CC BY
52ТРЕНЕР
УДК: 796.012
КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА ПОСТРОЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ
АНАЛИЗА ДВИЖЕНИЙ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Доктор педагогических наук, профессор В.И. Загревский Доктор педагогических наук, профессор О.И. Загревский Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск
COMPUTER PROGRAM TO MAKE COMPUTING MODERLS OF MOTION ANALYSIS OF BIOMECHANI-CAL SYSTEMS
V.I. Zagrevsky, professor, Dr.Hab.
0.1. Zagrevsky, professor, Dr.Hab. National Research Tomsk State University, Tomsk
Key words: sports exercise, biome-chanical system, model, computer program.
The use of modern information technologies based on audio-visual and computer technologies is a well-grounded claim of today, required to enhance the training process of athletes. However, the widespread introduction of computer technologies to the practice of training sessions of athletes is hampered by the lack of the necessary software base of calculations of biomechanical characteristics of sports exercises. The required for this mechanical-mathematical tools to describe the kinematic and dynamic conditions of the musculoskeletal system of the human body can be found in the works, which cover in detail the issues of development of kinematic and dynamic models of motion analysis of biomechani-cal systems. Meanwhile, their computer implementation has not reached the level of practical use in the training process of athletes. In this regard, the development of technology of design of computing models of the kinematic state of biomechanical systems is an urgent task, the implementation of which will enhance the training process of athletes.
The purpose of the present study was to develop a computer-aided technology for automated design of computing models of the kinematic state of biomechanical systems in terms of the graphic-enhanced support of results of calculations.
The studies resulted in the following conclusions:
1. The computer program "Biomechanics" can be used in training sessions in gymnastics in gymnasts training sessions by both trainers of a specialized children's sports school, and gymnasts from the age of 12-13 years.
2. Using the computer program "Biomechanics" the information about the quantitative values of biomechanical characteristics can be obtained within a few seconds, which justifies its use in the training process of a children's sports school specializing in gymnastics to improve technical training of athletes.
3. Further modification of the software of the designed computer program will expand the scope of the operation of the software system and significantly enhance the scientific and technical aspects of training of gymnasts.
Ключевые слова: спортивное упражнение, биомеханическая система, модель, компьютерная программа.
Введение. Использование современных информационных технологий на базе аудиовизуальных и компьютерных технологий - обоснованное требование сегодняшнего дня, необходимое для повышения эффективности учебно-тренировочного процесса спортсменов. Однако широкое внедрение компьютерных технологий в практику тренировочных занятий спортсменов сдерживается отсутствием базы программного обеспечения вычислений биомеханических характеристик спортивных упражнений [2, 3]. Нужный для этого механико-математический инструментарий описания кинематического и динамического состояний опорно-двигательного аппарата тела человека можно найти в работах [2-4], в которых достаточно подробно освещены вопросы разработки кинематических и динамических моделей анализа движений биомеханических систем. В то же время их компьютерная реализация не достигла уровня практического использования в учебно-тренировочном процессе спортсменов. В связи с этим создание технологии компьютерного построения расчетных моделей кинематического состояния биомеханических систем является актуальной задачей, реализация которой позволит повысить эффективность учебно-тренировочного процесса спортсменов.
Цель исследования. Целевая установка выполненного исследования заключалась в разработке компьютерной технологии автоматизированного построения расчетных моделей кинематического состояния биомеханических систем в условиях опоры с графической поддержкой результатов вычислений.
Организация и методика исследования. Для
решения поставленных задач использовались следующие методы:
1. Анкетирование.
2. Расчетные методы биомеханики для определения параметров кинематических и динамических характеристик спортивных упражнений.
3. Тестирование отдельных блоков компьютерной программы и экспериментальная проверка ее функционирования.
Анкетирование применялось для выяснения мнения тренеров по спортивной гимнастике о последовательности и содержании событийных процессов в технологии использования различных блоков разработанной компьютерной программы «БИОМЕХАНИКА». Результаты анкетирования использовались для корректировки функционирования программной системы. В анкетировании участвовали 44 тренера Сибирского Федерального округа по спортивной гимнастике. Анкетирование выполнялось на базе СДЮСШОР по спортивной гимнастике им. И. И. Маметьева в период прохождения учебно-тренировочных сборов (г. Ленинск-Кузнецкий, октябрь 2013 г.).
Для определения параметров кинематических и динамических характеристик спортивных упражнений применялись расчетные методы биомеханики, изложенные в работе [2].
Результаты исследования и их обсуждение. 1. Педагогические требования к сценарию функционирования компьютерной программы «БИОМЕХАНИКА» были определены на основе результатов анкетирования и опроса ведущих тренеров Сибирского Федерального округа по спортивной гимнастике. По мнению респондентов, основные количественные показатели технического мастерства гимнастов должны включать как кинематические и динамические характеристики движений, так и специфические критерии качества техники упражнений, в ряде случаев и не относящиеся к стандартным показателям движений, например, критерий мощности, по Ю. К. Гавердовскому [1]. Весьма желательным компонентом функционирования программы являлся бы блок воспроизведения на экране компьютера кинетограммы упражнения, моделирующей положение и позу спортсмена в соответствии с видеока-
драми упражнения. И, пожалуй, наиболее важный момент - возможность использования программы в условиях учебно-тренировочных занятий тренером, не обладающим специальными знаниями по информатике и компьютерным технологиям.
2. Содержание и логика функционирования компьютерной программы «БИОМЕХАНИКА» включают два основных направления: построение кинетограммы упражнения и графическую поддержку результатов вычисления биомеханических характеристик упражнений по материалам оптической регистрации движений.
Построение кинетограммы упражнения. После загрузки компьютерной программы на экране компьютера распечатывается запрос о вводе файла, содержащего сведения об исполнителе и результатах промера упражнения. После ввода файла промера упражнения на экране компьютера развертывается покадровая кинетограмма всех видеокадров упражнения, от начального и до конечного (рис. 1, А).
Упражнение может быть продолжительным по времени исполнения, и поэтому кадры кинето-граммы могут наслоиться друг на друга, что будет мешать визуальному анализу упражнения (см. рис. 1, А). Для облегчения восприятия образа движения упражнение можно воспроизвести по отдельным фрагментам или фазам, с меньшим количеством кадров кинетограммы (рис. 1, В^), вплоть до кинетограммы отдельного видеокадра (рис. 1, G).
Второй способ представления кинетограммы -покадровая разноска видеокадров упражнения (рис. 2).
Процедура построения графика полностью автоматизирована и включает такие основные операции, как масштабирование по оси Ох декартовой системы координат, в зависимости от количества
36
30
" 27 *\
гь»\
25 . 1
7 >А
11 . \ 18
: -> Й- "
*
' .'V
. » 10 « • г* • • - 15
. * •
и 14
12 13
ь4.-'
у
Ж
¡И 1Э
А
В
С
Б
О
Рис. 1. Кинетограмма оборота назад в упоре в стойку на руках на перекладине (А) и его отдельных фрагментов (B-Е)
8 2 4 Ь 8 10 12 14 16 18 28 22 24 26 28 30 32 34 36
Рис. 2. Разноска видеокадров в кинетограмме оборота назад в упоре в стойку на руках на перекладине
Рис. 3. Графическая поддержка результатов вычислений биомеханических характеристик оборота назад в упоре в стойку на руках на перекладине
видеокадров упражнения; автоматизированная расстановка номера видеокадра по оси Ох; построение графика биомеханических характеристик упражнения для отдельных элементов биомеханической системы (звено, ЦМ звена, сустав, ОЦМ) методом кубической сплайновой интерполяции и т. п.
Нажатием на клавишу «PrtSc» обеспечивается копирование экрана и дальнейшая его вставка стандартными методами Windows в один из документов текстового (Microsoft Word, WordPad, Блокнот) или графического (Paint) редактора, что позволит в дальнейшем при необходимости подкорректировать рисунок или распечатать его.
Автоматизированный вывод графика на экран заключается в том, что данная опция позволяет последовательно, начиная с первого номера, просмотреть графики всех биомеханических характеристик на экране компьютера, не прибегая к указанию и вводу номера задаваемой биомеханической характеристики. Выбор способа представления графики на экран компьютера определяется пользователем и зависит от задач просмотра результатов вычислений.
3. Экспериментальная проверка работы программы в условиях учебно-тренировочного процесса гимнастов осуществлялась на базе ДЮСШ № 3 по спортивной гимнастике г. Томска. Выяснилось, что обучиться пользованию программной системой можно за 30-40 мин тренировочного занятия школьникам в возрасте 12-13 лет. Проверка показала корректность функционирования всех блоков программного обеспечения и выявила потенциальную возможность дальнейшей модификации программы по следующим направлениям:
• Выполнять расчет параметров биомеханических характеристик не только в условиях опоры, но и в безопорном состоянии спортсмена.
• Целесообразно в местах локальных экстремумов функции или в определенных пользователем местах декартовой системы координат
размещать кинетограмму позы и положения спортсмена.
• Иметь возможность изменять размер шрифта.
• Программа должна обеспечивать возможность выполнения сравнительного анализа техники упражнения двух и более исполнителей. Несомненно, что вышеперечисленная модификация программного обеспечения позволит более квалифицированно и качественно анализировать техническое мастерство спортсмена, определять двигательные ошибки и намечать пути их исправления.
На основании результатов исследования сделаны следующие выводы:
1. Компьютерная программа «БИОМЕХАНИКА» доступна для использования на тренировочных занятиях по спортивной гимнастике как тренерским составом ДЮСШ, так и гимнастами начиная с 12-13 лет.
2. С помощью компьютерной программы «БИОМЕХАНИКА» информацию о количественных значениях биомеханических характеристик можно получить в течение нескольких секунд, что оправдывает ее использование в учебно-тренировочном процессе ДЮСШ по спортивной гимнастике с целью совершенствования технической подготовки спортсменов.
3. Дальнейшая модификация программного обеспечения разработанной компьютерной программы позволит расширить сферу функционирования программной системы и существенно усилить научно-техническую сторону учебно-тренировочного процесса гимнастов.
Литература
1. Гавердовский Ю.К. Обучение спортивным упражнениям. Биомеханика. Методология. Дидактика / Ю.К. Гавердовский - М.: Физкультура и спорт, 2007. - 912 с.
2. Загревский В.И. Построение оптимальной техники спортивных упражнений в вычислительном эксперименте на ПЭВМ: монография / В.И. Загревский, Д.А. Лавшук, О.И. Загревский. - Могилев: МГУ им. А.А. Кулешова, 2000. - 190 с.
3. Загревский В.И. Сравнительный анализ параметров основных биомеханических показателей техники структурной группы перелетовых упражнений «Ткачев» на перекладине / В.И. Загревский, В.С. Шерин // Вестник Томского государственного университета. - 2008. - № 306. - С. 133-138.
4. Загревский В.И. Компьютерный синтез двигательных действий с управлением движением по кинематическому состоянию биомеханической системы / В.И. Загревский, О.И. Загревский // Теория и практика физ. культуры. - 2013. - № 7. - С. 10-15.
References
1. Gaverdovsky, Yu.K. Teaching sports exercises. Biomechanics. Methodology. Didactics / Yu.K. Gaverdovsky - Moscow: Fizkul'tura i sport, 2007. - 912 P. (In Russian)
2. Zagrevsky, V.I. Design of an optimal technique of sports exercises in the computing experiment on PC: monograph / V.I. Zagrevsky, D.A. Lavshuk, O.I. Zagrevsky. - Mogilev: Kuleshov MSU, 2000. -190 P. (In Russian)
3. Zagrevsky, V.I. Comparative analysis of major biomechanical indicators of the technique of the structural group of reversehecht straddle catch exercises / V.I. Zagrevsky, V.S. Sherin // Vestnik Tomskogo universiteta. - 2008. - № 306. - P. 133-138. (In Russian)
4. Zagrevsky, V.I. Computer synthesis of motor actions with motion control in compliance with the kinematic state of biomechanical system / V.I. Zagrevsky, O.I. Zagrevsky // Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. - 2013. - № 7. - P. 10-15. (In Russian)
Информация для связи с автором: O.Zagrevsky@yandex.ru
Поступила в редакцию 7.04.2014 г.
