1. Программно-аппаратный комплекс для биомеханического анализа двигательных действий пауэрлифтеров

Компьютерный видеоанализ двигательных действий основан на алгоритмической обработке первичных видеоданных, получаемых методом съемки объекта одной или двумя видеокамерами. Полученные видеоданные при необходимости предварительно обрабатыва­ ются с помощью известного и доступного программного обеспечения (подрезка видеофраг­ ментов, изменение яркости, контрастности, параметров сжатия и др.), а затем анализируются в среде специально разработанной программы.

Основными исходными требованиями для разработки программно-аппаратного комплекса являются:

• возможность использования любых видеокамер;

• отсутствие контрастных меток на теле спортсмена или снаряде. Это важно, например, при видеосъемке на соревнованиях, где предварительное нанесение меток невозможно;

• обязательная визуализация траекторий движения интересующих точек и получение графиков их перемещений, скоростей и ускорений;

• возможность сохранения результатов в форматах, доступных для последующего воспроизведения в других программных средах.

Научная группа, возглавляемая доктором технических наук, профессором кафедры информационно-измерительной техники Уфимского государственного авиационного техни­ ческого университета Фетисовым Владимиром Станиславовичем, создала в 2006 году программно-аппаратный комплекс, предназначенный для исследования кинематических

характеристик движений спортсменов в пауэрлифтинге и тяжелой атлетике. Он состоит из аппаратной части, программного обеспечения и создаваемой в его среде базы данных.

Аппаратная часть включает в себя:

1. Две видеокамеры фирмы «SONY HDR-HC3E», одна из которых является основной,

• вторая - вспомогательной. Наличие второй камеры необязательно, хотя может оказаться полезным, особенно в условиях соревнований, когда в процессе съемки отдельные интере­ сующие точки закрываются снарядом или ассистентами. Тип камеры также не играет суще­ ственной роли: она может быть как цифровой, так и аналоговой. Предполагается возможность

использования цифровых фотоаппаратов со встроенным видеорежимом. Камеры «SONY HDR-HC3E» позволяют вести съемку с частотой 200 кадров/с в течение 3 секунд. В обычном режиме они производят съемку с частотой 25 кадров/с, чего вполне достаточно для таких видов спорта, как пауэрлифтинг или тяжелая атлетика.

2. Синхронизирующая фотовспышка или сигнальный маячок. Это может упростить процедуру синхронизации видеофрагментов, получаемых с двух камер. Специальная прину­ дительная синхронизация работы двух камер не предусмотрена, но видеофрагменты, полу­ ченные разными камерами на этапе предварительной обработки видео, могут быть выров­ нены по длине и синхронизированы. В качестве привязки (опорного кадра для синхрони­ зации) выбирается кадр с характерной частью движения, видимой обеими камерами. Наличие

183

Пауэрлифтинг. От новичка до мастера

фотовспышки или периодически включающегося маячка (что должно быть видно на обоих видеофрагментах) значительно упрощает задачу синхронизации и делает ее более точной.

3. Компьютер для обработки видеоинформации. Рекомендуется IBM РС-совмести компьютер с установленной операционной системой «Windows 98/2000/NT/XP» емкостью ОЗУ не менее 1 Гб. Весьма желательно наличие специальной платы для видеомонтажа (или интерфейса для цифрового видео IEEE 1394) и соответствующего программного обеспе­ чения, например Pinnacle Studio 10. Желательно также наличие DVD-привода для оптических дисков. Управляющим и обрабатывающим компьютером может являться и подходящий для этого ноутбук.

Используя в работе данный комплекс, получивший название «Motion Trace», тренеры смогут оперативно выявлять недостатки выполнения спортивных движений и организовывать эффективное управление тренировочным процессом. Разработанное программное обеспе­ чение обладает следующими основными возможностями:

• позволяет визуализировать траектории движения интересующих точек (меток);

• получать графики перемещений, скоростей, ускорений, разложенных по прямо­ угольным координатам, интересующие точки на которых помечаются пользователем на первом кадре. Количество анализируемых точек - до 16. Время автоматического отслежи­

вания одной точки на видеофрагменте длительностью юо кадров - не более 8о секунд; - пользователь на экране имеет возможность одновременно задавать нужную ему

комбинацию не только видеофрагментов, но и графиков движения;

TM otk>r»Trac<? - Ф р д гм е н г " P _ b e n c h _ jfd e _ 3 _ T r4 in .a v i"

Фото 5.1. Bud экрана при задании очередной метки

• в программе предусмотрена возможность ввода пользователем вертикальных

• горизонтальных разметочных линий (графиков) с изменением цвета меток, привязанных

• подвижным или неподвижным точкам;

• программа позволяет производить расчеты и наблюдать изменения текущих поло­ жений центра тяжести спортсмена, снаряда и общего центра тяжести. Для удобства работы видеокадр при таком анализе может быть заменен анимированной каркасной моделью;

• пользователь может с помощью специального инструмента выделить харак­

терные опорные кадры и дать им названия. Это удобно при анализе различных фаз выпол­ нения упражнений.

• этих таблицах сохраняется также информация не только о координатах точек

184

Основные понятия биомеханики и техники в пауэрлифтинге

графиков, но и о положении выделенных опорных кадров, что может быть использовано поль­ зователем для организации собственных автоматизированных расчетов в среде Excel.

Фото 5.2. Типичные графики траектории центра торца грифа штанги и временных разверток его вертикального перемещения, скорости и ускорения

(черной точкой на графиках отмечено положение текущего наблюдаемого кадра)

Так как в основном все точки штанги перемещаются относительно атлета в плоско­ стях, параллельных его сагиттальной плоскости, то для анализа движения любой точки биоки-нематической системы «спортсмен - штанга» особенно важно знать две составляющие ее движения: вертикальную и горизонтальную, интегральным показателем которых является траектория движения какой-либо точки штанги.

Одной из важнейших характеристик качества техники соревновательных упражнений в пауэрлифтинге, дающей соответствующее представление о вертикальных и горизонтальных пространственных перемещениях всей системы, является траектория центра тяжести штанги (ЦТШ).

Для расчета центра тяжести спортсмена необходимо знание координат десяти харак­ терных точек на теле спортсмена. Они перечислены в нижней части экрана в специальной диалоговой области. После ввода соответствующих меток на теле спортсмена и метки центра торца грифа штанги производится привязывание меток к перечисленным точкам. Затем, при покадровом отслеживании положений меток, автоматически производится и расчет положений центров тяжести.

185

Пауэрлифтинг. От новичка до мастера

UM otionTrace - Фрагмент 'Р_ри11_51с1е_001_Kashuba.avi'

»	i	&	Т	J	I
Открыть	Инфо	Установи	Виоео Координаты Диаграммы		Выход

Коорцинаты Метки |

ШЕШЗЭПШШ

2 М етка 2 3: М етко 3 А М етка 4