乒乓球技、战术分析统计软件（关键2.0）的开发与应用

2013-02-21胡水清肖丹丹冯葆欣米奕翔

中国体育科技 2013年4期

胡水清，肖丹丹，冯葆欣，米奕翔

China Institute of Sport Science，Beijing 100061，China.

1 研究背景

技、战术是体育比赛中取得胜利的重要因素之一，田麦久在对不同运动项目战术重要性的5级判别中，将球类比赛归为战术重要性要求最高一类的项目［6］，其成功运用与否，往往会成为比赛胜负的决定因素。在统计学规律上研究项目的技、战术特点更是体育科技工作者和教练员常用的手段之一。通过统计分析研究不同项目国内、外优秀运动员的技、战术特点，可以把握项目的技、战术发展趋势，找到技、战术运用方面与世界先进水平的差别，挖掘技、战术潜力，开展相应的备战对策研究，筛选和优化项目的技、战术训练方法，研究项目相应的技、战术训练方法，为备战重大国际比赛提供技术支持。

中国乒乓球长盛的事实，已为世界所公认［7］。乒乓球也是我国体育科研人员长期以来一直研究的运动项目之一，在技、战术研究方面积累了大量经验。吴焕群、张晓篷等人从20世纪80年代后期开始，长期运用分段指标评估法［1］；在新的乒乓球竞技条件下，中国乒乓球队科研团队引进了德国Simi Scout视频技、战术分析软件，在继承乒乓球技、战术“三段分析法”的基础上，根据教练员与训练实践的需求，进一步丰富了乒乓球技、战术分析指标体系，不断完善和建立了适应快速反馈和详细反馈的不同技、战术分析模型［5］。视频技、战术分析所包含的信息量要远大于文字统计数据，数字视频资料能快速查阅并调出，灵活性更大、存储空间更小，便于教练员和运动员在大赛前和大赛中随时随地快速方便地对将要遇到的对手进行分析与研究。

视频技、战术分析在国内、外的运动训练和比赛中应用都非常广泛，国外在专业的技、战术分析软件上应用更加先进，德国 SIMI Reality Motion Systems公司的 SIMI Scout、澳大利亚的Sports Code、瑞士的 Dartfish TeamPro 都是较为成熟的技、战术分析软件，功能稳定性较强；新加坡的Match Notes训练辅助软件是针对乒乓球、羽毛球和网球设计的中文技、战术统计软件，但功能设计比较简单，仅能进行简单的技术分类及计数等类似分析。国内的学者在长期的体育科研工作中也根据自身工作需要建立了自己的技、战术分析软件［3，4，10］，如赵传杰等人开发了击剑的视频管理软件，上海体育学院张辉等人则编制了乒乓球比赛临场统计分析系统［8，9］。

Simi Scout、Sports Code等国外比赛分析软件的基础功能强大，开放性和灵活性较强，大都适用于常用的技、战术指标统计与分析。但对于没有太多专项技、战术分析经验的科研人员以及不精通英文和该软件的教练员来说，很难在运动训练实践和比赛中应用这些软件。这些较为成熟的国外软件大多价格不菲，软件加密、文件格式等方面的版权保护又常常让使用者经常受限，功能上也无法根据用户需求做相应改动。国内科研人员开发的软件基本上只针对一个或几个项目，功能相对较少，软件使用稳定性不高。这些技、战术统计分析软件中大多是针对一场比赛视频的分析，对于一个赛季或者多场比赛技、战术的统计分析功能欠缺。有的技、战术软件在分析前视频处理耗时较长，不能适应世界大赛期间教练员、运动员对比赛准备的需求。

本研究的目标是，利用乒乓球项目的多年总结的技、战术统计分析模板，在国家体育总局体育科学研究所《体育训练和比赛视频数据库管理软件》自主研发软件的基础上［2］，针对乒乓球比赛视频开发出专用、便捷的技、战术分析统计软件。开发的软件要求：能够根据乒乓球快速反馈、技术、战术、双打技战术等不同分析要求建立相应的模板，视频和分析数据能够共享，能够实现科研人员和教练员在技、战术分析中迫切需要的功能——比赛视频管理、多场比赛技、战术分析统计、视频片断自动截取和合成导出、计时和比分、插入字幕和图像等功能。

2 研究方法

2.1 研究技术路线

本研究的实施过程是软件研究开发与乒乓球比赛视频技、战术分析相结合的过程，目的是满足科研人员在应用技、战术分析软件中迫切需要实现的功能要求，实现比赛视频管理、技、战术统计分析、视频图像标记等综合分析功能。本研究以乒乓球现有的技、战术分析模板为基础进行改进和完善，建立了一个基于开放条件下的乒乓球专项的视频技、战术分析软件，其主要技术路线见图1。

2.2 软件编程

乒乓球技、战术分析统计软件（以下简称关键2.0）开发采用 C＃（Visual Studio 2008）语言和SQL数据库（Microsoft SQL Server 2005）进行开发；主要完成需求分析、概要设计、详细设计（美工等）、编码、单体测试、结合测试、系统测试、现场测试等过程。

图1 本研究技术路线图Figure 1. Technical Route Map

关键2.0底层数据库包含11个相互关联的表，这使得数据库中各类信息和数据逻辑关系更为清晰，同时也为将来开发其他项目使用预留了开放格式（表1）。

表1 本研究底层数据库设计一览表Table 1 Underlying Database Design

2.3 测试与应用

软件测试用例的设计方法采用等价类划分、边界值划分、场景分析和错误猜测等；测试方法运用黑盒测试和白盒测试，进行手工测试、数据库测试。

以2011年第51届世界乒乓球锦标赛的48场比赛视频为应用研究对象，对软件功能进行检验和修正；对其中14场重要比赛进行了详细的技、战术分析。

表2 本研究数据库收录比赛视频一览表Table 2 The Database Included Video Game

3 研究结果

3.1 乒乓球技、战术分析统计软件的开发

3.1.1 关键2.0的特点和功能

比赛视频管理：对每场比赛的信息进行数据库方式管理，并与视频对应，对所有的比赛视频可以快速进行查询、排序、筛选和播放；能够准确对应到每个视频的相应时刻点。

技、战术分析、统计：关键2.0软件可以对一场或多场进行技、战术分析，分析后可以对一场或多场比赛的不同运动员，不同技、战术，成功率等进行统计。

视频标记：可以在关键的视频画面上插入计时器、比分器、字幕以及点、圈、直线等标记，用来标注关键视频画面上的关键比分、位置、技术点等。

视频剪辑合成：数据库查讯后的视频片段，可以自动截取、合成新视频并存储和导出。

数据库数据及视频共享：技、战术数据、技、战术模板、视频资料的开放和共享模式，快速导入导出。

3.1.2 关键2.0测试结果

针对关键2.0软件上述5个方面的功能进行了为期4周的测试，功能测试点310个。软件编程人员、第三方程序员，主要对程序内部逻辑结构（即是否有数据结构错误）进行了白盒测试；软件设计者、软件使用人员，主要对软件的性能是否满足要求（即是否有遗漏和不正确的功能）进行了黑盒测试。

测试结果表明，软件基本涵盖既定设计功能，所测试功能点通过或修正后通过；软件整体功能正常、逻辑正常、流程正常。

3.2 乒乓球技、战术分析统计软件的应用

3.2.1 比赛视频管理

应用关键2.0软件，建立了的乒乓球比赛视频（第51届世乒赛）的数据库，该数据库包含48场比赛，对应83个视频文件。使用关键2.0管理比赛视频，不仅可以节约编辑视频文件的时间，而且能够更迅速、更全面的查询到比赛视频。图2为应用关键2.0查询数据库中张继科参加的第51届世乒赛的比赛，双击每条比赛信息可以看到所对应的视频。

图2 比赛视频查询（比赛／训练信息查询）图Figure 2. The Game Video Query

关键2.0以每场比赛（或者每节训练课）为单元管理视频文件，一场比赛的可以对应多个分散的视频文件，而无需编辑为一个视频，也无需剪辑掉视频文件中的无用片段。图2也可以看到，查询比赛视频时，可以通过比赛名称、比赛性质、运动员姓名等信息快速查询，而且可以按照需要对查询到的比赛进行排序、筛选，不仅可以迅速的查找并播放相关视频，而且可以直接看到该场比赛的较全面的信息。

关键2.0软件对视频的管理，不仅限于查找并播放相关视频，而且可以准确定位到所需的视频时刻点。图3是对陈玘在第51届世乒赛中所有比赛中每一分视频的精确定位查找；在“查询及筛选分析数据”窗口的查询内容（属性列表内容）中，直接输入“陈玘”，就可以直接查询到数据库中所有包含“陈玘”的视频，并准确对应到视频的相应时刻点（精确到毫秒），实现了快速查询、准确定位功能。

图3 关键视频精确定位查询（分析数据查询）图Figure 3. Accurate Positioning Query of Key Game Video

3.2.2 技、战术统计分析

结合以往工作经验和研究成果［5］，本研究设计了关键2.0软件的乒乓球技、战术分析模板（图4）。该模板是开放式的模板，使用者可以根据需要设计出适用于快速反馈、技术、战术、双打技战术等不同分析要求的分析模板。

图4 开放式建立乒乓球技、战术分析模板（新建分析属性列表）图Figure 4. Openning up Table Tennis Tactical and Technical Template

运用关键2.0，对第51届世乒赛的14场比赛进行了技、战术分析。下面以张继科对波尔的半决赛为例，介绍技、战术分析的过程和结果。

图5 乒乓球技、战术分析过程图Figure 5. Process of Technical and Tactical Analysis

图6 乒乓球技、战术分析数据图Figure 6. Data of Technical and Tactical Analysis

针对以上张继科技、战术分析的数据结果，运用关键2.0中的统计、统计表格导出等功能进行数据统计。

表3 发球轮、接发球轮得失分统计一览表Table 3 Statistical Table of Losing and Winning Score in Serving and ReceivingRound

表4 乒乓球三段统计一览表Table 4 Statistics of Three Stages

从整场比赛三段数据来看，张继科发抢段得分率70%，接抢段得分率66.67%，均达到优秀水平［7］；相持段使用率最高，得分率51.43%，也说明张继科在相持段没有明显的优势，与波尔不分上下。发抢段和接抢段的优秀发挥，是张继科取得这场比赛胜利的基础。

1.发抢段

全场比赛张继科前三板共发生得失分共20分，除去2个意外球得失分共18分。其中，发球（＋3），第三板（＋9，-6）。

1）第一局张继科第三板共抢攻4分，均为失分。2分为发中路偏正手不转短球，波尔挑到张继科的反手，张继科反手抢攻下网失分。1分为发中路偏正手不转短球，波尔劈到张继科的反手，张继科反手抢攻出界失分。1分为张继科发球出台，波尔上手，张继科挡出界失分。通过与其他几局数据对比分析，可以看出，张继科本局发抢段的发挥失常是张继科输掉第一局的关键原因。分析原因：张继科不适应波尔第二板的旋转或张继科进入状态较慢。

2）第三板抢攻位置也是本场比赛转折的关键。

表5 第三板抢攻位置统计一览表Table 5 Statistics of Third Attack

第一局张继科以抢攻波尔反手为主，效果差。波尔反手防守能力较强，并且近台借力反撕过来的球弧线低平，旋转强，对张继科的威胁很大。后几局张继科加大了进攻波尔正手和中路的比例，效果不错，波尔正手只有1分反拉得分，其余球全为正手挡防，挡防过来的球张继科第五板的反手衔接或侧身衔接，均能起到较好的效果，即使进入相持，张继科也是上风球。

3）从整场比赛来看，张继科反手抢攻后衔接正手失分较多。

表6 反手抢攻后衔接正手统计一览表Table 6 Statistics on Forehand Cohesion after Backhand Attacking

2.接抢段

接抢段共发生得失分27分，除去波尔发球失误1分，和三个意外球外共23分。张继科（＋17，-6）占据明显优势，有效地遏制了波尔的发球轮，张继科的球非常主动。台内侧拧加侧拧后的第四板衔接是张继科接抢段的主要得分点。

张继科第二板如果能上手，将球拧起，其得分的可能性将会大大增加。由数据也可以看出，张继科的台内侧拧技术非常成熟，拧起后效果好，自己失误少，并且得分率很高。因此在与波尔的比赛中张继科在接抢段应以主动上手拧为主。由比赛过程中可以看出，当张继科连续使用台内侧拧回接第二板短球时，波尔会稍退台后进行反拉，此时张继科在处理短球时，如能摆个短球，将会打乱波尔的战术，第四板往往会出现机会。

表7 张继科接台内球使用技术统计一览表Table 7 Statistics on Receiving Ball over the Table of ZHANG Ji-ke

3.相持段

张继科与波尔的比赛相持段得球数最多，共发生得失分35分，相持段整场比赛的使用率为42.68%。其中得18分，失17分，得分率为51.43%，从得分率来看，张继科在相持中并没有明显优势。

表8 相持段板数与得失分统计一览表Table 8 Statistics on Winning and Losing Score during Stalemate Stage

由相持段板数与得失分统计表可以看出，张继科五六板的失分多于得分，七八板后的得分多于失分。从比赛录像中可以看出，张继科五六板回击的球多为波尔中近台反撕反拉的球，这板球对张继科的威胁较大，张继科如果能扛过这一板球，进入中远台相持后，将会占有优势。另外，他在与波尔的相持过程中，当波尔站位偏近台时，要多进攻波尔正手位，当波尔退台后则应以进攻反手位为主。

3.2.3 技、战术分析标记

运用关键2.0软件，在技、战术分析的同时，在视频的关键画面上插入了比赛计时、比分、字幕以及点、圈、直线等标记图像。这些标记可以使教练员、运动员观看视频时更加准确和便捷地获得更多信息。如图7所示，在1／4决赛张继科对王励勤的比赛中，在关键分（10∶7）的画面上，插入了比赛时间、关键比分和发球动作标记。

3.2.4 视频文件剪辑合成

关键2.0能够对不同视频文件中所需的视频片段进行筛选，并且能够合并为一个视频文件。使用关键2.0软件分析张继科对波尔的比赛后，将张继科接发球技术的视频片段自动排序分类（图8），然后可以将所选视频片段合成输出为一个新的视频文件“张继科接发球.mpg”。“张继科接发球.mpg”是张继科对波尔这场比赛中张继科接发球技术动作的视频片段集锦，教练员和运动员可以用其他电脑或手机、电视等播放观看。

图7 视频技、战术分析标记Figure 7. Marker of Video Technical and Tactical Analysis

图8 视频文件合成Figure 8. Video Synthesis

3.2.5 数据库数据及视频共享

数据共享：能够对数据库中任意一场或几场比赛的分析数据导入、导出（图9），而不需要拷贝整个数据库。这样，可以将不同运动员的分析数据分别给到各自教练和运动员自己手中。在数据导入时，每条数据都有惟一编码，数据库自动查重，如果导入的N条数据中有重复数据，则只导入不同编号的数据，避免了重复数据。

数据库的统计结果也可以导出，3.2.2中的技、战术分析就是根据关键2.0中导出的统计结果，使用Excel等软件进一步统计后进行分析的。

图9 王皓分析数据导出Figure 9. Analysis of Data Derived of WANG Hao

视频共享：

移动硬盘视频共享。在图3中，视频文件路径为“G：＼2011荷兰世乒赛＼…”，移动硬盘盘符为“G”，但移动硬盘连接到另一台电脑时移动硬盘的盘符可能变为“F”、“H”或其他，视频文件路径发生变化。关键2.0软件在设计时，视频路径查找不受移动硬盘盘符变化影响，软件将自动查找视频并连接数据库。因此，在使用关键2.0软件时，移动硬盘上存储的视频文件不需要拷贝到电脑硬盘上。

局域网视频共享。视频文件较大，视频的合成和拷贝速度较慢，关键2.0实现了局域网或工作组内的视频共享。通过识别和查找共享文件夹内的视频文件路径，视频可以在另一客户端查找到并播放。应用这一功能，将第51届世乒赛的比赛视频放到实验室的一台电脑上进行共享，加入实验室工作组的所有用户都能够直接在自己的计算机上查找并播放视频。