Computer processing of visual materials for exercise technique analysis.pdf В настоящее время высокие достижения в спорте не-мыслимы без детального, глубокого знания закономерно-стей построения учебно-тренировочного процесса в це-лом, в том числе и знания построения техники спортив-ных упражнений. Именно поэтому для компетентногоуправления процессом формирования двигательного на-выка многие исследователи обращаются к биомеханиче-ским методам исследования. Применение этих методовпозволяет детально рассматривать вопросы готовностиспортсмена к освоению новых упражнений, рассматри-вать процесс формирования двигательного навыка, рас-сматривать моторику как предельно разнообразные поструктуре и координации действия и решать многие во-просы обучения и подготовки в спортивной деятельности.Например, при каких условиях можно выполнить упраж-нение, а при каких его нельзя выполнить в принципе? Какрационализировать технику выполнения упражнения сточки зрения минимизации силовых затрат или, наоборот,как сделать движение предельно мощным, не считаясь сэнергетическими затратами? Или выявить влияние раз-личных масс-инерционных характеристик спортсменалибо влияние изменения уровня силового потенциаласпортсмена на биомеханику движения, например на тра-екторию звеньев тела спортсмена во вращательных уп-ражнениях, в условиях упругой опоры, в прыжковых уп-ражнениях? Можно еще поставить множество вопросов отехнике движений, которые имеют непосредственноеотношение к обучению в спорте, но без применения био-механических методов исследования на них ответитьпрактически невозможно.На некоторую часть подобных вопросов были даныответы в работах [1-3] и ряда других исследователей, вкоторых авторы исследовали технику спортивных уп-ражнений на основе метода киносъемки и метода ма-тематического моделирования движений человека наЭВМ. Полученные материалы подвергались тщатель-ному биомеханическому анализу, и в дальнейшем, наосновании полученных данных о кинематической идинамической структуре исследуемого движения, де-лался вывод об эффективности тех или иных вариантовтехники упражнения. Следует заметить, что в биомеха-нических исследованиях до последнего времени пре-имущественное значение имел метод киносъемки, ко-торый постепенно был заменен видеосъемкой.Еще лет двадцать назад биомеханический метод ис-следования техники спортивных упражнений был од-ним из ведущих. Базировался он на киносъемке упраж-нений. Но после того, как появились видеокамеры, на-ша промышленность перестала выпускать кинопленкуи к 1994 г. практически прекратила ее выпуск. Эра ки-носъемки прекратилась, и на смену ей пришла видео-съемка. И в это же время, примерно на 5-8 лет, факти-чески прекратились и биомеханические исследования,так как с видеоматериалов невозможно было сделатьпромеров спортивных упражнений и, естественно, не-возможно, вследствие этого, провести расчеты биоме-ханических характеристик исследуемых упражнений.Эта ситуация сохранялась до тех пор, пока не появи-лись цифровые видеокамеры, позволяющие получатьпокадровое изображение исследуемых упражнений,что и требуется для анализа техники упражнений.За это время достижения в спорте значительно вы-росли не только в нашей стране, но и во всем мире. Вчастности, в гимнастике изменилась во многом техникавыполнения многих упражнений, появились новые уп-ражнения, но научного обоснования с биомеханиче-ских позиций они не получили ввиду отсутствия необ-ходимых методик исследования.Улучшение результатов в спорте идет по несколь-ким направлениям [4]:1. Поиск одаренных спортсменов (генотип).2. Расширение двигательных возможностей.3. Совершенствование техники.4. Медико-восстановительные мероприятия.5. Техническая оснащенность.Необходимо отметить, что решение 3-го направле-ния (совершенствование техники) зависит от 5-го, т.е.от технической оснащенности как самого тренировоч-ного процесса спортсменов, так и от технической ос-нащенности методов и методик исследования.В настоящее время методика компьютерной обра-ботки результатов видеосъемки еще не нашла должногоосвещения в специальной литературе, что сдерживаетисследования по совершенствованию техники спортив-ных упражнений. Видимо, по этой причине биомехани-ческие методы исследования в настоящее время не на-шли широкого применения. Поэтому целью нашей рабо-ты являлся показ методики ввода материалов видео-съемки в память компьютера с дальнейшей их «разбив-кой» по кадрам упражнения и выполнением промера, атакже считыванием координат суставов звеньев теласпортсмена, что необходимо для расчетов кинематиче-ских и динамических характеристик движения и анализатехники исследуемого двигательного действия. В на-стоящий момент решение этих задач представляет опре-деленную сложность, так как в специальной литературеэти методики не получили должного отражения, а посуществу, и не раскрыты.Какова же методологическая цепочка, технологияполучения результатов биомеханических исследова-ний? Ее можно представить в виде следующей после-довательности этапов:1. Киносъемка (видеосъемка) двигательного дейст-вия.2. Выполнение промеров и определение координатзвеньев тела.3. Биомеханический анализ.4. Выводы и рекомендации по совершенствованиютехники упражнений.5. Методика обучения им.Рассмотрим более подробно первый и второй этапы,так как именно их реализация дает возможность полу-чить необходимые материалы, требуемые для биоме-ханического анализа исследуемого упражнения. Приэтом определим, какие факторы сдерживают примене-ние видеосъемки в биомеханических исследованиях?Так как одним из направлений исследования техни-ки спортивных упражнений является биомеханическийанализ двигательных действий по материалам оптиче-ской регистрации движений, то в качестве одного изинструментальных методов исследований мы выбраливидеосъемку упражнений в исполнении спортсменоввысшей квалификации. Видеосъемка выполнялась се-рийной видеокамерой Canon SD750 с частотой 25 кад-ров в секунду в соответствии с требованиями, приня-тыми и регламентированными в биомеханических ис-следованиях.Первым этапом в проведении анализа движенийбиомеханических систем является видеосъемка. Послевыполнения видеосъемки упражнения необходима егодальнейшая обработка, которая заключается в разбие-нии видеопотока на кадры - второй этап. Для выполне-ния этой задачи мы воспользовались программой VirtualDub, которая имеется в свободном доступе дляскачивания в Интернете. На наш взгляд, эта программаявляется наиболее оптимальной для проведения нашихисследований, позволяя выполнять необходимые опе-рации по разбиению видеозаписи по кадрам достаточнобыстро - 60 видеокадров менее чем за минуту.Для того чтобы скачать программу, можно восполь-зоваться ссылкой http://shara-soft.ru/multimedia/247-virtual-dub-rus.html. VirtualDub - программа для захва-та и обработки видеофайлов. Она умеет читать и пи-сать AVI2 (OpenDML) и многосегментные AVI-файлы(для преодоления барьера 2 Гб), имеет встроенные де-кодеры MPEG-1 и Motion-JPEG, а также позволяетподключать иные видео- и аудиокодеки. Программаподдерживает создание AVI с дробной частотой кад-ров, удаление и замену звуковых дорожек, импорт зву-ка из внешнего источника, удаление любых фрагмен-тов из видеоряда и склейку видеофайлов. В VirtualDubимеется мощный набор фильтров, таких как blur,sharpen, emboss, smooth, 3x3 convolution, flip, resize rotate,brightness/contrast, levels, deinterlace и threshold.Такой набор неплох даже для графического редактора.Кроме этого, имеется возможность написания и под-ключения своих собственных фильтров.Сейчас в качестве примера более подробно рас-смотрим процедуру «разбивки» видеозаписи на кадры.Запускаем Virtual Dub. Для открытия видеофайла,подлежащего «разбивке», необходимо зайти в менюFile и выбрать пункт меню Open video file. Далее выби-раем необходимый видеофайл и открываем его. Послезагрузки мы видим окно программы, показанное нарис. 1.После того, как видеофайл загружен, заходим в ме-ню File и выбираем пункт меню Save image sequence.Перед нами следующее окно (рис. 2).Рис. 1. Окно программы Virtual Dub после загрузки видеофайлаРис. 2. Окно программы при выборе и нажатии Save image sequenceFilename prefix - это имя файла, в конец которогопрограмма будет автоматически дописывать номеркадра. Filename suffix - расширение файла, доступнодва расширения: BMP и TGA. Directory to hold images -директория для сохранения кадров. First frame filename- имя файла с первым кадром, Last frame filename- имя файла с последним кадром. Output format -расширение файла. Нажимаем ОК. Закрываем про-грамму Virtual Dub. Заходим в директорию, которуюуказывали для сохранения, и видим: получены кадры,представляющие собой отдельные файлы спортивногоупражнения (рис. 3).Рис. 3. Видеокадры гимнастического упражнения «Диомидов»Следующая задача, которую предстоит решить, этоопределить координаты звеньев тела спортсмена. Длячего это делается? Общеизвестно, что в любом из меха-нических законов, содержащем в явном или неявном видепространственные и временные соотношения, находитсвое отражение эволюция изучаемого объекта в про-странстве и во времени. Поэтому для описания движениянеобходимо уметь определять положение объекта в про-странстве и во времени, тем самым оценивая механиче-ское состояние тела в любой момент времени [5]. Про-странственное положение объекта может быть определе-но только по отношению к другому телу (или системенеподвижных друг относительно друга тел), называемомутелом отсчета. Обычно с телом отсчета связывают вы-бранную систему координат, с помощью которой опреде-ляется положение тела в пространстве (в декартовой илиполярной системе координат). В связи с этим необходимовыполнить промер с последующим считыванием коорди-нат суставов и центра масс звеньев тела (более подробносм. в работе [5]). Для решения этой задачи (определениекоординат звеньев тела спортсмена) мной, совместно сВ.И. Загревским, составлена компьютерная программа,позволяющая в автоматическом режиме считывать коор-динаты суставов тела спортсмена (рис. 4).Рис. 4. Считывание координат звеньев тела спортсменаПосле запуска программы вводим количествозвеньев тела. В нашем примере их три:1) руки;2) туловище;3) ноги.Далее открываем первый кадр исследуемого гимна-стического упражнения. Затем щелчком левой кнопкимыши наносим координатысвете представить методы обучения, которые суще-ственно видоизменяются в связи с требованиями се-годняшнего дня. Для современной науки характер-ным является широкое внедрение математических икомпьютерных методов в учебно-тренировочныйпроцесс обучения гимнастическим упражнениям.Внедрение производится по многим направлениям,среди которых можно выделить два:1) создание моделей, отражающих существенныечерты движений спортсмена в гимнастике;2) широкое использование ЭВМ для обработкиинформации о характеристиках движений.Применение компьютерных программ позволяет вдесятки раз повышать эффективность научно-исследовательской работы при анализе техникиспортивных упражнений.

Скачать электронную версию публикации