Методика визначення біомеханічних показників з допомогою самого персонального комп'ютера

Методика визначення біомеханічних показників з допомогою персонального комп’ютера

С появою персональних комп’ютерів, і програмних засобів складаються змогу використання у процесі, зокрема у курсу «Біомеханіка » .

Определение біомеханічних показників здійснювалось за результатам відеозйомки бігу. Відеозйомка проводилася за методиці, описаної на роботах [3, 5, 7]. Відеокамера встановлювалася в розквіті 140 див, відстояла від лінії руху спортсмена на відстані 22 метрів. Використовувалося додаткове висвітлення. На однієї половині тіла в характерних точках спортсмена устанавлива лисій маркери розміром 3×3 див. Усього 6 штук. Вимірювалося відстань між маркерами: від нижнього краю одного до нижнього краю іншого; визначалися вагу, зростання спортсмена. Матеріали відеозйомки були перетворені на цифровий вигляд і отримані відеокадри уведено підрозділи до персональний компьютер.

Методика розрахунку біомеханічних показників полягає в розроблену ним методику аналізу фотоі киноматериалов [2, 5] з декотрими изменениями.

Координаты характерних точок атлета визначаються з допомогою програми Photoshop [6]. Зображення видеокадра збільшується, доводячи розміри лінійок осей координат до ціни розподілу щонайменше 1 мм. Курсор як перекреста ліній поєднується з кордонами маркера і з точці перетину ліній курсору визначаються координати характерних точок спортсмена (x; у).

Значения координат заносять у електронні таблиці Excel [4].

Промер абсолютного руху спортсмена будується з допомогою або програми AutoCad [1], або програми Photoshop [6].

Для отримання просторово-часових характеристик руху розраховується довжина кожного ланки тіла спортсмена по формуле:

, (1).

где Lв — довжина ланки по видеокадру, х1 — абсциса проксимального кінця ланки, х2 — абсциса дистального кінця ланки, у1 — ордината проксимального кінця ланки, у1 — ордината дистального кінця звена.

Вычисляется масштаб відеозйомки кожному за звена:

, (2).

где М — масштаб відеозйомки ланки, Lc — довжина ланки спортсмена, Lb — довжина ланки по видеокадру.

Затем розраховується середній масштаб для руками і ноги:

, (3).

где МСР.1 — середній масштаб руки.

, (4).

где МСР.2 — середній масштаб ноги.

Линейная швидкість руху руки, ноги розраховуються по формулам: по осі Х:

, (5).

, (6).

где t — час зйомки одного кадру, яке обчислюється как:

, (7).

где vbшвидкість відеозйомки по осі У:

(8).

(9).

. (10).

На підставі даних лінійної середньої швидкості визначається лінійне ускорение:

. (11).

Для визначення кутовий швидкості і кутового прискорення будується полярна система координат і обчислюється довжина відрізків, наприклад, вісь плечового суглоба — вісь лучезапястного суглоба, плечо-центр Землі тощо. за такою формулою (1).

Угол визначається как.

, (12).

где, наприклад (рис.1).

.

Рис. 1.

A — вісь лучезапястного суглоба, У — вісь плечового суглоба, З — центр Землі, а — довжина відрізка ЗС, в — довжина відрізка АС, з — довжина відрізка АВ.

Угловая швидкість розраховується как.

. (13).

Угловое прискорення как.

. (14).

Временные характеристики таких показників, як час опори, час польоту, час кроку, темп руху, кроковий ритмічний коэффициет, обчислюються по загальноприйнятої в биомеханике методике.

Длина кроку визначається розрахунковим шляхом по координатам від часу постановки ноги на грунт (шкарпетку стопи) досі постановки ноги на грунт після перенесення (початок стопи) по формулі (1). Потім отримане значення збільшується на середній масштаб ноги.

Общий центр тяжкості тіла обчислюється одній половини видимої частини тіла спортсмена з урахуванням даних сегментів: ½ голови, ½ тулуба, плече, передпліччя, стегно, гомілка, стопа — за прийнятою в биомеханике методиці. Проте абсциса і ордината центру ваги ланки визначалися розрахунковим шляхом виходячи з значень координат.

Абсцисса центру ваги звена:

, (15).

. (16).

ордината центру ваги звена:

, (17).

где a (x; y) — координати, наприклад осі плечового суглоба, b (x; y) — координати, соответствен але, осі ліктьового суглоба, ab — довжина ланки, у разі плеча, ас — відносне відстань центру ваги ланки (у разі плеча) з його проксимального кінця (рис.2).

.

Рис. 2.

Таким чином, використовуючи що у час програмні кошти, зокрема Photoshop, Auto Cad, Excel, можна розрахувати біомеханічні показники спортивного руху (просторові, пространственно-вре менные, тимчасові, визначити загальний центр тяжкості тіла спортсмена), уявити матеріал в цифровому, графічному вигляді, збільшити кількість і швидкість обробки видеокадров, отримати повну інформацію про кількісної структурі движения.

Характеристика персонального комп’ютера: Pentium II 350 МГц 32Мб HDD 2,01Гб. Монітор Nokia 449X 800×600.

Список литературы

1. Auto Cad. Практичне керівництво /Э.Т. Романычева, Т. М. Сидорова, С. Ю. Сидоров. М., 1997. — 480 з.

2. Біомеханіка /В.Р. Дановский, Г. А Коновалов Омськ, 1989. — 24 с.

3. Годик М. А. Спортивна метрологія. М., 1988. — 192 с.

4. Колесников А. Excel 97. Київ, 1997. — 528 с.

5. Практикум з біомеханіки /Під ред. І.М. Козлова. — М., 1980. — 120 с.

6. Роуз До. Adobe Photoshop 5 /Пер. з анг. М., 1999. — 400 с.

7. Селуянов В. М., Аиед Берхаием. Биомеханизм в якості основи розвитку теоретичної біомеханіка рухової діяльності. М., 1997. — 82 с.

8. Н.І. Санникова Методика визначення біомеханічних показників з допомогою персонального компьютера.