Veda vytvárania priestoru

David Sumpter je profesorom aplikovanej matematiky na švédskej Univerzite Uppsala. Jeho vedecký výskum zahŕňa všetko od vnútornej spolupráce húfov rýb a kolónií mravcov, až po analýzy sietí prihrávok futbalových tímov a segregácie v spoločnosti. V tomto článku popisuje, ako v FC Barcelona využívajú vedecký výskum na zlepšenie tréningových metód.


Nová La Masia je odlišná od tej starej. Po presunutí z centra mesta na jeho okraj do štvrte Sant Joan Despí, bola tradičná budova pred 8 rokmi nahradená moderným administratívnym blokom. A ako ma Javier Fernandéz, „dátový vedec“ klubu, sprevádzal chodbami nového centra akadémie, cítil som sa ako keby som bol v centrále Google, alebo na pôde inej svetovo uznávanej univerzity. Bolo preto jednoduché úplne zabudnúť, že v rovnakých momentoch, niekoľko stoviek metrov odo mňa, sa Messi a jeho spoluhráči na tréningu pripravovali na prichádzajúcu sezónu.

Po skončení tour sme sa dostali rovno k vede. Kvôli tomu som tu naozaj bol. Javier a členovia jeho tímu pracujú na dôkladnom vedeckom výskume, ktorého cieľom je pochopiť futbal. Zameriavajú sa na analyzovanie dát od futbalistov tak poctivo a dôkladne, ako sa len dá.

Javier sa v dátach orientuje najlepšie a vidí ich jasnejšie ako iní. Niekoľko mesiacov pred mojou vôbec prvou návštevou Barcelony, v auguste 2018, publikoval spolu s Luke Bornnom zo Sacramento Kings (NBA) štúdiu o tom, ako Barça kontroluje priestor. A kľúčová myšlienka ich práce je pritom naozaj jednoduchá. Javier používa metódu, pri ktorej zafarbí ihrisko farbou, ktorá reflektuje ktorý hráč sa ako prvý dostane k lopte. 

Miesta označené zelenou farbou kontroluje Barcelona a jej hráči sú vyznačení červenými bodkami. Červené miesta kontroluje súper, ktorého hráči sú vyznačení žltými bodkami. Loptu predstavuje biela bodka a šípky pri hráčoch reprezentujú ich rýchlosť. Hodnoty na osiach sú v metroch. 

Pokiaľ barcelonský tím funguje správne, zafarbí obrovskú plochu ihriska na zeleno, čím indikuje, že ho kontroluje. Držanie lopty používa na otváranie priestorov, ktoré slúžia k útokom. Toto je jedným zo základných princípov hry, ktorá spadá pod filozofiu klubu. Javier a jeho kolegovia našli spôsob merania miery implementácie tohto princípu v tíme, pre ktorý pracujú.

Myšlienka je to jednoduchá, no zároveň je to pohľad na futbal, ktorý sa veľmi líši od názoru väčšiny. Namiesto úzkeho zamerania sa na loptu, prihrávky, strely, alebo v širšom kontexte potom na formácie a taktické zameranie (napr. 4-3-3, 4-2-3-1, 3-4-2-1), je koncept kontroly ihriska konkrétny spôsob merania pohybu tímu bez lopty, ktorý môže byť implementovaný takmer do akejkoľvek situácie.

Keď v televíznom štúdiu počujeme komentátorov hovoriť, že tamten hráč mal urobiť taký nábeh, alebo prihrať tam a tam, zriedka kedy uvažujú o tom, ako hráči spolupracujú v rámci tímu na tom, aby jeden pre druhého vytvorili priestor oveľa skôr, než sa k nim dostane lopta. Namiesto toho kritizujú individuálne rozhodnutia. V Barcelone je od akadémie až po A-tím dôraz kladený na správne vykonávanie celkovej štruktúry hry. Ak je na ihrisku dobrá štruktúra spolupráce, potom z nej tie správne rozhodnutia intuitívne vyplynú.

Kontrola ihriska má svoje korene v matematike, ktorá je viac ako 100 rokov stará. V knihe Soccermatics som sa zameral na techniku známu ako Voroného (G. F. Voronoj) diagram, ktorá rozdeľuje ihrisko do zón, kde každá zóna sú vlastne body, ktoré sú najbližšie ku konkrétnemu hráčovi. Keď som túto metódu aplikoval na futbal, použil som záznam barcelonského zápasu zo sezóny 2010/2011 ako súbor testovacích údajov.

Ten tím bol futbalom v jeho matematickej dokonalosti a kľúčový príklad, ktorý som uviedol, bol Messiho gól v Lige Majstrov proti Panathinaikosu. Diagramy nižšie ukazujú pozíciu tímu v momente predtým, ako Messi zahral narážačku so Xavim.





Prvý obrázok ukazuje Voroného diagram zobrazujúci ktorú zónu ihriska konkrétny hráč kontroluje. Xavi, Iniesta a Messi (čierni) hrali pozične tak, že obrancovia Panathinaikosu boli na okrajoch diagramu. Výsledkom, ako ukazuje diagram na obrázku nižšie bolo, že si vytvorili priestor pre kombinácie do trojuholníkov.

V matematike je táto myšlienka známa ako dualita. Problém delenia ihriska na zóny podľa toho, kto je najbližšie ku každému bodu je ekvivalentom, alebo dualitou (pozostávajúci z 2 častí, alebo aspektov pozn.red.) ku nachádzaniu trojuholníkov, ktoré spájajú susediacich hráčov. Matematika nám teda hovorí, že vytváranie priestoru automaticky prináša možnosti na prihrávku/y. Barcelonská hra je postavená na tejto geometrickej dualite. Trojuholníky tiky-taka zo sezóny 2010/2011 sa objavili vďaka tomu, ako Pep Guardiola naučil svoj tím hýbať sa bez lopty a otvárať tak priestory.

A ja som teraz tu a grilujem Javiera, aby mi povedal o detailoch jeho práce. Ja, ako matematik, chcem vedieť ako ďaleko môžeme myšlienku kontroly ihriska posunúť. Javier mi vysvetľuje, že koncept kontroly ihriska je užitočný iba vtedy, ak popisujeme útok tímu v kontexte toho, ako súper bráni. „Keď analyzujeme vytváranie priestoru, potrebujeme najprv automaticky identifikovať 3 defenzívne línie tímu.“, prezradil mi.

Vo futbalových termínoch si tieto línie najjednoduchšie predstavíme napr. pri súperovej formácii 4-4-2. Pri postupnej rozohrávke, začínajúcej od brankára, sa Barça najprv musí dostať cez 2 útočníkov, ktorí napádajú obrancov pri rozohrávke v snahe o otvorenie priestoru. Potom musia postúpiť dopredu cez 4 záložníkov než sa konečne prepracujú cez poslednú líniu obrany vo forme 4 obrancov. V príklade vyššie sa Messi narážačkou so Xavim prepracoval cez strednú líniu obrany, zálohu súpera.

Aj keď je pre človeka zrozumiteľne jasné, kde sa jednotlivé defenzívne línie súpera nachádzajú, pre počítač detegovanie týchto čiar až také jednoduché nie je. A tu prichádzajú na rad Javierove zručnosti, PhD. titul a umelá inteligencia. Javier vyvinul algoritmus, ktorý vypočíta ako sú defenzívne línie súpera štruktúrované a kedy tím prihral z jednej línie do druhej.

„Hneď ako dokážeme automaticky detegovať jednotlivé línie defenzívneho pressingu, môžeme analyzovať niekoľko ďalších vecí, mimo iného akú plochu ihriska kontrolujeme v momente prihrávky medzi líniami. Môžeme sa dokonca pozrieť aj na to, ako sa kontrola ihriska mení v čase, a či prihrávka prišla v mieste kde tím najlepšie kontroloval priestor medzi líniami“, hovorí Javier.

Pýtal som sa Javiera ako dlho bude trvať, než tréneri začnú jeho nástroje a metodiku používať v každodennom tréningu. Ukázal mi nástroj, ktorý s kolegami vytvoril. Dokáže identifikovať viaceré sekvencie hry: protiútoky, postupný útok neustálym držaním lopty, štandardné situácie a tak ďalej. To umožní taktickým analytikom veľmi rýchlo dostať relevantné informácie a lepšie zorganizovať ich analýzu.

Než ale tréneri začnú používať matematické koncepty ako je kontrola ihriska pri ich analýze zápasov, je potreba prekonať niekoľko prekážok. „Keď som pozornejšie počúval trénerov rozprávať o kontrole priestoru, vždy implicitne mysleli priestor, ktorý má hodnotu. Takže aj keď tím získa podľa našich meraní na ihrisku kontrolu, oni to nenazvú vytváraním priestoru, pokiaľ ten priestor nemá pre tím žiadnu hodnotu.“

To viedlo Javiera a jeho tím k vývoju ďalšieho nástroja, ktorý nazvali EPV (Expected possesion value), konceptu prebraného z basketbalu. Na ten sa pozrieme zblízka v inom článku.

Vo futbale existujú 3 témy, ktoré sú základom modernej analýzy a tvoria aj základ toho, ako s Javierom diskutujeme o jeho výskume. Prvou témou je matematika a geometria. Môj predošlý výskum sa zaujímal o to, ako sa spolu pohybujú skupiny zvierat. Javier sa ma pýtal ako vytvárame modely kŕdľov vtákov a húfov rýb, aké pravidlá tieto druhy používajú na interakciu a ako by sme mohli nájsť podobné jednoduché pravidlá pre futbal. Toto je otázka na ktorej s ostatnými momentálne pracujeme: Dokážeme simulovať futbalový zápas použitím podobných metód ako sú tie používané pri pohybe zvierat?

Druhá téma je dôležitosť dát vo vede a vizualizácia. Pracovať so štatistikami nestačí, dokonca ani s pokročilými štatistikami ako sú očakávané góly. Potrebujeme nástroje, ktoré nám ukážu, ako tím hrá, spolupracuje a to nám automaticky identifikuje rôzne zápasové situácie a navrhne riešenia pre trénerov. Tu prichádza moderné strojové učenie sa. Automatizovaná analýza zápasu, kombinovaná s ľudskou bystrosťou pomôže trénerom zlepšiť svoj tím a pripraviť sa na súpera.

Tretia téma je najdôležitejšia: Dostať teóriu do praxe. Najvzrušujúcejšou možnosťou, ako to vidím ja, je ukázať hráčom ako ich pohyb dokáže rozlomiť defenzívne línie súpera. Prechádzať si s nimi jednotlivé rozhodnutia, ktoré urobili v zápase: mal som prihrávať, alebo strieľať? Mal som si zbehnúť po čiare, alebo si nabehnúť rovno do veľkého vápna? Toto sú otázky, na ktoré si hráč dokáže odpovedať sám používaním nástrojov založených na dátach.


Odkazy:
Fernandez, Javier, F. Barcelona, and Luke Bornn. “Wide Open Spaces: A statistical technique for measuring space creation in professional soccer.” In Proceedings of the 12th Annual MIT Sloan Sports Analytics Conference. 2018.

Sumpter, David. Soccermatics: mathematical adventures in the beautiful game. Bloomsbury Publishing, 2016.

Bornn, Luke, Dan Cervone, and Javier Fernandez. “Soccer analytics: Unravelling the complexity of “the beautiful game”.” Significance 15, no. 3 (2018): 26-29.