Теоретичні відомості. Кінематику рухових дій реєструють оптичними способами

Кінематику рухових дій реєструють оптичними способами. Існує три способи оптичної об'єктивної реєстрації фізичних вправ: стробофотографія, кінограма і відеозапис.

Найпростішим способом об'єктивної реєстрації рухових дій, на наш погляд, є стробофотографія.

Стробофотографія – це зображення на одній фотографії декількох положень спортсмена, який виконує фізичну вправу (рис.4).

Рис.4 – Стробофотографія фізичної вправи

Основним і визначальним недоліком наведеного способу є необхідність фотографування спортсмена у темряві, що практично виключає можливість застосування в умовах змагань або з метою вивчення техніки спортсменів, недоступних нам для лабораторного експерименту (наприклад, професійних спортсменів, які тренуються 3-6 разів на день або просто наших суперників).

Другим недоліком стробофотографії є накладання зображень окремих частин тіла спортсмена та його спорядження одного на одне, що не дозволяє докладно визначити розташування потрібних для біомеханічного аналізу розрахункових точок (наприклад, центрів суглобів, які при виконанні конкретної вправи мало зміщуються, або точок, що знаходяться на світлому фоні і т. ін.). Правда, останній недолік стробофотографії частково усунений при використанні кольорової зйомки, яку отримують шляхом застосування 8-12 фотоспалахів. Спрацьовуючи послідовно, вони освітлюють спортсмена через світлофільтри різного кольору. Кожне зображення спортсмена на стробофотографії отримують різного кольору.

Переваги стробофотографії у широкій доступності, відносній простоті та порівняно низькій вартості обладнання. Окрім того зберігається можливість отримання дуже великої кількості зображень об'єкта зйомки за одну секунду (своєрідний аналог частоти зйомки кінокамерою).

Такі можливості стробофотографії визначають її застосування щодо проведення фундаментальних лабораторних обстежень і вивчення особливостей техніки спортсменів, яких ми готуємо, а також при випробуваннях, удосконаленні чи індивідуальній підготовці спортивного спорядження (особливо у випадках, коли необхідно вивчити короткотривалі процеси).

Найефективнішим для реєстрації швидких рухів – короткочасних взаємодій спортсменів з опорою (відштовхування у легкоатлетичному бігу, взаємодії з гірськолижною трасою, ударів, стрільби з різної зброї та ін.) в умовах тренувань і змагань є кінозйомка. Кінозйомка застосовується для отримання кінокільцівок і виготовлення кінограми.

Кінограма – це послідовні фотографічні зображення тіла спортсмена, який виконує фізичну вправу, видрукувані з негативної кіноплівки (див.рис.3).

Вимоги до кiнограм:

1) негативна плівка;

2) нерухомість кіноапарату відносно об'єкта зйомки;

3) оптимальна відстань до об'єкта зйомки;

4) сувора нумерація кадрів по порядку.

Побутові кінокамери дозволяють знімати з частотою до 60 кадрів за секунду з відстані до 15 метрів, а спеціальні швидкісні кінокамери розраховані на значно більші частоти (від 300 до п'яти і більше тисяч кадрів за секунду) та відстань до 50-70 метрів. Варто додати, що на сьогодні спосіб кінограм – один із найпоширеніших при біомеханічному аналізі більшості фізичних вправ. Він використовується у біомеханічних лабораторіях провідних наукових інститутів та центрів підготовки спортсменів.

Кінокамера (як і відеокамера) повинна бути відносно нерухома, що дозволяє визначити абсолютні значення швидкостей і прискорень руху розрахункових точок тіла спортсмена та спорядження, що нас цікавлять. У певних конкретних ситуаціях (наприклад, плавання, веслування, велосипедний спорт тощо) зйомка проводиться камерою, яка рухається поряд зі спортсменом із заданою наперед швидкістю, створюючи відносну нерухомість. Усі кінокадри в процесі друку відразу ж чітко нумеруються за порядком, позаяк у більшості випадків не можливо визначити часову послідовність виготовлення фотоматеріалів. Відстань до об'єкта зйомки повинна відповідати виду спорту, задачі дослідження та якості апаратури. Необхідно також враховувати й масштабний фактор (зміна розмірів та викривлення зображення при наближенні-віддаленні об'єкта зйомки відносно осі об'єктиву камери), використовуючи довгофокусні об’єктиви, а також необхідний спортсмену простір для виконання вправи і характер здійснення дій та ін. Наприклад, зйомка боротьби, боксу, вправ на гімнастичних снарядах і т. ін., може відбуватися з 5-10 метрів; стрільба, веслування або інших вправ на спеціальних тренажерах – з меншої відстані (до 1-2 метрів); зйомка бігу, стрибка у довжину, виконання окремих технічних прийомів у спортивних іграх, повинна здійснюватися з більшої відстані (інколи до 20-30 метрів), що вимагає використання високоякісної апаратури та кіноматеріалів.

Кількість камер та їх розташування відносно об'єкту зйомки залежать від характеру рухових дій. Якщо всі точки тіла спортсмена рухаються у паралельних площинах, достатньо однієї камери. Для фізичних вправ, при виконанні яких відбувається переміщення тіла до і від камери або повороти довкола вертикальної осі, варто встановлювати дві камери (наприклад, збоку, спереду чи ззаду або збоку і зверху). Для плавання та веслування одна із камер повинна знімати надводну частину вправи, а друга – підводну. Заслуговує на увагу ідея зйомки трьохплощинних рухових дій однією камерою, у полі зору якої вставлене дзеркало (дзеркала), що дає зображення об'єкта в інших площинах (наприклад, дзеркало встановлене вгорі під кутом 45 градусів для одночасної зйомки видів збоку і згори).

Кінограма є основним документом для виготовлення біокінематичної схеми і визначення значень координат розрахункових точок тіла спортсмена при виконанні фізичної вправи.

На сьогодні найпопулярнішим об'єктивним способом реєстрації фізичних вправ є відеозапис з наступним покадровим переглядом відзнятого матеріалу на відеомоніторі або телеприймачі. Відеотехніка з успіхом застосовується в умовах тренувань і змагань у багатьох видах спорту: гімнастиці, фігурному катанні, плаванні, лижному спорті, у спортивних іграх та єдиноборствах, синхронному плаванні, веслуванні, стрибках у воду, а також у деяких видах легкої атлетики і т. ін. Єдиним недоліком способу, що обмежує його широке застосування, є відносно невисока максимальна частота стоп-кадрів, що не дозволяє отримати на відеомоніторі зображення спортсменів частіше ніж 25 разів за секунду, чого у багатьох конкретних випадках явно недостатньо. Цей недолік зумовлений конструктивними особливостями всіх доступних нам відеокамер, а спеціальна апаратура, яка дозволяє збільшити число стоп-кадрів за секунду, дуже складна і серійно не виготовляється.

Переваги способу – простота організації зйомки, зручність зберігання та обробки інформації, безпосередній контроль відзнятого матеріалу на моніторі.

Недоліки способу – недостатня максимальна частота стоп-кадрів (переважно 25 за секунду) та необхідність використання для обробки інформації відеокомп'ютерного комплексу.

При вивчені спортивної техніки необхідно визначати не лише положення центра мас тіла, але й відносне взаємного розташування окремих біокінематичних пар біоланок і ланцюгів, а також обчислити кінематичні характеристики (траєкторії, швидкості і прискорення) розрахункових точок тіла спортсмена.

Розрахункові точки – це певні точки на тілі спортсмена або спортивному спорядженні, завдяки яким можна виконати кінематичний аналіз руху тіла та оцінити техніку виконання фізичної вправи. Такими точками, як правило, є: центри мас голови, кисті, стоп або центри суглобів: плечових, ліктьових, променево-зап'ясткових, кульових та гомілковостопних. Для аналізу спеціальних вправ як розрахункові можуть бути використані інші точки окрім вище перерахованих, а саме: кінчики пальців у плаванні, суглоби пальців у стрільбі, точки на спортивному спорядженні (зброя, лижні палиці, лижі, ковзани, м'яч, спис тощо).

За таблицею координат будують біокінематичну схему – схематичне зображення на одному аркуші паперу послідовних положень тіла спортсмена (його розрахункових точок) сполучених у біокінематичні ланцюги (рис.5).

Біокінематичні схеми дуже зручні для якісного аналізу техніки та процесу навчання спортсменів. Вони подібні до стробофотографій, проте, незважаючи на порівняно вищу складність їх отримання, вигідно відрізняються від них: рисунок не затемнений зайвими елементами, чого складно уникнути при виготовленні стробофотографії.

Оцінка техніки виконання фізичних вправ передбачає порівняння її біомеханічних характеристик з модельними. Для цього розраховують параметри траєкторії динаміки розрахункових точок, їх швидкості, прискорення, часовий ритм вправи, положення центрів мас, сили інерції та багато інших характеристик зареєстрованої вправи.

Для таких вправ варто скласти характерну розрахункову біокінематичну схему або план рухової системи, яка визначає біокінематичну структуру тої чи іншої конкретної рухової дії.

Рис.5 – Біокінематична схема бігу

На біокінематичній схемі повинно бути зображено лише ті біоланки та розрахункові точки, які необхідні для визначення переміщення, швидкостей і прискорень руху потрібних частин тіла спортсмена. Тому руховий апарат спортсмена зображається на схемі у вигляді біоланок, з'єднаних між собою біокінематичними парами.