CC BY
14УДК: 796.012.38
анализ микроструктуры
легкоатлетических метаний на основе скоростной видеосъемки как средство индивидуализации тренировочного процесса спортсменов высокой квалификации
Директор НИИТ, руководитель КНГ по легкой атлетике, кандидат педагогических наук, доцент Л.А. хасин
Научно-исследовательский институт информационных технологий
Московской государственной академии физической культуры, Моск. обл., Малаховка
ANALYSIS OF MICROSTRUCTURE OF ATHLETIC THROWS BASED ON SPEED VIDEO RECORDING AS A METHOD OF INDIVIDUALIZATION OF TRAINING PROCESS OF ELITE ATHLETES
L.A. Hasin, associate professor, Ph.D., director of SRIIT, head of complex research group on track and field athletics
Scientific research institute of information technologies Moscow state academy of physical culture, Malakhovka Key words: highly-qualified athletes, athletic throws, high speed video recording, rational technique. When assessing technical skills of elite athletes in athletic throws, weightlifting and other sport, two information groups of indices are considered advisable. Considering technique as a system of movements for elite athletes, one can act in the following way: register a sports movement with proper accuracy and keep searching for indices closely related to sports result. For example, in shot put duration of certain phases and other values of space and time, kinematic and dynamic characteristics of movement can be such indices. The relations of some characteristics with result can be detected using the methods of mathematical statistics and other mathematical methods of data analysis and processing. In this research movements were registered using high speed video recording. The purpose of the present study was to study the microstructure of sports movement on the example of shot put.
In our case high speed video recording is used as a method of movement registration. The relations with result were detected using the methods of mathematical statistics, including correlation analysis. The use of high speed video recording and mathematical modeling enables conducting a microstructural individual analysis of movement to estimate and correct technical skills of elite athletes. The individual microstructural analysis preconditions the search for individual differences and improvement of technical skills of elite athletes.
Ключевые слова: спортсмены высокой квалификации, легкоатлетические метания, скоростная видеосъемка, рациональная техника.
При оценивании технического мастерства спортсменов высшей квалификации в легкоатлетических метаниях, тяжелой атлетике и других видах спорта считаю целесообразными две, на наш взгляд, информативные группы показателей.
Рассматривая технику как систему движений для спортсменов высшей квалификации, можно действовать следующим образом. 1. Зарегистрировать с нужной степенью точности спортивное движение и далее осуществлять поиск показателей, тесно связанных со спортивным результатом. Так, например, в толкании ядра такими показателями могут являться длительности определенных фаз и другие значения пространственно-временных, кинематических и динамических характеристик движения. 2. Для спортсменов высшей квалификации вышеуказанная задача может решаться по следующей схеме: неоднократная регистрация движения, выполняемого одним и тем же спортсменом, определение фазовой структуры и других характеристик движения. 3. Для выявления связи тех или иных характеристик с результатом могут быть использованы методы математической статистики и другие математические методы анализа и обработки данных. В нашем случае в качестве методики для регистрации движения используется скоростная видеосъемка. Для выявления связи с результатом использовались методы математической статистики, в том числе корреляционный анализ.
Цель исследования - изучить микроструктуру спортивных движений на примере толкания ядра.
Результаты исследования и их обсуждение. В качестве примера рассмотрим некоторые показатели толкания ядра сильнейшими зарубежными и российскими спортсменами. Эти спортсмены использовали технику толкания ядра «со скачка». Оценивалась длительность следующих фаз: скачка, переката, финального разгона. Рассчитывались ки-
(U
V. □ □
и
2 U
£ л а
ч—
■ о
(U и
а
■ ID
с
га
^
О (U .с Н
нематические и динамические характеристики движения, а точнее перемещения, скорости, ускорения ядра и сила взаимодействия спортсмена с ядром. Осуществлялась привязка вышеперечисленных показателей к видеоряду. В качестве процедуры, позволяющей выявлять связи между характеристиками движений и результатом, использовался корреляционный анализ.
Показатели, относящиеся ко второй группе, предназначены для оценивания степени «автоматичности» движения. Для их оценивания нами использовались стандартные отклонения длительностей фаз. Автоматичность движения, на наш взгляд, определяется совершенством межмышечной и внутримышечной координации спортсмена, а также совершенством системы управления последними, которая включает программу управления, обратную связь и т. д.
Для поиска показателей, связанных с результатом, и оценки автоматичности по результатам видеосъемки был проведен корреляционный анализ и построены описательные статистики чемпиона Олимпийских игр 2008 и 2012 гг., призера ЧМ и ЧЕ Т. Маевского; чемпиона мира 2003 г. и чемпиона Европы 2010 г., призера ОИ и ЧМ А. Михневича; многократного чемпиона России, финалиста ОИ 2008 г. П. Софьина. Видеосъемки проводились в 2009 г. на Moscow Open, Мемориале Знаменских и в 2013 г. на ЧМ в Москве. Использовалась съемка до 500 к/с, которая позволяет выявлять микроструктуру движения. Данная скорость съемки обеспечивает высокую точность измерения перемещения и длительности фаз; так, точность измерения длительности фаз составляет 4 мс. Для расчета кинематических и динамических характеристик использовалась аппроксимация перемещения полиномом пятой степени.
Рассматривались следующие фазы:
Таблица 1. Описательные статистики по фазовой структуре и результатам Т. Маевского
Т1 - продолжительность скачка (от отрыва правой до приземления на правую).
Т2 - время от постановки правой ноги до постановки левой ноги (время переката).
Т3 - время от постановки левой ноги до отрыва левой ноги от опоры (опорная фаза).
Т4 - время от отрыва левой ноги до выпуска ядра (безопорная фаза).
Т5 - время от постановки левой ноги до выпуска ядра (финальный разгон).
Т6 - общее время движения от начала скачка до выпуска
ядра.
Результат - дальность толчка в попытке.
Рассмотрим видеограммы движений спортсменов, результаты корреляционного анализа и описательные статистики (табл. 1-6).
Из табл. 3 мы видим, что существует значимый коэффициент корреляции между результатом и длительностью фазы скачка (р = 0,056) и длительностью фазы переката и результатом (р = 0,001). Из табл. 4 видно, что значения стандартной ошибки длительности фазы скачка и фазы переката составляют 0,012, при этом среднее значение длительности фазы скачка равно 0,12, т. е. стандартная ошибка составляет 10 % от среднего значения; среднее значение равно 0,047, т. е. стандартная ошибка составляет примерно 25 %% от среднего значения. Для опорной фазы стандартная ошибка - 2 %% от среднего значения, для безопорной фазы - 6 %% от среднего значения, и для фазы финального разгона стандартная ошибка составляет менее 2 %% от среднего значения длительности фазы. Согласно вышесказанному у спортсмена высшей квалификации в данном случае имеются фазы, изменение которых сильнее всего влияет на результат. Скачок:
Исследуемые показатели Valid N Mean Median Minimum Maximum Std.Dev. Std err
Результат 4 20,66750 20,69500 20,30000 20,98000 0,329987 0,164994
т, 4 0,13450 0,13400 0,11800 0,15200 0,015351 0,007676
Т2 4 0,09050 0,09100 0,07600 0,10400 0,012152 0,006076
Т3 4 0,21650 0,21500 0,204000 0,23200 0,011818 0,005909
Т4 4 0,05200 0,05500 0,03600 0,06200 0,011431 0,005715
Т5 4 0,26850 0,26900 0,26200 0,27400 0,005000 0,002500
Т6 4 0,49350 0,49000 0,46800 0,52600 0,024515 0,012258
Таблица 2. Корреляционный анализ длительности фаз и результатов Т. Маевского, n=
Исследуемые показатели Результат, м Т1 с T, с T, с Т, с Т5 с Т, с
Результат, м 1,0000 ,8426 ,2132 ,9099 -,8024 ,3162 ,6978
- ,157 ,787 ,090 ,194 ,684 ,302
Т1 ,с -,8426 1,0000 ,7058 ,5935 -,6382 -,0565 ,9645
,157 - ,294 ,407 ,362 ,944 ,035
Т2 ,с ,2132 ,7058 1,0000 -,1230 -,0960 -,5102 ,8336
,787 ,294 - ,877 ,904 ,490 ,166
Т3 ,с ,9099 ,5935 -,1230 1,0000 -,9080 ,2877 ,3693
,090 ,407 ,877 - ,092 ,712 ,631
Т4 ,с -,8024 -,6382 -,0960 -,9080 1,0000 ,1400 -,4187
,198 ,362 ,904 ,092 - ,860 ,581
Т ,с ,31625 -,0565 -,5102 ,2877 ,1400 1,0000 -,0843
,684 ,944 ,490 ,712 ,860 - ,916
Т ,с ,6978 ,9645 ,8336 ,3693 -,4187 -,0843 1,0000
,302 ,035 ,166 ,631 ,581 ,916 -
Таблица 3. Корреляционный анализ длительности фаз и результатов А. Михневича, п=5
Исследуемые показатели Результат, м Т1 с ^ с ^ с ^ с Т5 с Т6 с
Результат, м 1,0000 -,8687 ,9935 -,3914 -,6741 -,6095 -,5982
- ,056 ,001 ,515 ,212 ,275 ,287
Т ,с -,8687 1,0000 -,9061 ,4399 ,8115 ,7105 ,7044
,056 - ,034 ,458 ,095 ,179 ,184
Т2 ,с ,9935 -,9061 1,0000 -,3411 -,7192 -,5933 -,5848
,001 ,034 - ,574 ,171 ,292 ,300
Т3 ,с -,3914 ,4399 -,3411 1,0000 ,3162 ,8944 ,8733
,515 ,458 ,574 - ,604 ,041 ,053
Т4 ,с -,6741 ,8115 -,7192 ,3162 1,0000 ,7071 ,7365
,212 ,095 ,171 ,604 - ,182 ,156
Т ,с -,6095 ,7105 -,5933 ,8944 ,7071 1,0000 ,9981
,275 ,179 ,292 ,041 ,182 - ,000
Т6 ,с -,5982 ,7044 -,5848 ,8733 ,7365 ,9981 1,0000
,287 ,184 ,300 ,053 ,156 ,000 -
Таблица 4. Описательные статистики по фазовой структуре и результатам А. Михневича
Исследуемые показатели Valid N Меап Median Мттит Мамтит Variance Std. Dev. Std егг
Результат 5 20,66000 20,45000 20,41000 21,02000 0,102350 0,319922 0,143073
Т, 5 0,12160 0,12000 0,10800 0,13600 0,000149 0,012198 0,005455
т, 5 0,04720 0,04000 0,03600 0,06000 0,000139 0,011798 0,005276
Т3 5 0,19800 0,19800 0,19200 0,20400 0,000020 0,004472 0,002000
Т4 5 0,04800 0,04800 0,04400 0,05200 0,000008 0,002828 0,001265
Т5 5 0,24600 0,24800 0,23600 0,25200 0,000036 0,006000 0,002683
Т6 5 0,41700 0,42000 0,40400 0,42400 0,000059 0,007681 0,003435
Таблица 5. Описательные статистики по фазовой структуре и результатам П. Софьина
Исследуемые показатели Valid N Меап Median Мттит Мамтит Std. Dev. Std егг
Результат 5 19,91200 19,87000 19,39000 20,80000 0,569052 0,254488
Т1 5 0,14840 0,15200 0,13400 0,16000 0,010334 0,004622
Т2 5 0,12760 0,13000 0,08400 0,16000 0,028263 0,012640
Т3 5 0,21520 0,20600 0,19600 0,26000 0,025946 0,011603
Т4 5 0,03050 0,03050 0,02200 0,04000 0,006982 0,003122
Т5 5 0,24040 0,23400 0,20000 0,30000 0,036453 0,016302
Т6 5 0,52700 0,52700 0,50800 0,54400 0,012845 0,005745
Таблица 6. Корреляционный анализ длительности фаз и результатов П. Софьина, п=5
Исследуемые показатели Результат,м Т1 с ^ с Т, с ^ с Т5 с Т6 с
Результат, м 1,0000 ,2362 -,3932 -,1170 -,0551 -,3828 -,1519
- ,702 ,513 ,851 ,930 ,525 ,807
Т1 ,с ,2362 1,0000 -,7936 ,4714 ,8685 ,4375 ,6591
,702 - ,109 ,423 ,056 ,461 ,226
Т2 ,с -,3932 -,7936 1,0000 -,8065 -,6746 -,6666 -,5344
,513 ,109 - ,099 ,212 ,219 ,354
Т3 ,с -,1170 ,4714 -,8065 1,0000 ,5716 ,9583 ,5611
,851 ,423 ,099 - ,314 ,010 ,325
Т4 ,с -,0551 ,8685 -,6746 ,5716 1,0000 ,5879 ,9417
,930 ,056 ,212 ,314 - ,297 ,017
Т ,с -,3828 ,4375 -,6666 ,9583 ,5879 1,0000 ,5798
,525 ,461 ,219 ,010 ,297 - ,305
Т ,с -,1519 ,6591 -,5344 ,5611 ,9417 ,5798 1,0000
,807 ,226 ,354 ,325 ,017 ,305 -
чем короче фаза, тем выше результат. Перекат: чем длиннее эта фаза у данного спортсмена, тем выше результат. Следует отметить, что в группе в последнем случае мы наблюдаем об-
ратную зависимость: чем короче время переката, тем выше результат. В то же время, что, на наш взгляд, очень важно, эти фазы имеют наибольшие стандартные ошибки. Вариа-
2 и
£ л а
ч—
■ о
(и и
а
■ 13
с
га
^
О (и л Н
тивность длительности для фазы переката достигает 25 %, т. е. спортсмен осуществляет поиск оптимальности первых двух фаз. По-видимому, он меняет программу действий, поскольку длительность фазы переката - около 0,05 и соответственно движение можно считать баллистическим, т. е. отсутствует обратная связь. Конкретно в случае А. Михневича можно предположить, что из-за столь быстрой фазы переката спортсмен не успевает подготовиться к выполнению финальной части. Возможно, в недостаточной мере «натягивается» левая сторона туловища.
Высокий уровень стабильности длительности фаз наблюдается у Т. Маевского. Следует отметить, что спортсмен сохранил фазовую структуру движения: длительности фаз в 2009 и в 2013 гг. практически одинаковы, при этом вес спортсмена увеличился более чем на 10 кг.
Анализ фазовой структуры П. Софьина (табл. 6) показал отсутствие значимых корреляционных связей между результатом и длительностью фаз, а также более низкий уровень показателей стабильности, чем у Т. Маевского и А. Михневича. Существенные отличия наблюдаются также при сравнении кинематических и динамических характеристик движения. Рассмотрим эти отличия на примере анализа техники Т. Маевского и П. Софьина с использованием скоростной видеосъемки.
На рис. 1-11 представлены связанные с видеорядом следующие характеристики движения: углы наклона туловища в начале финального разгона, силы взаимодействия с ядром в различные моменты времени, места приложения максимальных сил, соответствующие им значения времени и скорости.
На рис. 1 и 2 показаны позы Т. Маевского и П. Софьина. У первого спортсмена при выходе в фазу финального разгона при большем угле отклонения туловища от вертикали кривая вертикального усилия имеет следующий вид (см. рис. 3). У второго наблюдается раннее раскрытие, угол с вертикалью в начале финального разгона меньше (см. рис. 4). В этом случае максимальное вертикальное усилие создается на более ранней стадии движения.
Первый максимум усилия создается П. Софьиным за счет разгибания туловища. Вид кривой на рис. 4 может служить для диагностики раннего разгибания туловища. На рис. 5 представлено положение, соответствующее второму максимуму усилия. Правая рука спортсмена уже разогнута в локтевом суставе. Усилие создается главным образом за счет поворота туловища относительно продольной оси. П. Софьин создает большее максимальное усилие, чем Т. Маевский, но имеет худший результат, поскольку им создается меньший импульс силы, определяющий дальность полета. Это можно объяснить тем, что при раннем разгибании руки в локтевом суставе движение становится более коротким, а рука разгибается в локтевом суставе вхолостую.
Разведение во времени максимальных усилий вдоль оси Y и вдоль оси Х является положительным моментом, характеризующим рациональную технику выполнения толчка.
Если ориентироваться на технику Т. Маевского как на оптимальную, то удержание ядра и разгибание руки в локтевом суставе должно происходить в соответствии с рис. 8-11, максимумы приложения усилий вдоль оси Х и вдоль оси Y - разведены во времени. Первый из них - вдоль оси Y - обеспечивается разгибанием туловища (см. рис. 11),
второй - вдоль оси Х - главным образом разгибанием руки в локтевом суставе (см. рис. 10).
Сравнительный анализ техники Т. Маевского и П. Софьина, проведенный на основе скоростной видеосъемки, показывает, что у Т. Маевского угол наклона туловища к вер-
Рис. 1. Т. Маевский в начале фазы финального разгона. Угол наклона туловища равен 49 °
Рис. 2. П. Софьин в начале фазы финального разгона. Угол наклона туловища равен 39 °
Рис. 3. Кривая вертикального усилия (Т. Маевский, финальный разгон)
Рис. 4. Кривая вертикального усилия (П. Софьин, финальный разгон)
Рис. 5. Поза в момент приложения максимальной силы. F = 634,9 Н, I = 0,12 с, V = 9,66 т/с (П. Софьин)
Рис. 6. График силы взаимодействия спортсмена с ядром
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18
О 0.02 0.04 0.06
0.1 0.12 0.14 0.16
г = 0,086 с
У = 5,029 т/с У = 5,513 т/с
Б=361,9 Н Р=364,5 Н
Рис. 7. Позы спортсмена и усилия в вертикальном направлении, прилагаемые к ядру (П. Софьин)
1 = 0,132с V = 6,836 т/с Р=330,7Н
Рис. 8. Поза в момент приложения максимальной силы. F= 492,9 Н, t
= 0,14 с, V = 9,526 т/с (Т. Маев- Рис. 9. График силы взаимодей-ский) ствия спортсмена с ядром
тикали заметно больше (см. рис. 1-2). Максимальное усилие создается им в момент начала разгибания руки в локтевом суставе. У П. Софьина разгибание локтя происходит «вхолостую». Также видно (см. рис. 7), что после выполнения скачка у П. Софьина наблюдается заметное сгибание коленного сустава, что приводит к снижению скорости выполнения движения. По общепринятым канонам технику Т. Маевского можно считать более рациональной. Технические погрешности у П. Софьина во многом предопределены недостаточной скоростно-силовой подготовленностью. Заметить эти нюансы, а также рассчитать вышеперечисленные характеристики нам удалось благодаря скоростной видеосъемке и используемым математическим методам обработки данных.
Следует отметить, что расчет и анализ динамических характеристик позволят корректировать процесс специальной подготовки спортсменов. Используя высокие технологии, нам удалось выявить корреляционные связи между длительностью фаз и результатом. Ранее в известной нам научно-методической литературе этот факт представлен не был. Также нами обнаружены зависимости между кинематическими и динамическими характеристиками и резуль-
татом. Полученные новые факты и зависимости - результат более точной регистрации движений и более совершенной обработки данных.
На основе скоростной видеосъемки и математического моделирования рассчитаны пространственно-временные, кинематические и динамические характеристики толкания ядра. Проведен сравнительный анализ технического мастерства спортсменов высшей квалификации. Выявлены различные варианты техники выполнения движений для спортсменов высшей квалификации.
Выше представлено решение диагностической задачи. В то же время скоростную видеосъемку можно использовать для решения дидактической задачи, которая состоит в совершенствовании технического мастерства. Для необходимого изменения техники можно, на наш взгляд, применить метод, при использовании которого спортсмен тренируется по заданию. Кратко это выглядит так:
1) обучение спортсмена распознаванию максимально коротких промежутков времени;
2) выполнение элементов техники за заданный промежуток времени;
3) показ спортсмену скоростной записи выполняемого им элемента или всего движения;
4) использование снарядов разного веса при выполнении различных двигательных действий;
5) задание на выполнение движения, в процессе которого спортсмен нужным образом связывает его временные и пространственные характеристики.
Можно использовать и другие виды заданий, которые могут позволить исправлять технические ошибки и стабилизировать технику.
Применение скоростной видеосъемки и современных математических методов обработки данных, по нашему мнению, позволит значительно повысить качество биомеханиче-
В ПОИСКАХ нового ПРОРЫВА
Рис. 10. Позы спортсмена и усилия в горизонтальном направлении, прилагаемые к ядру (Т. Маевский)
Рис. 11. Позы спортсмена и усилия в вертикальном направлении, прилагаемые к ядру (Т. Маевский)
£ ■С
а
ч— О
Ш у
4J
U
Е а ■а с
ID
£ О ш л I-
ского анализа и обучения технике выполнения спортивных
движений. Выводы
• Использование скоростной видеосъемки и математическое моделирование позволяет проводить микроструктурный индивидуальный анализ движения для оценивания и коррекции технического мастерства атлетов высшей квалификации.
• Индивидуальный микроструктурный анализ создает предпосылки для поиска индивидуальных различий и совершенствования техники спортсменов высшего уровня.
Использованная литература
1. Хасин Л.А. Диагностика ошибок в тяжелоатлетических упражнениях на основе скоростной видеосъемки / Л.А. Хасин // Теория и практика физ. культуры. - 2013.- № 1. - С.
2. Хасин Л.А. Биомеханический анализ техники тяжелоатлета при выполнении рывка классического на основе скоростной видеосъемки и
компьютерного моделирования / Л.А. Хасин // Теория и практика физ. культуры. - 2013.- № 11. - С. 100-104.
3. Хасин ЛА. Микроструктурный анализ техники спортсменов высокой квалификации на примере толкания ядра (доклад) / Л.А. Хасин // Итоговый сборник Всерос. научно-практ. конф. с междунар. участием «Комплексное сопровождение подготовки высококвалифицированных спортсменов»(ФНЦ ВНИИФК). - 2013. - С. 98.
References
1. Hasin, L.A. Fault diagnostics in weightlifting exercises based on high-speed video recording / L.A. Hasin // Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. - 2013.-№1. - P. (In Russian)
2. Hasin, L.A. Biomechanical analysis of weightlifter's technique in the classic jerk based on high speed video and computer modeling / L.A. Hasin // Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. - 2013.- №11. - P. 100-104. (In Russian)
3. Hasin, L.A. The microstructural analysis of the technique of highly skilled athletes on the example shot put (report) / L.A. Hasin // Final collection of All-Rus. theor.-pract. conf. with internat. particip. "Integrated support of elite athletes' training"(FRC ARSRIPhC). - 2013.- P. 98. (In Russian)
Информация для связи с автором:
Поступила в редакцию 23.10.2013 г.
