Использование видеокамеры для получения количественных измерений при тренировке гибкости на расстоянии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование видеокамеры для получения количественных измерений при тренировке гибкости на расстоянии

Исаева О.Л.¹, Киселева Е.С.¹, Конурина А.А.¹, Гудошник Е.Э.¹

¹ФГБОУВО «Югорский государственный университет», Ханты-Мансийск

В последнее время набирает популярность интернет-поддержка здоровья. Наиболее востребованными видами помощи онлайн являются аудио- и видеоконсультации и консультирование при помощи текстовых сообщений. В условиях самоизоляции люди малоподвижны. Поэтому растет необходимость проведения онлайн лечебной физкультуры. Однако получаемые рекомендации могут быть субъективны из-за отсутствия количественных характеристик. Цель нашего исследования заключается в разработке методики дистанционного проведения измерений гибкости. Поддержание хорошей гибкости особенно актуально для женщин второго взрослого периода 35-55 лет из-за возрастных изменений. В настоящее время практически у всех есть ноутбуки, смартфоны. Гаджеты снабжены видеокамерами. Проведение дистанционных измерений возможно посредством видеокамеры. Результаты прохождения тестов фиксируются на камеру телефона. Одновременно результаты фиксируются классическим способом - с помощью рулетки. Обработка результатов производится с помощью программного комплекса ImageJ (Fiji). Предполагается оценить гибкость позвоночника, используя фотографическое изображение испытуемого, проходящего тест наклона вперед из положения сидя, с использованием программного комплекса ImageJ (Fiji). Проведены тесты для качественной оценки подвижности позвоночника. Во всех случаях сравнивали результаты, полученные классическим методом и дистанционным. Все полученные измерения совпадали с точностью до 0,001 см. Методика позволяет более детально подходить к анализу допущенных ошибок при выполнении упражнений, что позволит улучшить результаты тренировок. Условием для применения методики является наличие видеокамеры в ноутбуке (или смартфоне). Результаты можно применять для дистанционной диагностики физического состояния пациентов, могут способствовать развитию систем машинного обучения и искусственного интеллекта. метод пилатеса гибкость интернет

Ключевые слова: метод Пилатеса, измерение гибкости, интернет-поддержка здоровья.

USING A VIDEO CAMERA TO OBTAIN QUANTITATIVE MEASUREMENTS FOR DISTANCE FLEXIBILITY TRAINING

Isaeva O.L.¹, Kiseleva E.S.¹, Konurina A.A.¹, Gudoshnik E.E.¹

¹FGBOU VO "Ugra State University", Khanty-Mansiysk

Фитнес играет ведущую роль в оздоровлении населения. Однако на постоянной основе в процессе оздоровительной тренировки задействовано не более 10% граждан Российской Федерации [1].

Среди женщин наиболее востребованы оздоровительные занятия по методу Дж. Пилатеса. Доказано положительное влияние занятий по методу Пилатеса на сердечнососудистую, дыхательную систему, развитие силы, выносливости, на укрепление мышц спины и живота [2]. 70% упражнений в пилатесе выполняются лежа. Это позволяет минимизировать нагрузку на позвоночник и суставы [3].

Кроме того, занятия по методу Пилатеса не требуют специально оборудованного тренировочного места, поэтому подходят для самостоятельного занятия в домашних условиях женщинами старшего возраста, у которых не хватает времени или финансовых возможностей на посещение спортивных клубов. В последнее время набирает популярность интернет-поддержка здоровья. Наиболее востребованные виды помощи онлайн - аудио- и видеоконсультации и консультирование при помощи текстовых сообщений [4; 5]. В условиях самоизоляции люди малоподвижны. Поэтому растет необходимость проведения онлайн физических занятий. Однако получаемые рекомендации могут быть субъективны из- за количественных характеристик.

Цель нашего исследования заключается в разработке методики дистанционного измерения гибкости с использованием видеокамеры.

Задачи:

1) произвести пространственную калибровку видеокамеры;

2) провести стандартные упражнения на гибкость;

3) сравнить результаты общей гибкости в экспериментальной и контрольной группах;

4) сравнить результаты измерений по стандартной методике с результатами, полученными с помощью видеокамеры.

Методика и техника эксперимента

Для пространственной калибровки (рис. 1 а, б) видеокамеры использовали две масштабные линейки с крупным шрифтом. На линейках нанесены деления от -20 до +20 сантиметров. Калибровочные снимки делают как при горизонтальном, так и вертикальном положениях линеек. Отработку деталей методики проводили с картонным макетом, имитирующим кисти рук человека. Для остальных экспериментов потребовалось следующее оборудование: коврик для фитнеса, рулетка, гимнастическая скамья, штатив для телефона, смартфон Redmi 6 (операционная система Android 8.1 Oreo) с фронтальной камерой 12 Мп.

Для сравнения результатов измерений по стандартной методике с результатами, полученными с помощью видеокамеры, использовали картонный макет, имитирующий кисти рук человека. Анализ изображений осуществляли в свободно распространяемой программе с открытым исходным кодом ImageJ (Fiji).

Указанный макет был поставлен на скамью. Крайние точки макета, имитирующие кончики пальцев рук, совмещены с нулевым значением горизонтальной линейки (r=0). Телефон на штативе выставлен параллельно скамье (угол поворота телефона а=0) на расстоянии 2 метров от нее, на высоте 25 см от пола. Значения параметров положения макета фиксировались на магнитно-маркерной доске соответствующими буквенно-цифровыми символами.

Как известно, объективы искажают перспективу сцены. Широкоугольные объективы увеличивают объект, а теле- и фотообъективы сжимают размеры объекта. Поэтому нужно обязательно выяснить допустимую область визирования. Для этого производят измерения с разным расположением объектива телефона относительно параллельной ему области измерений. Телефон устанавливают на штативе. В исходном положении проекция объектива камеры телефона совмещена с нулевым делением горизонтальной линейки. Получают фотографический снимок, на котором очевидно соответствие положения крайних точек макета нулевому значению на горизонтальной линейке.

Далее положение скамьи с макетом смещалось в горизонтальном направлении вправо и влево от исходного положения с шагом 25 см. Каждое положение фиксировалось камерой телефона с помощью фотографического снимка. При этом положение штатива не менялось, плоскость телефона и плоскость измерений оставались параллельными. Взаимоположение объектива и области измерений считаются допустимыми до тех пор, пока отклонение от измерений стандартным методом несущественно (рис. 1 в).

Рис. 1. Пространственная калибровка видеокамеры: а) по масштабной линейке; б) по известному расстоянию; в) определение ширины области пространства, внутри которой можно производить измерения

Увеличение или уменьшение расстояния между плоскостью измерения и местом дислокации видеокамеры требуют пространственной рекалибровки. В условиях массовых тренировок, проводимых дистанционно, в качестве известной величины может выступать любая часть тела известного размера. Например, длина руки от локтевого сгиба до кончика среднего пальца. При сравнении фактической длины руки участника эксперимента, измеренной рулеткой (44,50 ±0,05 см), с результатами дистанционных измерений с помощью видеокамеры, отклонения проявились только в тысячных - 44,503 см. Таким образом, становится очевидной перспектива применения видеокамеры для получения дистанционно количественных оценок гибкости.

Для прохождения первых тестов используется деревянная скамья с зафиксированными на ней с противоположных фронтальных сторон линейками для горизонтального и вертикального измерения результатов. При этом нулевое значение горизонтальной измерительной линейки совмещается с ребром торца скамейки, нулевое значение вертикальной линейки совмещается с верхней границей горизонтальной плоскости скамейки. Скамейка устанавливается на тренировочном коврике, выставляется камера. Телефон закрепляется на штативе строго параллельно скамейке на расстоянии 2 м от нее, на высоте, соответствующей проводимым измерениям. Объектив камеры телефона совмещается с нулевым делением горизонтальной линейки для теста из положения сидя; при развороте скамьи на 180 градусов для теста из положения стоя - по центру (по горизонтали) вертикальной линейки. В ходе проведения тестов положение камеры не меняется. Выбор расстояния удаленности камеры от скамейки определен эмпирическим путем и обусловлен оптимальным соотношением видимости делений измерительной линейки и всего тела человека, проходящего тестирование из положения сидя.

В эксперименте измерения гибкости позвоночника приняли участие две группы женщин 35-50 лет по 10 человек каждая. Средний возраст экспериментальной группы женщин, занимающихся на регулярной основе по методу Пилатеса, составил 42,6 года, в экспериментальной группе женщин, не занимающихся физической активностью - 41,4 года. Показателем общей гибкости индивида является индекс (Н), вычисляемый как частное от деления величины прогиба (h) на усеченную длину тела (L) [6]:

H=h/L, (1)

где H - индекс гибкости;

h - расстояние от вертикальной стенки до крестцовой точки испытуемого;

L - длина тела до седьмого шейного позвонка.

Общая гибкость представляет собой степень подвижности всех суставов в теле человека [7]. Она позволяет совершать движения с наибольшей амплитудой. Проведено несколько тестов (рис. 2) на определение гибкости.

1. Тест «Наклон вперед из положения сидя на полу с прямыми ногами».

Участник выполняет испытание (тест) в спортивной форме, позволяющей определить выпрямление ног в коленях (шорты, легинсы), без обуви. Наклон выполняется из положения сидя на гимнастическом коврике с прямыми ногами в коленях и вертикально расположенными ступнями ног. При выполнении испытания (теста) участник выполняет два предварительных наклона вперед, скользя пальцами рук (кисти рук вместе) вдоль туловища. При третьем наклоне участник максимально сгибается и фиксирует результат в течение 2 секунд [8].

Рис. 2. Процедура тестов на гибкость: а) из положения сидя; б) из положения стоя.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты оценки общей гибкости тела участников обеих групп методом наклона вперед и с помощью индекса гибкости тела представлены в таблице 1.

Таблица 1 Оценка общей гибкости тела участников обеих групп методом наклона вперед и с помощью индекса гибкости тела

Как видно из результатов, в группах женщин без физической активности результаты тестов имеют большой разброс. Перед сравнением средних значений выборок была проведена их проверка на нормальность. Тест показал, что все выборки подчиняются нормальному распределению. Применяем T-тест (тест Стьюдента) к выборкам, полученным в контрольной группе и экспериментальной попарно: наклон сидя - измерения по стандартной методике и измерения с помощью видеокамеры; наклон стоя - измерения по стандартной методике и измерения с помощью видеокамеры. Результаты T-теста представлены в таблице2.

Таблица 2

Результаты T-теста проверки гипотезы различия средних значений, измеренных классическим и дистанционным методами

Сравнение средних

Описательная статистика

Таким образом, результаты, полученные измерениями по стандартной методике и при помощи видеокамеры, достоверно не отличаются. Кроме того, возможности цифрового метода гораздо шире.

Как известно, для хороших прогибов необходимо работать не поясницей, а грудным отделом позвоночника. Таким образом, общая гибкость напрямую зависит от подвижности позвоночника. Поддерживать позвоночник в нормальном состоянии позволяют околопозвоночные мышцы. Они проходят в несколько слоев и способствуют нормализации позвонков, начиная от шейного и заканчивая копчиком. Укрепить мышечный каркас, поддерживающий позвоночник, нормализовать осанку и стабилизировать общее состояние здоровья помогает пилатес для спины. Участники, входящие в экспериментальную группу, занимались по методике Пилатеса в среднем в течение года. Участники в контрольной группе не занимались пилатесом. Для доказательства наличия различий средних значений гибкости участников в этих двух группах результаты оценены T-тестом. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3 Результаты T-теста (проверка пользы пилатеса)

Описательная статистика

VAR N Среднее Среднеквадратичное Дисперсия Минимум Максимум

значение

отклонение

Сравнение средних

Сравнение результатов общей гибкости в экспериментальной и контрольной группах свидетельствует о более высоких показателях гибкости позвоночника в группе занимающихся женщин (экспериментальная группа).

Так как при выполнении наклона вперед задействованы несколько суставов, тест показывает общую гибкость тела человека. С учетом специфичности проявления гибкости эти тесты не могут быть универсальными, позволяющим оценивать подвижность в отдельных суставах [10].

Поэтому для оценки гибкости позвоночника можно применить другие методы измерения. В дальнейшем предполагается оценить гибкость позвоночника, используя фотографическое изображение испытуемого, проходящего тест наклона вперед из положения сидя, с использованием программного комплекса ImageJ (Fiji). Для этого находится отношение площадей многоугольника, образованного сегментами изгибов позвоночного столба испытуемого и отрезками, проведенными из крайней верхней точки изгиба позвоночника (на уровне 7 шейного позвонка) параллельно полу до пересечения с перпендикуляром на полу, проведенным на уровне пяток, к площади минимально ограничивающего испытуемого прямоугольника. Чем ближе значение отношения площадей к единице, тем более гибким считается позвоночник испытуемого [11].

Измерения проводили на одном человеке. Если проводят групповые занятия, то можно вводить масштаб для каждого участника и проводить массовые измерения. Необходимо учесть, что нельзя выходить из пространства допустимых погрешностей. Это еще одно достоинство метода измерений с использованием видеокамеры.

Выводы

В соответствии с целью работы произведена пространственная калибровка видеокамеры, проведены стандартные упражнения на гибкость, также проведены измерения общей гибкости в экспериментальной и контрольной группах женщин. Измерения гибкости осуществляли классическим методом и с помощью видеокамеры одновременно. В ходе исследований установлено:

- по результатам t-теста, измерения, проведенные по стандартной методике и при помощи видеокамеры, достоверно не отличаются. Все полученные измерения совпадали с точностью до 0,001 см;

- методика позволяет более детально подходить к анализу допущенных ошибок при выполнении упражнений, что позволит улучшить результаты тренировок. Условием для применения методики является наличие видеокамеры в ноутбуке (или смартфоне). Обычно стандартного разрешения видеокамер в гаджетах достаточно для проведения измерений.

При проведении физических занятий онлайн тренеру сложно оценить правильность и эффективность выполнения упражнений, получаемые рекомендации могут быть субъективны из-за отсутствия количественных характеристик. Благодаря использованию видеокамеры можно получать количественные измерения при тренировке гибкости. Это поможет оценивать правильность и эффективность тренировки гибкости (например, это может быть необходимо для проведения занятий по физической культуре в школах, вузах и др.). Также существует возможность продолжать тренировать гибкость в домашних условиях без посещения спортивных клубов, что особенно важно в период пандемии.

Рекомендации при работе с видеокамерой

• Телефон/видеокамеру необходимо закреплять на штативе строго параллельно скамейке на расстоянии 2 м от нее, на высоте, соответствующей проводимым измерениям.

• Объектив камеры телефона/видеокамеры должен совмещаться с нулевым делением горизонтальной линейки для теста из положения сидя; для теста из положения стоя - по центру (по горизонтали) вертикальной линейки.

• В ходе проведения тестов положение телефона/видеокамеры не должно меняться.

• Выбор расстояния удаленности телефона/видеокамеры от скамейки должен быть определен эмпирическим путем и обусловлен оптимальным соотношением видимости делений измерительной линейки и всего тела человека.

Список литературы

1. Резников В.А. Технология оздоровительной тренировки женщин среднего возраста с отклонениями в состоянии здоровья: дис. канд. пед. наук. Москва, 2017. 207 с.

2. Пилатес -- комплекс упражнений. [Электронный ресурс]. URL: https://fitomaniya.ru/uprazhneniya/pilates-kompleks-uprazhnenij/ (дата обращения: 25.11.2020).

3. Халецкая А.А. Пилатес как средство повышения интереса студентов к формированию культуры здоровья // За нами будущее: взгляд молодых ученых на инновационное развитие общества. 2020. С. 320-322.

4. Иванов В.Г., Лазарева Е.Ю. Что лежит в основе обращения клиента за психологической помощью в онлайн-форме? // Медицинская психология в России. 2019. Т. 11. №. 1 (54). С. 17.

5. Abbott J.-A.M., Klein B., Ciechomski L. Best Practices in Online Therapy. Journal of Technology in Human Services. 2008. no. 26 (2-4). P. 360-375.

6. Доленко Ф.Л. Определение гибкости тела человека // Теория и практика физической культуры. 1984. №. 6. С. 52.

7. Гибкость: понятие и ее основные характеристики. [Электронный ресурс]. URL: https://rebenokvsporte.ru/gibkost-ponyatie-i-ee-osnovnye-harakteristiki/ (дата обращения: 25.11.2020).

8. Методические рекомендации по организации и выполнению нормативов испытаний (тестов) Всероссийского физкультурно-спортивного комплекса Готов к труду и обороне (ГТО) для инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья к государственным требованиям Всероссийского физкультурно-спортивного комплекса Готов к труду и обороне (ГТО), утвержденным приказом Минспорта России от 12 февраля 2019 г. N 90 (утв. Минспортом России 30.04.2019). [Электронный ресурс]. URL: https://sudact.ru/law/metodicheskie-rekomendatsii-po-organizatsii-i-vypolneniiu-normativov_1/ (дата обращения: 25.11.2020).

9. Наклон вперед из положения стоя на гимнастической скамье. [Электронный ресурс].

URL: https://www.gto.ru/recomendations/56eacdb5b5cf1c1f018b456f (дата обращения:

25.11.2020).

10. Тесты для количественной оценки подвижности в суставах. [Электронный ресурс]. URL: http://cnit.ssau.ru/kadis/ocnov_set/tema5/P7_541.htm (дата обращения: 26.11.2020).

11. Лобачёв В.С., Козлов Д.А., Никитин И.В. Измерение статической гибкости // Ученые записки университета им. ПФ Лесгафта. 2018. №. 7 (161). С. 156-160.

Размещено на Allbest.ru