УДК: 796:389
ПЕРСПЕКТИВЫ
применения методов мониторинга двигательной активности человека в спорте
Кандидат психологических наук, доцент Д.Ю. Баланев Доктор медицинских наук, профессор Л.В. Капилевич Доктор педагогических наук, профессор В.Г. Шилько
Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск
PERSPECTIVES OF APPLICATION OF MOTOR ACTIVITY MONITORING TECHNIQUES IN SPORT D.Yu. Balanev, associate professor, Ph.D.
L.V. Kapilevich, professor, Dr.Med. V.G. Shil'ko, professor, Dr.Hab. National Research Tomsk State University, Tomsk
Key words: dynamics of development, motor activity, methods, monitoring.
According to the findings of the present study, a common feature of all the examined systems of motor skill formation is that they solve the problem of creating a specialized environment, which includes objects of interaction with a person or equivalent models. These actions are meant to construct a safe-to-use environment controlled well by technical means. The educational effect of this technologically rich environment is provided by the organization of feedback needed to perform sensory correction of athlete's movements. The possibility of control depends on the ability of a coach to set an algorithm of actions for an athlete and monitor the characteristics of his motor activity. The technical effect in this case is represented by changes in the environment and is estimated by the typical change in the indicators of motion sensors, fixed on the working objects or parts of the human body. Mechanical devices, optical tracking systems, electromagnetic tracking systems and inertial systems are used as motion detectors.
Ensuring autonomic control is one of the main conditions for creating a workspace, its purpose is not only to decrease the degree of involvement in training of qualified personnel, but also to provide an opportunity for reducing the response time of the elements of the training environment to athlete's actions, which is crucial in the case of motor skills.
New techniques can be used to arrange the developing environment and implement feedback. This primarily concerns the organization of group work and methodological support based on the use of various research results of in the field of formation of motor skills.
Ключевые слова: динамика развития, двигательная активность, методы, мониторинг.
Введение. Оценка двигательной активности человека - один из основных предметов научной и практической деятельности, направленной на рост достижений в спорте. Такая оценка, в зависимости от поставленных целей и имеющихся возможностей, может быть основана на субъективных и объективных, прямых и косвенных критериях, проводится с использованием метода наблюдения и аппаратурных измерений, выполняется спортсменом и его тренером, включает отдельные элементы тренировочного процесса и охватывает все сферы жизнедеятельности. В том случае, когда этот процесс организован, проводится систематически и является источником рефлексии для спортсмена и его педагога, мы квалифицируем его как мониторинг двигательной активности. Однако, с точки зрения исследователя, необходимо выполнение еще одного условия: мониторинг должен быть источником обобщений, которые можно оценить при помощи критерия научной новизны. В этом случае полученное знание, возможно, будет конвертировано в новые технологии, способные обеспечить прирост качества, надежности, травмобезопасности, зрелищности спортивных достижений.
Необходимый уровень научной новизны обеспечивается адекватным выбором измерительной системы и методов математической обработки результатов измерений. Наиболее перспективным в этом отношении нам представляется использование массива патентной информации, отражающего не только актуальное состояние рынка измерительных систем, но и тенденции его развития. Более того, знание такой тенденции способно обеспечить возможность участия на этом рынке собственными разработками, что говорит о высокой практической значимости исследований, направленных на совершенствование двигательных навыков в спорте.
Анализ тенденций развития систем мониторинга двигательной активности показывает, что наиболее распространенными и перспективными являются технологии, которые в общем можно охарактеризовать как «системы захвата движения» (motion capture system). Мы отличаем их от систем, ориентированных на традиционное для спорта использование косвенных показателей двига-
тельной активности: частоты сердечных сокращений, характеристик дыхания, частотных и скоростных показателей циклических упражнений, фиксации визуально наблюдаемых признаков движения [2]. Системы захвата движения обеспечивают учет процессуальных характеристик двигательной активности, связанных с величиной перемещений, скоростью, ускорением, а также углом поворота отдельных точек на теле спортсмена. Существует большое количество такого рода систем, отличающихся принципом действия: механические, оптические, электромагнитные, инерционные, акустические и радиочастотные. В нашей исследовательской работе мы используем наиболее распространенные из них оптическую систему на основе скоростной видеокамеры Phantom Miro Ex2 фирмы Vision Research Inc. (США) электромагнитную систему FASTRAK фирмы Polhemus Inc. (США) и инерционную систему собственной разработки на базе интегрированного микроэлектромеханического устройства, включающего трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр - MPU-6000 фирмы InvenSense Inc. (США). В качестве наиболее близкого аналога можно рассмотреть решение Xsens MVN фирмы Xsens Technologies B. V. (Нидерланды). Одним из критериев, на основании которых принималось решение об использовании этого оборудования, является наличие патента на технологии, которые были в нем использованы [3-5]. Такой подход позволяет более адекватно оценивать возможности оборудования, обеспечивает необходимый уровень его новизны, задает планку техники и прототип, который можно использовать в качестве основы нетреви-ального решения.
Причина, по которой невозможно использовать какую-либо одну технологию для любых форм мониторинга двигательной активности, заключается в том, что каждая из них имеет как свои достоинства, так и недостатки. Достоинством оптической системы захвата движения является возможность высокого быстродействия. Используемая нами видеокамера дает возможность фиксировать события с точностью 5 мс. Достоинством также является возможность оценивать достаточно большое количество ключевых точек до нескольких десятков. К недостаткам можно отнести большую стоимость, высокие требования к вычислительным ресурсам при обработке данных и ограничения в объеме рабочего пространства.
Система электромагнитного трекинга обеспечивает приемлемое быстродействие (120 отсчетов за 1 с), но только в случае использования одной ключевой точки. Всего же одновременно можно отслеживать не более четырех точек с пропорциональным снижением разрешающей способности. Электромагнитная система имеет высокую стоимость и накладывает существенные ограничения на рабочее пространство. Эти ограничения отличаются от тех, которые характерны для оптических систем, и частично могут их компенсировать. Однако такая система позволяет получить данные по шести степеням свободы движения ключевой точки без использования дополнительных вычислительных ресурсов, что является ее самым большим преимуществом перед остальными решениями.
Измерительная система на базе инерционных датчиков имеет высокий потенциал в качестве мобильного решения, не накладывает ограничений на рабочее пространство, удовлетворительно масштабируется до нескольких десятков ключевых точек, обеспечивает минимально необходимый уровень разрешения (100-200 отсчетов в 1 с). Однако решение, основанное на микоэлектромеханическом трехо-севом акселерометре, требует для вычисления координат перемещения, операции двойного интегрирования, значи-
тельно снижающей точность измерения. Впрочем, в большинстве случаев двигательная активность может быть оценена только на основании акселерограмм.
Акустические и радиолокационные технологии системы захвата движения, несмотря на свою новизну, еще недостаточно распространены в виде решений, доступных на рынке и могут быть рассмотрены как перспективные [6, 1].
Следует отметить, что говоря о системах мониторинга двигательной активности, мы имеем в виду не только измерения параметров этой активности, но и оборудование, а также способы, обеспечивающие среду формирования двигательного навыка при одновременной фиксации его результатов и параметров. В качестве примера ниже приводится описание трех устройств, использующих устройства мониторинга двигательной активности человека для целей формирования двигательных навыков. Анализ описания патентов, выданных на эти устройства, показывает их основные черты, определенные глубиной патентного поиска, равной двадцати годам. Мы использовали эти устройства в качестве основания при разработке собственного решения, оформленного в виде патента на полезную модель и направленного на формирование двигательных навыков, в том числе и в спортивных приложениях [7].
Система обучения человека движению по траектории в виртуальной среде [8] была предложена в 1994 г. сотрудниками Массачусетского технологического университета. Эта система представляет собой устройство и способ для обучения двигательным навыкам, основанные на имитации «учеником» движения «учителя». Для регистрации движения авторы предлагают использовать электромагнитную систему захвата движения, датчик которой закреплен на поверхности спортивного инвентаря. В качестве объекта, определяющего характер движения «ученика», в формуле изобретения указывается ракетка, а в трехмерную виртуальную среду вводится взаимодействующая с ракеткой модель мячика. Таким образом, движение ракетки в оцифрованном виде записывается в энергонезависимую память компьютера, а последовательность изображений, представляющих реконструкцию движения «учителя», выводится для просмотра на экран компьютера. Затем инструмент, который использовался для записи движения «учителя», запи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.