|
Abstract MODERN COMPUTER TECHNOLOGIES IN SPORTS SCIENCE'S DEVELOPMENT M.P. Shestakov K.V. Annenkov E.T. Antokhina A.B. Zubkova V.I. Turayev, doctor of pedagogy V.N. Seluyanov, doctor of biology Russian state academy of Physical Culture Key words: sports science, computer technologies, firmware, perspectives of development. The aim of this story was to aquaint a reader with some modern computer technologies, created by the coworkers of the problem scientific research laboratory at Russian state academy of physical culture. The created computer technologies are used for automatization of experimental researches, for mathematical models' and training-diagnosis complexes' elaboration as well as for the elaboration of theoretical fundamentals in the biological disciplines, instructing at the physical culture institutes and academies. The simulative model of the long term adaptative processes was used to increase the effectiveness of the instructing process of the physiology of muscular activities. When delivering the course of athletes' physical training this programme can be used for the foundation of the main principles of this training and to form the skills of speculative thinking in specialists on physical education. The great importance of computer technologies displays itself in biomechanics
|
В ПОМОЩЬ ИССЛЕДОВАТЕЛЮ СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В РАЗВИТИИ СПОРТИВНОЙ НАУКИ М.П. Шестаков, К.В.
Анненков, Е.Т. Антохина, А.В. Зубкова, Российская государственная академия физической культуры Ключевые слова: спортивная наука, компьютерные технологии, программное обеспечение, перспектива развития. Цель данной статьи - ознакомить читателя с некоторыми современными компьютерными технологиями, созданными сотрудниками ПНИЛ РГАФК. Компьютерные технологии могут использоваться для автоматизации экспериментальных исследований, для разработки математических моделей, учебно-диагностических комплексов и ДР. Для разработки теоретических основ биологических дисциплин, преподаваемых в институтах физической культуры, особую ценность представляют математические модели систем и органов организма человека. С помощью таких компьютерных программ можно изучать биохимические, физиологические и биомеханические закономерности без привлечения реальных испытуемых и с подробным рассмотрением процессов, протекающих внутри организма спортсменов. В настоящее время ПНИЛ располагает моделью, которая имитирует срочные адаптационные процессы в организме спортсменов. Модель включает более 200 дифференциальных уравнений, описывающих ход биохимических процессов в медленных и быстрых мышечных волокнах, потребление и выделение кислорода и углекислого газа тканями и легкими, деятельность сердца. Для повышения эффективности учебного процесса по физиологии мышечной деятельности можно использовать модель, имитирующую долгосрочные адаптационные процессы. Она включает десять дифференциальных уравнений, описывающих деятельность мышечной, эндокринной и иммунной систем при выполнении тренировочных заданий. При чтении курса по теории физической подготовки спортсменов программа может использоваться для выведения основных принципов планирования физической подготовки спортсменов, для формирования навыков умозрительного мышления у специалистов по физическому воспитанию. Входными характеристиками для соответствующих расчетов являются следующие: интенсивность физического упражнения, его продолжительность, интервал отдыха, приход энергии с питанием. Обработка входных величин позволяет получить картину концентрации гормонов в крови и в эндокринной железе, массы миофибрилл и митохондрий в мышце, массы тела в зависимости от времени, а также производные величины - возможные результаты в беге на 100,800 и 10000 м. Хороший графический интерфейс позволяет наглядно и быстро представлять результаты работы программы. Огромную значимость имеют компьютерные технологии в биомеханике. Рассмотрим аппаратные средства и программные продукты, позволяющие автоматизировать съем экспериментальных данных и записи их в память компьютера. Как правило, в ЭВМ вставляются специальные платы. Модуль оцифровки позволяет передавать дискретные данные от АЦП лабораторного интерфейса в ОЗУ компьютера и затем на диски. При этом формируется файл данных, содержащий оцифрованный аналог всех тех сигналов, которые нужно проанализировать. В лаборатории используется три таких комплекса: тензодинамография, киноциклография, электромиография, с помощью которых в целом можно комплексно изучать проблемы, связанные с движением человека. В результате проведения экспериментов с использованием данных методик имеются огромные массивы данных. В недалеком прошлом все они обрабатывались вручную. Теперь ППП, разработанные в ПНИЛ, применяются для решения целого ряда задач - от накопления данных, статистической обработки и построения графиков до хранения, обработки и количественной оценки изображений. Вызывает интерес ППП по обработке и анализу изображений. Эти ППП предназначены для оцифровки и анализа изображений, поступающих с кино-, видео- или специальной (видеоанализаторы) аппаратуры. Программы, входящие в пакет, позволяют по данным оптической регистрации движений определять их кинематические и энергетические характеристики, оценивать механическую эффективность. Такая же исходная информация для вычислений необходима и для ППП SVN. Пакет ориентирован на использование оптико-электронной системы типа SELSPOT (Швеция), которая автоматически определяет координаты маркеров и вводит их в память ЭВМ. Отличительной особенностью является применение достаточно сложного математического аппарата для обработки первичных данных, что повышает точность результатов вычислений. Пакет предназначен для работы на IBM - совместимых ПК при минимальных требованиях к конфигурации. Несомненное достоинство пакета - возможность обрабатывать изображение при непосредственной работе с видеомагнитофоном. Недостатком ППП SVN является малый объем информации, запоминаемый ОЗУ (4 Мбайта - 25 кадров). Для решения задач биомеханики требуется знание масс-инерционных характеристик (МИХ) сегментов тела человека. В лаборатории имеется программа для оценки МИХ по антропометрическим данным для лиц мужского и женского пола от 0 до 40 лет. Разработка имитационных моделей позволила создать ряд прикладных компьютерных программ различной направленности. Имитационное моделирование процессов, происходящих в организме человека, обеспечило разработку компьютерного учебно-диагностического комплекса (УДК) для оценки уровня знаний и обучения теории физической подготовки спортсменов в ходе учебного процесса студентов ИФК, аспирантов, слушателей И ПК. Созданный компьютерный УДК нашел применение в реальном учебном процессе РГАФКа. Результаты применения УДК показали не только успешность освоения знаний, но и повышение прочности их усвоения по основным дисциплинам медико-биологического профиля, читаемым в вузе. Также были выявлены определенный застой в развитии преподавания этих дисциплин и недостаточность теоретической подготовки специалистов и выпускников ИФК. Экспертная система "АКСОН", также использующая в своей работе результаты имитационного моделирования процессов, протекающих в организме человека, предназначена для решения вопросов, связанных с планированием физической подготовки спортсменов различной квалификации (от новичка до мсмк) от отдельного занятия до многолетнего планирования. Программа написана на языке Си и Турбо-Пролог. Отличительная особенность данной программы - попытка имитации образа действий тренера-практика, т.е. привнесение в программу элементов "интеллекта". Экспертная система "АКСОН" имеет возможность "объяснять" каждое свое действие или предлагаемую количественную величину с теоретической точки зрения основных разделов медико-биологического профиля. Ведение диалога "пользователь - компьютер" на естественном языке значительно упрощает работу с программой. Возможность настройки экспертной системы на отдельного атлета, выявление его особенностей делает программу особенно привлекательной для практики. К недостаткам следует отнести следующее: необходимость каждодневной работы с программой при проведении планирования для конкретного спортсмена (ведение базы данных); отсутствие универсальности, что приводит к значительным временным затратам (от 1/2 до 1 года) для создания баз данных для новых видов спорта. Среди программных продуктов, созданных в ПНИЛ РГАФКа для специалистов по массовой физической культуре, несомненно, ведущее место занимает ППП "ISOTONE". Программы предназначены для занятий изотоном, шейпингом, аэробикой, боди-билдингом. В сочетании с оригинальной системой тестирования, индивидуальным подбором питания и простотой в освоении и использовании ППП "ISOTONE" может стать конкурентоспособной на коммерческом рынке компьютерных программ. Дальнейшее развитие и совершенствование использования компьютеров в спортивной науке будет осуществляться по нескольким направлениям. При соответствующем финансировании будет происходить обновление аппаратных средств проведения научных исследований (в настоящее время используется аппаратура 70-х гг.). Отставание в этой области уже сейчас тормозит развитие российской спортивной науки. Новейшие лабораторные интерфейсы разрабатываются со встроенными микропроцессорами специального назначения. Усовершенствованное аппаратное оборудование требует более разработанного программного обеспечения. В первую очередь это связано с задачей полной автоматизации процесса сбора данных на основе систем распознавания образов, что позволит производить оцифровку экспериментального материала в автоматическом режиме. Развитие имитационного моделирования пойдет, с одной стороны, по пути усложнения математического инструментария, с другой - произойдет интеграция моделей различных научных направлений. Они будут приобретать более синтетический характер, в том числе и с автоматическим отбором нужного сигнала и отбрасыванием испорченной или неудовлетворительной по тем или иным причинам записи. При разработке прикладных компьютерных программ для оказания помощи практическому тренеру, безусловно, не обойдется без применения искусственного интеллекта. Это обусловлено тем, что единственным устройством для разумных рассуждений, которое нам доступно, является мозг, причем непосредственное исследование мыслительных процессов, протекающих в нем, практически невозможно. Использование ЭВМ в качестве материальной основы искусственного интеллекта позволяет взглянуть на подобные процессы как бы изнутри. Исторически сложилось, что разработка искусственного интеллекта пошла двумя различными путями. Один путь заключался в воспроизведении человеческого мозга. Таким образом возникли так называемые нейронные сети на основе работы искусственных нейронов. Наряду с этим заметных успехов добились исследования в области экспертных систем (ЭС). Эти системы представляют собой программы для компьютера, которые могут воспроизводить процесс принятия решения человеком-экспертом. Оба направления взаимно дополняют друг друга. Поэтому комбинация этих двух систем была бы более мощной, чем каждая из них в отдельности. Несомненно, что исследователи в области спорта не могут не воспользоваться возникающими возможностями. Что касается вопросов, относящихся к пользовательскому интерфейсу, то конечные программные продукты будут реализовываться в среде Windows. Это значительно усилит эстетическую сторону программ и обеспечит пользователям возможность для более удобной и простой работы. Отсюда - прямой путь к созданию программ multi-media. Современные запросы западных потребителей компьютерных программ определяют именно это направление для развития на ближайшие несколько лет. Поступила в редакцию 14.10.95
При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна! |
На главную
В библиотеку
Обсудить в форуме