ПРОГРАММА МЕСТА ТЕЛА СПОРТСМЕНА

В ФИЗИЧЕСКОМ УПРАЖНЕНИИ

Лабораторная работа 1.2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРАЕКТОРИИ ОБЩЕГО ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ТЕЛА

Цель занятия: овладеть аналитическим методом определения общего центра тяжести (ОЦТ) тела спортсмена и его траектории в исследуемой фазе физического упражнения.

Теоретические сведения

Движения спортсмена в физических упражнениях целенаправленны и выполняются в соответствии с программой, называемой программой положения тела (см. рис. 1.2.1).

Рис. 1.2.1

Составной частью программы положения тела является программа места, описывающая закономерность, в соответствии с которой с течением времени перемещается ОЦТ тела при выполнении упражнения ОЦТ тела – это точка на теле спортсмена или вне его, к которой приложена равнодействующая сила тяжести всех звеньев тела.

Важной характеристикой программы места является траектория ОЦТ тела – линия, представляющая собой воображаемый след, который оставляет ОЦТ тела, перемещающийся в ходе физического упражнения.

Каждое звено тела спортсмена имеет свой собственный центр тяжести (ЦТ), который расположен на продольной оси ближе к проксимальному (как правило, более массивному) концу звена. Например, ЦТ бедра располагается на его продольной оси с некоторым смещением от середины бедра в сторону тазобедренного сустава, ЦТ туловища – в сторону шейного отдела позвоночника.

Положение ОЦТ системы, состоящей из нескольких тел (звеньев) можно определить аналитически. Для двух жестко связанных между собой звеньев положение ОЦТ определяется следующим образом.

Рис. 1.2.2

На рис. 1.2.2 определена схема, изображающая систему из двух звеньев в виде шаров, имеющих веса p₁ и p₂ , приложенные к их центрам. Звенья жестко соединены друг с другом тонким невесовым стержнем. В плоской прямоугольной системе координат xОy центры звеньев имеют координаты: звено с весом p₁ – координаты (x₁, y₁) а звено с весом p₂ – координаты (x₂, y₂). В этом случае ОЦТ системы двух этих звеньев будет находиться в некоторой точке с координатами (Х, Y). Если в точку расположения ОЦТ подвести опору и приложить силу F, направленную противоположно силам тяжести звеньев p₁ и p₂ и равную по величине их сумме p₁+ p₂, то система окажется в равновесии, при котором имеет место равенство моментов сил, один из которых вращает рассматриваемую систему по часовой стрелке, а второй – в противоположном направлении:

p₁(Х – x₁) = p₂(x₂ – Х). (1.2.1)

Пользуясь выражением (1.2.1), определим координату Х ОЦТ системы двух звеньев:

p₁Х – p₁x₁ = p₂x₂ – p₂Х

p₁Х + p₂Х = p₁x₁ + p₂x₂

X(p₁ + p₂) = p₁x₁ + p₂x₂

(1.2.2)

Формула (1.2.2) позволяет аналитически определить положение ОЦТ системы из двух жестко связанных между собой звеньев. Для системы, состоящей из n звеньев, координата Х будет определяться по формуле:

Х , (1.2.3)

где Х – координата ОЦТ системы из n звеньев, p_i – вес i-го звена; x_i – координата ЦТ i-го звена; Р – вес всех вместе взятых звеньев системы.

Если систему из двух звеньев, размещенную в системе координат xOy (см. рис. 1.2.2), повернуть вместе с этой системой координат по часовой стрелке или против нее на 90º, то очевидно, что положение ОЦТ на соединяющем звенья стержне не изменится. В этом случае, по аналогии с формулой (1.2.3), координата Y ОЦТ системы, состоящей из n жестко связанных друг с другом звеньев, определяется по формуле:

Y . (1.2.4)

Пользуясь формулами (1.2.3) и (1.2.4), можно рассчитать координаты Х и Y ОЦТ тела спортсмена во всех позах, предоставленных видеосъемкой и отображающих отдельные моменты исследуемой фазы физического упражнения. Используя реализованные в специальных компьютерных программах, в частности в Excel, математические методы построения кривых по точкам, заданным своими координатами, можно получить с высокой степенью точности приближенную траекторию ОЦТ тела в рассматриваемой фазе физического упражнения.

Порядок выполнения работы

Подготовка материала к работе.

1.1. Выбрать видеоматериал для биомеханического исследования:

· Открыть папку «D/Биомеханика/Видео для биомеханического анализа».

· Просмотреть имеющиеся в папке файлы и выбрать, согласовав с преподавателем, видеозапись спортивного движения.

Выбор видеозаписи двигательного действия может также быть осуществлен по результатам специально проведенной студентом высокоскоростной видеосъемки в ходе выполнения предыдущей лабораторной работы.

1.2. Запустить программу Photoshop CS4.

1.3. В строке меню выбрать опцию «Файл – импортировать – кадры видео в слои».

1.4. В открывшемся окне найти выбранную ранее видеозапись двигательного действия.

1.5. Просмотреть видеозапись на малом экране, находящемся в активном окне и, консультируясь с преподавателем, выбрать фрагмент для последующего биомеханического исследования.

1.6. Используя полосу прокрутки малого экрана, с помощью мыши при нажатой левой клавише, переместить движок воспроизведения к началу выбранного фрагмента.

1.7. Не отпуская левую клавишу мыши нажать кнопку Shiftипротянуть движок от начала до конца выбранного видеофрагмента. Отпустить нажатые клавиши.

1.8. Установить необходимое для исследования время между соседними кадрами. Для этого в соответствующем окне следует указать промежутки между загружаемыми кадрами. В частности, следует иметь в виду, что при исходной частоте съемки 300 кадров в секунду, вводя указание загрузки каждого 10 кадра, мы будем иметь временной интервал между загружаемыми кадрами равный 10/300 или 1/30 секунды (~0, 03 с).

1.9. Нажав кнопку Оk, загрузить видеофрагмент в программу Photoshop CS4.

1.10. Создать в каталоге диск D/Биомеханика/Студент папку своей группы – например «Группа № 224»

1.11. В папке своей группы создать папку под своей фамилией – например «Никитушкин Сергей»

1.12. В своей папке создать папку «Программа места»

1.13. Сохранить полученный видеофрагмент в папке «Программа места» под названием «Видеограмма» (дискD/Биомеханика/Студент/Группа /Ф.И.О./Программа места). Видеофрагмент сохранится как многослойный файл в формате поддерживаемом Photoshop CS4.

Определение положения ОЦТ.

2.1. Загрузить файл «Видеограмма» в программу Photoshop CS4.Для визуализации последовательно расположенных слоев (если она не происходит автоматически) необходимо открыть в меню «Окно» палитру «Слои», установив флажок напротив опции.

2.2. Сделать видимым первый кадр видеограммы. Это достигается устранением изображения глаза напротив всех слоев видеограммы кроме первого.

· Навести курсор мыши на изображение глаза и при нажатой клавише Alt нажать левую клавишу мыши.

2.3. Используя палитру «Навигатор» (если она невидна, открыть меню «Окно» и установить флажок на палитре «Навигатор»), перетягивая соответствующий движок, увеличить первый кадр видеограммы до удобного размера.

2.4. Активировать программу «RasChT.exe», находящуюся в каталоге «D/Биомеханика».

2.5. Перемещая движок окна программы «RasChT.exe», сделать его полупрозрачным.

2.6. Перемещая окно программы «RasChT.exe» наложить его на изображение первого кадра видеограммы.

2.7. Используя меню «Настройка» программы «RasChT.exe» занести в соответствующее окно вес спортсмена в ньютонах, после чего следует закрыть меню «Настройка».

2.8. Отметить на теле спортсмена основные суставы и характерные точки:

· Навести курсор на название звена тела «ЦТ головы».

· Щелчком левой клавиши активизировать считывание координат.

· Навести курсор на ЦТ головы (область уха).

· Щелчком левой клавиши отметить положение указанной точки (на экране должно появиться изображение точки).

Аналогичным образом последовательно (так как они приведены в окне программы «RasChT.exe») отметить все остальные суставы и точки тела спортсмена, придерживаясь следующих правил:

· Точки-маркеры следует ставить по центру суставов, при маркировке головы и кистей – по центру звена, при маркировке стоп отмечать крайние точки на пятках и носках.

· Не следует повторно активировать список при маркировке каждой следующей точки, поскольку при активации точки «ЦТ головы» активировался весь список.

· Обязательно соблюдать последовательность маркировки точек и звеньев указанную в списке.

2.9. Активируя с помощью мыши клавишу «Расчет», определить положение ОЦТ тела спортсмена для рассматриваемого кадра.

2.10. Нанести изображение ОЦТ на рассматриваемый кадр:

· Активировать окно программы Photoshop CS4 и проверить, чтобы слой (кадр), на который следует нанести положение ОЦТ, был активным.

· Выбрать мышью из списка, находящегося слева от изображения рассматриваемого кадра, инструмент «Кисть».

· Задать параметры кисти (диаметр, цвет, жесткость).

· Перейти в программу «RasChT.exe» и навести курсор на изображение ОЦТ в окне программы.

· Не сдвигая курсор мыши, при нажатой клавише Alt клавишей Tab, возвратиться в программу Photoshop CS4.

· Щелчком мыши нанести на изображение положение ОЦТ.

2.11. Установив флажок (в виде глаза), сделать видимым слой с изображением следующего кадра.

2.12. Активировать данный слой, щелкнув левой клавишей мыши в окне «Слои» справа от рассматриваемого изображения.

2.13. Проделать операции, описанные в п. 2.6 – 2.10.

2.14. Аналогичным образом нанести изображение ОЦТ на другие кадры видеограммы.

Построение траектории.

3.1. Сделать видимым первый кадр видеограммы, убирая флажки в виде глаза в окне «Слои» во всех остальных кадрах видеограммы.

3.2. Активировать первый кадр щелчком мыши справа от его изображения в окне «Слои».

3.3. Установив флажок в форме глаза на второй кадр видеограммы, сделать его видимым.

3.4. Активировать инструмент «Кисть», навести курсор на ОЦТ второго кадра и щелчком мыши нанести изображение ОЦТ. Это изображение попадет на первый кадр, поскольку он активизирован в данный момент.

3.5. Проделать операции, описанные в п. 3.3 – 3.4 для остальных кадров видеограммы. Меняйте цвет кисти при изменении фазы упражнения.

3.6. Сделать видимым первый кадр видеограммы (убирать флажки в виде глаза свыше расположенных слоев), на котором проявится изображение траектории. В различных фазах упражнения траектория будет окрашена в свой цвет.

3.7. Сохранить полученный видеоматериал (используя функцию Adobe Photoshop CS4 «Сохранить как») в папке «Программа места» (диск D/Биомеханика/Студент/Группа/Ф.И.О.) под названием «Траектория ОЦТ тела спортсмена».

Лабораторная работа 1.3

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒