Con gli avatar in 3D dei calciatori sarà più facile misurare (e accettare) un fuorigioco

MILANO – Al prossimo Mondiale di calcio, quello che si giocherà tra Stati Uniti, Canada e Messico, il VAR cambierà faccia. Letteralmente. Le ricostruzioni grafiche che oggi mostrano la posizione di un attaccante rispetto alla linea del fuorigioco - quelle figure tutte uguali, quasi astratte, da anni al centro di polemiche - lasceranno il posto ad avatar tridimensionali iperrealistici, capaci di riprodurre l'aspetto fisico di ciascuno dei calciatori in campo.

È il risultato di una collaborazione tra FIFA e Lenovo, sviluppata in due anni di lavoro a partire dalla tecnologia di Hawk-Eye, il partner storico del fuorigioco semiautomatico.

La novità non riguarda il modo in cui il fuorigioco viene calcolato: gli algoritmi che estraggono dal campo la posizione dei corpi e del pallone restano quelli di Hawk-Eye. Cambierà invece ciò che vedono arbitri e telespettatori: scene più vicine alla realtà. E questo avrà un impatto sull'accuratezza con cui il sistema sa dove finisce davvero un giocatore.Ce lo hanno spiegato Pierluigi Collina, ex arbitro internazionale italiano considerato tra i più autorevoli della storia e oggi Chief Refereeing Officer della FIFA, e Valerio Rizzo, AI Senior Manager di Lenovo e architetto degli avatar 3D del colosso tech.

Da due linee in campo a un muro tridimensionale

Per capire perché il salto sia così significativo, conviene partire da una contraddizione di percezione che Collina ha vissuto in prima persona, confrontando la prima tecnologia entrata nel calcio, la Goal Line Technology, con quella del fuorigioco semiautomatico.

“La Goal Line Technology posiziona un pallone rispetto a una riga - spiega -. Un software trasforma l’immagine in una grafica e mostra al pubblico una rappresentazione semplice: una linea, un pallone e l’eventuale spazio tra i due. Anche un solo centimetro di separazione può cambiare la percezione di chi guarda: “è gol” oppure “non è gol”. Il punto è proprio questo: rendere la decisione visibile, comprensibile e quindi più accettabile. Chi guarda può dire: me lo hanno mostrato, lo vedo, ci credo”.

Con il fuorigioco la dinamica era opposta, pur trattandosi sempre di geometria: la posizione di un corpo rispetto a una linea, e a un altro corpo, e a un pallone.

“Nel caso del fuorigioco, però, lo stesso centimetro, o anche dieci centimetri generavano una reazione diversa - aggiunge Collina - Molti spettatori dicevano: “Non si vede bene, non è chiaro”. Il motivo è che mancava una vera trasposizione grafica. La decisione veniva mostrata in due dimensioni: due linee tracciate sul terreno di gioco e la posizione di un corpo. Era più semplice da leggere quando il riferimento era un piede, molto più complicato quando si trattava di una spalla o della testa. A questo si aggiungeva il ruolo dell’intervento umano: era una persona a scegliere il momento in cui fermare l’azione, il frame da analizzare e il punto da cui tracciare la perpendicolare”.

Da qui la domanda che ha innescato la collaborazione con Lenovo per rappresentare il fuorigioco: si può trovare una tecnologia che minimizzi l'intervento umano e offra una visione grafica più chiara? La risposta, sviluppata insieme alla divisione FIFA Innovation, è il sistema che vedremo al prossimo Mondiale: una ricostruzione tridimensionale in cui ogni giocatore è riconoscibile e in cui la linea del fuorigioco non è più una riga sul terreno, ma una superficie verticale - “una parete digitale”, la definisce Collina — che permette di vedere immediatamente quali parti del corpo sono oltre quel “muro” e quali no.

Non è solo una questione estetica. È un fatto cognitivo: se l'occhio riconosce il giocatore per quello che è - sostengono FIFA e Lenovo - smette di dubitare della ricostruzione. Se invece vede una figura neutra e schematica, il cervello reagisce come se l'immagine fosse arbitraria. Anche quando i numeri dicono il contrario. Su questo punto Valerio Rizzo, che ha guidato lo sviluppo tecnico per Lenovo, è netto:

“La mente umana compie sempre questo errore: è sempre convinta che il vedere le cose per come le vediamo non sia affetto da bias, che sia più preciso - dice Valerio Rizzo, che vanta un dottorato in Neuroscienze ed è specializzato in ricostruzione 3D ad alta precisione e su larga scala -. Spesso ti confronti con chi fa ispezioni di qualità e ti dice "io vedo meglio l'errore di quanto possa vederlo la macchina". No: poi la macchina, l'algoritmo, dimostrano che c'è errore nell'osservazione umana».

Come Hawk-Eye calcola il fuorigioco (e perché Lenovo non l'ha toccato)

Vale la pena ricordare il funzionamento del fuorigioco semiautomatico, perché è la base su cui si innesta il lavoro di Lenovo. Nel sistema introdotto da FIFA, telecamere dedicate installate nello stadio tracciano fino a 29 punti del corpo di ciascun giocatore, cinquanta volte al secondo. A questo si aggiunge un pallone "intelligente", introdotto per la prima volta al Mondiale del Qatar 2022, che contiene un sensore capace di trasmettere 500 dati al secondo, fondamentali per identificare l'istante esatto in cui viene toccato: il cosiddetto kick point.

Il fuorigioco si determina in due passaggi. Primo: la posizione. Un attaccante è in posizione di fuorigioco se, nel momento in cui il compagno tocca il pallone, una parte valida del corpo - testa, tronco o piedi, non braccia o mani - è più vicina alla linea di porta avversaria sia del pallone sia del penultimo difendente. Secondo: il coinvolgimento nell'azione. L'infrazione scatta solo se quel giocatore partecipa al gioco: tocca il pallone, interferisce con un avversario, contende la palla, trae vantaggio da una deviazione.

L’apparato di misurazione esistente resta intatto. Rizzo lo ribadisce: “Noi continuiamo a chiamarlo 3D VAR, è il nome in codice. Ma il VAR, come sapete, è sviluppato da Hawk-Eye, la proprietà intellettuale dell'algoritmo che estrae i dati dal campo è loro. Noi ci siamo occupati della "carrozzeria": del miglioramento della fruizione visiva, della creazione di questi avatar iperrealistici e di tutta una serie di sfumature software che servivano all'implementazione di questo nuovo modo di concepire l'illustrazione 3D del VAR”.

Scansionare 1.248 calciatori: un processo interamente automatico

La sfida tecnica affrontata da Lenovo non era costruire un singolo avatar realistico. Quello, in fondo, lo fa da anni l'industria dei videogiochi. Il compito davvero impegnativo è stato costruirne 1.248: uno per ogni calciatore delle 48 nazionali. Il tutto rispettando standard di qualità altissimi, in tempi compatibili con un torneo internazionale, senza ricorrere all'esercito di 3D designer che servirebbe in una produzione tradizionale. La soluzione di Lenovo è stata automatizzare l'intera pipeline: una cosa, sostiene Rizzo, mai fatta prima.

Tutto comincia nello scanner: una struttura compatta che contiene 36 fotocamere ad alta risoluzione, scelte appositamente per essere portabili e installabili rapidamente nei luoghi dei media day delle nazionali, pochi giorni prima dell’inizio del torneo.

“Non possiamo permetterci il lusso di usare 120 o 180 telecamere, ne usiamo soltanto 36 - spiega Rizzo - Inizialmente ne usavamo 26. Proprio per questo abbiamo usato algoritmi di intelligenza artificiale. Usiamo un metodo di machine learning che è ancora più leggero di un sistema a reti neurali, si chiama 3D Gaussian Splatting: crea una nuvola di particelle che riproduce la densità volumetrica delle immagini bidimensionali e ricostruisce l'aspetto digitale del soggetto reale”.

Una volta raccolte le immagini - un’operazione rapidissima, che dura circa 100 millisecondi e avviene con tutte le fotocamere attive nello stesso istante - entra in funzione il sistema di intelligenza artificiale. Il software analizza il corpo del giocatore e lo scompone nei suoi elementi principali: testa, busto, braccia, gambe, capelli ed eventuale barba. Poi adatta il modello digitale di partenza usato da Hawk-Eye alla corporatura reale del calciatore, in modo che l’avatar abbia proporzioni coerenti con la persona ripresa.

Nelle aree in cui servono più dettagli, per esempio i capelli, il sistema aumenta la definizione dell’immagine. Successivamente corregge eventuali imperfezioni e controlla in automatico la qualità del risultato finale. Rizzo sottolinea che i modelli di intelligenza artificiale utilizzati partono da tecnologie aperte, sviluppate da aziende europee o americane, e rispettano le norme internazionali che regolano l’esportazione di tecnologie sensibili.

Tutti gli avatar prodotti vengono poi raccolti in una piattaforma realizzata da Lenovo, che funziona come un archivio centrale. Prima di ogni partita, i piccoli centri di calcolo usati da Hawk-Eye scaricano da lì i modelli dei giocatori coinvolti.

La piattaforma permette di sapere sempre quale versione dell’avatar è in uso, di controllarne la forma e l’aspetto, e di organizzarli per squadra. In questo modo, durante la gara, il sistema ha già a disposizione i modelli corretti dei calciatori e può usarli per ricostruire in modo più chiaro le azioni di fuorigioco.

I dettagli che si scoprono solo strada facendo (compresi i capelli)

In progetti di questa scala, racconta Rizzo, la differenza la fanno i dettagli che emergono solo lavorando sul campo. Uno dei più curiosi riguarda i capelli dei calciatori. Nel regolamento, la testa conta per il fuorigioco; la chioma no. Quindi tutti gli avatar devono essere, di fatto, calvi.

Il problema è che "togliere i capelli" a un avatar è uno degli esercizi più complicati per un sistema di visione artificiale: i modelli di segmentazione, addestrati per l'industria cinematografica, non sono nati per ricostruire la superficie cranica sotto la capigliatura.

Lenovo ha dovuto sviluppare algoritmi specifici, allenati su dataset statistici di milioni di crani misurati, capaci di stimare la forma esatta della testa anche quando è coperta. E poi rispondere a domande apparentemente filosofiche: dove finisce un capello? E un capello rasato a zero è capello o cuoio capelluto? E la barba?

Sembra un dettaglio. Non lo è: tutto questo serve a garantire che la ricostruzione 3D rispetti i parametri di IFAB, l'organo che stabilisce le regole del gioco.

Avatar personalizzati significano misure più precise

C'è un punto, che Collina sottolinea con forza, in cui la qualità grafica diventa qualità di misurazione. Fino a oggi il sistema lavorava su uno scheletro standard, identico per tutti.

“Uno dei limiti era proprio quello: tutti i giocatori avevano la stessa figura, lo stesso tipo di avatar - dice -. Personalizzarlo fa sì che un giocatore alto un metro e settanta e uno alto un metro e novanta, uno che porta il 45 di piede rispetto a uno che porta il 40, abbiano caratteristiche differenziate. Ci permette di essere più chiari ma anche più accurati: più precisi nel posizionare quel giocatore rispetto alle linee”.

In altre parole: l'avatar realistico non è un livello cosmetico spalmato sopra la decisione arbitrale. È una rappresentazione che, nel restituire le proporzioni vere del corpo, fornisce ai sistemi a valle parametri più aderenti alla realtà.

Resta sullo sfondo una potenzialità che Rizzo evoca come ipotesi, fuori dallo scopo del progetto attuale, ma indicativa di dove può andare la tecnologia: una scansione corporea così accurata e ripetibile potrebbe servire ai giocatori stessi per monitorare nel tempo le variazioni della propria struttura fisica.

Lì entrano in gioco la medicina sportiva, la prevenzione degli infortuni, la valutazione delle prestazioni. Per ora, però, l'obiettivo è uno solo: arrivare al fischio d'inizio del Mondiale con 1.248 avatar pronti, e con un VAR che, finalmente, anche il tifoso a casa riuscirà a guardare senza pensare “non sono convinto”.