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面向足球战术的可视分析

谢潇  
【摘要】:足球是世界上最流行的竞技体育运动。许多研究者都参与到足球战术分析中寻找提高球队和运动员表现的方法。阵型与传球是足球战术中最基本的元素。阵型对球员在足球场上的空间位置和职责分工作出了定义。传球则可以帮助球队控制球权,寻求进攻机会。研究者们提出了一系列的数学模型和挖掘算法来研究阵型和传球。但是,这些模型专注于局部问题的解析,无法提供全局的分析视角。更为重要的是,模型擅长于发现常见的、有明确定义的规律模式。但足球数据中存在大量未知的、定义不清淅的现象和规律,仍有待用户手动地探索和分析。因此,用户迫切需要一个交互式的分析系统融合模型强大的计算能力和自身丰富的领域知识进行深度分析。可视分析由于其直观性和可交互性逐渐受到足球数据分析的青睐。但是现有的可视化方法不能很好地支持专家对足球战术,尤其是阵型和传球进行深入地分析。现有的可视化方法应用于足球战术分析时主要面临三个挑战:1)球队阵型的时空变化。球队可以根据比赛情况频繁地改变阵型。然而,阵型的变化是一种时空变化,给专家识别和理解阵型变化模式带来了巨大的困难。2)传球行为的动态改变。传球行为存在着动态性。一场足球比赛往往包含数百个阶段。如何帮助专家快速浏览多个阶段的传球并发现和分析传球的动态性仍有待解决。3)足球战术的因果分析。现有的分析手段主要使用关联分析辅助专家理解足球数据。但是,相关性不代表因果关系。如何展示足球数据中因果关系以及如何结合因果关系和专家知识完成复杂的因果推理仍需要研究。本文以面向足球战术的可视分析为研究对象,提出了如下的方法以解决上述挑战。·面向阵型变化的时空可视分析。本文提出了阵型流可视化展示阵型的时空变化,帮助专家直观地观察球员在阵型变化时的移动,并比较两支球队的阵型变化模式。本文进一步开发了可视分析系统ForVizor以支持全面的阵型分析。用户可以结合上下文背景信息理解阵型变化的原因和阵型变化的影响。·面向动态传球的层次可视分析。本文引入了文本挖掘常用的主题模型来检测复杂动态的传球模式。在此基础上,本文利用了图标的视觉抽象性,为传球的上下文信息设计了相应的可视化图标以可视化比赛中的多个足球阶段并开发了可视分析系统PassVizor帮助用户进行层次化的传球分析。·面向足球因果关系的可视分析。本文探索了因果分析与可视分析的结合,设计了一个适合于展示复杂足球因果关系的因果图可视化,并开发了可视分析系统Causality Explorer支持用户对大量的因果关系进行交互式的探索、验证、和量化地模拟推演。


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