четверг, 22 марта 2012 г.

Автоматизированные системы управления тренировочным процессом.

Управляя подготовкой спортсменов, каждый тренер перерабатывает большие массивы информации. На основе их анализа он принимает свои решения, осуществляет управляющие педагогические воздействия. Поэтому понятие «управление» неотделимо от понятия «информация». Однако, перерабатывая ту или иную информацию, мы не всегда отдаем себе отчет в том, что ее нельзя увидеть или ощутить — она не материальна. Это всего лишь условная абстракция, но, тем не менее, отражающая в нашем сознании объективные явления окружающей среды. В то же время информация принадлежит материальному миру, информационные процессы объективны и не зависят от сознания и от отдельных людей. Она может исходить от некоторых предметов и сохраняться (передаваться) на каких-либо материальных носителях.

В спортивной тренировке за последнее время накопилось чрезвычайно много информации и сведений, к сожалению, сильно дифференцированных по различным ее объектам, сторонам и аспектам. Причем в каждом отдельном случае специалисты применяют совершенно различные методы и способы их разработки. Это приводит к тому, что такая информация имеет несопоставимый вид. Принимаемые на основе получаемой информации управленческие решения могут не только не способствовать достижению положительного эффекта тренировки, но даже противоречить друг другу и идти вразрез с ее целями и задачами. К сожалению, именно так часто и бывает, когда мы, например, стремимся развивать те или иные двигательные качества в отрыве от развития спортивно-технических (специальных) двигательных навыков или же развивать одни качества в ущерб другим и т.д. Это происходит потому, что тренер зачастую не имеет сопоставимой информации по взаимосвязи между определенными двигательными качествами и элементами техники, одними двигательными качествами и другими.

Перестройка информационных потоков в любой системе управления, направленная на повышение качества ее функционирования, неизбежно приводит к таким информационным формам, которые сегодня в комплексе образуют автоматизированные системы управления, (АСУ). Эти системы обеспечивают управление на основе осведомляющей информации, которая объективно отражает состояние объекта управления и управляющей информации, производимой в самой АСУ с использованием преобразующей информации, содержащей соответствующие алгоритмы и программы. Важнейшей информацией в АСУ является управляющая, которая в большинстве случаев производится при непосредственном участии тренера. Основой для ее производства служат сведения о состоянии различных объектов системы тренировки, закономерности ее развития, объективно отражающие материальную природу и взаимосвязи элементов.

Ключевым элементом таких АСУ являются вычислительные устройства. Именно они обеспечивают высокие темпы переработки информации, ее передачи и преобразования.

Основными преимуществами использования АСУ в спортивной тренировке являются:
• возможность объединения информационных потоков педагогического процесса в единую функциональную систему;
• освобождение тренера от многих рутинных функций управления;
• значительное сокращение времени, затрачиваемого тренером на основные процедуры и действия по педагогическому контролю и управлению;
• сокращение времени тренировки в целом по сравнению с традиционной формой ее организации при достижении одинакового положительного эффекта.

Использование АСУ в спортивной тренировке позволяет создать для спортсменов такие условия чувственного отражения действительности, благодаря которым они могут более объективно и за более короткое время с достаточной полнотой познать внутренние закономерности движений со сложнокоординационной структурой, недоступные при обычных способах организации познавательной деятельности обучаемых. Специальная организация процесса познания сложных, экономичных движений при использовании АСУ в спортивной тренировке позволяет создать необходимые предпосылки, стимулирующие аналитико-синтетическую деятельность обучаемых, направляя их к самостоятельному осмысливанию элементов и закономерностей движений, формируя у них представления, достаточные для эффективного освоения изучаемых упражнений.

В данном контексте те средства АСУ, которые позволяют оптимизировать биомеханические параметры спортивной техники, могут быть отнесены к биомеханическим эргогенным средствам.

Процесс спортивной тренировки практически может быть организован только на интенсивных началах. Его высокое качество должно быть обеспечено соответствующими аппаратурными системами. Для того чтобы оптимизировать взаимодействия массы тела человека с гравитационным полем Земли, по-видимому, вначале необходимо каким-то образом их зарегистрировать. На сегодня регистрация таких взаимодействий может быть обеспечена при помощи методов тензодинамографии и стабилографии. Сопряжение тензодинамографических платформ и стабилографов с компьютерами открыло новые, более широкие возможности для анализа и программирования гравитационных взаимодействий массы тела человека с массой Земли.

Метод электротензодинамографии позволяет регистрировать и измерять усилия, развиваемые человеком при взаимодействии с опорой и другими объектами окружающей среды, имеющими определенную массу.

Все тела под действием приложенных к ним сил деформируются, а величина деформации каждого такого упругого тела пропорциональна приложенному усилию. В результате выполнения движения человек оказывает механическое воздействие на ту поверхность опоры, относительно которой он перемещается, например, беговые дорожки, а также различные используемые им спортивные снаряды, которые в результате этого взаимодействия деформируются. Чтобы измерить величины развиваемых человеческих усилий, применяют специальные тензодатчики, преобразующие величины механической деформации в электрический сигнал.

Для определения специальной тренированности в практике бокса с успехом используется хронодинамометр «Спудерг-7» (Вл. Кличко, Савчин, 2000). Ударный динамометр представляет собой систему из стандартного боксерского снаряда — мешка или груши (рис. 8.21) и компьютерного блока регистрации и обработки. Груша (мешок) оборудованы специальной гидравлической датчиковой капсулой. Гидравлическая капсула повторяет форму снаряда, что существенно расширяет площадь его ударной поверхности.

Блок регистрации динамометра представляет собой специализированный компьютер с многочисленными функциями.
Хронодинамометр «Спудерг-7» позволяет регистрировать:
• силу ударов (в кг), отображаемую на цифровом табло, разбитом на поле индикации последних пяти ударов, поле индикации номеров (количества) ударов, поле индикации суммарных показателей — общий тоннаж, суммарное время и т.д.;
• временной интервал между ударами (мс), а также время реакции спортсмена на сигнал.
Одновременно осуществляется расчет:
• среднего арифметического из трех самых сильных ударов, выполненных в последнем десятке;
• относительной силы удара, учитывающей весовую категорию спортсмена;
• градиента эффективности ударной комбинации, учитывающей время подготовки и силу акцентированного удара в серии
В настоящее время в практике спорта широко распространены тензодинамо-графические платформы (рис. 8.22, 8.23). Наиболее известные из них - «KISTLER» (Германия) и Ариэль (США).
Такие платформы могут размещаться на дорожках стадионов, под тяжелоатлетическими помостами, в местах отталкивания от опоры при выполнении различных двигательных действий. С помощью динамографических платформ, например, измеряются биомеханические параметры опорных взаимодействий спортсмена в процессе бега, ходьбы, прыжков в длину и высоту, прыжков на лыжах с трамплина, прыжков в воду, в гимнастике, акробатике и т.д.

В настоящее время в спортивной и медицинской практике для определения опорных взаимодействий тела человека используют разнообразные тензостельки фирм «BTS» и «F-SCAN» (рис. 8.24).

Спортивная деятельность во многих случаях требует от человека способности достаточно экономично и с высоким рабочим эффектом удерживать позы, видоизменять их, сохраняя равновесие своего тела в пространстве.

В практике спорта часто встречаются различные статические положения и позы, принимая которые, атлеты достигают определенных результатов в своей тренировочной и соревновательной деятельности. К таким статическим положениям относятся различные стойки, висы, стартовые положения в легкой атлетике, плавании и других видах спорта, позы стрелков, штангистов. О значительной роли статических положений и поз в спорте говорит и тот факт, что в соревнованиях судейскими правилами регламентируется фиксация статических поз.

Процесс сохранения положения и позы тела — сложный процесс управления и регуляции. Тело человека с биомеханической точки зрения в биостатике можно представить как многозвеньевую механическую систему, состоящую из ряда недеформируемых звеньев. Эти звенья соединены при помощи шарниров, в которых действуют суставные моменты, обеспечивающие устойчивость статического положения всей этой подвижной системы. Для оценки условий равновесия тела человека в настоящее время достаточно широко применяется методика стабилографии.

Стабилографические комплексы позволяют изучать не только биомеханические характеристики вертикальной устойчивости тела человека, но и:
• количественно оценить устойчивость тела человека и системы тел;
• контролировать ход обучения различным видам равновесия, например в спортивной и художественной гимнастике;
• проводить тестирование состояния спортсменов перед соревнованием;
• определять воздействие тренировочных нагрузок на устойчивость тела спортсменов;
• производить профотбор наиболее способных индивидуумов по показателям стабилографии.
Delos Postural System (Италия) — это система, предназначенная для контроля статической и динамической позы тела человека (рис. 8.25). Она состоит из трех модульных блоков:
• DEB (Delos Equilibrium Board) — платформа равновесия;
• DPA (Delos Postural Assistant) — помощник по удержанию позы;
• DVC (Delos Vertical Controller) — вертикальное управляющее устройство.
DVC представляет собой считывающее устройство контроля позы.
Оно записывает и визуализирует в реальном времени амплитудно-частотные колебания общего центра масс тела, туловища, отдельных сегментов тела в сагиттальной и фронтальной плоскостях.

DPA — дополнительное средство по удержанию позы. DPA быстро обучает человека, даже если у него плохие координационные способности и функциональные ограничения. DPA снижает время по обучению сохранения вертикальной устойчивости тела.

DEB — платформа равновесия — это первая и полностью электронная качающаяся платформа с визуальной обратной связью в реальном времени для эффективного обучения и оценки динамической устойчивости. Используя ее эксклюзивное качательное движение, разработчиками предоставляется много различных тестов и условий работы.

В учебно-тренировочной деятельности DPS повышает координационные способности и увеличивает эффективность силовой тренировки, обеспечивает профилактику травм опорно-двигательного аппарата спортсменов.

В практике спорта в последние годы большой интерес представляют аппаратурные возможности видеокомпьютерных анализаторов кинематической структуры движений спортсмена в трех измерениях пространства. Они позволяют получить наглядные представления об изменении геометрии движений тела человека при различных условиях его гравитационных взаимодействий.

Американскими учеными (Shapiro et al., 1987) была разработана на основе языка «Бейсик» программа ручной оцифровки видеоизображения. На рис. 8.26 представлена конфигурация видеоанализирующей системы. Видеоизображение структуры контрольных точек — объекта с известными координатами — оцифровывалось, и расчетные расстояния между точками сравнивались с действительными. Среднее значение обнаруженных ошибок было равно 0,79 %.
Главное требование для анализирующей системы состояло в том, что записывающая видеокамера должна воспроизводить записанное изображение в моде «поле за полем», что позволяет записывать и анализировать изображения с частотой 60 кадров-с-1.


Лимитирующие факторы разработанной видеоанализирующей системы (низкая разрешающая возможность и ограниченная частота съемки) были неприемлемы для точного количественного анализа быстрых движений ударного типа (удар по мячу в футболе или волейболе, в гольфе и т.п.). Однако она вполне адекватна как для аудиторных занятий, так и при исследовании кинематики широкого класса движений (ходьба, бег и т. п.).

Развитие в 1990-е годы персональных ЭВМ и видеотехники в мире придало новый импульс в совершенствовании средств автоматизации управления процессом обучения человека двигательным действиям. К этому времени в биомеханике уже был накоплен большой опыт анализа движений человека в спорте. Однако его широкомасштабное использование, базировавшееся преимущественно на традиционных кино- и фотометодах регистрации движений, в практике сильно тормозилось из-за сложности и объемности вычислительных операций по обработке кинограмм. Поэтому удачное соединение видеометодов регистрации движений с высокоэффективными методами обработки их результатов, основанными на уже проверенных многочисленными опытами алгоритмах биомеханического анализа, привело к впечатляющим результатам.

Наибольшее развитие это направление в двигательной тренировке по-лучило в развитых странах запада, где уже с начала 1980-х годов происходит переоснащение материальной базы в области измерения двигательных действий человека при его подготовке к работе в экстремальных условиях в режиме «on-Ііпе» (реального времени). Новые биомеханические центры открылись в Австрии, Греции, Швеции, Чехии, Словакии, Великобритании, Южной Корее. Увеличилось количество коллективов специалистов-биомехаников, работающих в этой сфере в странах, которым принадлежит научный приоритет в этой области, — США, Канаде, Японии, ФРГ.

Внедрение в практику изучения движений человека передовых достижений биомеханики повлекло изменение методологии исследований, выразившееся во все большей их компьютеризации на всех уровнях, в разработке и использовании высокопроизводительных и недорогих микрокомпьютеров. Именно поэтому важной отличительной чертой этих изменений стало появление более эффективных методов измерения, сложной высокоточной измерительной аппаратуры, способной зафиксировать все необходимые параметры. В этой области на первый план стали выступать дистанционные и бесконтактные методы исследования. Данные положения на сегодняшний день определяют основные направления развития измерительных систем в биомеханике спорта, основанных на применении:

• высокоскоростных видеокамер в комплексе с дешифраторами видеофильмов для персональных компьютеров (ПК);
• стационарно установленных динамографических платформ, работающих в естественных условиях регистрации движений человека, с выводом данных через аналого-цифровые преобразователи на ПК;
• автоматизированных систем обработки видеограмм на базе ПК.

Во всех трех случаях технология фиксирования и обработки информации с использованием ПК в режиме реального времени дает возможность оперировать большим объемом данных. Причем акцент в исследованиях в основном направлен на изучение наиболее эффективных моделей решения двигательных задач в различных областях профессиональной двигательной деятельности человека. Это послужило основой появления передвижных лабораторий с компактными измерительными системами, позволяющими контролировать двигательные действия человека в ходе его обучения и тренировки в естественных условиях и вплотную подойти к решению проблемы моделирования различных двигательных действий.

В последнее время все большее распространение в биомеханических исследованиях и практике научно-методического обеспечения подготовки спортсменов высокой квалификации получают видеоанализирующие системы, позволяющие проводить как ручную оцифровку видеоизображений оператором, так и их автоматическую оцифровку с использованием контрастных отражательных маркеров и датчиков инфракрасного излучения, укрепленных в центрах вращения суставов крупных биозвеньев тела спортсмена. Координаты последних распознаются анализирующей системой, автоматически измеряются и вводятся в компьютер.

К числу самых современных высокопроизводительных систем в настоящее время можно отнести, например, такие, как система анализа движений в двух, трех плоскостях «TAKEL» (Япония), которая позволяет анализировать движение тела человека при считывании информации с видеопленки с точностью до минуты. Цветные маркеры крепятся в области центров вращения суставов. Специальная цветная TV-камера имеет высокоскоростной затвор, который можно использовать как сенсор. Камера сконструирована таким образом, чтобы распознавать и определять цвет каждого маркера, прикрепленного к человеку. Эта система позволяет измерять локальные координаты маркера со скоростью до 60 кадр-с-1 в реальном времени и запоминает результаты измерения, фиксируя их на гибком диске. Результаты могут быть проанализированы непосредственно после измерения. Внешний разъем системы позволяет легко подсоединять другие устройства, включая тензоплатформы с синхронизированной базой таким образом, чтобы можно было быстро и легко собрать требуемые дополнительные данные. Возможна конфигурация основных блоков в двух вариантах: для анализа движения тела в двух плоскостях и для анализа движений в трех плоскостях. Система позволяет производить измерения независимо от размеров пространства, в результате чего исследователи получают высокоточные и объективные данные (количество каналов — 4, 8 или 12). Механизм определения цветных маркеров, расположенных на теле человека исключает необходимость в заднем фоне, поэтому измерения при считывании их координат проводятся в реальных условиях. Во время измерений, местоположение движущихся частей тела человека высвечивается на мониторе, поэтому каждое его движение можно предварительно просмотреть. Данные координат запоминаются на гибком диске непосредственно в конце измерений, тем самым повышая эффективность измерений. Координаты перемещения точек тела, их скорости, ускорения, углы в суставах, угловые скорости и угловые ускорения графически представляются на дисплее в цвете. Числовые данные могут быть сразу напечатаны, а измерения и анализ проводятся после записи на видеоленту.

Система «VICON-370» (Англия) состоит из станции-сервера базы данных, соединенной высокоскоростной сетью с одной или несколькими рабочими станциями. В системе устанавливается от 4 до 7 видеокамер. Станция данных синхронизирует видеокамеры и оцифровывает в реальном времени изображения пассивных ретрорефлективных (обратно отражающих) маркеров, укрепленных на различных точках тела человека. Число требуемых видеокамер зависит от природы и сложности изучаемых движений. Обычно используется не менее 5 камер для трассирования билатерального движения в трех координатах. Конструкция системы позволяет размещать камеры в любой конфигурации, которые наилучшим образом фиксируют объект. Камеры снабжены инфракрасными стробоскопическими источниками света, которые не отвлекают внимание пациента и позволяют использовать систему в нормальных условиях флуоресцентного освещения внутри помещения. К «VICON-370» с помощью дополнительного аналогового блока могут быть подсоединены тензодинамоплатформы, электромиографы и другие аналоговые устройства. Большинство движений человека успешно измеряется камерами, работающими со скоростью от 50 до 60 кадр-с-1, которые соответствуют большинству европейских или американских видеостандартов. Однако для измерения высокоскоростных движений или ударных взаимодействий «VICON-370» предлагает к использованию камеры с диапазоном скоростей до 240 кадр-с-1.

Модульный анализатор движений «PEAK 3D» (США—Канада—Германия) позволяет выполнить бесконтактные измерения в трех плоскостях на базе использования трех профессиональных видеокамер и видеокомпьютерного интерфейса, фиксирующих траектории перемещения биозвеньев при помощи специальных светоотражателей-маркеров, закрепленных на суставах тела человека, всего 24 канала. Система «PEAK 3D» работает в комплексе с тензоплатформами, электромиографами, электрокардиографами, электроэнцефалографами, акселерометрами, счетчиками деформации, электрогониометрами, датчиками давления.

Фирма «Motion Analysis» производит аналогичные модули. Произво-димые этой фирмой высокочастотные видеокамеры и видеомагнитофоны имеют более высокое разрешение (до 240 кадр-с-1), чем рекламируемые компанией «Peak Performance Technologies, Іпс» видеоанализирующие системы.

В России во ВНИПИ совместно с Таллиннским педагогическим институтом (лаборатория педагогической кинезиологии) был разработан программно-аппаратурный комплекс для видеоанализа техники спортивных движений. Данная видеоанализирующая система основана на использовании коммерчески доступной для широкого потребителя видеотехники.

Система позволяет оцифровывать координаты 23 точек на стопкадре видеоизображения движения спортсмена в процессе выполнения физических упражнений, рассчитывать кинематические характеристики исследуемых биозвеньев (линейные и угловые координаты, перемещение во времени, скорости и ускорения) и разрабатывать статистическую модель исследуемых движений, с которыми впоследствии сравнивается индивидуальная техника конкретных спортсменов.

Недостатком данной системы является то, что программой не предусмотрено определение трехмерных координат опорных точек, координат ОЦМ тела спортсмена и динамических характеристик движения, а ее достоинством — то, что в рамках разработанных программно-аппаратных средств предпринята попытка создания статистической модели эффективной техники на основе базы данных кинематических характеристик конкретных упражнений в исполнении спортсменов высокой квалификации с последующим автоматизированным сравнением параметров индивидуальной техники с эффективной.

Точность измерений рассматриваемой системы аналогична системе, описанной ранее (Shapiro et al., 1987). Система прошла метрологическую аттестацию в лаборатории метрологии ЦНИИ «Спорт» (6.12.1991 г.). В результате статического и динамического тестирования установлено, что абсолютная погрешность измерения перемещений в диапазоне от 0,1 до 1 м составляет ± 0,007 м, а скоростей — не более ± 0,3 м-с-1 (при скорости движения калибровочного тест-объекта до 8 м-с-1). Приведенные суммарные относительные погрешности перемещений и скоростей составляют ± 1,5 % и 2,5 % соответственно.

Данный программно-аппаратный комплекс использовался для анализа спортивной техники в процессе научно-методического обеспечения сборных команд СССР и России по спортивной гимнастике, прыжкам на лыжах с трамплина, прыжкам в воду, легкой атлетике и плаванию. В качестве примера работы этого комплекса на рис. 8.27 представлены граничные положения фазовой структуры опорного периода сложнокоординационого элемента «перелет Ковача».

В практике подготовки пловцов высокой квалификации активно применяется видеозапись, которая позволяет регистрировать и многократно воспроизводить изображение специальной деятельности спортсменов и анализировать выполняемые движения непосредственно в ходе тренировочного занятия. Система обеспечивает регистрацию первичных данных обо всех основных характеристиках соревновательной деятельности (старт и его составляющие, поворот и его составляющие, различные отрезки дистанционного плавания, финиш) в стандартном бассейне; позволяет осуществлять преобразование информации в цифровую форму, переносить исходные данные на машинные носители и обрабатывать их. Аналогичные системы для изучения структуры соревновательной деятельности с успехом используются в конькобежном спорте, гребле, велосипедном спорте (трек), санном спорте, бобслее и др.

Фирмой «Sіmі» разработан видеокомплекс, включающий четыре видеокамеры, регистрирующие и обрабатывающие устройства, который с успехом используется для анализа спортивной техники в различных видах спорта (рис. 8.28). Результаты исследований могут быть представлены в виде таблиц, диаграмм, биосхем, последовательных изображений элементов техники, совмещенных видеокадров.

Для повышения качества процесса обучения и совершенствования движений может использоваться программное обеспечение «Дартфиш» Швейцария. Модуль In the Action, входящий в «Дартфиш», предоставляет непосредственную визуальную обратную связь просто при нажатии кнопки на пульте дистанционного управления. Благодаря этой технологии мышечную память при тренировке для ее совершенствования в реальном времени. Выполненное действие можно автоматически просматривать в непрерывном режиме, замедленном, либо кадр за кадром, чтобы откорректировать неточности в спортивной технике, не прерывая процесса тренировки (рис. 8.29).

Модуль Analyze the Action повышает ценность стандартных видеоклипов благодаря углубленному и детальному анализу. Используя модуль SimulCam, можно наложить одно спортивное выступление на другое для точного сравнения. С помощью StroMotion можно разделить спортивное движение кадр за кадром. Модуль MultiPlay предназначен для того, чтобы выделить и объединить от 2 до 4 видеоклипов на один экран и синхронизировать их для точного сравнения. Используя весь спектр модулей «Дартфиш» для своих клипов, в том числе и программу Drawing, можно моделировать спортивную технику с помощью нарисованных линий, окружностей, прямоугольников, углов и т.п., вычислять пространственные характеристики.

В последние годы широко используются автоматизированные системы для наблюдения за движением спортсменов в командных видах спорта. Контроль за игровой деятельностью спортсмена осуществляется с помощью устройства, состоящего из двух специально приспособленных телекамер, соединенных с ЭВМ. Телекамеры расположены на противоположных краях одной стороны игрового поля. Во время матча они наблюдают за одним игроком. ЭВМ, обрабатывающая данные, вычерчивает в автоматическом режиме траектории движения игрока и определяет скорость передвижения (каждые 62,5 мс) и ее колебания (Дал-Монте, Фаина, 1995).

Информационная система «Зенит» (Зайцев и др., 2003) представляет собой телевизионную бесконтактную систему с компьютерной обработкой динамических параметров движущихся объектов. Система состоит из видеоконтрольного устройства, соединенного с компьютером, на котором установлено специальное программное обеспечение. Информационная система предназначена для педагогического контроля тренировочного процесса с детальным анализом его ситуационных фрагментов при проведении тактической подготовки хоккеистов и автоматического их тестирования по оценке: стартовой скорости; максимальной скорости; скоростно-силовой выносливости; природной одаренности к аритмичным перемещениям на коньках (рис. 8.30).

Автоматизированная система обработки видеограмм «АСОВ», разработанная под руководством профессора А.Н Лапутина, при участии сотрудников кафедры кинезиологии НУФВСУ дает возможность не только отслеживать и оцифровывать перемещения биозвеньев тела спортсмена в одноплоскостном двигательном действии, как в зарубежных аналогах, но и выполнять на базе специальных программных продуктов широкий спектр математико-статистических процедур.

Анализ существующих разработок в данной области позволяет сделать заключение о том, что бесконтактные оптико-электронные методы видео-компьютерного анализа имеют наибольшие перспективы при внедрении их в теорию и практику обучения человека сложным двигательным действиям. Они могут использоваться для получения объективной количественной информации о движениях человека, их применение значительно повышает эффективность управления перестройкой биомеханической структуры двигательных действий спортсменов в ходе тренировочного процесса.

Система «АСОВ» разрабатывалась для решения таких задач спортивной тренировки:
• измерения и контроля биомеханических параметров двигательной деятельности человека, применяемых им при решении различных профессиональных двигательных задач;
• для разработки количественных моделей наиболее эффективных (с точки зрения критериев затрат гравитационной энергии) моделей двигательных действий;
• прогнозирования различных вариантов решения сложных двигательных задач и возможностей коррекции различных элементов биомеханической структуры двигательных действий человека в спортивной тренировке.

Стандартный видеотелевизионный блок системы позволяет воспроизводить видеоизображение с частотой 50 полукадров в секунду. Он сопряжен с системой аналого-цифрового преобразования Aver и Aver-Pro 2000 в компьютере Athlon 1800. Считывание координат точек изучаемого объекта осуществляется в этой системе со стопкадра видеофильма, воспроизводимого на видеомониторе, посредством аналогового преобразователя. В качестве модели опорно-двигательного аппарата человека использовалась 14-сегментная разветвленная кинематическая цепь, звенья которой по геометрическим характеристикам соответствовали крупным сегментам тела человека, а точки отсчета координат — центрам вращения основных суставов. Программное обеспечение компьютера—видеоанализатора позволялет рассчитывать кинематические параметры движения любой оцифрованной (занесенной в память) точки как в подвижной соматической, так и в инерциальной системе координат. Регистрация положений тела спортсменов в движении осуществлялась видеокамерами типа JVC GF-500 со скоростью видеосъемки для стандарта VHS — 25 кадр-с-1. Учитываются все метрологические требования, позволяющие свести к минимуму систематические и случайные погрешности, возникающие вследствие специфических свойств оптики, правильного масштабирования плоскости съемки для последующего определения реальных координат фиксируемых точек и соответствующей ориентировкой камеры в пространстве относительно плоскости движения. Для уменьшения погрешностей измерений пространственных характеристик во время движения спортсменов при съемке использовался высокоскоростной электронный режим, позволяющий снимать с выдержкой 0,001 с. Уменьшение погрешности вычислений временных и пространственно-временных характеристик, связанных со скоростью протяжки пленки и случайными ошибками оператора при покадровом «листании» изображения на видеокомпьютерном комплексе, осуществлялось за счет кодирования видеосигнала, который впоследствии при сканировании распознавался и считывался видеокомпьютером.

В процессе исследований за период с 1992 по 2003 г. были разработаны индивидуальные и групповые биомеханические модели техники ряда сложных двигательных действий (рис. 8.31).

Опыт использования методики видеокомпьютерного анализа в спортивной тренировке свидетельствует о том, что данный подход в биомеханическом моделировании и собственно сам видеокомпьютерный анализ эффективны во всех видах двигательных действий. Практика показывает, что полученные данные могут использоваться в спортивной тренировке для:

• создания центра по обучению спортсменов наиболее сложным элементам техники по индивидуальным визуально узнаваемым кинематическим моделям;
• создания банка данных образцов техники спортсменов высокой квалификации;
• проведения оперативного контроля уровня технического мастерства спортсменов на различных этапах их подготовки к крупнейшим соревнованиям;
• прогнозирования и разработки перспективных моделей наиболее совершенной техники для будущих Олимпийских игр;
• тиражирования для тренеров и спортсменов видеопродукции и печатных материалов наиболее значимых приемов и способов достижения рекордных результатов в различных видах спорта.

Аппаратурный блок комплекса в дальнейшем может совершенствоваться в следующих направлениях расширения его технических и методологических возможностей:

• одно-, двух-, трехплоскостной видеозаписи от 25 до 240 кадров-с-1;
• видеозаписи для систем нелинейного монтажа, запись-воспроизведение видео и анимация с жесткого диска в реальном времени (обработка CCIR-601 4:2:2, PCI, накопители SCSI);
• мгновенного просмотра аналоговых видеоматериалов в любой момент времени;
• обработки и оцифровки до 10 мин реального видео, построения видеограмм в режимах on/in line при помощи специальной видеокамеры (CCD—TVC) и компьютера «pentium-4pro» на базе процессора Кб 233 ММХ;
• распознавания и слежения по первому оцифрованному кадру за координатами маркеров, расположенных в области центров суставов тела спортсмена во всем изучаемом двигательном задании при помощи программного обеспечения Digital Fusion «еуеопііпе»;
• построение многофакторных биомеханических моделей техники при помощи пакета прикладных статистических программ.

Совершенствование подготовленности спортсмена предполагает также получение срочной информации о разного рода характеристиках его специфической деятельности.

В настоящее время в легкой атлетике, например, применяются системы, позволяющие определить параметры стартовой реакции, усилий, прикладываемых к колодкам, времени пробегания отдельных участков и дистанции в целом. Такие системы, как правило, состоят из измерителя временных интервалов, тензоколодок, фотодатчиков, регистрирующего и цифропечатающего устройств.

Фирмой Microgate (Италия) разработана оптическая система «OptoJump» для измерений с точностью до 0,0001 с кинематических характеристик различных локомоций. «OptoJump» состоит из двух инструментальных планок (размер 39,4x1,2x1,6 дюйма — 100x4x3 см, 1 дюйм = 2,54 см), одна из них содержит блок датчиков и управления, а во вторую встроена передающая электроника (рис. 8.32). При необходимости увеличения длины дорожки несколько таких планок (единичных элементов) можно соединять вместе.

«Модульная» система может измерять в реальном времени следующие величины:
• длину проекции ступни и ее положение на дорожке;
• время фаз полета и опоры в беге;
• мгновенную и среднюю скорость;
• ускорение;
• общее время выполнения упражнения.

Опыт фирмы Microgate в беспроводных системах способствовал разработке Polifemo Light Radio. Эта инновационная система — конкретный пример интеграции мощных возможностей фотоэлементов Po/ifemo и надежности радиосистемы Linkgate (рис. 8.33).

Фотоэлементы Polifemo Light Radio дают возможность:

• определять биомеханические характеристики старта и финиша, а также 6 промежуточных показателей, каждый из которых отдельно идентифицируется;
• свободно передвигаться во время эксперимента, так как в любом месте тренер может получить все временные характеристики по радио;
• гарантировать максимальную надежность и точность передачи (более чем ± 0,004 с);
• размещать фотоэлементы на расстоянии 15 м от отражателя;
• передавать биомеханические характеристики по радио на расстояние более 300 м.

Новый комплект Polifemo Light Radio разработан для удовлетворения потребностей, связанных с подготовкой спортсменов в мире спорта высших достижений (рис. 8.34).

Простота и быстрота установки, отсутствие каких-либо соединительных проводов, возможность получения временных характеристик по радио делает комплект Polifemo Light Radio идеальным инструментом в сфере спортивной подготовки в любом виде спорта.

Хронометр Рейстайм 2 благодаря небольшим размерам легко держать в руке и использовать на практике. Функциональные клавиши и под¬сказывающие сообщения, которые появляются на алфавитно-цифровом дисплее, обеспечивают удобный интерфейс пользователя с прибором, поэтому научиться пользоваться можно в очень короткое время. Прибор настолько прост, что отдельный спортсмен может полностью автоматически рассчитывать время тренировочного занятия. Все временные характеристики можно получить, сохранить и распечатать автоматически. Хронометр может работать вместе с системой «OptoJump».

С прибором поставляются программы, которые обеспечивают получение таких данных:
• временных характеристик, в частности контроль результатов бега по каждому кругу;
• единичных стартов;
• полностью автоматического и простого контроля за временными характеристиками программы тренировки.

В пулевой стрельбе, биатлоне находят большое применение электронные стрелковые стенды. В настоящее время СКАТТ (Россия) производит стенды и аксессуары для пулевой стрельбы из пистолета и винтовки, стрельбы по движущейся мишени (бегущий кабан), для биатлона, стрельбы из арбалета и лука. Основной блок стрелкового диагностического комплекса «СКАТТ Professional» управляет электронной мишенью, считывает показания с оптического датчика и передает их в персональный компьютер (рис. 8.35).
В состав комплекса входят также:
• пульс-сенсор — миниатюрный датчик, выполненный в виде прищепки на мочку уха. Такая конструкция позволяет стрелку легко его закреплять и не мешает вести стрельбу. Регистрирует частоту сердечных сокращений;
• датчик давления на спуск — является на сегодняшний день одной из самых миниатюрных конструкций. Датчик легко закрепляется на большинстве моделей спортивного оружия вместо штатного спускового крючка. Кроме того, датчик имеет легко отсоединяемый кабель, что позволяет использовать его как для тренировок с тренажером, так и для реальной стрельбы. Существует несколько модификаций датчика, и можно подобрать наиболее подходящий вариант для конкретного оружия.

В комплект входят основные спортивные и грудные мишени. В зависимости от модели используемой электронной мишени программа эмулирует дистанции от 10 до 1000 м.
На экране удобно размещено несколько графиков и многочисленные статистические параметры, траектория прицеливания, график обработки спуска, информация об ударах сердца (рис. 8.36).

Помимо результатов выстрелов программные возможности комплекса позволяют получать:
• траекторию прицеливания — точное отображение движений оружия относительно мишени до и после выстрела;
• расстояния до центра мишени — выведение расстояния от точек траектории прицеливания до центра мишени: абсолютное, по горизонтали и вертикали. Дает четкое представление о характере движений, вызванных некоординированными мышцами и их тремором;
• координацию, подразумевающую способность стрелка выбрать оптимальный момент для обработки спуска на фоне имеющейся у него устойчивости. Это один из важнейших показателей уровня формы стрелка. Способность стрелка выбрать оптимальный момент для окончательной обработки спуска может частично компенсировать недостаточную устойчивость тела;
• смещение момента выстрела — это график, на котором отображается зависимость результата стрельбы от момента выстрела. По графику видно, каким был бы результат, если бы выстрел произошел раньше на какое-то время;
• скорость траектории прицеливания — это график, на котором в зависимости от времени показана скорость движения траектории, а следовательно, устойчивость тела стрелка;
• интервалы между выстрелами — это диаграмма, на которой отображаются достоинства совершенных выстрелов и промежутки времени между ними. Позволяет стрелку выбрать оптимальный для него темп стрельбы;
• прогноз результата — показатель вероятности результатов стрелка при использовании оружия и патронов разного качества.

Выполненные серии и вся тренировка автоматически записываются в каталог, где файлы тренировок группируются по названиям упражнений и фамилиям стрелков и отображаются в удобном для поиска виде.

Современный олимпийский и профессиональный спорт предъявляют чрезвычайно высокие требования ко всем элементам сложной двигательной системы организма атлетов. В условиях многолетних систематических тренировок и соревнований опорно-двигательный аппарат спортсменов постоянно подвергается большим динамическим нагрузкам, поэтому большую актуальность для тренеров, врачей и спортсменов приобретают проблемы внедрения современных технологий биомеханического контроля двигательной функции опорно-двигательного аппарата в процессе спортивной тренировки.

В настоящее время одним из самых эффективных технических средств объективной, оперативной и интегральной биомеханической диагностики функционального состояния мышечно-суставных сочленений является автоматизированный аппаратурный комплекс фирмы «Technogym» — REV 9000 (рис. 8.37).

Аппаратурные возможности диагностического комплекса позволяют регистрировать в количественной форме биомеханические параметры кинетики крупных суставов опорно-двигательного аппарата человека — максимальные моменты сил, углы проявления максимальных сил, скорость, максимальную скорость движения, индекс утомляемости, мощность и работу.

Для оценки и измерения геометрии масс тела спортсмена может использоваться технология компьютерной диагностики пространственного расположения основных биозвеньев тела спортсмена, разработанная на кафедре кинезиологии Национального университета физического воспитания и спорта Украины (Кашуба, 2003).

Технология использования видеокомпьютерных средств биогеометрического анализа осанки включает фотограмметрирование сагиттального и фронтального профилей тела человека относительно соматической системы отсчета; в качестве модели опорно-двигательного аппарата используется 14-сегментная разветвленная кинематическая цепь, координаты звеньев которой по геометрическим характеристикам соответствовали координатам положения в пространстве биозвеньев тела человека, а точки отсчета — координатам центров основных суставов; определение угловых и линейных характеристик осанки относительно сагиттальной плоскости — переднего и заднего угла устойчивости; угла, образованного вертикалью и линией, соединяющей остистый отросток позвонка С7 и ЦМ головы; угла, образованного горизонталью и линией, соединяющей бугор пяточной кости и надколенник; угла, образованного горизонталью, и линией, соединяющей наиболее выступающую точку лобной кости и подбородочный выступ; угла, образованного вертикалью, и линией, соединяющей остистый отросток позвонка L5; расстояниям от отростка позвонка С7 до вертикали, проходящей через ЦМ головы; расстояниям от наиболее выпуклой точки позвоночного столба до вертикали, проходящей через ЦМ головы; расстоянием от позвонка Ц до вертикали, проходящей через ЦМ головы. Образец оцифровки осанки спортсмена представлен на рис. 8.38.
Для обеспечения процессов изучения проблем биодинамики ОДА человека, в частности морфобиомеханических свойств стоп, современная спортивная практика нуждается в новых средствах и технологиях управления.

Для этого были разработаны методики видеокомпьютерного анализа морфофункциональных свойств стопы человека (Кашуба и др., 2002).

Разработанное программное обеспечение «BIG FOOT» позволяет получить следующие морфобиомеханические характеристики стопы: длину стопы; максимальную высоту свода и ее подъема; <a, образованный линией опорной части свода стопы (I) и прямой, соединяющей головку 1-й плюсневой кости с точкой максимальной высоты медиального продольного свода; ZP, образованный линией опорной части свода стопы (I) и прямой, соединяющей опорную точку бугра пяточной кости с максимальной высотой медиального продольного свода (рис. 8.39, а).

Автоматизированная обработка плантограмм человека осуществляется с помощью разработанной программы «FOOT—PRINT» (рис. 8.39, б).

Возможности программы «FOOT—PRINT» позволяют определить ряд морфобиомеханических характеристик: длину и ширину стопы, индекс Штритера, индекс Чижина, угловой индекс Кларка, пяточный угол, угол кривизны большого пальца и угол постановки V пальца.

Проведенные исследования дали возможность разработать технологию измерения и анализа осанки спортсменов, сущность которой заключается в адекватном использовании современных биомеханических методов видеокомпьютерного анализа моторики человека.

Комментариев нет:

Отправить комментарий