Система развития спортивных двигательных умений и навыков
Sports motor skills development system

Область техники
Настоящее изобретение относится к физической культуре и спорту и предназначено для развития спортивных двигательных умений и навыков пользователей.
Уровень техники
Известен способ тактико-технической подготовки спортсменов игровых видов спорта, раскрытый в патенте РФ на изобретение № 2 605 510 (дата публикации: 20.12.2016). В известном способе предложено оценивать точность действий спортсмена в тренировочном процессе на основе среднеарифметических значений вычисленных расстояний между центрами мест падений спортивных снарядов и световых пятен, соответствующих местам на поле, в которые спортсмен должен был направить снаряд. Световые пятна создают в зонах корта в соответствии с тактической комбинацией, которую должен разыграть спортсмен. Для реализации способа используют видеокамеру, снимающую полет спортивного снаряда и место его падения и компьютер, позволяющий задать тактическую комбинацию, записать результаты вычислений в архив и вывести их на монитор.
Известно устройство улучшения манипулированием объектом на поверхности, раскрытое в патенте РФ на изобретение № 2 468 846 (дата публикации: 10.12.2012, публикация заявки PCT WO 2008/151418, дата: 18.12.2008). Известное устройство предназначено для отработки спортивных навыков и включает камеру, способную делать снимки поверхности и объекта, вычислительного модуля, способного вычислять позицию объекта на поверхности, монитор для отображения этой позиции игроку. При использовании устройства игрок может наблюдать за объектом (спортивным снарядом - шайбой или мячом) на мониторе, не следя за ним на поверхности земли.
Известен способ развития спортивного движения пользователя, раскрытый в патенте на изобретение США № 7 264 554 (дата публикации 04.09.2007). Известный способ предполагает использование аналитической системы, состоящей из управляющего модуля, инерционных датчиков, видеокамеры и устройства отображения. В известном способе наблюдают за выполнением движения при помощи инерционных датчиков и видеокамеры, собирают данные от этих устройств и преобразуют их в показатели выполнения движения, которые затем сравнивают с заранее заданными значениями для этих показателей и определяют индекс для показателя. Используя заранее заданную формулу, рассчитывают другие индексы и показатели. Результаты расчетов могут быть представлены пользователю в различных визуально воспринимаемых в формах.
Раскрытие сущности изобретения
В основу настоящего изобретения положена техническая задача развития спортивных двигательных умений и навыков пользователей.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в повышении точности информирования о слабых местах при выполнении спортивного движения.
Заявленная в качестве изобретения система развития спортивных двигательных умений и навыков включает в себя управляющий модуль и связанные с ним по меньшей мере одно мобильное пользовательское устройство, устройство отображения для демонстрации пользователю примеров корректного выполнения движений, датчики, способные распознавать ключевые точки тела пользователя, задействованные при выполнении им спортивных движений. Управляющий модуль способен хранить динамические эталонные модели, состоящие из ключевых точек тела человека, задействованные при эталонном выполнении спортивных движений, адаптировать упомянутые модели для пользователя в соответствии с антропометрическими параметрами пользователя, принимать распознанные точки тела пользователя при выполнении спортивного движения и сопоставлять их с точками из соответствующих эталонных моделей, на основе этого сопоставления передавать на пользовательское устройство персональные рекомендации по корректировке движений пользователя. Устройство отображения способно демонстрировать пользователю примеры корректного выполнения спортивных движений, которые адаптированы для пользователя в соответствии с антропометрическими параметрами пользователя.
Примеры корректного выполнения спортивных движений могут быть статичными или динамическими. Статические примеры являются изображениями, в том числе, изображениями, которые пошагово демонстрируют выполнение спортивного движения. Динамические примеры являются анимированными трехмерными примерами в виде видеоклипов или последовательностей статичных изображений. Примеры корректного выполнения спортивных движений могут быть заранее подготовлены тренером с использованием бесконтактных сенсорных контроллеров.
Управляющий модуль может выполнять адаптацию примеров корректного выполнения спортивных движений при помощи нейронной сети.
Датчики для распознавания ключевых точек тела пользователя могут быть контактными и бесконтактными. Также в качестве одного из датчиков может быть использована видеокамера, ориентированная на пользователя.
Дополнительно система может включать датчики для контроля движения по меньшей мере одного спортивного снаряда, используемого для отработки двигательных умений и навыков пользователя.
Пользовательское устройство может быть способно возвращать пользователю данные о прогрессе в выполнении двигательных умений, проводить проверку теоретических навыков пользователя и демонстрировать пользователю прогресс в выбранной им программе тренировок.
Дополнительно пользовательское устройство может быть способно возвращать пользователю анимацию выполненных им спортивных движений в ходе тренировки.
Управляющий модуль может хранить теоретические сведения о выполнении спортивных движений и программе тренировок, передавать эти сведения на пользовательское устройство, при помощи которого пользователь может ознакомиться с упомянутыми сведениями.
Краткое описание чертежей
ФИГ.1 иллюстрирует функциональную схему системы развития двигательных умений и навыков пользователя.
ФИГ.2 иллюстрирует схему информационного обмена внутри системы развития двигательных умений и навыков пользователя.
ФИГ.3 иллюстрирует функциональную схему управляющего модуля.
Осуществление изобретение
Под термином «двигательное умение» понимается психический или психомоторный механизм, обеспечивающий осуществление двигательного акта. Двигательный навык представляет собой совершенное и, обычно, автоматизированное умение. Для того чтобы оценить, насколько двигательное умение совершенствуется, в настоящем изобретение предложено проводить сравнение текущего умения пользователя с эталонным. Для этого в ходе тренировочного процесса пользователю демонстрируют примеры выполнения эталонных движений. Каждый упомянутый пример предпочтительно основан на эталонной модели движения, предустановленной заранее для каждого движения, над развитием которого работает пользователь. Предустановленные модели спортивных движений являются совокупностью ключевых точек тела человека, задействованных при выполнении движения.
В соответствии с ФИГ.1, управляющий модуль 101 может быть представлен компьютерным устройством, способным устанавливать связь с мобильным пользовательским устройством 102, датчиками 103, способными распознавать ключевые точки тела пользователя 104, которые задействованы при выполнении пользователем спортивных движений, и дополнительно видеокамерой 105, ориентированной на пользователя 104. В поле зрения пользователя 104 располагается устройство отображения 106. Датчики 103 могут быть как контактными, так и бесконтактными. Контактные датчики 103 могут быть установлены на теле пользователя 104, а бесконтактные датчики 103 - на расстоянии от пользователя 104, не превышающего зону их действия.
Пользователь 104 может посредством мобильного пользовательского устройства 102 ввести свои антропометрические параметры, например, вес, рост, длину ног и рук, другие параметры. Ввод антропометрических параметров 201 может быть осуществлен под наблюдением тренера или куратора тренировочной программы, осуществляющего дистанционное сопровождение пользователя 104. Затем устройство 102 через канал связи, например, сеть Интернет, передает антропометрические параметры 201 (ФИГ.2) на управляющий модуль 101.
1
n
После приема антропометрических параметров 201 управляющий модуль 101 инициирует нейронную сеть 301 (ФИГ.3), на вход которой подаются параметры 201, скрытые слои нейронной сети 301 проводят распознавание адаптирующих коэффициентов k…k (n - количество расстояний между ключевыми точками человека, задействованными при выполнении движений), на выходе сети 301 возвращаются значения коэффициентов для конкретного пользователя 104, чьи антропометрические параметры 201 были введены. Затем управляющий модуль 101 проводит адаптацию 302 динамических эталонных моделей 202 с учетом вычисленных нейронной сетью коэффициентов под особенности конкретного пользователя 104. Динамические эталонные модели 202 представляют собой наборы ключевых точек тела человека, задействованные при корректном выполнении спортивного движения. Модели 202 могут быть созданы с использованием различных контроллеров, распознающих движение человека, например, Microsoft Kinect. Подготовка моделей осуществляется при участии человека, спортивных двигательных умений которого достаточно для того, чтобы получить эталонные примеры выполнения движений. По результатам адаптации 302 формируются примеры корректного выполнения движений 303, адаптированные для пользователя.
Пользователь 104 может выбрать программу тренировки, включающую отработку определенных двигательных движений на устройстве 102. Устройство 102 передает выбор пользователя 104 на модуль 101, откуда загружаются соответствующие примеры выполнения движений, адаптированные под пользователя 104. Примеры выполнения движений, представляющие собой видеоклипы или наборы статических изображений, передаются на устройство отображения 106. При выполнении пользователем 104 движений датчики 103 распознают точки тела пользователя 104, задействованные при выполнении движений. Распознанные точки 203 отправляются на управляющий модуль 101, где осуществляется сопоставление 304 упомянутых точек с точками из примеров выполнения движений 303, адаптированных для пользователя. Расхождения между распознанными точками и точками из примеров выполнения движений фиксируются на управляющем модуле и затем результаты сопоставления направляются на пользовательское устройство 102 в виде персональных рекомендаций 204. Персональные рекомендации 204 могут включать в себя инструкции для пользователя о том, как корректно располагать части тела в пространстве при выполнении спортивного движения, как скорректировать обращение со спортивным снарядом, а также теоретические сведения о правильности выполнения движения. Рекомендации 204 могут быть также воспроизведены на устройстве отображения 106 при отработке движений пользователем 104.
Дополнительно по итогам сопоставления 304 фиксируется прогресс 305 пользователя 104, с учетом которого может быть скорректирована программа тренировки. Прогресс 305 также может быть передан на пользовательское устройство 102. В таком случае пользовательское устройство 102 может быть способно возвращать пользователю 104 данные о прогрессе в выполнении двигательных умений, проводить проверку теоретических навыков пользователя и демонстрировать пользователю прогресс в выбранной им программе тренировок.
Процесс тренировки двигательного навыка дополнительно может быть зафиксирован посредством видеокамеры 105 в виде видеозаписи, сохранен на управляющем модуле и затем воспроизведен пользователю на пользовательском устройстве 102 или на устройстве отображения 106. Видеозаписи затем могут быть использованы для более детального разбора процесса тренировки с пользователем 104 и персональным тренером или куратором тренировочной программы.
При проведении тренировок, связанных с развитием двигательных умений и навыков для игры в теннис, используют примеры корректного выполнения движений, подготовленные тренером с учетом методических рекомендаций, справочников и тренировочных программ, являющихся традиционными для этого вида спорта. К примеру, заранее могут быть подготовлены следующие типы спортивных движений, характерных для игры в теннис: «подача мяча», «прием мяча», «удар справа (форхенд)», «удар слева (бэкхенд)», «удар слета», «удар над головой (смэщ)», «резаный удар (слайс)», «свеча», «укороченный удар». При подготовке динамических эталонных моделей для каждого типа движения, преимущественно используют точки, расположенные на следующих частях тела человека: пятки, колени, ноги, шея, плечи, локти, кисти, глаза, уши. Дополнительно могут быть задействованы точки, расположенные на частях спортивного снаряда: головка, шейка и ручка теннисной ракетки.