Como os juízes da World Surf League (WSL) analisam e medem as maiores ondas surfadas a cada ano? O circuito profissional de surf desenvolveu uma nova fórmula para medir a altura das ondas.
Para definir ou estimar e formalizar os padrões para a medição da altura das ondas, a WSL trabalhou com pesquisadores do Scripps Institution of Oceanography, da University of California, San Diego em La Jolla, e da University of Southern California, Departamento de Mecânica e Aeroespacial de Los Angeles. Engenharia. .
A associação começou a ajudar a WSL a identificar a vencedora do evento WSL Big Wave Awards Women’s XXL.
As seguintes conclusões foram tiradas do relatório “WSL Big Wave Awards – Estimativa e comparações de altura de onda” desenvolvido por Michal Pieszka, Falk Feddersen, Jessi Miley-Dyer, Adam Young, Matthew Spydell, James Matthews e Adam Fincham.
Aqui está uma versão modificada da análise original de 16 páginas:
Foram duas candidatas: Justine Dupont e Maya Gabeira.
Os dois atletas surfaram no dia 11 de fevereiro de na Nazaré, Portugal em 2,5 horas.
O objetivo é determinar qual dos dois candidatos surfou a onda maior, sabendo que a análise se baseia apenas em imagens de vídeo e fotografias.
Os conjuntos de dados de vídeo e foto são limitados e incompletos; isso torna muito difícil estimar a altura das ondas.
Além disso, as ondas foram comparadas com a onda atual do recorde mundial feminino e será feita uma aproximação da altura nominal das ondas.
Condições ambientais
Para melhorar o método de medição, os pesquisadores adicionaram variáveis relevantes, como marés, luz solar, padrão de onda e dados fotográficos e de vídeo disponíveis.
Marés
O gráfico de marés mostra que a primeira preia-mar ocorreu às 3h52 e a seguinte às 16h18.
A primeira baixa-mar ocorreu às 10h07 e a seguinte às 22h21.
O curso do tsunami produz uma amplitude máxima de 3,6 metros ao longo do dia.
Com base nos horários documentados das duas ondas candidatas, 9h36 e 11h59, a equipe da WSL estima que o nível da maré (diferença de 0,4 m) pode afetar significativamente a análise.
Luz do sol
Na terça-feira, 11 de fevereiro de , amanheceu na Nazaré às 7h33 e o pôr-do-sol foi às 18h08
As condições de iluminação das várias imagens são afetadas principalmente pela localização do fotógrafo, mas as imagens da onda anterior às 9h36 apresentam maior contraste, como esperado, devido ao ângulo mais baixo do sol.
Configuração de onda
Os possíveis efeitos do fenômeno do padrão de onda na precisão das estimativas de altura de onda usando dados de vídeo disponíveis (ou seja, elevação local e declive do nível médio de água na área de surf foram cuidadosamente considerados devido ao fluxo dinâmico induzido por ondas).
Considerando a enorme transferência de ímpeto para a zona de surf, o padrão de ondas na Nazaré pode ser consideravelmente superior ao normal.
Este padrão de ondas pode alternar entre a primeira e a última onda de um planalto e é influenciado pela natureza do litoral, seja na falésia ou na praia.
Foi decidido que qualquer tentativa de incluir estimativas de configuração de onda instantânea com base na data disponível não seria benéfica para os fins do estudo.
Dados de vídeo e foto disponíveis
A WSL forneceu vídeo e imagens fotográficas.
Os dados incluem vários ângulos e tipos de câmera, incluindo imagens de drones e de câmeras montadas em um jet ski.
Os metadados disponíveis em algumas das imagens fornecidas ajudaram a determinar alguns detalhes do equipamento fotográfico.
Foi identificado um mapa que mostra algumas das localizações das câmeras e a provável localização das ondas quebrando.
Usando as informações de marés e técnicas de correção de imagem apresentadas na seção de metodologia, a WSL estimou que as ondas quebraram na área designada pela WSL como Outer Peak 1.
Metodologia
Todas as análises foram baseadas nos dados de imagem fornecidos.
Equações de colinearidade têm sido usadas para converter coordenadas de imagem em coordenadas reais com base em estimativas de parâmetros geométricos que podem ser decifrados a partir dos dados disponíveis.
Primeiro, era importante identificar quais objetos de referência fixos / constantes estão presentes nos dados de vídeo / foto para as ondas em conflito.
A WSL começou com a altura dos pilotos, dimensões da prancha, então estimou sua altura de agachamento (a precisão do último parâmetro ainda não foi refinada).
Tamanho do surfista | Comprimento da prancha de surf | É. Altura de agachamento do surfista
Justine Dupont: 5’11 ” | 6 ‘| 4 polegadas
Maya Gabeira: 5’7 ” | 6 ‘| 4 pés 1 pol.
Depois de revisar os conjuntos de dados disponíveis, descobriu-se que os jet skis rebocados apresentados em alguns vídeos podem ser objetos de referência úteis e melhorar a precisão das medições inicialmente com base apenas nas dimensões dos pilotos.
A marca e o modelo dos jet skis foram determinados observando-se as imagens disponíveis, e a WSL presumiu que nenhuma mudança significativa foi feita nos esquis.
O comprimento da corda de reboque também foi considerado um candidato, mas pesquisas posteriores levaram os pesquisadores a acreditar que as cordas são elásticas e projetadas para esticar, de modo que o surfista é jogado na onda.
Esta propriedade elástica torna-os inadequados para uso como medida de medição.
Uma dimensão particularmente útil era a distância entre a frente do esqui e a parte traseira do assento.
Isso ainda era visível, apesar das condições difíceis da água.
Comprimento | Width | Altura
Classe Yamaha FX Waverunner ( – ): 140,9 polegadas | 50 ” | 48,4 polegadas
Yamaha VX Class Waverunner: 131,9 polegadas | 48 ” | 46,9 polegadas
Esquiar parece ser o critério mais confiável a partir dos dados disponíveis.
Em um esforço para fornecer uniformidade nos campos de visão considerados, o WSL agrupou conjuntos de dados de fotos com base nos locais de implantação da câmera e configurações / configurações de lentes.
Imagens tiradas de mais longe com uma ampliação maior foram consideradas mais úteis porque os erros de perspectiva são limitados.
Relações geométricas elementares foram usadas para fornecer estimativas comparativas preliminares de alturas de onda para os casos considerados.
O método estimou as distâncias entre as câmeras e as ondas quebrando e indicou que as duas ondas quebraram em locais muito semelhantes no plano horizontal.
Observe que, em alguns casos, as correções de imagem não incluem ajustes 3D da superfície da água, que também causam distorção da imagem.
Os pesquisadores conseguiram calcular a distância do Sr. Poullenot aos surfistas usando a seguinte relação: no momento em que as fotos foram tiradas, a distância era em torno de 585 metros para Gabeira e 574 metros para Dupont.
Esta estimativa é consistente com o mapa WSL das áreas de pico externas observadas.
Posteriormente, sabendo a altura da câmera, foi determinado que o ângulo de inclinação da câmera era de cerca de 10,7 graus.
Às vezes, os parâmetros internos da câmera são conhecidos (como proporção de aspecto, centro óptico, coeficientes de distorção e distância focal efetiva f).
WSL foi capaz de estimar a posição e orientação da câmera combinando efetivamente os parâmetros de calibração da câmera interna e externa.
Esses parâmetros foram posteriormente usados para converter as imagens de vídeo obtidas da forma “plana” para. [px] a uma representação 3D da onda com a altura em unidades de comprimento.
O processo de conversão envolveu equações de colinearidade.
Comparação de ondas do Big Wave Awards
Para determinar qual das duas vagas candidatas da sessão Nazaré era maior, foram localizadas fotos do conjunto de dados disponíveis que foram tiradas com a mesma lente de distância focal fixa (400 mm), do mesmo local, pelo mesmo fotógrafo.
Elas foram escolhidas por serem consideradas as melhores ferramentas de comparação.
As silhuetas dos surfistas foram sobrepostas de uma só vez e cuidadosamente inspecionadas pixel a pixel.
Os dois surfistas são semelhantes em tamanho, o que, sabendo que têm as mesmas lentes de câmera e os mesmos fotógrafos, confirma que as ondas quebram a distâncias aproximadamente semelhantes do fotógrafo.
Após a validação mútua dos benchmarks, as fotos originais em tamanho real das duas ondas foram ajustadas para ângulos de inclinação ligeiramente diferentes e colocadas lado a lado.
As linhas vermelha e amarela indicam os locais superior e inferior determinados, respectivamente.
A dificuldade de comparar essas duas ondas se resume em identificar o pico e o vale de cada onda nas imagens.
A localização do encontro pode ser validada pesquisando cuidadosamente as várias transmissões de vídeo que mostram sua progressão ao longo do tempo.
A depressão é mais difícil de identificar, mas comparando as imagens de vídeo do jet ski mostrando a onda de perfil (veja abaixo), é possível melhorar sua estimativa da localização da depressão nas imagens frontais.
Esse procedimento gerou maior confiança nas localizações dos vales identificados na figura anterior.
As ondas são muito semelhantes em altura, mas como você pode ver nas localizações dos canais indicados, a onda à esquerda é um pouco maior.
Além disso, parece que a surfista da imagem à esquerda (Maya Gabeira) se aproximou do pico da onda.
A foto da esquerda (Gabeira) foi tirada numa fase posterior da quebra da onda; teoricamente, um quebra-rochas raso atinge sua altura máxima pouco antes de sua borda começar a cair.
Portanto, essa ondulação poderia ter sido ainda maior em seu máximo do que no momento apresentado nas imagens de Poullenot.
Nesta fase preliminar da análise, concluiu-se que Maya estava surfando em uma onda maior do que Justine.
Na próxima seção, WSL quantifica a altura dessas duas ondas.
Quantificação da altura da onda
Para obter uma estimativa da altura das duas ondas candidatas, decidiu-se usar uma abordagem estatística em que diferentes imagens das diferentes sequências de vídeo seriam selecionadas, a metodologia descrita acima seria aplicada e os resultados seriam calculados.
As figuras a seguir mostram instantâneos da análise das fontes de dados de vídeo / foto disponíveis para Maya Gabeira e Justine Dupont, respectivamente.
As linhas vermelhas nas figuras indicam os picos de onda identificados e as linhas amarelas indicam as atribuições de onda estimadas.
As fontes de dados foram identificadas pelos nomes dos arquivos originais fornecidos.
Maia gabeira
Justine Dupla
Na maioria dos casos, os jet skis foram usados como referência devido aos seus gráficos longitudinais mais confiáveis.
Embora os parâmetros geométricos pudessem ser determinados, os métodos descritos acima foram aplicados às imagens disponíveis.
Os dados indicam que a onda que Maya Gabeira surfou é aproximadamente 2-3 pés maior do que a de Justine Dupont.
Com cautela, a altura dessa onda é estimada em 22,5 pés de um vale a outro.
Os intervalos da barra de erro para os comprimentos de onda estimados foram determinados com base na qualidade do vídeo, resolução do vídeo e incertezas na força da perspectiva, luz baixa, etc.
Embora provavelmente existam outras fontes de erro, o fato de o mesmo procedimento ter sido aplicado às duas ondas em questão reafirma que, apesar da possibilidade de os valores numéricos determinados para as alturas das ondas serem diferentes, a onda maia é zerada. principal. .
Novo recorde mundial
O actual recorde mundial feminino de Maya Gabeira é de 20 metros e navegou no mesmo local da Nazaré em .
As estimativas quantitativas que fizemos indicam que o novo recorde mundial deve ficar em torno de 22 metros.
O WSL forneceu imagens da onda de que permitiram a comparação. Foi feita uma tentativa de comparar essas duas ondas.
Os conjuntos de dados disponíveis vêm de duas fontes diferentes.
Uma imagem de vídeo de foi cuidadosamente selecionada para fornecer uma representação comparativa da onda (em uma fase de fuga muito semelhante).
As tentativas de comparação incluem o ajuste fino do corte (nível de zoom); isso foi ajustado para coincidir com a altura do usuário como o objeto de referência.
A moldura foi então movida verticalmente para coincidir com a posição das cristas das ondas.
Novamente, embora seja muito difícil determinar as atribuições exatas do vale das ondas do conjunto de dados limitado, parece que, embora essas ondas sejam muito semelhantes em tamanho, a onda de é um pouco maior (veja abaixo).
Une autre observation basée sur la recherche de la piste des planches de surf dans les images est que dans la vague , Maya est tombée dans la vague plus près du pic de la vague (où la vague est plus grande), solidifiant ce nouveau record do mundo.
Considerações finais
Métodos básicos de processamento de imagem foram aplicados com sucesso aos dados de imagem disponíveis para determinar um vencedor para a competição XXL Feminina de .
Os resultados indicam um novo recorde mundial para o maior onda surfada por uma mulher
Esse processo aprendeu muito que deve agilizar análises semelhantes no futuro.
Tecnologias emergentes de sensoriamento remoto, como lidar e câmeras estéreo, oferecem novas possibilidades para mapear a superfície do oceano em três dimensões com detalhes sem precedentes.
Essas ferramentas fornecem um método para quantificar com mais precisão as alturas das ondas e melhorar os métodos atuais (como os usados aqui), que são baseados em fotografias de quadro único e opinião especializada.
Os sistemas de vigilância podem variar de sensores permanentes no solo até a implantação rápida de sistemas de drones ou barcos.
Esses sistemas têm o potencial de produzir a altura da onda em tempo quase real e podem fornecer outros parâmetros de onda, como a inclinação da onda e o tamanho da língua.
Uma proposta será feita à WSL para a implementação de alguns desses métodos mais avançados para a temporada de 2021.
Reações dos surfistas
Apesar do desenvolvimento e entrega de um extenso estudo e metodologia, as descobertas dividiram fãs e atletas.
Justine Dupont discordou do resultado.
“WSL com base em um relatório de cientistas usando a palavra ‘aproximado’ em sua declaração”, escreveu o internauta. Francês.
“Foi determinado que o tamanho dos dois surfistas é aproximadamente o mesmo, o que não é verdade, que as duas ondas foram surfadas aproximadamente na mesma distância do fotógrafo, o que não é verdade”.
“Eles também determinam o fundo da onda do outro surfista. [Gabeira] cerca de dois metros abaixo de onde a borda da onda quebra e usa imagens enviadas após o prazo. “
Maya Gabeira destacou a metodologia WSL.
“Eu gostaria de parabenizar os esforços que a WSL fez este ano para melhorar seu sistema de medição do preço mais alto das ondas ”, finalizou o brasileiro.
“Sabemos como é difícil chegar a um número exato se não tivermos dados de fotos e vídeos até que a onda comece. E também fazer todo o processo medindo um registro público pela primeira vez.”
Explore empiricamente métodos de medição de onda quando você surfa todos os dias.