Abstract PEDAGOGICAL AND BIOMECHANICAL ANALYSIS OF SPORTS MOVEMENTS ON THE BASE OF PROGRAMME- APPARATUS COMPLEX N.G. Suchilin, professor. Academician of the International Informatization Academy, USSR Sport-Master, Honoured Coach of Russia, Moscow state academy of physical culture L.Ya. Arkayev, doctor of pedagogy. International Sport-Master, Honoured Coach of USSR, President of Russian Gymnastic Federation, Olympic Committee of Russia V.S. Savelyev, doctor of pedagogy, Sport-Master, Samara Aerospace Academy Key words: sports technique, gymnastics exercises, elite gymnasts, pedagogical- biomechanicals analys, qualitative and quantitative analysis, digitizing system, videoanalyzing system, calibration structure accuracy, imitational modeling. The purpose of this study was to substantiate the methodology of comparative pedagogical- biomechanical analysis of sports technique, using digitizing analysis system. The worked out methodology was used in the process of the Russia National Gymnastics team's technical training. The metrological certification of the system, using optical electronic' test-object with calibrated luminous point's displacement and speed had demonstrated acceptable accuracy of measurements for the aims of the given research. As a result of the investigation it had become possible to state, that the offered system can be successfully used in applied biomechanical analysis of the sports movements' technique. The qualitative as well as the quantitative analysis realized with a help of this system were successfully used in the Russia National team's training. The attempt of imitational modelling on the base of regresional models of gymnastic exercises' technique was not likely to be successful. The essential discrepancy was marked here between practice and expert evaluations.
|
ПЕДАГОГИКО-БИОМЕХАНИЧЕСКИИ АНАЛИЗ ТЕХНИКИ СПОРТИВНЫХ ДВИЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО ВИДЕОКОМПЛЕКСА Доктор педагогических наук,
профессор, Московская государственная академия физической культуры Кандидат педагогических наук,
доцент, мастер спорта, Национальный Олимпийский Комитет России Кандидат педагогических наук, доцент, мастер спорта B.C. Савельев Московская государственная академия физической культуры Ключевые слова: спортивная техника, гимнастические упражнения, прогрессирующая сложность, гимнасты высшей квалификации, педагогическая биомеханика, качественный и количественный анализ, программно-аппаратный комплекс, видео-анализирующая система, калибрация, тест-объект, точность измерений, имитационное моделирование. Введение. Результат в спорте при прочих равных условиях в конечном итоге является следствием реализации спортсменом той или иной техники, характеризующейся определенным перемещением тела и/или его звеньев во времени и пространстве. На обеспечение этого биомеханического процесса фактически направлены все процессы, задействованные в спортивно-двигательной деятельности (физиологические, психические, педагогические и др.). С естественнонаучной и педагогической точек зрения выходными параметрами системы "спортсмен" являются биомеханические характеристики его движений. Для анализа техники с целью повышения эффективности процесса ее формирования и совершенствования эти параметры необходимо зарегистрировать, измерить, проанализировать и подать на вход обучающей системы. С этой целью в настоящее время применяются различные методы, среди которых наибольшее распространение получили бесконтактные оптико-электронные компьютеризированные системы (стереофотограмметрические, кинематографические, видеографические). С их помощью определяются координаты опорных точек тела спортсмена и на их основе рассчитываются кинематические характеристики движения. Точность измерений таких систем определяется в результате метрологического тестирования с использованием различных тест-объектов с калиброванными параметрами. Полученные в результате последующих экспериментов данные используются в основном для количественного биомеханического анализа спортивной техники. Методология и методика ее качественного анализа с педагогико-биомеханичес-ких позиций (который целесообразно предпослать количественному) в настоящее время разработаны недостаточно. Объектом настоящего исследования является техническая структура упражнений прогрессирующей сложности, а предметом исследования - методика педагогико-биомеханического анализа спортивной техники с использованием программно-аппаратного видеокомплекса. Модель исследования - спортивная гимнастика высших достижений. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР Фотограмметрический метод (стереоцикло-съемка, стробоскопическая циклосъемка, импульсная стереоциклосъемка) представляет собой промежуточную точность измерений. В России метод стробоскопической стереофотограмметрии был развит и успешно использовался в ГЦОЛИФКе [3, 4, 11-14 и др.]. По данным В.М. Зациорского с соавт. [3, 4] и А.В. Тюпа [19], абсолютные погрешности определения трехмерных координат не превышали 0,001 м, скоростей - 0,05 м/с и ускорений - 1,5 м/с2. Эти данные согласуются с данными других авторов [16, 17, 20, 24, 25, 32-35 и др.]. Однако стереофотограмметрические системы очень дороги, громоздки, негибки, требуют длительной и трудоемкой обработки исходного материала и могут применяться лишь в лабораторных условиях. На соревнованиях (особенно крупных) такие системы практически не применимы. С появлением прецизионных высокоскоростных кинокамер с точностью протяжки ± 1 кадр при съемке со скоростью 500 кадр/с и компьютеризированных анализаторов фильмов киноанализирующие системы в 90-х годах получили широкое распространение при анализе движений человека в спорте и клинике. В России данный метод был развит и успешно применялся в отделе биомеханики ВНИИФКа (зав. И.П. Ратов) для анализа техники в различных видах спорта, как в исследовательских целях, так и в процессе научно-методического обеспечения подготовки сборных команд страны [9, 10, 12, 13 и др.]. Точность кинометода ниже, чем у фотограмметрического, однако она вполне приемлема для анализа спортивной техники. По данным [10], абсолютные погрешности измерения метода биомеханической кинематографии составляют по перемещению 0,005 м, по скорости 0,1 м/с и по ускорению 6 м/с2, что согласуется с данными других авторов [18, 21-23, 28, 29, 41]. Преимущество биомеханической кинематографии по сравнению с фотограмметрическими методами состоит в возможности ее использования непосредственно в учебно-тренировочном процессе и на соревнованиях, так как здесь не требуется специальной организации условий съемки (затемнение, маркировка точек тела спортсмена лампочками). Недостатком является меньшая точность и отстраненность выдаваемой биомеханической информации вследствие разрыва во времени между измеряемым процессом и результатом. Использование видеотехники в количественном биомеханическом анализе долгое время было проблематичным вследствие низкой разрешающей способности и ограниченной частоты видеоаппаратуры (50-60 Гц), что при максимально возможной скорости съемки (50-60 кадр/с) препятствовало анализу быстропротекающих движений ударного типа. С появлением высокочастотных видеомагнитофонов (220 Гц) и видеокамер с электронными затворами, обеспечивающих экспозицию до 1/500 с, эти трудности были преодолены. В ряде работ показано, что точность видеометода несколько ниже кинометода [41, 28, 21, 29, 18, 46, 22 и др.]. Однако по последним данным точность измерения новой видеоанализирующей системы PRISMA сравнялась с кинометодом [31], а точность системы APEX превзошла точность традиционно принятого в биомеханических исследованиях кинематографического метода с форматом пленки 16 мм [42]. Основное достоинство видеометода состоит в том, что видеопленка относительно дешева (как вся видеоаппаратура по сравнению с кино- и фотометрической), не требует предварительной обработки и к анализу можно приступать немедленно после видеосъемки, процедура которой достаточно гибка и позволяет широкую вариативность в установке видеокамер, что особенно важно в процессе соревнований [6, 18, 28, 41]. Факторами, увеличивающими точность измерений координат с помощью видеоанализирующих систем, являются .высокая разрешающая способность видеоаппаратуры, размеры и шаг измерения пикселя, качество видеоизображения [31]. Этим требованиям удовлетворяет недавно разработанная видеооцифровочная система "Multeped Apex Frame Store", используемая вместе с видеокамерой "Sony HAD" с форматом видеозаписи HI 8 [42]. Видеоанализирующие системы в настоящее время производят многие западные компании ("Peak Performance Technologies Inc.", Motion Analysis Inc". " Biovision", "Elite", "Sell Spot", "Oxford Metrics", "Optotrack", "Costel", "Coda", "Northern Digitail's Watsmart", "NAC Videometrics", "Sony"). Однако они дороги для отечественного научного потребителя. В нашей стране видеоанализирующая система собственной разработки использовалась во ВНИПИ "Спорт" для анализа спортивной техники в плавании (Р. Хальянд), гимнастике, прыжках в воду и на лыжах с трамплина, легкой и тяжелой атлетике (Н.Г. Сучилин, В. Г. Уваров).
Использование ретрофлективных маркеров и датчиков инфракрасного излучения, прикрепляемых к опорным точкам тела спортсмена, позволяет проводить их автоматическую оцифровку как непосредственно в процессе движения, так и сразу после его окончания. В настоящее время такие системы выпускают компании "Peak Performance Technologies Inc.", "Motion analysis Inc.", "Elite", "Selspot", "Polgon", "Coda" и др. Хотя точность измерения таких систем достаточно высока и не уступает ручной оцифровке [26, 39 и др.], они довольно дороги (примерно 100-200 тыс. долл.) и накладывают дополнительные ограничения на условия видеосъемки даже в лабораторных условиях. Такие системы пока практически неприменимы в учебно-тренировочном процессе и на соревнованиях. Двухмерное плоское отображение, полученное с использованием одной камеры, служит лимитирующим фактором при исследовании сложных трехмерных движений человека. Было разработано несколько трехмерных кинофотограмметрических методов с использованием по меньшей мере двух метрических камер [3, 19, 20, 32, 33, 36, 44 и др.]. Хотя, по данным указанных авторов, эти методы дали прекрасные результаты, сама процедура съемки была весьма сложной, трудоемкой и недостаточно гибкой. Основная проблема при использовании нескольких камер состояла в том, что нужно было измерять либо внешние параметры камер (их положение и ориентацию), либо их внутренние параметры (дисторсии линз объективов и изображения). Эти измерения, производимые с помощью стандартной съемочной техники, требовали значительного времени и были потенциальным источником ошибок. Y. Abdel-Aziz и H. Karara [16] разработали метод прямой линейной трансформации (DLT), позволяющий использовать две неметрические камеры с неизвестными внешними и внутренними параметрами. Последние представляются группой из 11 неизвестных коэффициентов (так наз. параметры DLT), в которых указанные параметры содержатся в импликативной форме. Для определения параметров DLT перед экспериментом проводится съемка тест-объекта (параллелепипед, куб, призма, полиэдр и т.п.) с калиброванной структурой контрольных точек, трехмерные координаты которых известны в результате прямого прецизионного измерения (обычно с точностью до 1-0,5 мм). После оцифровки контрольных точек действительные трехмерные и расчетные двухмерные координаты контрольных точек вводятся в 12 уравнений DLT, решение которых позволяет определить искомые коэффициенты. В дальнейшем они используются для вычисления трехмерных координат точек объекта (спортсмена), движение которого снимается в том же калибровочном пространстве после удаления тест-объекта из кадра. Для решения уравнений DLT необходимо знать расчетные и действительные координаты по меньшей мере 6 контрольных точек (2 уравнения DLT для одной контрольной точки х на 6 контрольных точек = 12 уравнений DLT для 11 неизвестных). Оптимальное число контрольных точек - 12-18 [22, 27]. Метод DLT, базирующийся на аналитической фотограмметрии, был затем успешно адаптирован к кино-и видеометодам регистрации движений человека с достаточно высокой точностью реконструкции трехмерных координат пространственных объектов [21, 22, 26, 28, 35, 39, 40]. H. Hatze [27] разработал линейный и нелинейный алгоритмы модифицированного метода DLT (MDLT), обеспечивающие более высокую точность трехмерной реконструкции.
Следует, однако, отметить, что реконструкция трехмерных координат точек тела спортсмена при анализе техники требуется далеко не всегда. В ряде видов спорта в процессе выполнения многих упражнений движения правой и левой частей тела симметричны, а его звенья практически перемещаются в плоскостях, параллельных плоскости перемещения о.ц.м.т. (например, при выполнении больших и малых оборотов на гимнастических снарядах, гладких опорных прыжков и соскоков, акробатических прыжков, прыжков в воду и на батуте и т.п.). В таких случаях для получения необходимой биомеханической информации целесообразно применять съемку одной камерой, оптическая ось которой располагается перпендикулярно плоскости перемещения о.ц.м. тела спортсмена. Проведенный обзор подтверждает высказанные ранее мнения [6, 13] о том, что видеометод изменения кинематических параметров движений и основанные на нем современные видеоанализирующие системы наиболее перспективны для анализа спортивной техники. Современные импортные видеоанализирующие системы очень дороги для отечественного научного потребителя, но зато они обеспечивают исследователей данными очень высокой точности. Однако здесь возникает два вопроса: что делать с этим морем точных цифр и какова точность видеометода при использовании значительно менее дорогой бытовой видеоаппаратуры? Необходимо также отметить, что дорогие видеоанализирующие системы не дают ответа на 4 важнейших с точки зрения обеспечения технической подготовки спортсменов вопроса: 1. Каковы параметры оптимальной техники? 2. Чем параметрически отличается техника конкретного спортсмена от оптимальной техники? 3. Как изменится результат (или основные параметры) конкретного спортсмена, если он каким-то образом изменит определенные параметры своей техники? 4. Какие параметры техники и как следует изменить конкретному спортсмену, чтобы увеличить свой результат и/или основные параметры движения? Р. Хальянд с соавт. [15] разработали методику, основанную на методологии педагогической кинезиологии [2] и регрессионном анализе экспериментальных данных, которая пытается ответить на эти вопросы с помощью разработанной ими видеоанализирующей системы. Однако необходимую для этого точность измерений (а она должна быть весьма высокой), а также очевидные ограничения метода авторы не указывают и не обсуждают. Это делает достаточно дискуссионной декларируемую ими успешность применения данного метода в плавании и его адекватность в научном плане. Ряд авторов разрабатывали вопросы качественного анализа спортивной техники [1, 8, 13]. Однако его методология и методика, особенно на уровне использования современных программно-аппаратных средств, разработаны явно недостаточно. Вышеизложенное, а также сомнительная целесообразность использования очень дорогих систем для качественного анализа техники спортивных движений и определили цель настоящего исследования, которая состояла в разработке и обосновании методики сравнительного педагогико-биомеханического анализа спортивной техники с использованием видеоанализирующей системы. АППАРАТУРА И МЕТОДЫ В работе использована видеоанализирующая система, разработанная ВНИПИ "Спорт" совместно с Таллиннским пединститутом [15]. В системе использованы видеокамера Sharp Saticon Color с форматом пленки VHS, видеомагнитофон Panasonic NV-L25, видеомонитор Contec (57 см) и персональный компьютер IBM РС-АТ с 386-м процессором, графическим адаптером SVGA и стандартной периферией (принтер Epson, мышь). Связь видеоизображения с компьютером обеспечивало плато-интерфайс, разработанное Р. Хальяндом с сотр. Программное обеспечение для компьютера написано на языке "СИ". Съемка производилась с частотой 50 Гц.
Перед съемкой исследуемых упражнений, как в условиях естественного учебно-тренировочного процесса, так и на соревнованиях, в плоскости предполагаемого перемещения о.ц.м. тела спортсмена помещался тест-объект (металлический метровый стержень с контрастными метками, расположенными с интервалом 0,1 м) в вертикальном и горизонтальном положениях. Тест-объект снимался видеокамерой (ортогональный случай съемки), позиция которой в дальнейшем не менялась. Масштаб определялся на основе данных оцифровки видеоизображения тест-объекта по известной методике [6, 7]. Движения спортсмена снимались той же видеокамерой, (ортогональный случай съемки) и затем последовательно воспроизводились через видеомагнитофон на экране видеомонитора в режиме стоп-кадр. С помощью мыши двухмерные координаты опорных точек тела спортсмена и внешних ориентиров (до 23) оцифровывались опытным оператором и вводились в компьютер. Адекватность полученных двухмерных координат точек проверялась графически и корректировалась в случае ошибок. После одобрения данных оцифровки видеокадра они автоматически вводились в компьютер, где хранились в файлах, которым присваивалось определенное имя. Программное обеспечение позволяло рассчитать геометрические и кинематические характеристики движения опорных точек тела спортсмена в процессе выполнения исследуемых упражнений, создавать статические и динамические видеоциклограммы движений с выделением граничных положений в его фазовой структуре и экспертной коррекцией положений звеньев тела. Включенный в программу графический пакет позволял создавать необходимые "картинки". Полученные данные распечатывались на принтере в цифровой и графической форме. Далее на основе регрессионного анализа созданной базы данных для различных исполнений и исполнителей конкретного упражнения (элемента) программа позволяла создавать оптимизированные модели техники, параметры которой сравнивались с индивидуальными. После этого с помощью компьютера проводилось имитационное моделирование. Методика расчета регрессионных моделей и имитационного моделирования изложена в работе [15]. Точность измерения данной системы определена в результате ее калибрации и метрологической аттестации (свидетельство № 27, выданное 6.12.91 метрологической службой Госкомспорта СССР). Статическая калиб-рация системы проведена во ВНИПИ "Спорт" с использованием в качестве тест-объекта нарисованного на белом экране черного квадрата размером 1,5х1,5 м2, в свою очередь разделенного на квадраты размером 10х10 см2 с точностью ± 1 мм. Тест-объект снимался видеокамерой, расположенной на расстоянии 5 м от тест-объекта. Пересечения линий (225 контрольных точек) оцифровывались опытным оператором по 10 раз. Динамическая калибровка системы проведена в лаборатории метрологии ЦНИИ "Спорт" совместно с В.В. Ивановым и Г.И. Поповым. В качестве тест-объекта использован образцовый электронный стенд для поверки и метрологической аттестации оптических средств измерения движений в спорте, обеспечивающий с помощью кварцевого генератора калиброванное перемещение и скорость безынерционной "бегущей" светящейся точки (разработка В.В. Иванова с соавт., защищена А. С. СССР № 1007076). Методика сравнительного качественного и количественного анализа техники разработана на основе методологии педагогической биомеханики [13]. В исследовании приняли участие члены сборной команды России по спортивной гимнастике. РЕЗУЛЬТАТЫ В результате калибрации системы и ее метрологической аттестации выявлено, что абсолютные погрешности измерений перемещений в диапазоне до 2,5 м составляли не более ±0,007 м, а скоростей - не более ±0,3 м/с в диапазоне измерений 0-25 м/с. Приведенные суммарные погрешности измерений перемещений и скоростей составляли не более 1,5 и 2,5% соответственно. Погрешность была максимальной при расположении тест-объекта по краям и в углах видеокадра, а минимальная - в его центре. Сравнительный качественный педагогико-биомеханический анализ на модели спортивной гимнастики проводился следующим образом. Программными средствами на дисплей компьютера вызывались два или более (до 8) файла исполнения конкретного элемента, которые могли быть разнесены, совмещены или наложены друг на друга (рис. 2 - 3). Известно, что основными биомеханическими параметрами всех упражнений с фазой полета являются вектор скорости о.ц.м. тела спортсмена в момент прекращения связи с опорой и его главный кинетический момент [1, 8, 13]. Не измеряя этих параметров, можно качественно оценить их на основе анализа оцифрованных видеоциклограмм различных исполнителей конкретного элемента и определить, у кого из них эти параметры (или один из них) больше или меньше. Если высота полета у одного из спортсменов больше, чем у другого (а это видно на видеограмме совмещенных файлов), то это означает, что от опоры он задал большую вертикальную составляющую скорости о.ц.м.тела. Аналогична ситуация и с длиной полета. При внешне аналогичных программах управления вращательным движением в безопорном положении больший, чем у другого спортсмена(ов), угол поворота его тела за то же время означает, что этим спортсменом от опоры был задан больший кинетический момент. С позиций как биомеханики, так и спортивной педагогики его техника опорных действий при прочих равных условиях предпочтительна, так как он может раньше закончить требуемую форму движения в полете, что зрелищно более выигрышно и дает преимущество в судейской оценке. Далее, выделив программными средствами граничные положения в фазовой структуре опорных действий, как это показано на рис. 1-3, мы можем проанализировать, в чем конкретно состоят качественные различия в технике двух исполнителей. С этой целью мы использовали следующие, жестко лимитированные 4 пары определений ошибок: "раньше-позже" (качественно определяет начало и конец технического действия в пространстве на фазовом уровне), "дольше-короче" (определяет его продолжительность, t), "сильнее-слабее" (определяет степень активности действий и развиваемые в фазе усилия, F) и "недостаточно-чрезмерно" (определяет граничные положения и суставные углы) [13]. Эти диагностические определения с очевидностью следуют из анализа видеоциклограмм (см, рис. 1-3). Таким образом, формальным языком предлагаемого качественного педагогико-биомеханического анализа является язык неравенств на уровне вербальных определений типа "больше-меньше", конкретизированных по месту приложения спортсменом усилий в фазах технических действий, времени и степени их выраженности. На рис. 3 представлена совмещенная видеоциклограмма двух вариантов исполнения элемента высшей сложности "маринич": удачная (первый гимнаст) и с судейской сбавкой оценки за приход на перекладину после полета (второй гимнаст). Сравнительный анализ начинается с этого момента и ведется в направлении, противоположном направлению движения. Из рис. 3 видно, что (при схожей программе управления движением в полете в обеих случаях) второй спортсмен вращается в полете более медленно, что свидетельствует о недостаточности главного кинетического момента, заданного от опоры. Далее, анализируя данную видеоциклограмму от конца к началу, находим с очевидностью, что: - угол в плечевых суставах в момент прекращения связи с опорой (далее старт) у второго спортсмена меньше, чем у первого (см. первое граничное положение (ГП) полета на нижней части рис. 3); - сам старт он выполняет раньше, чем первый спортсмен (см. последнее ГП опорного периода в верхней части рис. 3); - угол в тазобедренных суставах в конце фазы "броска" у него меньше, чем у первого спортсмена (см. предпоследнее ГП там же); - тот же угол в середине фазы "броска" у него меньше (см. нижнее вертикальное положение там же); - отрицательный угол в тазобедренном суставе в ГП, разделяющем фазы "замаха" и "броска", у второго спортсмена меньше и фазу "замаха" он заканчивает заметно раньше, чем первый (см. 2-ю ГП слева сверху там же); - положения обоих спортсменов в первой ГП приблизительно одинаковы. Таким образом, анализируя движение от конца к началу, находим первопричину в цепи технических ошибок у второго спортсмена, сравнивая его с первым, "удачным", исполнителем. Диагноз для второго спортсмена в данном случае следующий: ранний и слабый "замах", который провоцирует долгий и слабый "бросок", а он, в свою очередь, - слабый "антикурбет" в фазе предстартовых действий опорного периода и ранний старт, а последнее - недостаточный кинетический момент и как следствие - относительно медленное вращение в полете с остановкой движения внизу после дохвата за перекладину, за что судьями и производится сбавка в оценке по правилам соревнований. Рекомендации в данном случае очевидны: нужно исправить первопричину в цепи технических ошибок, т.е. начать и закончить фазу "замаха" позже, а сам "замах" выполнить сильнее (активнее). Исправление других, более поздних, ошибок обойдется дороже по времени и усилиям и с большой вероятностью может не привести к желаемому результату, т.е. к успешному выполнению элемента. После качественного анализа выполняется сравнительный количественный анализ с определением биомеханических характеристик успешных и ошибочных технических действий в вышеуказанных фазах движения с помощью программного обеспечения компьютера, использующего созданную в результате оцифровки исследуемых движений базу данных. В результате находим ответ на вопрос: не только в чем, но и насколько количественно одна техника исполнения отличается от другой. ОБСУЖДЕНИЕ В результате проведенного исследования установлено, что видеоанализирующая система, основанная на использовании бытовой видеоаппаратуры, дает приемлемую точность для прикладного биомеханического анализа техники спортивных движений. Как качественный, так и количественный педагогико-биомеханический анализ с помощью данной системы дали приемлемые результаты, которые успешно использовались в подготовке сборной команды России по спортивной гимнастике. Однако попытку имитационного моделирования на основе регрессионных моделей техники гимнастических упражнений [15] мы вряд ли можем назвать успешной. Здесь имели место существенные расхождения с практикой и экспертными оценками. По всей видимости, это обусловлено рядом причин, среди которых целесообразно выделить следующие: - недостаточные разрешающая способность и качество изображения использованной нами видеоаппаратуры и как следствие недостаточно высокая точность оцифровки для применения методов математической статистики; - различный росто-весовой индекс и отсюда различные параметры геометрии масс тел спортсменов, задействованных в выборках данных для конкретных упражнений; - отсутствие в данном программном обеспечении динамического уровня анализа техники (имеющегося кинематического уровня в гимнастике, очевидно, недостаточно). Вопрос о возможности создания оптимальных моделей техники остается открытым, и он достаточно дискуссионен. Для этого имеются по крайней мере три возможности: математическое моделирование, статистическое моделирование и, наконец, за условный оптимум можно принять биомеханические характеристики техники лучшего в мире по экспертной оценке исполнителя данного элемента (но, очевидно, только для спортсмена с близкой геометрией масс). Несмотря на отдельные успехи математического моделирования движений спортсмена (В.Т. Назаров, В.М. Зациорский и С.Ю. Алешинский, Ф.К. Агашин, M.R. Yeadon, A.B. Зиньковский и А.Г. Шолуха и др.), попытки создания оптимальной модели техники конкретного упражнения (а тем более для конкретного исполнителя) наталкивались на серьезные, даже неразрешимые трудности в рамках используемых формализмов. В работе М.Л. Иоффе с соавт. (1995) указана причина этого: разработанные математические модели движений человека (сомнительно адекватные живому телу человека и его движениям) обычно пытались "начинить" среднестатистической геометрией масс и реальной кинематикой живых упражнений. Результаты такого подхода при решении обратной задачи механики были довольно плачевны как с научной, так и с практической точек зрения. Что касается регрессионных статистических моделей оптимальной техники конкретных движений, то, по-видимому, они могут быть созданы для конкретного спортсмена, если в достаточную по объему выборку включать биомеханические данные только безупречных по экспертной оценке попыток исполнения данного упражнения данным спортсменом с постоянным росто-весовым индексом. Представляется, что и для группы спортсменов с близкой геометрией масс такой подход будет продуктивен при определении допустимого диапазона вариативности масс-геометрических характеристик в выборке и соблюдении ряда условий, указанных выше. В заключение необходимо отметить, что информационное обеспечение как процесса подготовки высококвалифицированных спортсменов, так и деятельности физкультурников, естественно, не может быть ограничено биомеханическими аспектами. Биомеханический процесс - это естественный выход двигательной деятельности человека, а вход - психические процессы, на которые в той или иной степени оказывает влияние тренер-педагог. Биомеханический процесс ставит диагноз движению и объективизирует его цель, но он обеспечивается физиологическим процессом, имеющим множество аспектов. Однако с практической точки зрения для эффективного управления процессом подготовки нам нужно знать биолого-энергетический статус спортсмена в данный момент и его прогноз на ближайшее будущее, с тем чтобы адекватно скорректировать содержание учебно-тренировочных занятий и параметры нагрузки (сохранять ее прежней, "грузить" спортсмена дальше или "разгружать"). Подход к компьютерной оценке биолого-энергетического статуса спортсмена на основе простого в применении неинвазивного теста разработан Н.Н. Озолиным с соавт. В академической гребле он дал результаты, адекватные инвазив-ным медико-биологическим методам. В плане прикладной психологии нам нужно знать психический статус спортсмена в данный момент, чтобы скорректировать его, а если это невозможно, то учесть его при построении и проведении учебно-тренировочного занятия(ий). Такие компьютерные программы разработаны Е.В. Калининым с соавт. для игровых видов спорта с хорошим практическим результатом их использования. Но такие программы целесообразно разработать для каждого вида спорта. В педагогическом плане перед тренером стоят задачи отбора, планирования, контроля и коррекции содержания учебно-тренировочных занятий и тренировочных нагрузок в зависимости от реакции на них спортсмена, его энергетического и психического статусов в данный момент, целей и задач подготовки. Такие задачи могут решаться с помощью экспертных систем, представляющих собой системы искусственного интеллекта. В ПНИЛ МОГИФКа (ныне НИИТ МГАФК) под руководством Л.А. Хасина разработаны методология и математический аппарат таких систем для спорта и на их основе созданы экспертные системы для культуризма, тяжелой атлетики и бега на средние дистанции. Они могут быть разработаны и для других видов спорта. Однако указанные выше разработки и системы пока существуют разрозненно, будучи рассеянными по разным видам спорта, что не позволяют комплексно решать проблему информационного обеспечения и автоматизации процесса подготовки спортсменов. Очевидно, задача будущего состоит в разработке и/или адаптации готовых систем для основных видов спорта (для начала) и объединении их в единый структурированный технологический процесс, с тем чтобы накапливать интегрированные базы данных о процессах различной природы, обеспечивающих деятельность спортсмена в различных видах спорта (а впоследствии и в спорте в целом) с перспективой создания интегрированной базы знаний о спорте. Создание единой компьютерной сети
подобного информационного обеспечения отрасли
помимо прочих очевидных практических выгод (в
плане повышения эффективности управления
подготовкой спортсменов) даст мощный импульс к
развитию спортивной науки в целом, а также междис Литература 1. Гавердовский Ю.К. Сложные гимнастические упражнения и обучение им. - Автореф. докт. дис. М., 1986. 2. Гросс Х.Х. Педагогическая кинезиология - новое направление в педагогике и биомеханике //Теор. и практ. физ. культ., 1976. №№ 9, 11. 3. Зациорский В.М., Хвостиков В.П., Краснопевцев Б.В. и др. Стереофотограмметрические методы исследования спортивных движений // Теор. и практ. физ. культ., 1973, № 12. 4. Зациорский В.М., Аруин А.С., Селуянов В.Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. - М.: ФиС, 1981. 5. Иванов В.В., Смирнов Ю.И., Антонов А.Л., Бурмистров В.Н. Тест-объект для испытания кино-, фото- и видеоаппаратуры. А.С. на изобретение СССР № 1007076. 6. Иванов В.В. Комплексный контроль в подготовке спортсменов. - М.: ФиС, 1987. 7. Методика применения киносъемки одной неподвижной камерой для определения параметров спортивных движений (методические рекомендации). Подг. Поповым Г.И., Николаусом Р., Хильдебрантом Ф., Рохлитцером В., Ивановым В.В., Шакке П., Петровым Ю.М. под общ. ред. Петрова Ю.М. и Шакке П. - Спорткомитет СССР, ВНИИФК, М., 1984. 8. Назаров В.Т. Биомеханические основы обучающей деятельности при освоении ациклических упражнений: Автореф. докт. дис. М., 1974. 9. Поветкин Ю.С., Попов Г.И., Мартьянов С.С. Прецизионная методика анализа биомеханической структуры классических упражнений в тяжелой атлетике. - Тяжелая атлетика: Ежегодн., 1981 /сост. Сандалов Ю.А. - М.: ФиС, 1981, с. 48-50. 10. Попов Г.И., Мартьянов С.С. В кн.: Проблемы биомеханики спорта (тез. докл. научн. конф.). - Каменец-Подольский, 1981, с. 88-89. 11. Сучилин Н.Г., Усатый В.Г., Поветкин Ю.С. Анализ двигательной структуры гимнастических упражнений методом стробоскопической стереофотограмметрии //Управление движениями и совершенствование технической подготовки в физическом воспитании: Межвуз. сб. научн. тр. - М., 1981, с. 62. 12. Сучилин Н.Г., Попов Г.И., Уралов С.В. Биомеханическая структура акробатических прыжков прогрессирующей сложности. В кн.: Проблемы биомеханики спорта (тез, докл. научн. конф.). - Каменец-Подольский, 1981, с. 88-89. 13. Сучилин Н.Г. Становление и совершенствование технического мастерства в упражнениях прогрессирующей сложности. Докт. дис. М., 1990. 14. Тюпа В.В. Исследование внутрицикловых биомеханических характеристик спринтерского бега. - Автореф. дис. М., 1977. 15. Хальянд Р., Тамп Т., Соосар Т. Оптимальные модели техники стартов и поворотов спортивного плавания. Таллиннский пед. ин-т им. Э. Вильде. - Таллинн, 1988. 16. Abdel-Aziz Y.I. & Karara H.M. (1971). Direct linear transformation from comparator coordinates into object space coordinates in close-range photogrammetry. In ASP Symposium on Close-Range Photogrammetry. Falls Church, Va.: American Society of Photogrammetry. 17. Alem N.M " Melvin J.W. and Holsnein G.L. (1978). Biomechanics applications of direct linear transformation in close-range photogrammetry. Proceedings of Sixth New England Bioengineering Conference, Kingston, Rhode Island (Edited by Jason, D.), pp. 202-206. Pergamon Press, New York. 18. Angulo P.M. and Dapena J. (1992). Comparison of film and video techniques for estimating three-dimensional coordinates within a large field. International Journal of Sport Biomechanics, 8, 145-151. 19. Ayoub M.A., Ayoub M.M. & Ramsy J.G. (1979). A stereometric system for measuring human motion. Human Factors, 12, pp. 523-535. 20. Bullock M. & Harley I.A. (1972). The measurement of three-dimensional body movements by the use of photogrammetry. Ergonomics, 15, 309-322. 21. Challis J.H. and Kerwin D.G. (1989). An evaluation of cine-photogrammetric techniques. Journal of Sport Science, 7, 1:72, UK. 22. Chen L., Armstrong C.W. and Raftopoulos D.D. (1994). An investigation of the accuracy of three-dimensional space reconstraction using the direct linear transformation technique. J. Biomechanics, Vol. 27, № 4, pp. 493-500. 23. Dapena J., Harman E.A. and Miller J.A. (1982). Three-dimensional cinematography with control object of unknown shape. J. Biomechanics 15, 11-19. 24. Fraser C.S. (1982). On the use of nonmetric cameras in analytical close range photogrammetry. Can. Surveyor 36, 259-279. 25. Gosh S.K. (1979). Analytical Photogrammetry, Pergamon Press, New York. 26. Haggard P. and Wing A.M. (1990). Assesing and reporting the accuracy of position measurement made with optical tracking systems. J. Motor Behavior, 22, 315-321. 27. Hatze H. (1989). High precision three-dimensional photogrammetric calibration and object space reconstraction using a modified DLT-approach. J. Biomechanics, Vol. 21, № 7, pp. 533-538. 28. Kennedy P.W., Wright D.L. and Smith G.A. (1989). Comparison of film and video techniques for three-dimensional DLT repredictions. International Journal of Sport Biomechanics, 5, 457-460. 29. Kerwin D.G. and Challis J.N. (1990). Comparative accuracy of cine and video digitization. In Abstracts III World Congress of Biomechanics edited by Blankerott and Koolos, Vol II, p. 362, Amsterdam. 30. Kerwin D.G. and Challis J.H. (1994). Comparative accuracy of cine and video digitization. Abstracts, Volume II, Second World Congress of Biomechanics. (Edited by L. Blankevoort and J.G.M. Kooloos), p. 362. Stichting World Biomechanics: Nijmegen. 31. Kerwin D.G. and Maybery A.C. (1995). Video digitization accuracy. Biomechanics Research Laboratory, Department of Physical Education and Sports Sciences, Loughbo-rough University, Loughborough, UK Unpublished paper. 32. Lippert F.G., Ill, Hussain M. & Veress S. (1974). The application of photogrammetry to three-dimensional studies upon the musculo-skeletal system. In Proceeding of the symposium of Commission V International Society for Photogrammetry: Biostereometrics 74. Falls Chursh, Va.: American Society of Photogrammetry. 33. Martin T.P. & Pongratz M. (1974). Validation of a mathematical model for correction of photographic perspective error. In R.C. Nelson & C.A. Morehouse (Eds.), Biomechanics IV. Baltimore: University Park Press, 469-475. 34. Marzan Т. (1976). Rational desigh for close-range photogrammetry. Unpublished doctoral dissertation, University of Illinois. 35. Marzan G.T. and Karara H.M. (1975). A computer program for direct linear transformation solution of the collinearity condition, and some applications of it. In Symposium on Close Range Photogrammetric Systems. Falls Church. Va.: American Society of Photogrammetry, 420-476. 36. Miller D.I. & Petak K. (1973). Three-dimensional cinematography. In Kinesiology III. Washington D.C.: American Association for Health, Physical Education and Recreation. 37. Miller N.R., Shapiro R. and McLaughlin T.M. (1980). A technique for obtaining spatial kinematic parameters of segments of biomechanical systems from cinematographic data. J. Biomechanics 13, 535-547. 38. Putnam С. (1979). DLT method of theree dimensional cinematography: Instruction manual. Unpublished report, University of Iowa, USA. 39. Scholz Y.P. and Millford Y.P. (1993). Accuracy and Precision of the Peak Performance Technologies Motion Measurement System. Journal of Motor Behavior, Vol. 25, № 1, 2-7. 40. Shapiro R. (1978). Direct linear transformation method for three-dimensional cinematography. Rec. Q., 49, 197-205. 41. Shapiro R., Blow С. & Rash С. (1987). Video digitizing analysis system. Internation Journal of Sport Biomechanics, 3, 80-86. 42. Tan J., Kerwin D.G. and Yeadon M.R. (1995). Evaluation of the Apex fraim store video digitization system. Loughborough University. Unpublished paper. 43. Van Gheluwe B. (1974). A new three-dimensional filming technique involving alignment and measurement procedures. In R.C. Nelson & C.A. Morehouse (Eds.), Biomechanics IV. Baltimore: University Park Press. 44. Van Gheluwe B. (1978). Computerized three-dimensional cinematography for ane arbitrary camera setup. Biomechanics VI-A (Edited by Asmussen E. and Jorgenson K.), University Park Press, Baltimore, 343-348. 45. Woltring H.J. (1980). Planar control in multi-camera calibration for three-dimensional gait studies. J. Biomechanics, 13, 39-48. 46. Wood G.A. and Marshall R.N. (1986). The accuracy DLT extrapolation in three-dimensional film analysis. Journal of Biomechanics, 19, 781-785.
При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна! |
На главную
В библиотеку
Обсудить в форуме