호크아이(Hawk Eye) 시스템

[NnK™-K2]

출처 : http://blog.naver.com/alchiss/220118538481

호크아이(Hawk Eye)

(tennisholic04@gmail.com)

(테니스에 사용되는 technology)

요즘은 메이저리그 야구뿐만 아니라 국내 프로야구에서도 심판판정에 불만이 있을 때 비디오판독을 한다. 축구에서도 지난 월드컵에서도 본 것처럼 축구공이 골대 안으로 들어갔는지 애매할 때 비디오시뮬레이션 화면이 보이기도 했다. 하지만 이와 같이 판정에 있어 고도의 기술을 먼저 이용한 스포츠는 테니스이다. 바로 호크아이라는 시스템이다.

테니스에는 호크아이를 포함해 세 가지 중요한 기술(technology)가 사용되고 있다. 그 중 첫 번째는 Cyclops라는 것이다. 이것은 그리스 신화에 나오는 눈이 한 개인 괴물에서 이름을 따온 것이다. 호크아이가 도입되기 22년전부터 center courts에 있었다. 1980년에 윔블던에 처음으로 설치되었다고 한다. 서브가 인(in)인지 아웃(out)인지 결정해서“삐” 소리를 낸다. Cyclops는 서브할 때 심판이 작동시켜서 레이져빔(laser beam)이 주 서비스 라인(main service lines)을 모니터하도록 설계된 Laser Beam System이다.

두 번째로 IBM의 radar guns이 있다. 경찰이 가지고 있는 speed gun과 비슷하다. 선수들이 서비스를 넣고 나면 바로 전광판에 관중들이 볼 수 있도록 서브의 속도를 보여주는 기술이다.

세 번째가 바로 오늘의 주제인 호크아이이다. 알다시피 테니스는 매우 보수적인 스포츠이다. 그래서 항상 변화를 싫어한다. 가령 여전히 윔블던에서는 흰색 옷만 입어야 하는 것처럼 말이다. 심판의 판결 역시 마찬가지다. 그동안 심판의 판단이 옳든 그르던 선수들은 그대로 받아들여야 했다. 그런데 이렇게 보수적인 테니스에서 호크아이 시스템을 받아들였다는 것은 큰 변화를 의미한다. 이러한 관점에서 호크아이를 좀 더 깊이 있게 살펴볼 필요가 있을 것이다.

(호크아이는 누가 만들었나?)

호크아이는 2001년 독일 Siemens의 자회사인 Roke Manor 연구소의 두 엔지니어였던Paul Hawkins와 David Sherry가 공동으로 개발했다. 이들은 한 때 영국에 특허를 신청했다가 취소하기도 했다. Paul Hawkins, 그는 인공지능(artificial intelligence)분야에서 박사학위를 가진 영국 수학자(mathematician)이며, 그가 호크아이를 발명할 당시 나이는 고작 30살에 불과했다.

그는 크리켓 매니아여서 한 때 Buckinghamshire에서 선수로 뛰기도 했다고 한다. 처음에 그는 크리켓에서 필요하다고 판단해서 호크아이를 만들었다고 한다. 2001년 4월 영국의 방송 Channel 4에서 처음 시작했고 1년후 TV replay를 위해서 ESPN, BBC에 테니스 버전을 만들어 팔았다고 한다. 이때는 지금처럼 챌린지 시스템에 활용된 것이 아니라 단지 생방송 중에 지나간 장면을 자세히 보여주는 목적이었다. Hawkins은 이 회사의managing director로 활동하기도 하였다.

이후 호크아이와 관련한 모든 기술과 지적재산권은 이후 연구소에서 분리된 Hawk-Eye Innovations Ltd라는 회사에 옮겨지게 되었다. 그리고 2006년에는 미국의 가족기업왕조인 Mark Getty라는 사람을 포함한 여러 투자자들에게 이 회사가 팔렸다. Mark Getty는Getty Image라는 회사의 설립자이며, 아버지가 석유로 크게 돈을 번 Getty가문의 아들이다. 그리고 2011년에는 일본의 소니(Sony)사가 이 회사를 구입해 현재는 소니사의 것이 되었다.

호크아이, 매(hawk)의 눈?, 실제로 새의 시력은 하늘에서도 벌레나 물고기를 볼 수 있을 정도로 시력이 좋다. 호크아이는 새의 눈에서 이름을 따 왔을까? 아니면, 호크아이의 발명가인 Paul Hawkins의 이름에서 따온 것인가? 그의 이름과 호크아이의 이름은 우연의 일치라고 한다.

(호크아이의 작동원리)

호크아이는 5~6대의 카메라가 잡은 이미지를 사용해서 공의 궤적을 3D 영상으로 만들어내는 시각처리시스템이다. 초당 60개의 프레임을 카메라가 기록하는데 이는 보통의 상업용 TV에 사용되는 카메라 속도의 두 배에 해당한다. 여기에 시간을 더하면 4차원이 되고 인공위성에 바탕을 둔 GPS가 이를 이용한 자동차의 내비게이션 시스템이 된다.

호크아이에 대해 사람들이 흔히 하는 착각중의 하나는 호크아이가 실제로 공이 코트 어디 지점에 떨어졌는지 실제화면을 보게(really see)한다는 것이다. 그러나 사실은 이와 다르다. 발명가인 Paul Hawkins의 얘기를 들어보자. “실제로 호크아이는 10배 고속카메라(ten high-speed camera)를 코트에 설치해서 공이 허공을 지나 날아갈 때 공을 추적한다. 컴퓨터는 각 카메라에서 이미지를 잡아서 공의 위치를 분해한다. 여러 대의 카메라에서 공을 발견함으로써 우리는 공이 3D공간의 어디에 있는지를 알아낼 수 있다.”

컴퓨터는 이러한 정보를 처리해서 공의 궤적을 추적한다. 이러한 데이터가 그래픽 이미지를 생산해내는 가상화면을 구성하는 기계(virtual reality machine)에 보내져 TV화면에 비춰진다.

(호크아이를 운영하는 비용은 얼마나 드나?)

호크아이는 설치하는데 $100,000 (about ￡57,000)정도 소요된다고 한다. 여기에 경기마다 운영하는 직원이 필요하므로 $20,000 (￡11,000) 정도가 추가로 소요되고 코트에 비디오 스크린 설치비용 등 많은 부대비용이 소요된다고 한다. 하지만 카메라를 몇 대나 설치하고 스크린을 얼마나 좋을 것을 쓰느냐에 따라 비용은 상당히 차이가 날 것이다. 한편, 프리미어리그에서 21개의 경기장에 7개씩 호크아이시스템을 설치하는데 각각 25만파운드가 소요되었다고 한다.

(테니스에서 호크아이의 역사)

호크아이는 처음에는 TV생방송을 위해 사용되었다. 2002년 처음으로 테니스 생중계에서 사용된 것이다. 당시에는 공이 어디에서 바운드가 되었는지를 보여주거나 서비스 같은 플레이패턴을 분석하기 위함이었다.

호크아이(Hawk-Eye)는 테니스에서 선수(players)와 심판(umpires), 라인심판(lines-people)사이에 일어나는 분란의 종지부를 찍기 위해서 공이 코트라인에 떨어졌는지 논란이 있을 때 최종 중재자(final arbiter) 역할을 한다.

호크아이의 도입은 2004년 US오픈 여자준준결승 경기로 인해 촉발되었다. 준준결승에서 미국의 Serena Williams와 Jennifer Capriati가 맞붙었다. 여러 개의 선심의 판결(calls)에 대해 Williams가 불만을 제기했고 당시 그녀는 경기에서 졌다. 그런데 당시에는“Shot Spot”이라는 시스템이 있어서 초고속 카메라로 찍은 화면을 느리게 보면서 공이 어디에 떨어졌는지를 볼 수 있었다. 그런데 이 화면은 오직 방송국에서만 볼 수 있었다.당시 이를 보고 있던 해설가 존 매켄로는 실제 공이 아웃(out)이 아니라 인(in)인 것을 보고 이의를 제기했고 미국 테니스 협회(USTA)에도 얘기를 하게 된다. 그리고 당시 주심이었던 Mariana Alves는 이후 US오픈 경기의 심판에서 제외되었다. USTA 역시 윌리엄스에게 공식적으로 사과를 했다.

호크아이가 지금의 챌린지 시스템에서 공식적으로 데뷔한 것은 2006년 3월 NASDAQ-100 Open, 지금은 Sony Ericsson Open에서였다. 호크아이는 이후 2006년 메이져대회에서는 처음으로 US Open에서 도입되었다. 그리고 2007년에 각각 호주오픈, 윔블던에서 도입되었다. 아직 프랑스오픈은 도입하지 않고 있다. 이유는 프랑스오픈은 클레이코트라서 쉽게 눈으로 확인할 수 있기 때문이다. 프랑스오픈과 같은 클레이코트 경기에서는 통상 chair umpire가 자리에서 내려와서 공의 착륙지점을 가리키면서 판단을 한다.

호크아이가 도입된 초반기에는 챌린지(challenges) 숫자에 대해 표준화된 기준이 없었다. 어떤 경기에서는 무제한으로 챌린지를 할 수 있었고, 어떤 경기에서는 세트당 2개로 제한되어 있었다. 다만 tiebreak에서만 추가로 한 개 더 챌린지를 신청할 수 있었다. 이후2008년 국제테니스연맹은 규칙을 제정하였고 선수들은 세트당 3개, 그리고 tiebreak에서는 한 개 추가하여 챌린지를 하도록 허락되었다.

그런데 여기에서 챌린지의 숫자는 선수가 챌린지를 신청했는데 호크아이가 옳았을 때,즉 선수의 판단이 틀린 경우만을 새는 것이다. 다시 말해 챌린지를 해서 선수가 옳았다면, 계속해서 무제한으로 할 수 있는 것이다. 2006년 NASDAQ-100 경기에서 총 161개의 calls이 챌린지 되었고, 이중 53번이 뒤집혔었다.

한편, 당시 대회에서 챌린지를 최초로 신청한 선수는 미국의 Jamea Jackson이라는 선수였다. 하지만 그녀는 틀렸었다. 한편 챌린지를 신청해서 최초로 옳은 판결을 받았던 선수는 그녀의 상대인 Ashley Harkeroad라는 선수였다.

(챌린지 시스템의 이해)

여기서 챌린지 시스템을 보다 잘 이해하기 위해 2014년 윔블던의 챌린지 시스템을 잠시 살펴보자.

선수들은 무제한의 챌린지 기회가 있다. 다만 세트당 3번 챌린지가 틀릴 경우 더 이상 챌린지를 할 수 없다. 세트가 타이브레이크로 가면 추가로 한번 더 챌린지를 할 수 있는 기회가 주어진다.

챌린지 기회는 이전되지 않는다. 가령 1세트에서 챌린지를 해서 한번만 틀렸다면 두 번의 기회가 더 있는 것인데, 이를 1세트에서 사용할 수 있는 것이지, 사용하지 않았다고 해서 2세트에서 사용할 수는 없는 것이다.

선수(복식경기의 경우 팀)가 챌린지를 신청할 수 있는 경우는 오직 포인트가 끝나는 샷(point-ending shot)이나 랠리중에 아웃이 되었다고 판단될 때이다. chair umpire는 챌린지가 너무 늦게 신청되었다고 판단되면 호크아이를 보는 것을 거부하고 챌린지를 받아들이지 않을 수 있다. 챌린지를 신청하는 타이밍이 중요하다는 것이다. 마치 국내 프로야구에서 10초내에 비디도판독을 요구해야 하는 것과 같다. 선수가 챌린지를 신청한 타이밍이 늦지 않은 경우라면 chair umpire는 호크아이를 사용해 최종 판단한다. 호크아이의 결과가 최종이며 더 이상 어필할 수 없다. 호크아이가 어떤 이유로 이용할 수 없는 상황이라면 최초의 call이 적용된다.

(호크아이는 얼마나 정확한가)

Hawkins회사의 전문가들에 따르면 호크아이의 에러(margin of error)는 3.6밀리미터라고 한다. 이것은 국제테니스연맹(ITF, International Tennis Federation)에서 받아들이고 있는 정확도의 수준인 5밀리리터보다 더 정확한 것이다. 표준적인 테니스공의 지름이 67밀리미터이기 때문에 이 정도의 오차는 테니스 지름(diameter)대비 5%에 해당한다.

앞에서도 언급한 것처럼 호크아이는 실제로 공이 지나간 화면을 그대로 보여주는 것이 아니라 통계적으로 가장 확률이 높을 것 같은 공의 경로를 재구성해서 보여주는 것이다.즉 카메라로 찍어서 찍은 화면을 그대로 보여주는 것이 아니고 카메라에 찍힌 이미지를 사용해서 공의 경로를 예측해서 재구성해 보여주는 것이다. 그래서 어디까지나 통계적 오차가 있게 마련이다. 하지만 이러한 사실은 테니스 선수들뿐만 아니라, 경기관계자, 관람객, 시청자들에게서 잘 잊혀진다.

그러나 호크아이의 발명가이자 Hawk-Eye technology사의 managing director 였던 폴 호킨스는 호크아이 시스템은 1000번의 테스트를 거쳤고 1000번의 테스트에서 항상 호크아이가 정확했다고 한다. 그리고 테니스와 관련한 모든 사람들이 호크아이에 행복해 한다고 말한다. 또한 그는 호크아이의 에러는 3.6밀리미터에 지나지 않으며 약 99.9% 정확하다고 말한다. 호크아이는 오류가 없는 것은 아니라 거의 없다고 말한다.

(윔블던 호크아이 직원의 마약밀수 사건)

호크아이 시스템의 정확성에 의문이 제기된 사건은 특이하게도 윔블던 직원이 연루된 한 사건에서였다. 2007년 윔블던 직원중에 한명이 윔블던 대회 기간중 대마초를 들고 All England Club 경기장 안으로 들어가려다 검색대에서 잡힌 사건이다. 24살의 Surrey라는 청년이 윔블던 경기가 있던 중에 가방에 몰래 대마초를 들고 들어가다가 보안요원들에게 들켰다. 호크아이는 고도의 정확성을 요구하는 이미지처리기술을 이용하는 것인데, 대마초를 피우고 정신이 혼미한 상태에서 직원이 이를 운영한다면 어찌 정확성을 담보할 수 있을 것인가? 하지만 윔블던 관계자는 이 사건에 대해 직원이 잡힌 것은 윔블던의 모든 시스템이 제대로 작동하고 있다는 것을 보여주는것이라고 말하였다.

(호크아이에 대한 선수, 심판들의 반응)

심판, 선수들, 팬들은 호크아이 시스템을 도입한 것에 대해 어떻게 생각하는가?

대부분의 심판들(적어도 최고, gold-badge를 찬 심판들, 이들은 메이져대회에서 show courts에서 심판을 보는 사람들이다)은 호크아이가 자신들의 일을 보다 수월하게 해주고 있다고 생각한다. 가장 존경받는 심판중의 한명인 Lars Graff는 호크아이가 심판의 역할을 매우 긍정적인 방향으로 바꾸어 놓았다고 말한다. 특히 게임의 진행속도가 높아졌다는 관점에서 말이다. 그러나 그는 심판들이 호크아이가 자신의 판단이 틀렸다는 것을 증명할 것이라는 두려움에 떨 필요는 없다고 얘기한다. 호크아이가 자신의 밥줄을 끊을지도 모른다고 지나치게 걱정할 필요는 없다는 것이다. 호크아이는 기계에 불과하고 오차가 있게 마련이기 때문일 것이다. 사실 호크아이가 도입된 이후로 라인심판들이 call을 하는 것을 주저하는 경우가 있다고 한다.

선수들은 대다수가 거의 극단적으로 호크아이시스템을 선호한다. 조코비치, James Blake 등. 앤디 로딕 역시 열열한 팬이다. 대븐포트 또한 호크아이가 정확하다고 믿는다.그녀는 호크아이가 선수들에게 마음의 평화를 준다고 말한다.

그러나 항상 예외는 있다. 바로 Roger Federer이다. 그는 호주오픈에서의 호크아이가 도입될 때 말도 안되는 것이다(nonsense)라고 불만을 드러냈다. 그는 호크아이가 왜 필요한지 모르겠다(I don’t see the point of it)라고 한 적이 있다. 2007년 윔블던 결승에서 나달의 챌린지 신청 때문에 페더러가 한 세트를 놓쳤다고 생각했기 때문이다.

(호크아이와 관련한 통계)

그렇다면 통계로 본 챌린지 실적은 어떤가?

페더러는 2006년 3월 Sony Ericsson 경기에서 시스템이 처음 도입된 이후부터 2009년3월 Indian Wells 경기까지 총 6,279번 챌린지를 신청해서 314번만 자신의 판단이 옳았었다. 선수들 전체적으로는 평균 35%가 옳은 판단이었었는데, 페더러는 그보다 약간 높은 39% 옳았었다.

2008년 US OPEN의 경우를 보자.

페더러는 28번 챌린지 신청을 해서 23번 틀렸었다. 그의 챌린지 신청중 82%가 틀렸었던 것이다. 반면 조코비치는 3년간에 걸쳐 92번 챌린지를 했고 그중 55%가 옳았었다. 머레이는 56번 챌린지를 신청했고 25%만 성공했다.

호주오픈에서도 마찬가지이다. 총 286번의 챌린지 중에서 89번, 31.12%만 선수들이 챌린지에 성공했다고 한다. 여기에서도 페더러는 가장 많이 틀린 남자선수중에서 2위를 차지했다. 1위는 역시 머레이였다. 머레이는 17번중에 두 번만 맞았다고 한다.

왜 이렇게 성공률이 낮은가? 이것은 선수들에게서 인간의 실수(human error) 비율이 높다는 것을 말할 수도 있다. 심판이나 라인맨들은 상대적으로 인간의 실수가 낮지만 말이다.

그러나 이 보다는 선수들이 일부로 상대방을 현혹시키거나 시간을 지연하거나 숨을 돌릴 시간을 벌기 위해서 챌린지를 한다고 보는 것이 맞을지도 모른다.

2008년 US open 통계를 보면 top player들보다 낮은 랭킹의 선수들이 챌린지 성공률이 훨씬 더 높았다고 한다.

유명 테니스선수였고 지금은 해설자로 활동하고 있는 John McEnroe는 다혈질 선수로도 유명했다. 그래서 그는 호크아이와 관련해 농담을 한 적이 있다. 자신이 선수시절에 호크아이가 있었으면 훨씬 많은 에너지를 절약할 수 있었을 것이라고 말이다. 존 맥켄로는 호크아이 사용에 대해 매우 긍정적이다.

호크아이에 대한 이런저런 불만과 정확성에 대한 의문이 있는 것은 사실이지만 기술은 항상 발전하기 마련이므로 호크아이의 정확성은 더욱 높아질 것이고 점차 호크아이에 대한 불만도 적어질 것으로 보인다.

특히나 관중들 입장에서는 호크아이가 이제는 새로운 재밋거리가 되었다. 호크아이 화면이 보여질 때 관중들은 박수를 치면서 결과를 지켜보는 짜릿함을 느낄 줄 안다.

또한 최근에는 센서를 설치해 공이 표면에 닿으면 센서가 작동해 소리를 내게 하는 시스템이 개발되어 사용될 가능성이 있다고 한다. 이러한 기술의 발달은 점점 심판의 판결에 대한 불만을 해결해주는 해결사 노릇을 할 것으로 보인다.

끝.

[출처] 호크아이 Hawk-eye|작성자 alchiss

[에이형]

챌린지의 생긴지 얼마 안되었군요. 호크아이 영화 어벤져스가 생각나네요~ 챌린지 규칙이 있는지는 몰랐네요. 배구 비디오판독 규칙과 비슷한거 같기도 하고요.

[빌잡스]

과연 우리 리그에서 볼 수 있을까나...