种拍类运动多变战术模拟的可视分析系统。
背景技术
拍类运动是指乒羽网这类隔网球类运动，其特点为，参赛球员需要在球网两边交替使用球拍击球，在这类运动中，基本的数据单元是一次击球。从一方发球到一方得分的一系列连续交替击球，被称为一个回合。每次击球时，运动员往往会考虑多个击球细节，包括双方球员的位置、球当前的位置、击球的技术、球的旋转等等。
不同的拍类运动考虑的击球细节有相似的部分(例如球员的位置、球的位置、击球技术等)，但不完全相同(例如羽毛球往往不考虑旋转，但考虑球的高度)，在每个回合中，利用击球细节的变化，运动员可以使用各种战术，战术是一种短期的对抗策略。例如经典的左右调动战术就由三拍组成：我方球员先将球打向对手的最右侧(球的位置)；对方跑向右侧回球(球员的位置)；我方球员再使用一种进攻性的击球技术(击球技术)将球快速打向对手的最左侧(球的位置)，使得对方难以回球。战术是拍类运动领域着重分析的一个要点。
事件序列数据是一种常见的数据类型：事件是一种事件主体、发生时间、行为类型(即谁在什么时间做了什么)的数据记录；事件序列则是一系列相关事件(如同一主体在一天内的所有事件)按时间先后的排列。事件序列中一个重要的概念是特征模式，即频繁出现的子序列。拍类运动的数据本质上就是一种事件序列：每次击球可以看作一个事件；每个回合可以看作一个事件序列；球员频繁使用的战术则可以被看作特征模式。但拍类运动是一种特殊的事件序列：每个事件的行为类型包含了多个击球细节的记录。我们将这种事件序列称为多元事件序列。
文献S.Guo,K.Xu,R.Zhao,D.Gotz,H.Zha,and N.Cao.EventThread:Visualsummarization and stage analysis of event sequence data.IEEE Transactions onVisualization and Computer Graphics,24(1):56–65,2017.doi:10.1109/TVCG.2017.2745320公开了一种针对多场乒乓球比赛中的战术进行可视挖掘分析的技术，使用了一种遍历的方法，搜索多场比赛中的每个战术，并统计得到出现频率最高的若干战术。针对这些高频战术，该技术依据相似性将其投影到二维平面中，便于用户发现相似战术。同时该技术使用了一种基于图案设计的树形图，对战术进行了聚类展示。该技术存在以下不足：其可视分析方法聚焦于单个战术，而非战术的变化过程。乒乓球的一个回合中往往包含多次击球，这也导致运动员往往会应用多个战术来应对不同的场景中对手的变化。战术之间的克制关系是领域中迫切关注的一个分析重点。例如当某球员使用了第一个战术后，其对手可能有不同的战术选择；针对对手的不同战术，该球员也将选择不同的战术应对。在这样复杂的博弈场景中，球员和教练需要了解对方会如何选择，我方应当如何应对。然而上述文献只针对单个战术进行了统计分析，而没有深入到战术前因后果的复杂变化。
文献J.Wang,J.Wu,A.Cao,Z.Zhou,H.Zhang,and Y.Wu.Tac-miner:Visual tacticmining for multiple table tennis matches.IEEE Transactions on Visualizationand Computer Graphics,27(6):2770–2782,2021.doi:10.1109/TVCG.2021.3074576公开了一种针对事件序列中模式变化的可视分析技术。该技术主要使用了一种基于无监督学习的方法挖掘序列中的特征模式：其按照特定的时间间隔(例如每5个事件)，将一个长序列切割成若干个短序列，并针对每个时间间隔内不同长序列切割出的短序列，依据相似性进行聚类。之后使用了一种流图的方式，按照时间顺序展示了特征模式演变的过程。流图中，每个节点均代表一个短序列的聚类，节点之间的连线则表示连接的两个短序列是由同一个长序列切割而来的，而且在原始的长序列中是连续的。该技术存在以下不足：一、该技术无法可视化多元事件序列。拍类运动的事件包含多个击球细节。而该技术提出的可视分析系统并不能有效地处理多元事件序列。二、该技术的可视化并不能很好地应用于拍类运动领域。拍类运动有特别关注的信息，如战术的使用频率、使用后的胜率等等。该技术提出的方法并没有针对这些信息的可视化展示。
发明内容
本发明提供一种拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，该系统能够对战术的前因后果进行交互式可视化。
一种拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，包括：
控制栏，用于选择控制信息的多个特征，所述多个特征包括拍类运动项目，目标运动员，以及对手运动员；
战术流视图，用于通过接收控制信息的多个特征，采用桑基图展示多个战术流，同时采用第一图标展示多个战术流中的每个战术的胜率，胜率差，技术细节和回合数；
投影视图，用于通过接收控制信息的多个特征，采用t-SNE算法将每个战术投影到二维平面得到第二图标集，通过第二图标集中的第二图标展示每个战术的频率，胜率，胜率差，以及基于第二图标之间的距离展示每个战术之间的相似度；
战术视图，用于通过点击第一或第二图标触发第三图标集，所述第三图标集中的第三图标展示每一次击球使用战术的技术细节，其中，如果每一次击球使用的技术细节均相同，则展示所述技术细节的名称，如果每一次击球使用的技术细节不同，则基于技术细节占比阈值，采用第一图像展示多个技术细节的名称和占比；
回合视图，用于通过点击第一或第二图标触发第五图标，所述第五图标展示选中战术所在的所有回合。
通过本发明提供的交互式可视化的手段，用户先需要在控制栏选择自己要分析的运动员及其对手。选定后，战术流视图会使用一个桑基图将战术变化过程可视化展示出来。其中，每个战术都使用了一个图案来编码(B1)使用率、胜率等用户重点关注的重要信息。投影视图则将每个战术按照相似度投影到二维平面，使用户能够快速发现相似的战术。在投影视图或流视图中点击某一个可视化元素后，战术视图会展示出对应战术的细节信息，包括战术中每次击球的击球细节。同时回合视图会显示使用了该战术的所有原始回合序列数据，包括回合中每次击球的所有击球细节，以及使用了该战术的位置。
所述的采用桑基图展示目标运动员采用的多个战术流的具体步骤为：
所述的桑基图包括从左到右遵循时间顺序排列的多个节点，每个节点表示一个战术并通过第一图标展示，基于战术变化将所述节点进行连接得到多个战术流，以展示从前置战术到最终得分或失分的过程。
所述的第一图标由四个部分组成，分别为前置战术，当前战术的技术细节，战术变化结果，击球落点分布，其中，采用第二图形编码前置战术，第二图形的高度表示使用前置战术的回合数，第二图形颜色的色相表示使用前置战术胜率较高的一方运动员，第二图形颜色的深浅表示使用前置战术的目标运动员与对手运动员胜率差；
采用第一矩阵编码当前战术的技术细节，其中，每一行表示一类技术细节，每一列表示一次击球；
采用第三图形编码战术变化结果，所述战术变化结果包括后置战术，得分或失分结果，其中，第二图形和第三图形的高度差表示由前置战术转变为战术变化结果的回合数，第三图形颜色的色相表示使用后置战术胜率较高的一方运动员或获胜一方的运动员，第三图形颜色的深浅表示使用后置战术的目标运动员与对手运动员胜率差；
击球落点分布由拍类运动场地的图形编码，通过热力图展示击球后，球在拍类运动场地落点分布。
所述的第二图标颜色的色相表示使用所述战术胜率较高的一方运动员，第二图标颜色的深浅表示使用所述战术的目标运动员与对手运动员胜率差，第二图标的大小表示使用所述战术的频率。
同时选中战术流视图中的两个第一图标，或者同时选中投影视图中的两个第二图标，得到所述两个第一图标或两个第二图标的战术对比视图。
所述的战术对比视图，用于采用第六图标展示每一次击球的两个战术的技术细节对比，所述第六图标由两部分组成，分别表示两个对比战术的技术细节，所述技术细节通过对应的第三图标展示，如果两个对比战术的技术细节相同则对应的两个第三图标中部显示第一符合。
所述的第五图标包括上、下两部分，上半部分表示胜出的回合，下半部分表示失分的回合，其中每一部分的每一行表示一个回合，每一行包括多个第四图形，每个第四图形表示一次击球，所述第四图形内的数字表示击球的次序，如果第四图形为实心则表示所对应的击球使用了选中的战术。
通过点击所述的第五图标的每一行，展示对应回合的具体技术细节，通过悬停所述的第五图标的每一行上，所述每一行的右侧显示摄像机按钮，通过点击所述摄像机按钮播放对应回合的视频片段。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明利用战术流视图能够展示目标运动员与对手运动员的战术变化路径，以及利用战术视图对所述战术的技术细节进行展示，利用回合视图对每一回合的技术细节进行展示，具有较高的可视化，方便运动员了解自身的技术特点和对手的技术特点，从而针对性的布置战术。
附图说明
图1为具体实施方式提供的战术定义图；
图2为具体实施方式提供的交互式的可视化分析系统框图；
图3为具体实施方式提供的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统界面图片；
图4为具体实施方式提供的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统的战术流示意图；
图5为实施例1提供的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统具体示例图片。
具体实施方式
不同的拍类运动考虑的击球细节有相似的部分(例如球员的位置、球的位置、击球技术等)，但不完全相同(例如羽毛球往往不考虑旋转，但考虑球的高度)。在每个回合中，利用击球细节的变化，运动员可以使用各种战术，所示战术为击球细节相似的部分，如图1所示，具体为S1和S2相同击球技术细节中c，d，相同击球位置x，y构成了一个战术。
本技术提出了一个交互式的可视化分析系统。该系统框架如图2所示。框架包含3个部分：一个拍类运动的事件序列数据集，一个包含核心算法的后端，以及一个用户界面。数据集主要用于提供数据。后端运行上述的数据挖掘算法，挖掘战术及其变化过程。用户界面可视化展示战术结果，并且提供交互，允许用户探索数据。
以下主要展开解释用户界面的可视化设计与交互设计。
1.可视化设计，如图3所示，具体步骤为：
在控制栏(A)中，本技术的可视化系统中，提供了对应的下拉菜单，所述的控制栏的控制信息包括：使用户可以选择数据集、主要研究的球员(橙色)、以及他/她的对手(蓝色)。
在战术流视图(B)中，本技术使用了一个桑基图去展示多变的战术变化过程。桑基图从左向右遵循时间的顺序。每个节点代表一个战术及其使用场景(即前置的战术与后续的战术)。可能有多个节点的战术是相同的，但使用场景不同。而每条从一个节点到另一个节点的流代表球员先使用了一个战术，之后变化为另一个战术。本技术为每个节点做了一种基于图案的设计，用于编码战术本身及其使用场景。该图案设计包含了四个部分，如B1所示：一是编码前置战术的“头部”。最左侧的矩形展示了战术的前置战术，其高度代表了多少个回合中前置战术会变化为当前战术；颜色编码了使用了那些前置战术后整体的胜率，色相代表了哪一方球员更高，深浅代表了双方胜率的差距。二是编码战术本身的“身体”。中部的矩阵编码了战术最核心的击球细节，即每次使用该战术时都保持不变的击球细节。每一行代表一类击球细节(如球的位置、击球技术)，每一列代表战术中的一次击球。实心的部分表示对应击球的对应击球细节是保持不变的，颜色编码了击球的球员。三是编码后续变化的“尾部”。右侧收缩的流表明部分回合在使用了该战术后就分出了胜负，左侧的高度与头部的高度一致，右侧的高度表明多少个回合仍有后续战术变化。颜色编码了使用了该战术后的胜率。色相与深浅的含义与头部相同。四是编码空间信息的“腹部”。双击一个图案可以在矩形下方展开编码空间信息(如球的位置)的可视化。矩形每一列的下方均有一个球场，球场上方用热力图展示了对应击球中，球在球场上落点的分布。
在投影视图(D)中，本技术使用了t-SNE算法将战术投影到二维平面。每个战术显示为一个圆点，颜色色相编码了胜率较高的一方球员。深浅编码了胜率差的大小，越深说明胜率差越大。圆点的大小编码了战术的使用频率。
在战术视图(C)中，本技术使用了一种表格式的可视化设计。每一行代表一个击球细节，每一列代表一次击球。每个胶囊型的图案就代表了一次击球的一个击球细节。若每次战术使用时，对应的击球细节均相同，胶囊内会直接用文字写明该击球细节的名称；若该击球细节每次使用时会变化，胶囊内会使用一个柱状图来显示使用频率最高的三种细节的频率。此外战术视图也支持对比两个战术(图3(C1))。对比两个战术时，每个胶囊分为左右两个部分，分别代表两个战术对应的击球细节。若两个战术对应的击球细节相同，胶囊中部会显示一个等于号。
在回合视图(E)中，本技术使用列表列举所有包含一个特定战术的回合。视图上半部分为胜出的回合(左侧的绿色W代表胜出)，下半部分为失分的回合(左侧的红色L代表失分)。每一行代表一个回合，每个圆圈代表一次击球。圆圈内的数字代表击球的序数；实心的圆圈代表使用战术的若干次击球。点击一行之后，会展开一个表格，显示每次击球的每个击球细节。鼠标悬停在一行上时，右侧会显示一个摄像机按钮，点击后系统会播放该回合对应的视频片段。
2.交互设计。本技术主要包括5个交互手段。一是战术流视图的漫游交互。用户可以拖拽战术流视图以平移视图；或者滚动滚轮进行缩放。双击背景可以重置视角。二是战术流追踪交互。如图4中的Step1和2所示，用户可以点击某一条战术之间的流，所有相关的流(包含此流的回合流经的其他流)均会被高亮，给定一个包含7个流(f1～f7)的战术流视图，我们依次点击其中两个流f4和f2。被点击的流会使用白色边框高亮，而相关的流也会用深色高亮。。三是战术关联高亮交互。一个战术在投影视图内显示为一个圆点；在战术流视图内显示为多个节点。这些元素在系统中被关联。用户可以鼠标点击任意一个元素，其他元素会被同时高亮显示。四是战术对比交互。用户可以分别用左键和右键点击两个战术以对比两个战术。战术流视图中会使用不同的颜色高亮两个战术的战术；战术视图会启用对比模式对比两个战术。五是细节展示交互。当用户将鼠标悬停在任意可视化元素上时，系统会弹出一个文本提示，写明该元素所编码的所有信息。
具体实施例如图5所示，具体步骤如下：
一、预测德约科维奇的发球有助于战胜他。图中的A1与A2标注出了德约科维奇最常用的两种发球战术。在可视分析系统中点击这两个图案，可以看到其具体使用细节，如A1a、B1和A2a、B2所示。A1a和B1中，德约科维奇在正手区域靠近中线的区域发球，总是会将球打向对方正手区的内线；A2a和B2中，德约科维奇在反手区域靠近中心的区域发球，总是会将球打向对手反手区的外线。在了解德约科维奇的战术特点后，其他球员对阵德约科维奇时，可以通过预测其发球的落点，做好接球的准备，避免被他通过发球占据优势。
二、在第二拍抢攻有助于战胜德约科维奇。图中的A3a、A3b、A3c是一个有趣的案例。这三个图案是同一个战术在不同场景下的使用：A3a是德约科维奇的对手接发球的战术；A3b和A3c都是在中盘使用同样的战术。然而A3a使用后，德约科维奇的得分率很低，而在A3b和A3c使用后，德约科维奇的得分率很高。B3展示了战术的具体内容，这是一个正手对攻性的战术。这表明在对阵德约科维奇的时候，如果希望通过正手进攻压制德约科维奇，应当在第二拍时就进行抢攻。拖到中盘甚至后期是对德约科维奇更有利的。
Claims (8)
1.一种拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，其特征在于，包括：
控制栏，用于对接收的控制信息的多个特征进行选择，所述多个特征包括拍类运动项目数据集，目标运动员，以及对手运动员；
战术流视图，用于通过接收控制信息的多个特征，采用桑基图展示多个战术流，同时采用第一图标展示多个战术流中的每个战术的胜率，胜率差，技术细节和回合数；
投影视图，用于通过接收控制信息的多个特征，采用t-SNE算法将每个战术投影到二维平面得到第二图标集，通过第二图标集中的第二图标展示每个战术的频率，胜率，胜率差，以及基于第二图标之间的距离展示每个战术之间的相似度；
战术视图，用于通过点击第一或第二图标触发第三图标集，所述第三图标集中的第三图标展示每一次击球使用战术的技术细节，其中，如果每一次击球使用的技术细节均相同，则展示所述技术细节的名称，如果每一次击球使用的技术细节不同，则基于技术细节占比阈值，采用第一图像展示多个技术细节的名称和占比；
回合视图，用于点击第一或第二图标发第五图标，所述第五图标展示选中战术所在的所有回合。
2.根据权利要求1所述的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，其特征在于，所述的采用桑基图展示多个战术流的具体步骤为：
所述的桑基图包括从左到右遵循时间顺序排列的多个节点，每个节点表示一个战术并通过第一图标展示，基于战术变化将所述节点进行连接得到多个战术流，以展示从前置战术到后置战术，以及最终得分/失分的过程。
3.根据权利要求1或2所述的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，其特征在于，所述的第一图标由四个部分组成，分别为前置战术，当前战术的技术细节，战术变化结果，击球落点分布，其中，采用第二图形编码前置战术，第二图形的高度表示使用前置战术的回合数，第二图形颜色的色相表示使用前置战术胜率较高的一方运动员，第二图形颜色的深浅表示使用前置战术的目标运动员与对手运动员胜率差；
采用第一矩阵编码当前战术的技术细节，其中，每一行表示一类技术细节，每一列表示一次击球；
采用第三图形编码战术变化结果，所述战术变化结果包括后置战术，得分或失分结果，其中，第二图形和第三图形的高度差表示由前置战术转变为战术变化结果的回合数，第三图形颜色的色相表示使用后置战术胜率较高的一方运动员或获胜一方的运动员，第三图形颜色的深浅表示使用后置战术的目标运动员与对手运动员胜率差；
击球落点分布由拍类运动场地的图形编码，通过热力图展示击球后，球在拍类运动场地落点分布。
4.根据权利要求1所述的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，其特征在于，所述的第二图标颜色的色相表示使用所述战术胜率较高的一方运动员，第二图标颜色的深浅表示使用所述战术的目标运动员与对手运动员胜率差，第二图标的大小表示使用所述战术的频率。
5.根据权利要求1所述的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，其特征在于，同时选中战术流视图中的两个第一图标，或者同时选中投影视图中的两个第二图标，得到所述两个第一图标或两个第二图标的战术对比视图。
6.根据权利要求5所述的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，其特征在于，所述的战术对比视图，用于采用第六图标展示每一次击球的两个战术的技术细节对比，所述第六图标由两部分组成，分别表示两个对比战术的技术细节，所述技术细节通过对应的第三图标展示，如果两个对比战术的技术细节相同则对应的两个第三图标中部显示第一符合。
7.根据权利要求1所述的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，其特征在于，所述的第五图标包括上、下两部分，上部分表示胜出的回合，下部分表示失分的回合，其中每一部分的每一行表示一个回合，每一行包括多个第四图形，每个第四图形表示一次击球，所述第四图形内的数字表示击球的次序，如果第四图形为实心则表示所对应的击球使用了选中的战术。
8.根据权利要求7所述的拍类运动多变战术模拟的可视分析系统，其特征在于，通过点击所述的第五图标的每一行，展示对应回合的具体技术细节，通过选中所述的第五图标的每一行，所述每一行的右侧显示摄像机按钮，通过点击所述摄像机按钮播放对应回合的视频片段。
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| RU2655599C1 (ru) * | 2016-12-29 | 2018-05-28 | Владимир Евгеньевич Афоньшин | Способ тренировки тактико-технических действий спортсменов игровых видов спорта |
| CN109101911A (zh) * | 2018-07-31 | 2018-12-28 | 浙江大学 | 一种对足球比赛阵型变化及人员流动的可视分析方法 |
| CN110322380A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-10-11 | 浙江大学 | 一种乒乓球比赛战术模拟的可视分析系统 |
| CN110727826A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-24 | 浙江大学 | 一种乒乓球战术挖掘可视化分析方法 |
| RU2716544C1 (ru) * | 2019-08-12 | 2020-03-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" | Способ тактико-технической подготовки теннисистов и бадминтонистов |
-
2021
- 2021-08-06 CN CN202110900997.6A patent/CN113625910B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 聂俊岚;陈欢欢;郭栋梁;张继凯: "多维数字战场态势可视分析研究", 小型微型计算机系统, vol. 35, no. 3 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113625910B (zh) | 2023-10-27 |
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