СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИКИ ГРЕБЛИ НА БАЙДАРКАХ НА ОСНОВЕ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ГРЕБКА
METHOD OF EVALUATING THE TECHNIQUE OF ROWING ON KAYAKS ON THE BASIS OF CONTACTLESS DETERMINATION OF THE SPATIAL STRUCTURE OF THE STROKE

Изобретение относится к области спорта, а именно к способам оценки качества гребковых движений в целях повышения спортивного результата в гребле на байдарках.
Гребная локомоция происходит в гидродинамической среде, поэтому существенная смысловая часть гребка - подводная траектория движения лопасти - остается недоступной для визуального тренерского анализа.
Известно изобретение [патент WO №2016144208, кл. В63В 35/79, 09.03.2016, А.П. Кирпичников, ООО «Автекс», «Малоразмерное плавательное средство, преимущественно плавательная доска или лодка, выполненное с возможностью обзора подводного пространства»], позволяющее с помощью видеотехнологий просматривать пространство под водой.
Недостатком известного изобретения является необходимость видеокамер, расположенных на поверхности плавательного средства или буксируемых под водой, которые будут создавать существенное дополнительное гидродинамическое сопротивление и снижать спортивный результат.
Известно решение [патент US 20050064774, кл. В63В 35/79, 24.03.2005, G. Guerry, S. Marsea «Transparent surfboard with shark locating and repelling system»], в котором описано малоразмерное плавательное средство, а именно плавательная доска, имеющая прозрачный элемент с целью визуального обзора подводного пространства.
Недостатком известного решения является искаженное восприятие подводного пространства ввиду преломляющих особенностей прозрачного элемента и водной среды, необходимость внесения конструктивных изменение в спортивное судно, а также отсутствие возможности фиксировать биомеханические параметры гребка.
Известен способ [патент РФ, кл. G01C 11/00, 24.04.2000, Сибирский научно-исследовательский и производственный центр геоинформации и прикладной геодезии, В.И. Юрченко, «Способ бесконтактного определения пространственных координат точек объекта»], который содержит вариант нахождения координат по фотографическим снимкам.
Недостатком предложенного способа является его применимость только к неподвижным объектам в строительстве, архитектуре и медицине и невозможность его использования, когда объект находится в движении, а также в случае, если часть объекта скрыта под водой.
В области спорта известен способ [патент РФ №2399401, кл. А63В 69/12, 20.09.2010, бюл. №26 ФГОУВПО «Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма», Н.Г. Скрынникова, А.И. Погребной, А.А. Аришин, «Способ оценки техники гребковых движений рук при плавании кролем»], который содержит способ оценки техники плавания, основанный на боковой подводной видеосъемки пловца.
Недостатком данного способа при использовании в гребле является невозможность проведения подводной видеосъемки в гребле ввиду мутной воды гребных каналов и сложности прогнозирования места гребка. Кроме того, биомеханический анализ сложного пространственного движения, основанный на съемке одной камерой, является малоинформативным.
Наиболее близкий аналогом заявленного изобретения является способ изучения техники гребковых движений с помощью видеокамер и последующей пространственной реконструкции с применением программного приложения [Методика пространственной реконструкции подводной траектории движения весла как основа теоретических и прикладных исследований в гребном спорте / А.А. Померанцев. - Липецк: ФГБОУ ВПО «ЛГПУ», 2012. - 184 с.: ил.].
Недостатком предложенного метода является необходимость предварительного крепления к веслу дополнительной конструкции в виде антенны, используемой для регистрации движения весла вокруг собственной оси вращения. Данная конструкция воспринимается спортсменами как нежелательная, негативно влияющая на спортивный результат.
Изобретение направлено на устранение этих недостатков и позволяет определять, фиксировать и анализировать пространственно-временные параметры гребка в трехмерном пространстве на бесконтактной основе, не внося конструктивных изменений в весло и не создавая помех для движений гребца.
Это достигается креплением к двухлопастному байдарочному веслу светоотражающих меток, служащих для оценки поступательных и вращательных движений весла в трехмерном пространстве (включая вращение вокруг собственной оси). Главное требование к разметке и количеству меток является одновременная видимость хотя бы одной из них при съемке двумя видеокамерами. Разметка весла показана на фиг. 1.
Движение весла фиксируется двумя перпендикулярно ориентированными скоростными камерами с частотой съемки не менее 250 кадров в секунду, оснащенными длиннофокусными объективами для минимизации перспективного искажения. Схема расположения видеокамер и движение лодки во время съемки поясняются на фиг. 2. Оба видеоряда записываются и сохраняются на компьютерном носителе.
Пространственные координаты меток весла определяются инструментально относительно точки отсчета №13 (центр весла). Кроме этого, определяется и фиксируется индивидуальный угол разворота двух лопастей относительно друг друга.
При анализе видеосъемки заранее известные линейные параметры лодки используются как тест-объект с известными линейными характеристиками, позволяющий определить масштаб соответствия размеров изображения на экране в пикселях и реальных линейных размеров. При анализе видеоряда камеры №1 определение масштаба происходит единожды, а при анализе видеоряда камеры №2 - рассчитывается масштаб для каждого кадра, чтобы учесть изменения размеров приближающегося объекта.
Съемка камерой №1 позволяет получить координаты точек №11 и №12 в плоскости Оху, съемка камерой №2 - координаты тех же точек в плоскости Oyz.
Используя момент касания лопастью воды, осуществляется синхронизация двух видеорядов и определяются пространственные координаты точек №11 и №12, а также одной наиболее заметной метки надводной лопасти. В качестве наиболее информативных меток для определения вращения весла вокруг собственной оси, принимаются метки, максимально отставленные от оси древка весла №2, №4 или №7, №9, остальные метки используются как резервные.
Принимая во внимание жесткость конструкции весла и неизменность его линейных размеров и основываясь на заранее известных координатах меток относительно центра весла, методом линейной экстраполяции и поворота осей координатной системы на каждом кадре определяются координаты всех меток погруженной лопасти. При реконструкции траектории движения лопасти под водой учитываются угол разворота лопастей относительно друг друга и угол поворота лопасти вокруг собственной оси.
На основании имеющегося массива пространственных координат точек лопасти для каждого кадра осуществляется визуализация гребка с целью дальнейшей оценки и коррекции техники. Пример реконструкции гребка Мастера спорта международного класса представлен на фиг. 3. Массив пространственных координат также позволяет выявить следующие важные для тренера характеристики: глубину и длину гребка, смещение весла, углы поворота, траекторию движения, скорость движения весла, углы атаки в каждый момент времени, длительность фаз гребка и ритм гребка.
К технико-экономическим преимуществам предлагаемого способа относится то, что нет необходимости крепить к веслу датчики или дополнительные конструкции, а весь анализ строится на бесконтактном оптическом способе.