Computer visualization of sports exercise technique.pdf Введение. Общепринято, что структура процесса обучения спортивным упражнениям основана на триаде ее этапов: формирование предварительного двигательного представления об изучаемом упражнении, углубленное разучивание упражнения на уровне умения его воспроизведения, совершенствование упражнения [1]. В этой связи считается, что эффективная методика обучения технике спортивных упражнений в качестве одной из составляющих, способной повысить скорость и уровень освоения двигательных действий, включает компонент наглядности, обусловленный широко известным в педагогике принципом наглядности. Традиционно в качестве средств, обеспечивающих реализацию принципа наглядности в учебно-тренировочном процессе спортсменов, применяется несколько известных инструментариев [1]. 1. Показ в целом (выполнение) упражнения тренером или одним из спортсменов. 2. Зарисовки отдельных положений и поз тела спортсмена в изучаемом двигательном действии. 3. Демонстрация отдельных положений и поз тела спортсмена в изучаемом двигательном действии. 4. Кинограммы упражнения. 5. Кинокольцовки и видеоролики упражнения в исполнении спортсменов экстра-класса. 6. Макетирование движений. С расширяющимся внедрением в учебно-тренировочный процесс спортсменов современных информационных технологий (видеотехника и компьютерные средства) появляется возможность реализации принципа наглядности в иных аспектах визуального представления занимающихся о технике спортивного упражнения [2, 3]. Однако практическая реализация метода наглядности на этапе первоначального освоения двигательного действия с использованием средств компьютерной техники сдерживается рядом причин, одна из которых заключается в отсутствии необходимого программного обеспечения для ЭВМ. В этой связи задача разработки компьютерной технологии визуализации двигательных действий спортсменов является в настоящее время актуальной и выносится на повестку дня в качестве одной из первоочередных, решение которой позволит существенно повысить эффективность обучения двигательным действиям. Формулировка цели и задач работы. Фрагментарность сведений по разрабатываемой проблеме поставила перед исследованием целевую установку - реализовать на уровне практического использования в учебно-тренировочном процессе спортсменов метод компьютерной визуализации техники спортивных упражнений. Поставленная цель достигалась последовательным решением задач исследования: 1. Выявить педагогические требования реализации компьютерного воспроизведения визуального образа двигательных действий спортсменов. 2. Разработать компьютерную программу обеспечения метода наглядности в учебно-тренировочном процессе формирования двигательного навыка. 3. Экспериментально проверить работоспособность программного обеспечения в учебно-тренировочном процессе гимнастов. Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: 1. Анкетирование и опрос. 2. Графические методы компьютерной реализации движений. 3. Тестирование программного обеспечения в условиях учебно-тренировочного процесса гимнастов. Результаты исследования Педагогические требования к технологии компьютерного воспроизведения двигательных действий спортсмена. Анкетирование и опрос ведущих тренеров Сибирского федерального округа по спортивной гимнастике на учебно-тренировочном сборе (44 респондента, октябрь 2013 г., г. Ленинск-Кузнецкий) выявил основные требования, предъявляемые к технологии компьютерного воспроизведения техники спортивных упражнений: 1. Возможность воспроизведения движения в статическом и динамическом режимах. 2. Демонстрация упражнения в целом или только некоторого его фрагмента (фаза, стадия или период упражнения) на экране компьютера. 3. Построение кинетограммы упражнения, моделирующей положение и позу спортсмена в соответствии с видеокадрами упражнения. 4. Возможность использования программы в условиях учебно-тренировочных занятий тренером, не обладающим специальными знаниями по информатике и компьютерным технологиям. Третье требование к содержанию программного обеспечения для ЭВМ обусловливает необходимость выполнения промера упражнения (нанесение маркерных точек на опорно-двигательный аппарат тела спортсмена и считывание их координат в анализируемом упражнении). Выполнение этого условия позволит в дальнейшем получить и количественные значения биомеханических характеристик упражнения. Определение возможности использования программы в условиях учебно-тренировочных занятий осуществлялось на занятиях с юными гимнастами ДЮСШ № 3 по спортивной гимнастике г. Томска. Компьютерная программа обеспечения метода наглядности в учебно-тренировочном процессе гимнастов разработана на базе алгоритмического языка объектно-ориентированного программирования Visual Basic 6.0 и названа нами «ПРОСМОТР». В соответствии с педагогическими требованиями к компьютерному воспроизведению движений, выявленными на основании результатов анкетирования 44 тренеров Сибирского федерального округа по спортивной гимнастике, в программе выделено два крупных блока функционирования: 1. Просмотр спортивного упражнения в режиме статического, покадрового воспроизведения объекта видеосъемки или в динамическом режиме анимации движения (ПРОСМОТР). 2. Промер упражнения - считывание координат маркерных точек опорно-двигательного аппарата тела спортсмена по видеоматериалам упражнения (ПРОМЕР). При загрузке программы на экране компьютера появляется окно формы, на которой изображены элементы управления программой (рис. 1). Для инициализации элементов управления необходимо навести стрелку мышки на соответствующий элемент управления и щелкнуть по этому элементу левой кнопкой мышки. Последовательность инициализации элементов управления имеет большое значение для реализации необходимого направления работы программы. Более того, в критических случаях невыдержанная последовательность инициализации элементов управления может привести к блокировке программы или к её невыполнению. Рис. 1. Окно формы программы и элементы управления после загрузки программы Для предотвращения ошибочной операции и указания на содержание следующей процедуры и последовательность ее реализации после каждого щелчка левой кнопкой мышки по управляемому элементу в окне. ПРОСМОТР Выполнить Завершить упражнения ПРОМЕР ПРОМЕР расположенном ниже кнопок появляется окно подсказки, текст которого высвечивается синим цветом и в котором дается указание о том, что необходимо выполнить далее. Для завершения работы программы в левом верхнем выход из углу формы расположена командная кнопка , пр°грам" щелчком по которой работа программы завершается. Функционирование программы осуществляется по следующим направлениям: 1. Просмотр видеофайла. 2. Промер упражнения. 3. Вычисление масс-инерционных характеристик (МИХ) исполнителя. 4. Запись результатов промера в текстовый файл и в графический видеофайл упражнения. 5. Зеркальный поворот видеокадра упражнения относительно вертикальной оси. Процедура просмотра видеофайла отличается от промера упражнения своим содержанием, а следовательно, и последовательностью выполнения операций. Основное отличие заключается в относительно пассивном отношении к материалам видеосъемки при просмотре и их активном изменении при выполнении промера. Однако как при просмотре, так и при промере необходимо загрузить в память компьютера исходный видеоролик, чтобы выполнять с ним определенные операции. Загрузка видеоролика и просмотр выполняются в несколько этапов: 1. Формирование пути и имени загружаемого видеофайла. 2. Загрузка видеофайла. 3. Просмотр загруженного видеофайла спортивного упражнения в режиме СТАТИКА. 4. Просмотр загруженного видеофайла спортивного упражнения в режиме АНИМАЦИЯ. Процедуры 1-2 позволяют загрузить весь файл полностью или его фрагмент. Для этого необходимо указать номера первого и последнего кадров загружаемого видеофайла или его фрагмента. При загрузке всего видеоролика целиком первому кадру загрузки будет соответствовать нулевой видеокадр видеоролика, а последнему кадру - последний видеокадр видеоролика. Диапазон загрузки фрагмента видеоролика задается в окнах ввода номеров первого и последнего кадров (рис. 1, левый верхний угол). Первому кадру загрузки будет соответствовать номер видеокадра, с которого начинается загружаемый фрагмент видеоролика, а последний кадр - номер видеокадра, ограничивающий фрагмент загружаемого видеоролика. Непосредственно загрузка выполняется после инициализации командной кнопки (рис. 2). Рис. 2. Загрузка в окне имени видеокадров и рисунок в окне В окне высвечиваются путь и имя загруженных видеокадров файла видеоролика, а в окно загружается заданный последний видеокадр фрагмента упражнения или всего упражнения в целом. ПРОСМОТР упражнения При инициализации кнопки j^ZI- в правом верхнем углу формы появляются две кнопки: , . Инициализация любой из этих двух кнопок приведет к соответствующему режиму работы программы. Для просмотра упражнения в режиме необходимо в окне с помощью линейки прокрутки выбрать видеокадр просмотра и проинициализировать его, щелкнув левой кнопкой мышки по избранному видеокадру. Выбранный для просмотра видеокадр появится в окне . Таким образом, в режиме просмотра можно избрать и просмотреть любой из видеокадров упражнения, дать качественную оценку техническим действиям спортсмена на кинематическом уровне, выявить двигательные ошибки и наметить пути для их исправления. Функционирование программы в режиме позволяет выполнить анимационный просмотр видеоролика упражнения. С помощью запрограммированного вариатора скорости движения можно выполнить просмотр упражнения или его фрагмента в режиме реальной скорости и с регулируемым замедлением скорости просмотра, что обеспечивает более качественный анализ технических действий спортсмена. Второе направление функционирования программы «ПРОСМОТР» позволяет получить необходимый исходный материал для дальнейшего количественного биомеханического анализа техники упражнения на основе исходных данных промера упражнения. Для трех-звеннои модели опорно-двигательного аппарата тела человека, совершающей движение в одноИ плоскости в условиях опоры, компьютерная технология разработанного нами полуавтоматизированного способа выполнения промера упражнения заключается в следующем: 1. Нажатием на левую кнопку мышки по избранному видеокадру в окне последовательно инициируется вывод каждого видеокадра упражнения в окно . Избранный для промера видеокадр после инициализации отмечается в окне синим цветом и выводится непосредственно в окно (рис. 3). 2. Стрелка мышки подводится к месту контакта опоры и проксимального звена опорно-двигательного аппарата тела спортсмена. Рассматриваемая точка является неподвижной и принимается за внешнюю систему отсчета. Щелчком левой кнопки мышки выполняется маркировка этой точки: она помечается кружком красного цвета. Рис. 3. Промер видеокадра упражнения 3. Последовательно маркируются кружками различного цвета все суставы спортсмена, отмечаемые компьютером на видеокадре (плечевые суставы отмечаются зеленым цветом, тазобедренные суставы - синим, голеностопные суставы - желтым). 4. Суставы спортсмена соединяются линиями черного цвета, моделирующими звенья тела спортсмена. Палочкообразная схема опорно-двигательного аппарата тела спортсмена на всей траектории движения является кинетограммой упражнения и позволяет получить данные о координатах суставов и углах наклона звеньев к оси Ох декартовой системы координат (обобщенные координаты) в отдельные моменты времени. Считывание координат маркеров и определение обобщенных координат выполняются компьютером в автоматизированном режиме вычислительных процедур. Выполнение промера для отдельного видеокадра упражнения занимает время в пределах 20-30 с. Общее время выполнения промера зависит от количества видеокадров анализируемого упражнения. Видеокадр с нанесенными на нем маркерными точками опорно-двигательного аппарата тела гимнаста и точкой контакта спортсмена с опорой можно сохранить с записью в новый видеоролик нажатием на кнопку . Указывать путь и имя сохраняемого видеокадра не надо, так как эти данные формируются автоматически на основании данных загруженного файла и высвечиваются в окошке . Цифровые данные результатов промера в виде обобщенных координат биомеханической системы и декартовых координат маркерных точек суставов и места контакта спортсмена с опорой записываются в текстовый файл, имя которого указывается пользователем. Одним из основных компонентов функционирования программы является блок вычисления МИХ исполнителя. В качестве исходных данных в вычислительных алгоритмах МИХ программы используются сведения о весе, росте и длинах сегментов тела спортсмена (рис. 4, колонка 1 - длина), которые вводятся в память компьютера в виде табличных данных. Координата центра масс сегмента на его продольной оси относительно антропометрической точки, вес сегмента и центральный момент инерции сегмента вычисляются по уравнениям регрессии, методика использования которых изложена в работе [4]. Элементы матрицы МИХ используются в дальнейшем для вычисления силовых, инерционных и энергетических характеристик упражнения. В программе «ПРОСМОТР» предусмотрена возможность зеркального разворота рисунка относительно вертикальной оси (рис. 5, 6). Рис. 4. Исходные данные длин сегментов спортсмена и сформированная после инициализации матрица МИХ Рис. 6. Зеркальный разворот исходного видеокадра Рис. 5. Исходный видеокадр Необходимость зеркального разворота рисунка может возникнуть по причине того, что в биомеханике за положительное направление вращательного движения принимается вращение, выполняемое против хода часовой стрелки. В условиях, например, соревнований видеосъемка упражнений не всегда может происходить по необходимому сценарию, и движение спортсмена может осуществляться в направлении вращения часовой стрелки (отрицательное направление). Для создания положительного направления движения можно использовать методику зеркального поворота видеокадра: щелкнув по кнопке

Скачать электронную версию публикации