Лабораторная работа 1.1 скоростная видеосъемка спортивного движения
Цель занятия: овладеть методом оптической регистрации физического упражнения на основе высокоскоростной видеосъемки.
Теоретические сведения
В ходе биомеханических исследований важнейшим элементом является получение объективных экспериментальных данных, характеризующих двигательное действие. Такие данные могут быть получены различными способами. В основе наиболее универсального метода лежит определение координат точек движущегося объекта (тела спортсмена) через минимально возможные промежутки времени. Затем из полученного материала вычисляются практически все характеристики двигательного действия, начиная от скоростей и ускорений, интересующих исследователя точек и заканчивая энергетическими параметрами двигательного действия. Здесь, как правило, используются различные варианты оптической регистрации спортивного упражнения. Еще двадцать лет назад классическими методиками регистрации спортивных движений являлись киносъемка, циклографический и стробоскопический варианты фотосъемки. При изучении сложных пространственных вариантов двигательных действий перечисленные методы могут иметь двух, трехплоскостной или стереоскопический варианты (рис.1.1.1).
Упомянутые подходы имели приемлемую точность, однако они весьма трудоемки, а результаты могут быть получены только через достаточно длительное время, необходимое для последующей обработки кино или фото материалов.
Рис. 1.1.1 Схема осуществления двухплоскостной съемки
В настоящее время перечисленные варианты получения экспериментальных результатов существенно продвинулись вперед, благодаря развитию цифровой видеозаписи и компьютерных технологий. При использовании таких подходов интересующие исследователя данные могут быть получены практически в реальном масштабе времени. При этом современные видеокамеры позволяют разбивать реальное движение на кадры с частотой до 100000 и более кадров в секунду.
При осуществлении оптических методов регистрации биомеханических характеристик двигательного действия должен быть выполнен ряд предварительных действий.
1. Подготовка места съемки. Она включает определение зоны выполнения физического упражнения, места установки записывающей аппаратуры, высоты установки и направления оптической оси. Для биомеханического исследования записывающая камера, как правило, с помощью штатива устанавливается на уровне ОЦТ тела спортсмена так, чтобы оптическая ось была перпендикулярна плоскости его движения. При пространственных вариантах съемки несколькими камерами их оптические оси ориентируются перпендикулярно по отношению друг к другу (в некоторых случаях оптические оси могут быть ориентированы под другими заданными до начала съемки углами). Съемку, осуществляемую в лабораторных условиях, рекомендуется производить по отношению к специально подготовленному фону, на котором могут быть отчетливо видны характерные точки тела спортсмена, в частности, суставы. Традиционно в качестве фона используется сетка, нанесенная на стену или щит контрастного, по отношению к ней цвета. Сетка часто используется для определения масштаба. При отсутствии сетки в кадр помещается масштабная рейка или предмет, имеющий известные линейные размеры. При осуществлении видеозаписи, предназначенной для последующего биомеханического анализа, осуществляемой на соревнованиях в условиях стадионов или спортивных залов для определения масштаба можно использовать элементы их разметки.
В некоторых случаях, съемка может осуществляться движущейся видеокамерой. При этом для биомеханического исследования полученного материала необходимо знать точное значение скорости перемещения или поворота камеры. Для такой съемки на стадионах или в спортивных залах монтируется специальное оборудование.
2. Подготовка исполнителей. При осуществлении съемки в лабораторных условиях исполнителю исследуемого двигательного действия необходимо иметь на себе минимум одежды, причем ее элементы должны быть максимально прилегающими к телу. Перед съемкой на тело спортсмена и на элементы одежды наносятся специальные маркеры. Как правило, это кружки контрастного цвета, которые прикрепляют в центрах суставов. Иногда (если выполняется сложное движение) используют полосы, охватывающие звенья тела на уровне центров суставов и центров тяжести звеньев. Для осуществления автоматической компьютерной обработки видеосъемки маркеры делают различных цветов, что позволяет компьютерной программе самой распознавать суставы и другие характерные точки.
3. Подготовка видеоаппаратуры. При осуществлении видеосъемки точная настройка записывающей аппаратуры играет важнейшую роль. Она включает в себя установку камеры и ее надежную фиксацию на штативе, установку частоты съемки, чувствительности, резкости, размеров кадра, оценку достаточности объема памяти записывающей аппаратуры, осуществление пробной записи, оценку результатов и при необходимости коррекцию указанных параметров.
При выполнении описанных операций осуществление видеозаписи не представляет сложностей, а полученные материалы в виде файла могут быть перенесены в компьютер и использованы в процессе биомеханического исследования.
В заключение следует заметить, что при обработке данных оптической регистрации точность получения кинематических характеристик зависит от частоты съемки, качества используемой аппаратуры и точности расположения маркеров. Во время дальнейшего биомеханического анализа, например при определении динамических параметров, она в некоторой степени снижается из-за отсутствия точных данных масс-инерционных характеристик тела исполнителя. Здесь, как правило, используются усредненные параметры в зависимости от роста и веса исполнителя. Кроме этого в ходе анализа тело исполнителя чаще всего представляется моделью, состоящей из связанных между собой абсолютно твердых звеньев, что не вполне соответствует реальному телу человека. Тем не менее, указанные допущения позволяют достаточно эффективно анализировать принципы построения двигательных действий и решать многие педагогические задачи, связанные с обучением спортивным упражнениям, развитием двигательных качеств и многими другими аспектами.