Em entrevista exclusiva, o Prof. Felipe Arruda Moura, um dos responsáveis pelo Laboratório de Biomecânica Aplicada, fala sobre o VAR (árbitro de vídeo) e as limitações da ferramenta tecnológica.
Renata Ruel: Como é o estudo desenvolvido por vocês no Laboratório de Biomecânica Aplicada?
Prof. Felipe: Somos um grupo de pesquisa do Departamento de Ciências do Esporte da Universidade Estadual de Londrina cujo foco é a análise do movimento humano por meio das leis da Mecânica da Física. Trabalhamos com análises de movimento em ambientes laboratoriais e em campo, particularmente de esportes de alto nível durante competições. Em conjunto com pesquisadores da Unicamp, Usp, Noruega, Alemanha, Japão e outros, desenvolvemos modelos matemáticos e computacionais para análise de desempenho físico, técnico e tático de atletas.
Renata Ruel: O VAR (árbitro de vídeo) é uma ferramenta de rastreamento, como se fosse um GPS. Como esses sistemas funcionam?
Prof. Felipe: Os principais sistemas de rastreamento do mundo podem ser divididos em duas classes: aqueles que necessitam que jogador porte algum dispositivo, como o GPS que constantemente vemos nos jogos, com jogadores utilizando top esportivo para o equipamento, ou a partir de vídeos, utilizando ferramentas de visão computacional, das quais, algumas delas, o VAR utiliza.
O GPS determina a posição do jogador em campo por meio da comunicação com satélites. Para isso, é preciso que o dispositivo se comunique com pelo menos 3 satélites para que seja possível realizar um procedimento chamado de triangulação. A qualidade da medida depende, além da frequência com que o sistema opera (número de registros por segundo), da quantidade de satélites conectados. Esse é um grande problema, uma vez que a maior parte dos estádios possuem as arquibancadas perto do campo (arenas, por exemplo) e prédios que prejudicam muito a coleta de informações. Algumas empresas criaram sistemas de posicionamento local por radiofrequência. Antenas são instaladas no estádio, simulando os satélites, e a comunicação com o dispositivo do jogador é garantida, com muito maior qualidade.
Já os sistemas de rastreamento baseados em vídeo reportados nas pesquisas científicas utilizam visão computacional para a detecção da posição do jogador na tela. Uma das formas é a partir da segmentação da imagem, processo que identifica na tela quem é o jogador, determina os pixels (pequenos elementos da imagem) que o representam na imagem, calcula o seu centro e estima a posição do atleta projetando esse centro no pixel mais baixo, conforme a imagem abaixo.
Fonte: Tese de doutorado de Milton Shoiti Misuta – Universidade Estadual de Campinas
Em seguida, são feitos os procedimentos chamados de calibração e reconstrução bidimensional, que exigem a determinação de medidas no campo (apenas as medidas oficiais do campo não são suficientes, pois há variações). Esses procedimentos transformarão as coordenadas de tela do jogador em coordenadas reais, em metros. A partir daí, temos quantitativamente a informação que precisamos, ou seja, a posição do atleta em campo.
Renata Ruel: Esses sistemas são 100% confiáveis, altamente precisos ou contêm uma margem de erro?
Prof. Felipe: Não existe nenhum sistema que não possua erro de medida, o que que não é um problema. Na Ciência, lidamos com erro de medida constantemente. Para publicar nossos estudos em grandes periódicos internacionais, por exemplo, os revisores nos questionam sobre os erros de medida. Se os nossos erros de medida possuem uma margem que seja aceitável para o fenômeno que pretendemos analisar, o artigo é aceito na literatura.
Na literatura, os sistemas que apresentam os maiores problemas de medida de posição são os GPS esportivos, com erros que chegam a mais de 50 cm (sim, meio metro!), o que inviabiliza sua utilização para uma série de análises que realizamos em nosso grupo. Já os sistemas de posicionamento local, com antenas instaladas nos estádios, são os que apresentam as melhores medidas, com erros ao redor de 10 cm.
Como sistema intermediário, está o sistema de vídeo que, se seguido rigorosamente procedimentos específicos de posicionamento de câmeras, resolução da imagem, detecção correta do jogador na imagem, calibração e reconstrução bidimensional de altíssima qualidade, entre outros, podem apresentar erros ao redor de 30 cm. Em esportes como o futsal e tênis, por ocorrerem em espaços menores, chegamos a erros de aproximadamente 10 cm.
Renata Ruel: Essa margem de erro pode ser ainda maior pelo fato da ferramenta ser manipulada seres humanos? Por exemplo, a linha do impedimento será traçada no ponto do corpo do jogador o qual o árbitro acreditar estar mais próximo da linha de fundo.
Prof. Felipe: Todos os sistemas existentes atualmente possuem, em algum procedimento, operação humana, conforme dito anteriormente: posicionamento das câmeras, medidas no campo, qualidade da reconstrução bidimensional, entre outros. No final, a medida apresentada sempre será uma combinação entre erros aleatórios (em linhas gerais, flutuações da própria medida) e sistemáticos (tendência do instrumento em superestimar ou subestimar a medida).
O fato de se utilizar a linha traçada a partir de um ponto do jogador é certamente o fator mais preocupante, por termos como referência apenas um plano da imagem. Com apenas uma imagem, somente uma análise bidimensional é possível, o que nesse caso certamente incidirá em erro de perspectiva. Por melhor que seja a posição da câmera, qualquer flutuação no nivelamento da câmera, rotação do eixo da câmera, e o fato dos jogadores estarem um pouco à frente ou para trás do centro ótico da câmera já podem consideravelmente aumentar o erro de medida. Se essa imagem estiver ainda mais distante, mais preocupante se torna em função da dificuldade de se medir na imagem qual é a parte do corpo mais próximo da linha de fundo.
Em Biomecânica, para determinar a posição tridimensional de uma parte do corpo do jogador são necessárias pelo menos duas câmeras filmando exatamente o mesmo evento, no mesmo instante de tempo. Além disso, é preciso realizar uma calibração tridimensional, que implicaria em registrar e extrair medidas de pontos elevados no campo de futebol.
Atualmente, pode-se utilizar informações tridimensionais coletadas a partir de segmentos identificados por Inteligência Artificial, conforme imagem abaixo, de pesquisas de universidades brasileiras e instituições internacionais parceiras. A expectativa é que o erro caia para margem de poucos centímetros. Sabe-se que a FIFA tem buscado uma tecnologia semelhante, mas, até onde sabemos, o VAR no Brasil não se utiliza desse sistema.
Fonte: Projetos FAPESP de pesquisa (16/50250-1, 2017/20945-0, 2018/19007-9, 2019/16253-1, 2019/17729-0, #2019/22262-3), de Paulo Santiago (USP), Sergio Cunha (Unicamp), Allan Pinto (Unicamp), Ricardo Torres (Norwegian University of Science and Technology) e Felipe Moura (UEL).
Renata Ruel: Com base no seu conhecimento, qual solução seria mais viável para o VAR dentro da margem de erro, principalmente em lances ajustados como os impedimentos no gol do São Paulo contra o Atlético Mineiro e nos gols anulados do Santos contra o Flamengo, pelo Brasileirão 2020?
Prof. Felipe: Inicialmente, é preciso identificarmos a margem de erro do VAR. A partir de alguns exemplos de coletas validadas por um sistema tridimensional, seria possível identificar, em média, quantos centímetros o VAR pode errar.
Identificada a margem de erro do VAR, se durante a partida houver uma situação em que a medida identificada pelo VAR esteja dentro da margem de erro, trata-se de um caso no qual não podemos afirmar que um jogador está de fato em impedimento ou não. Nesse caso, conhecendo os valores do VAR, os responsáveis pelas equipes e a CBF poderão entrar previamente em consenso: ou prevalece a decisão do árbitro, ou prevalece a decisão do VAR mesmo cientes de que a situação analisada está dentro da margem de erro, mas com a certeza de que o erro não terá intenção de privilegiar ninguém.
Renata Ruel: Quais suas considerações finais sobre o VAR?
Prof. Felipe: Como cientista, serei sempre um defensor da tecnologia que busca tornar a competição mais justa e ética. No entanto, lidar com o esporte de alto nível, ao vivo, exigirá sempre uma combinação entre o que é ideal e o que é possível. Ter medidas com margem milimétrica, mas que demorariam 10 minutos para serem extraídas é inviável, por exemplo. Da mesma forma, medidas rápidas, mas que possuem grandes erros, são contraproducentes.
Acredito que o VAR é uma importante contribuição para a melhoria da arbitragem no futebol, mas os jogadores, equipes, imprensa e torcedores precisam entender que sempre haverá uma margem de erro, por menor que ela seja, e aceitar as decisões tomadas segundo critérios pré-definidos entre clubes e CBF. Para que o esporte seja cada vez mais justo, é preciso que a ferramenta continue sendo aperfeiçoada em conjunto com cientistas, e que os operadores do sistema tenham a formação necessária em Biomecânica e Ciências da Computação. Certamente, as universidades brasileiras estão à disposição para colaborar.
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O Prof. Felipe Arruda Moura tem mestrado em Ciências da Motricidade pela UNESP e doutorado em Educação Física pela UNICAMP. Atualmente é professor adjunto do Departamento de Ciências do Esporte da Universidade Estadual de Londrina (UEL) e atua como orientador (mestrado e doutorado) e vice-coordenador do Programa de Pós-graduação Associado em Educação Física. Tem experiência na área de Educação Física e Ciências da Saúde, com ênfase em pesquisas voltadas para a biomecânica aplicada ao esporte e exercício, desenvolvimento de tecnologias para a Saúde e Esporte, modelos matemáticos e computação aplicados ao esporte e processamento de sinais biológicos.
