Mit der KI zum perfekten Sprung

Der Deutsche Turner-Bund will das Training von Turnern in einem innovativen Projekt verbessern. Mit einer bildbasierten künstlichen Intelligenz sollen Trampolinsprünge in Echtzeit analysiert und verbessert werden. Die Kameras für das Projekt kommen von Matrix Vision aus Oppenweiler.

Acht Kameras sind auf die Sportlerin gerichtet und zeichnen simultan jede Bewegung aus allen Blickrichtungen auf. Foto: Bundesstützpunkt

© Matrix Vision

Acht Kameras sind auf die Sportlerin gerichtet und zeichnen simultan jede Bewegung aus allen Blickrichtungen auf. Foto: Bundesstützpunkt

Von Kristin Doberer

Oppenweiler. Ein Fuß zeigt ein paar Millimeter in die falsche Richtung, eine Drehung erfolgt wenige Millisekunden zu spät – beim Trampolinturnen kommt es auf Feinheiten an, die mit dem menschlichen Auge kaum zu erfassen sind. Und gerade diese Feinheiten entscheiden oft über einen Podiumsplatz, besonders im Spitzensportbereich. Das Team des Deutschen Turner-Bunds (DTB) konnte sich beim Kampf um das Podium bei den Olympischen Spielen 2021 im Bereich Trampolin aber gar nicht erst beteiligen, es schaffte die Qualifikation für Tokio nicht – zum ersten Mal in der Geschichte der Olympischen Spiele.

Damit sich das in Zukunft aber ändert und die deutschen Trampolinturner wieder erfolgreich oben mitspielen, versucht der DTB das Training für Sportler und Trainer mit innovativen Methoden zu verbessern. An einer dieser Methoden ist nun auch die Firma Matrix Vision beteiligt, die in Oppenweiler ihren Sitz hat. Mit deren Industriekameras nämlich werden Filmaufnahmen für eine KI-gestützte Sprunganalyse gemacht. Das heißt: Anhand von Videoaufnahmen kann eine künstliche Intelligenz (KI) genau erkennen, welcher Sprung von einer Turnerin oder einem Turner ausgeführt wird und wie der Sprung im Idealfall aussehen müsste. Sowohl Sportler als auch Trainer erkennen also in Echtzeit, wo es noch Verbesserungsmöglichkeiten gibt.

Das System kann lernen, was an einem Sprung korrekt ist und was falsch ist

Das Konzept, das vom DTB nun bald eingesetzt werden soll, nennt sich KISS, kurz für „KI-gestützte Sprungerkennung und Sprunganalyse“. Ziel ist, komplexe Sprünge mittels künstlicher Intelligenz in ihrer Ausführung zu unterscheiden und die Qualität der Sprünge zu quantifizieren, also zum Beispiel Flughöhe, Tuchkontaktzeit sowie Lande-/Absprungposition auf dem Gerät zu erfassen. Langfristig sollen individuelle Lernverläufe der Athleten erstellt werden und Techniktraining soll leistungssteuernder werden können. „Man kann dem System beibringen, was korrekt ist und was nicht. So wird erfasst, wie viel noch bis zum idealen Sprung fehlt“, erklärt Ulli Lansche von Matrix Vision. Möglich wird das erst durch ein innovatives bildbasiertes System der Firma Simi Reality Motion Systems mit Sitz in Unterschleißheim. Simi ist ein Experte für Systeme zur Bewegungs- und Verhaltensanalyse mit 25-jähriger Erfahrung. Das Unternehmen hat eine Software entwickelt, welche die Silhouette des Sportlers erfasst. Anhand dieser Daten wird live ein 3-D-Modell inklusive Gelenke und Skelett extrahiert. Innovativ an der Methode ist, dass das Programm die Silhouette ohne sogenannte Marker erfassen kann. Das heißt, der Turner muss keine zusätzlichen Bobbel am Körper tragen, wie man es zum Beispiel aus Film und Fernsehen vom CGI kennt. „Diese Bobbel würden beim Turnen aber extrem stören“, meint Lansche.

Damit das System das überhaupt schaffen kann, benötigt es genug Input. Hier kommen die Kameras von Matrix Vision ins Spiel. Insgesamt acht Industriekameras sind auf die Turner gerichtet und zeichnen zum einen aus allen Blickwinkeln auf. Zum anderen geben die Kameras die Bilder direkt weiter an das System von Simi, sodass ein Livebild auf dem Bildschirm entsteht. „Dafür reicht eine einfache Kamera einfach nicht aus“, meint Lansche. So brauche die Datenübertragung eine große Bandbreite. „Unsere Industriekameras prüfen selbst, ob die Daten auch angekommen sind, wenn nicht, schicken sie sie sofort noch mal.“ Bei so komplexen Systemen reiche es nicht, wenn die Kamera einfach nur aufnimmt.

Das Projekt befindet sich aktuell in der Anfangsphase. Am Bundesstützpunkt Bad Kreuznach wurde schon ein Kamerasystem mit weiterer Technik wie Bildschirmen und Rechner installiert. Aktuell werden möglichst viele Aufnahmen von korrekt ausgeführten Sprüngen aufgenommen, die dem System dann als Optimum beigebracht werden, anschließend werden die Aufnahmen mit den Daten der weiteren Trainingssysteme synchronisiert. „Sie sind schon relativ weit im Lernprozess, aber je mehr Aufnahmen gemacht werden, desto besser ist die KI“, sagt Lansche. Das System erkennt dann automatisch den aktuellen Sprung des Sportlers und vergleicht diesen mit bekannten Sprüngen in allen Ausführungsmöglichkeiten. Dann werden die Abweichungen ermittelt und in Form von Abzügen auf Basis des Code of Points bewertet. Zunächst werden Trainerteam sowie Kampfrichter die Abweichungen bewerten, später soll die künstliche Intelligenz selbst in der Lage dazu sein.

Künstliche Intelligenz hält immer mehr Einzug im Spitzensport

Diese Software soll noch weiter verbessert werden, sodass das komplette System langfristig in jedem Stützpunkt beziehungsweise in jeder Trainingshalle genutzt werden kann. „Für uns ist es immer wieder spannend, wo unsere Kameras zum Einsatz kommen“, meint Lansche. Er ist sich sicher: Bildbasierte Systeme halten mehr und mehr Einzug im Spitzensport. „Sportler und Trainer bekommen damit ein Werkzeug in die Hand, mit welchem sie ihre Leistungen aufzeichnen und KI-basiert automatisch analysieren und verbessern können. Daran führt in Zukunft kein Weg vorbei.“ Das System könne für sämtliche Sportarten adaptiert werden und gerade in den USA komme es auch schon weit häufiger zum Einsatz.

Und durch die Analyse sollen die Trainings nicht nur individueller werden, auch gibt es einen finanziellen Aspekt. „Der Druck um Fördermittel ist im Spitzensport sehr hoch“, meint Lansche. Diese aber werden oft in Verbindung mit Medaillen gebracht. Wenn man sich wie zum Beispiel die Trampolinturner gar nicht für die Olympischen Spiele qualifiziert, habe man kaum Möglichkeiten, sich zu beweisen. „Dadurch, dass das System auch individuelle Trainingsergebnisse aufzeichnet, kann man dem Geldgeber die Verbesserungen im vergangenen halben Jahr zeigen“, nennt Lansche ein Beispiel.

Matrix Vision

Produkte Seit 1992 ist das Unternehmen in der industriellen Bildverarbeitung tätig. Die Produktpalette von Matrix Vision wächst stetig und kommt in verschiedensten Branchen zum Einsatz, etwa in Medizin, Logistik, Automotive, Verpackung, Lebensmittel, Getränke, Pharma, Verkehrstechnik und Messtechnik. Über 80000 Industriekamerakonfigurationen sind möglich.

Mitarbeiter Seit 2017 ist Matrix Vision Tochter der Balluff GmbH und ist somit weltweit durch 68 Balluff-Vertretungen präsent. Das Unternehmen beschäftigt aktuell 120 Mitarbeiter, davon 100 in Oppenweiler.

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Erstellt:
27. Dezember 2021, 06:00 Uhr

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