CC BY
143
УДК 796.012
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИДЕОЗАХВАТА ДЛЯ БИОМЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА АТАКУЮЩЕГО УДАРА В ПЛЯЖНОМ ВОЛЕЙБОЛЕ
© 2015 А. В. Бужинский, П. В. Павлов
аспирант кафедры теории и методики физического воспитания e-mail: [email protected]
доцент кафедры теории и методики физического воспитания e-mail:ppv_orient@mail. ru
Курский государственный университет
Статья посвящена использованию доступных всем тренерам и молодым исследователям компьютерных технологий для биомеханического анализа атакующего удара в пляжном волейболе.
Ключевые слова: пляжный волейбол, видеозахват, биомеханический анализ, ударное движение кисти.
Методическое обеспечение совершенствования техники в игровых видах спорта -задача по большой части решенная. Однако, несмотря на обильное количество публикаций и диссертационных исследований, развитие современных технологий постоянно расширяет резервы для улучшения существующих методик.
Как показывают современные исследования, методика обучения нападающему удару и совершенствование спортивной техники остаются актуальными в теоретическом и прикладном значении в пляжном и классическом волейболе [Ермаков 2000; Легоньков 2005; Tiffany 2002]. Наиболее перспективным в данных видах спорта является биомеханический анализ техники атакующих движений при ударе, поскольку именно такие движения являются наиболее важными для выигрыша матча.
В ударных действиях различают замах, ударное движение (от конца замаха до начала удара), собственно удар (столкновение руки с мячом) и послеударное движение (движение руки после контакта с мячом) [Донской и др. 1979; Linnell et la 2007].
В данной статье мы попытались проанализировать биомеханику ударного движения при выполнении нападающих ударов, так как они определяют результативность игры. Наибольший исследовательский интерес представляют движения звеньев бьющей руки непосредственно перед контактом с мячом и само ударное движение.
Для получения параметров ударных движений руки и их анализа используются системы захвата движения (Motion capture). В настоящее время технологии захвата движения представляют собой хорошо развитую и вместе с тем бурно развивающуюся отрасль науки и техники. На сегодняшний день предложено немалое количество теоретических и практических подходов по реализации систем захвата движения. Большинство из них для получения данных используют так называемый видеозахват, который можно отнести к оптическим и оптоэлектронным методам анализа биомеханических характеристик, таких как кинематика, динамика и энергетика двигательных действий [Попов 2005: 61].
ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НА УКИ
В волейболе видеозахват применяется в качестве инструмента для наблюдения и измерения параметров ударных действий как основного эффективного соревновательного упражнения. Параметры движений наиболее важны для управления скоростно-силовой, скоростной и технической подготовкой спортсменов.
Как известно, биомеханический анализ базируется на следующих группах методов:
- субъективные - простое наблюдение за субъектом и визуальная оценка точности и правильности исполнения тех или иных действий. Это может быть простая оценка правильности выполнения движений, их координации или оценка точности выполнения атакующих действий;
- объективные - сбор информации о конкретных параметрах движений спортсмена (например, об угле положения кисти при ударе или моменте сил, действующих на мяч) при выполнении атакующих действий. Такие методы обычно используют специализированные устройства захвата движений в сочетании со сложными программными комплексами и экспертными системами. В любом случае за сбором информации обычно следует ее анализ программно-математическими средствами.
Упреждающий анализ обычно являет собой попытку ответить на вопросы вида «А что, если...?» Например, какого эффекта можно добиться, регулируя время прыжка для атакующего удара [Гуленко 2004].
Идея использования видеозахвата для получения объективной информации о движениях спортсмена не нова, но данная технология используется преимущественно для научных исследований, что предполагает использование дорогостоящей и часто громоздкой аппаратуры, а также специальных компьютерных программ и систем.
В настоящее время стали более доступными камеры с высокой частотой съемки, появились бесплатные компьютерные программы с широким функционалом, которые приближаются по своим возможностям к коммерческим программам, а порой и превосходят их. Данные изменения позволяют говорить о необходимости разработки методического обеспечения для регулярного использования технологий видеозахвата и сопутствующего биомеханического анализа для управления отдельными аспектами подготовки спортсменов.
Рассмотрим более подробно методические и технологические возможности бесплатных и несложных для использования компьютерных программ.
Программа SkillSpector позволяет произвести полноценный 2D и 3D видеозахват, полуавтоматическую и ручную оцифровку точек. Она, как и большинство подобных программ, поддерживает только формат AVI и имеет высокий уровень совместимости с Windows (XP, 7, 8), что означает простое и легкое использование этой программы.
Данная программа позволяет использовать готовые биомеханические модели разной степени детализации, автоматический расчет положения ОЦМТ, анализ линейных (координата, скорость, ускорение, кинетическая энергия) и угловых параметров (моментальные значения углов, угловых скоростей и ускорений, вращательные моменты).
Движения волейболиста на видеозаписи оцифровываются и калибруются для их последующего контроля и анализа. Цифровая модель определяет референтные точки тела, которые необходимо исследовать, а калибровка позволяет трансформировать видеоизображение объекта в стандартную систему координат.
После ручной оцифровки можно увидеть несколько позиций исследуемой части тела, что очень важно для анализа динамики движения. В нашем случае это части тела, участвующие в подготовке и проведения атакующего действия, то есть указательный палец, запястье и кисть руки, предплечье и локтевой сустав. С помощью указанной
Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2015.
№ 2 (34)
Бужинский А. В., Павлов П. В. Использование видеозахвата для биомеханического анализа
атакующего удара в пляжном волейболе
компьютерной программы можно получить достаточно точные и просто реализованные данные об ударных движениях, построенных с использованием маркеров, которые можно однозначно распознать и выделить из видеопотока по цвету и отследить их перемещение на виртуальной модели (трекинг) [Жук 2004:148].
Программа Kinovea - это своеобразный микроскоп для просмотра захваченных движений с расширенными возможностями, адаптированными под качественный биомеханический анализ с возможностью определять отдельные количественные параметры движений: суставные углы, углы вылета и приземления, продолжительность фаз. Данная программа имеет несколько функций просмотра (замедление и увеличение скорости, пауза, закольцовывание выделенного сегмента) и функций редактирования (выделение и прорисовка точек и линий, которые можно сохранить поверх видео и для просмотра в любых других программах воспроизведения видео). Основные варианты применения этой программы в практике спорта - качественный и несложный количественный анализ движений, видеоповторы выполненной попытки в обучении и совершенствовании техники движений в качестве средства оперативной информации.
Важнейшей задачей при биомеханическом анализе является выделение в каждом техническом действии ключевых, базовых пунктов и точек, определяющих эффективность технического приема в целом и служащих опорными звеньями в обучении и совершенствовании индивидуально оптимальной техники движений. Согласно Л. Чхаидзе, задача сводится к одному - оптимизации ускорений звеньев бьющей конечности (руки) при выполнении удара по мячу [Чхаидзе 1972: 46].
Помня о том, что в волейболе каждое последующее движение должно получать наилучшие предпосылки от предыдущего, локти рук с началом движения вверх должны опережать кисти. Небьющую (маховую) руку останавливают на уровне чуть выше плеча несколько согнутой. Если ее оставить внизу, то она будет затруднять выполнение удара. Локоть бьющей руки обгоняет кисть до исходного положения для удара. В момент самого удара локоть снова обгоняет кисть, за счет чего достигается хлыстообразное движение бьющей руки.
Таким образом, различные фазы выполнения нападающего удара состоят не из повторяющихся циклических движений, а носят весьма разнообразный характер как по внешней, наблюдаемой форме движений, так и по своей скоростно-силовой структуре [Шалманов и др. 1998]. Современными исследованиями установлено, что наибольшая точность полета мяча при нападающем ударе достигается при угле 160-170° между рукой и туловищем, то есть когда мяч находится впереди игрока.
В настоящем биомеханическом анализе прежде всего рассматривается работа кистью руки при ударе. На практике об игроках часто судят по работе кисти («работает кисть» или «не работает кисть»). Важно проанализировать положение кисти руки в момент удара - ее горизонтальное и вертикальное положения, так как от угла положения кисти зависит направление полета мяча и его скорость. Отношение вертикального и горизонтального угла кисти в момент удара дает угол начальной скорости мяча. Угол между направлением полета мяча от удара и поверхностью площадки зависит от перемещения кисти в лучезапястном суставе по горизонтальной оси [Голомазов и др. 1976: 51]. Чем больше кисть при ударе будет отведена назад, тем дальше полетит мяч и угол между направлением его полета и плоскостью площадки будет меньшим. И наоборот: чем больше кисть согнется вперед и накроет мяч, тем круче будет направление полета мяча, а угол между этим направлением и плоскостью площадки будет все больше приближаться к прямому. Отсюда можно сделать вывод, что направление полета мяча зависит от
ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НА УКИ
изменения положения кисти в лучезапястном суставе, от ее движений по горизонтальной оси.
Анализ движений посредством систем видеозахвата движения дает большие преимущества в подготовке спортсменов. Так, с использованием захвата движения можно без применения неудобных и порой затрудняющих движения устройств получать следующие данные: углы в суставах, ускорения, моменты, силы, эластичность, деформации, позу, балансировку тела и др. параметры. Кроме того, возможно изучение влияния психологических факторов, таких как, например, шум зрительного зала.
Использование систем захвата движения позволяет сформировать банк данных поз и шаблонов движений при выполнении определенных упражнений. По этим данным система захвата движения совместно с экспертной системой может вырабатывать рекомендации по коррекции исполнения техник, а также оценивать точность выполнения техники спортсменом. Такая методика проведения тренировок может использоваться как тренером в процессе обучения спортсмена, так и самим спортсменом для самоконтроля в его постоянной практике. С использованием такой системы возможно решение задачи объективного первоначального обследования ограничений движения каждого конкретного спортсмена (например, гибкости отдельных частей тела). Облегчается анализ механизмов возникновения травм и их предупреждение.
Биомеханический анализ ударного действия позволяет выявить, с одной стороны, опорные точки (принципиальные основы выполнения ударных действий), которые, очевидно, едины для конкретного технического действия, выполняемого отдельным спортсменом, и должны являться основой обучения технико-тактическим действиям с самого начала процесса формирования спортивного мастерства. Вместе с тем такой анализ позволяет выявить особенности технико-тактических действий в зависимости от стилей игры. Кроме того, данные, полученные в результате такого анализа, можно легко перепроверить, так как не требуется никаких специальных и сложных математических программ.
При помощи видеозахвата можно выявить ошибки спортсмена уже на уровне качественного биомеханического анализа видеозаписи прыжка или нападающего удара. Например, на замедленном повторе можно определить неоптимальное по времени выполнение выпрыгивания на нападающий удар. Для этого достаточно отследить (прорисовать) на видеоряде траекторию ЦМ головы спортсмена, которая, по данным наших исследований, при выполнении нападающего удара достаточно точно совпадает с траекторией ОЦМТ спортсмена. Важно, что даже незначительное опережение с выпрыгиванием при атакующем ударе приводит к потере высоты точки удара, что, в свою очередь, ведет к заметным ограничениям по углам нанесения, а в самых неудачных случаях приводит к попаданию в сетку или в аут.
Таким образом, преимущества применения видеозахвата в управлении техникой ударных действий в пляжном волейболе следующие:
* опора на объективные данные;
* анализ вариативности выполнения ударных действий в неизменных условиях;
* выявление слабых звеньев в технике;
* изучение особенностей построения рабочих поз спортсмена в ударных движениях, а также анализ взаимодействия бьющей конечности с мячом;
* выявление закономерности изменения скоростей и ускорений движения звеньев тела спортсмена в фазе ударного движения.
* определение и контроль достижения оптимальных индивидуальных
Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2015.
№ 2 (34)
Бужинский А. В., Павлов П. В. Использование видеозахвата для биомеханического анализа
атакующего удара в пляжном волейболе
характеристик (скорость, ускорение выбранных звеньев биокинематической цепи) при выполнении ударного движения.
Разработка и внедрение системы видеозахвата ударных движений в пляжном волейболе и их биомеханический анализ с помощью доступных компьютерных технологий позволяет организовать управление данными движениями, которое по определению Н.А. Бернштейна, сводится к непрерывному корригированию хода выполнения структуры движения путем сличения фактических параметров с той «моделью потребного будущего», которая была установлена в начале движения [Чхаидзе 1972: 60].
Библиографический список
Голомазов В.А., Ковалев В.Д., Мельников А.Г. Волейбол в школе. М.: Просвещение, 1976. 110 с.
Гуленко И.Е. Система видеозахвата и анализа движения - распознавание трансформаций и движения объекта // Труды конференции «Новые информационные технологии» (Судак, Крым, 15-25 мая 2004 г.). С. 141-142.
Гуленко И.Е., Шугина В.С. Применение технологий видеозахвата движения в медицине и спорте // Там же. С 143-144.
Донской Д.Д., Зациорский, В.М. Биомеханика. М.: Физкультура и спорт, 1979. 264 с.
Ермаков С.С. Техника ударов лучших волейболистов России: учеб. пособие. Харьков: ХХПИ, 2000. 64 с.
Ермаков С. С. Педагогические подходы в обучении сложным техническим приемам волейболистов // Физическое воспитание студентов творческих специальностей: Сборник научных трудов. Харьков: ХХПИ, 2001. С. 32-42.
Жук М.Б. Система видеозахвата и анализа движения - выделение и трассировка маркеров // Труды конференции «Новые информационные технологии» (Судак, Крым, 15-25 мая 2004 г.). С. 148-149.
Иванова Г.П. О построении ударного взаимодействия ноги с мячом в футболе // Теория и практика физической культуры. 1993. № 1. С. 4-7.
Легоньков С.В., Ермаков С.С., Родин А.В. Оптимизация факторов, определяющих структуру отталкивания при обучении нападающему удару волейболистов различной квалификации // Теория и практика физической культуры. 2005. № 7. С. 31-32.
Шалманов А., Зафесова М., Доронина М. Биомеханические Основы Волейбола / Адыгейский государственный университет. Майкоп, 1998. 92 с.
Чхаидзе Л.В., Чумаков С. В. Формула шага. М.: Физкультура и спорт, 1972. 117 с.
Linnell W., Baudin P., Gervais P, Analysis of the volleyball spike using working model 2D // Journal of Biomechanics. 2007. 40 (2).
Tiffany T. (2002). Physics of Volleyball. URL: http:// www.east-buc.k12.ia.us/
