При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

МЕТОДИКА БИОМЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ГИМНАСТИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ

Ц. Димова, кпн, доцент,
Н. Йорданова, инженер, И. Тишинова,
инженер, К. Андонова, ассистент
 

Опираясь на методологические концепции и на реальные возможности использования современной электронно-вычислительной техники для оптимизации технического мастерства, в лаборатории Высшего института физкультуры имени Г. Димитрова была разработана видеокомпьютерная система для экспресс-анализа техники выполнения гимнастических упражнений.

На основе записей сигналов счетчиков визуальной информации о движении объекта (гимнаста) делается кинематический анализ, при этом координаты выбранных точек входят в оперативную память компьютеров. После обработки данных счетчиков и данных кинематических характеристик по определенной программе компьютер чертит сразу же (посредством принтера) кинематические и динамические графики в удобном для интерпретации виде. Так же по предварительно изготовленной модели, заложенной в памяти

компьютера, можно сделать сравнения и увидеть отклонения от идеального в каждом следующем выполнении.

Пример видеокомпьютерной системы показан в применении к перекладине. Система прошла проверку на международном турнире «Золотые пески» в 1985 г. а городе Варне.

Объектом съемки были упражнения обязательной программы олимпийского цикла 1985—1988 гг. и некоторые сложные гимнастические упражнения трудности «С» и «Д».

Действие видеокомпьютерйой системы показано на рис. 1. На перекладине (11) смонтированы в 10 см от боковой опоры четыре проволочных тензосчетчика, включенные в мостовую схему по два во взаимно перпендикулярных направлениях: по осям X и Y (5). Экранированными кабелями они связаны с тензометрическим усилителем (8), выходные сигналы которого

Рис. 1

Рис. 2

поступают в многоканальный аналоговый цифровой преобразователь компьютера (6). Телевизионная камера (1) оптически связана с исследуемым объектом (гимнастом), а визуальный выходной канал поступает во вход смесителя (2), второй вход которого управляется компьютером (6). Так полученный смешанный телевизионный сигнал поступает для записи в видеомагнитофон (3). При этом полученные цифровые данные счетчиков (5) при помощи компьютера (6) и смесителя, (2) тоже выходят на телевизионное изображение монитора (4). Дополнительно добавляются символы индикации времени и другие сведения, связанные с исследуемым объектом. Синхронизация обоих телевизионных изображений по рядам и кадрам осуществляется формирующим блоком (7), на входы которого поступают синхроимпульсы из компьютера (6).

До начала съемки компьютер (6) пускают в графический режим. Он очерчивает в видеокадре оператора возможное поле съемки. В нижнем правом углу экрана монитора показано текущее время, регистрируемое встроенным хронометром (10), а в противоположном углу (по диагонали) — усилия.

Тарировка осуществляется следующим способом: на монитор поступают сигналы из видеомагнитофона, подготовленного для записи, и с цифрового преобразователя.

Последовательно нагружая перекладину тарировочными грузами в горизонтальном и в вертикальном направлениях, фиксируем цифровые эквиваленты этим нагрузкам. Настройка нуля на тензоусилителе (8) осуществляется так, чтобы по-

Рис. 3

казания соответствовали действительным нагрузкам.

По окончании видеозаписи производится обработка данных по специальной программе для кинематического анализа (на языке BASIC).

Например, для соскока с перекладины тройное сальто назад мы сняли предварительно 63 параметра, которые заложили в компьютер для получения Z оценок данных. Множественный корреляционный анализ 23 параметров из снятых 63 мы выразили схематично на рис. 2. Перечислим их:

V (м/с) таза — в фазе: 1) аккумуляции, 2) разгибания, 3) сгибания, 4) до стартовых действий;

T (с): 5) от начала отпускания грифа до начала разгибания, 6) от начала разгибания до начала приземления, 7) всего полета;

координаты о.ц.т.: 8) в верхней точке траектории по У, 9) то же по X, 10) и начале разгибания по У, 11) то же по X, 12) при приземлении по У, 13) то же по X;

14) угол поворота тела с начала разгибания до начала приземления;

вертикальные усилия в фазе: 15) аккумуляции, 16) разгибания, 17) сгибания, 18) достартовых действий;

горизонтальные усилия в фазе: 19) аккумуляции, 20) разгибания, 21) сгибания, 22)  достартовых действий; 23)  экспертная оценка.

Создается впечатление, что биомеханические характеристики можно разделить на три группы:

1.     Такие, в которых отсутствует какая бы то ни было корреляционная связь с остальными 2, 16, 20. Эти характеристики, очевидно, имеют самостоятельный смысл при составлении целостной системы движений и следовало бы сделать дополнительный эксперимент, который привел бы к более детальному и точному установлению их парциального веса в оценке и в общем впечатлении от выполнения. Здесь можно ожидать и раскрытия косвенных связей с остальными параметрами.

2.   Биомеханические параметры, которые характеризуются одинарными, двойными и тройными связями: например, на уровне «значительная степень зависимости» в эту группу попадают 13, 18, 23 и др.

Видно, что этот род классификации можно углублять на разных уровнях значимости.

3.   Характеристики, которые связаны более чем с тремя параметрами (4, 7, 21, 22) и др. Можно предполагать, что эта группа биомеханических параметров связана с факторами, раскрытие которых требует дополнительного факторного анализа. Особый интерес представляет параметр 23 (эксп. оценка); как и следовало ожидать, у него нет тесной связи с остальными. В противном случае мы бы раскрыли функциональную зависимость между отдельными параметрами и оценкой судьи. Другими словами, система движений, которую мы исследуем, достаточно сложна и не допускает такого рода упрощения и моделирования. Напротив, раскрытая корреляционная связь с параметром 3 указывает на особую его значимость в успехе при целостном решении двигательной

задачи. Иначе говоря, тренеру надо следить именно за этим параметром. На рис. 3 в форме круговой диаграммы представлены значения Z — оценки тестов третьей группы плюс экспертная оценка под номером 23. Цель — наглядно продемонстрировать структурные различия в строении целостного действия. Представлены два выступления одного и того же гимнаста со значимой разницей в экспертной оценке. Кривая (сплошная) линия отражает выступление значительно выше среднего уровня с очень высокой экспертной оценкой, другая кривая (штриховая) линия — ниже среднего уровня. По нашему мнению, комплексная обработка данных содержит как общие, так и индивидуальные особенности выполнения этого сложного гимнастического упражнения.

Использование подобной корреляционно-структурной модели позволяет не только быстро определить ошибки при каждом выполнении, но и сравнить хорошие попытки каждого гимнаста с его слабыми, а также и с попытками других гимнастов. Использование видеокомпьютерной системы многократно уменьшает время регистрации и анализа сложных движений в гимнастике. Процесс обучения становится более эффективным.

Путем дальнейшей математической обработки можно создать модели должных траекторий точек интересующего нас объекта и синхронизировать их со следующей видеозаписью техники выполнения, проследить в реальном масштабе времени разницу между идеальной и реальной траекториями. Это дает возможность экспресс-коррекции и более быстрого достижения требуемого уровня выполнения элемента.