CC BY
24
УДК 796.012.5 DOI: 10.24411/2305-8404-2021-10116
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ФАКТОРОВ, ОГРАНИЧИВАЮЩИХ КАЧЕСТВЕННЫЙ БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
А.А. Померанцев, В.А. Аксенов
Представлена систематизация факторов, препятствующих проведению качественного биомеханического анализа. Установлено, что диалектика субъективности восприятия движений при визуальном контроле связана как с ограниченностью восприятия, так и с информационной неопределенностью самих движений. Выявлены ограничения при визуальном восприятии техники и условия, связанные с неопределен -ностью движения.
Ключевые слова: визуальный контроль, техника спортивных движений, факторы, биомеханический анализ, память, биомеханика.
Померанцев Андрей Александрович, канд. пед. наук, доц., [email protected], Россия, Липецк, Липецкий государственный педагогический университет имени П.П. Семенова-Тян-Шанского,
Аксенов Владислав Андреевич, магистрант, яу. акс@уаМех.га, Россия, Липецк, Липецкий государственный педагогический университет имени П.П. Семе-нова-Тян-Шанского
Техника выполнения двигательных действий является ключевым фактором успеха во многих видах спорта. Техническая подготовка, являясь наиважнейшей составляющей становления спортивного мастерства, должна опираться на законы механики, а также учитывать возможности двигательного аппарата человека. Оценивание, сравнение и совершенствование техники происходят на основе биомеханического анализа, который, в свою очередь, может быть качественным и количественным [2].
Качественный биомеханический анализ выполняется без использования приборных измерений (циклогра -фий, кино- и фотосъемок и т. п.), поэтому его основой является визуальное восприятие техники. Напротив, количественный биомеханический анализ полагается на инструментальные методы контроля (скоростная видеосъемка с последующей оцифровкой координат точек, динамометрия, электромиография и т. п.) [10].
SYSTEMATISATION OF QUALITATIVE BIOMECHANICAL ANALYSIS LIMITING FACTORS
Pomerantsev A.A., candidate of pedagogical sciences, associate professor, ldclipetsk@ mail.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Pedagogical P. Semenov-Tyan-Shansky University,
Aksenov V.A., master's student, av.akc@ yandex.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Pedagogical P. Semenov-Tyan-Shansky University
The article presents a systematization of factors that impede the conduct of high-quality biomechanical analysis. It has been established that the dialectic of subjectivity of perception of movements during visual control is associated with both limited perception and information uncertainty of the movements themselves. Limitations in visual perception of technique and conditions associated with motion uncertainty were identified.
Key words: visual control, technique of sports movements, factors, biomechanical analysis, memory, biomechanics.
Качественный анализ подразумевает оперирование сравнительными прилагательными, количественный анализ - цифрами и формулами.
В.Б. Коренберг [2] предполагал, что точный количественный биомеханический анализ сможет стать основным средством спортивной педа -гогики к концу 80-х годов XX века. Однако этого не произошло. Главным преимуществом визуального контроля является его оперативность, поэтому, несмотря на развитие технологий и электроники, качественный биомеханический анализ все еще остается основным инструментом в фор -мировании спортивной техники от новичков до спортсменов высокого класса [11].
Каким бы опытным ни был тренер, возможности визуального восприятия движения ограничены природой зрительной системы [5]. Логика умозаключений и выводы относительно правильности техники определяются спортивным и тренерским опытом человека, оценивающего движе -ние. Таким образом, визуальный контроль техники несет в себе значитель -ную долю субъективизма.
Понятие «спортивная техника» в различных видах спорта хотя и стремиться к строгой стандартизации через описание кинематических и динамических характеристик, не имеет однозначной биомеханической трактовки. В зависимости от соматических параметров спортсмена (рост, масса тела, пропорции тела), его двигательных качеств, особенностей моторики оптимальная техника может сильно различаться [1].
Анализируя технику одного и того же спортсмена, различные эксперты могут констатировать или отрицать технические ошибки, оценивая выполнение как правильное или ошибочное. В этом заключается неопре -деленность спортивной техники.
Ограниченность восприятия техники и ее информационная неопределенность формируют диалектику субъективности качественного биоме -ханического анализа.
Гипотеза исследования - преодоление факторов ограниченности восприятия и факторов неопределенности движения будет способствовать повышению эффективности качественного биомеханического анализа.
Цель исследования - выявить и систематизировать факторы, ограничивающие качественный биомеханический анализ.
Результаты исследования и их обсуждение. Все факторы, препятствующие качественному биомеханическому анализу, можно разделить на две основные группы факторов (рис. 1): первая связана с ограниченностью восприятия, вторая - с трудностью понимания движения как феномена.
Комплекс неточностей в восприятии и трактовке техники ведет к накопительному эффекту, существенно снижая эффективность качественного биомеханического анализа.
Рис. 1. Диалектика субъективности восприятия техники при визуальном контроле
В спортивной науке уже разработаны и используются методы снижения неопределенности восприятия техники. Например, использование скоростной видеокамеры с замедленным повтором движения способно существенно снизить фактор субъективизма, связанного с несовершенством зрительной системы человека, а также улучшить понимание взаимосвязи элементов движения [10]. Однако и при этом подходе будет оста -ваться субъективизм из-за индивидуальной интерпретации двигательных ошибок, различного образа идеальной техники и несовершенства тренер -ской памяти.
Знания в области биомеханики способны существенно повысить уровень понимания техники, однако знания не способны повлиять на ментальные способы восприятия движения и возможности зрительной сис-темы.
Повышение объективности восприятия и совершенствование качественного биомеханического анализа возможно только через выявление ограничивающих факторов и поиск комплексных решений по преодолению ограничений.
Многие спортивные движения отличаются своей скоротечностью. Возможности визуального контроля движения во многом ограничены физиологией сенсорной зрительной системы. В современной науке суще -ствуют различные точки зрения относительно возможности совершенство -вания этой способности. Интерес представляет изучение уникального зре -ния Леонардо да Винчи. Гений без использования скоростных камер смог правильно запечатлеть и передать на бумаге полет стрекозы, а также момент исчезающей улыбки Моны Лизы.
Все ученые, изучавшие этот феномен, соглашаются, что Леонардо обладал уникальным зрением [9]. Однако одни полагают, что уникальность связана с его генетикой или даже с аномалиями зрительной системы,
другие считают, что эта уникальная способность была приобретена и «натренирована» в процессе жизни. В любом случае, ограниченность зри -тельной системы требует дальнейшего изучения и поисков путей совершенствования (рис. 2 «1»).
неопределенность значений слов (4)
неоднозначность фраз (5)
дискретность значений слое (6)
различный спортивный опыт (7)
уровень образованности и владение научными знаниями (8)
различный тренерский опыт (9)
Рис. 2. Ограничения при визуальном восприятии техники
Причиной выполнения движений являются действующие силы: сила тяги мышц, силы тяжести, аэро- и гидродинамические силы, силы упругой деформации и пр. Человеческий глаз способен оценивать лишь кинематические характеристики, такие как траектория движений, перемещения сегментов тела в пространстве, скорость выполнения движений, и то, весьма приблизительно. Визуальная оценка динамических усилий по степени деформации предметов, напряженности мышц или эмоциональ -ным проявлениям настолько необъективна, что может вести к серьезным заблуждениям (рис. 2 «2»). Это очевидно, например, при просмотре выступления пантомима, когда актер способен изобразить значительные усилия без проявления таковых.
В некоторых работах, относящихся к XX веку, рекомендовалось выявлять мышцы, участвующие в работе, полагаясь на визуальное воспри -ятие. Такой подход гипотетически возможен только в случае обнаженного выполнения движения, а также у человека, лишенного лишней массы тела, в противном случае мускулатура будет скрыта. Вместе с тем человеческий глаз неспособен запечатлеть последовательность сокращений различных мышечных групп и режимы их работы (рис. 2 «3»).
Специальная терминология по технике выполнения спортивных движений должна быть в равной степени понятна как спортсмену, так и тренеру. Однако многие понятия, используемые в тренерской практике, не зафиксированы в специальной литературе или спортивных справочниках. Тренеры для характеристики техники могут использовать термины, имеющие весьма неточные значения. Например, давая целостную оценку технике гребли на байдарках, тренер может использовать термин «заковы -рялся» (рис. 2 «4»). Такая характеристика является комплексной и весьма расплывчатой. Высокий уровень образности этого термина не дает четкого представления, какие биомеханические характеристики хочет отразить тренер: идет ли речь о короткой длине гребка, неправильном погружении лопасти или о закрепощенности движений в целом.
Неопределенность фраз в качественном биомеханическом анализе может быть связана с лингвистической, семантической или прагматиче -ской неоднозначностью. Например, балетмейстер, характеризуя уви-денную технику, отмечает, что «танцор недостаточно завис в воздухе» (рис. 2 «5»). С прагматической стороны не понятно, возможно ли зависнуть, не нарушая законов физики?
Характеризуя технику, тренеры используют сравнительные прилагательные. Например, характеризуя скорость движения, может использоваться шкала определений от «очень медленно» до «очень быстро». Обозначение темпа в музыке составляет 37 ступеней, имеющих соот-ветствующие итальянские названия от «grave» 40-48 Гц до «prestissimo» 192-208 Гц. Конечно, в спортивной тренировке можно использовать и русские термины, однако и они, во-первых, будут на грани смешения, а во-вторых, будут иметь дискретность (рис. 2 «6»). В этом заключается неточность передачи качественными прилагательными числовых значений, ха -рактеризующих биомеханические параметры.
Оценивание спортивной техники всегда происходит через призму спортивного и тренерского опыта (рис. 2 «7», «9»),чем выше квалификация тренера, тем более мелкие детали техники он способен заметить. Научные исследования, основанные на видеозаписи движений глаз, показывают, что эксперты, оценивающие движение, по-разному фиксируют, а также переводят взгляд на различные элементы техники [7, 8].
У бывших спортсменов хорошо развито кинестетическое восприятие, позволяющее мысленно представить выполнение движения и оценить увиденный вариант выполнения техники. Вместе с тем свои выводы спортсменам бывает сложно формализовать в терминах. Трактовка техники также зависит от уровня владения научными знаниями и от понимания биомеханизмов оптимизации движения (рис. 2 «8»).
Биомеханика изучает спортивные движения в материальном (предметном, реальном) мире. При этом в большинстве исследований полно -стью игнорируется идеальный (мыслительный, эйдетический) мир, то есть образ движений.
Оценивание техники подразумевает ее сравнение с неким эталоном или модельным образом [4]. При этом модель должна учитывать индиви -дуальные особенности спортсмена. Исследования показывают, что даже опытные тренеры весьма расплывчато способны передать (словами или рисунком) образ идеальной техники. Сравнение реальной техники с нечетким образом делает оценку крайне субъективной и неточной (рис. 2 «10»).
Большое значение для восприятия техники имеет специфическая тренерская память, позволяющая удерживать в кратковременной и долгосрочной перспективе образы двигательных действий. Профессиональная память позволяет сравнивать технику спортсменов, а также отслеживать динамику ее изменений. Хорошая память позволяет продолжить анализ и оценку техники, когда непосредственное выполнение движения уже завершено (рис. 2 «11»). Вместе с тем даже прекрасная специфическая память не абсолютна, что также ведет к субъективизму восприятия.
Непосредственно с памятью связан и феномен эйдетизма, наблюдаемый у многих тренеров. Тренеры-эйдетики способны запоминать целостный образ двигательного действия и восстанавливать детали движения по памяти. Существуют два принципиально различных способа восприятия спортивной техники: первый - основанный на аналитическом подходе, когда эксперты стремятся разложить технику на совокупность углов, получив как можно больше числовой информации, второй - основанный на гештальт-восприятии, когда эксперты полагаются на целостную картину движения без стремления к детализации техники. Второй способ рас -сматривается как более эффективный, так как он позволяет точнее воспринимать спортивную технику, затрачивая на это меньше времени (рис. 2 «12»). Однако и гештальт-восприятие техники не исключает неточности.
Управление движениями по принципу рефлекторного кольца делает каждое движение уникальным. Непрерывный процесс мышечных коррекций ведет к тому, что каждое движение становится неповторимым. Наблюдаемые движения - не более чем частный случай (феномен). Для постижения же сущности движения (ноумена) необходимо изучить все варианты выполнения и понять его вариативность.
Управление движениями можно представить как двухсторонний процесс обмена информацией. Первый информационный поток связан с командами, которые посылает центральная нервная система к мышцам, второй поток - это обратная афферентация. Кропотливый биомеханический анализ движений в циклических видах спорта показывает, что даже в стандартных условиях каждое движение будет отличаться. Это может быть объяснено с позиций теории информации, когда при прохождении по информационным каналам часть информации теряется или искажается. Информационная энтропия (рис. 3 «13») объясняет многие двигательные ошибки (в редких случаях - двигательные успехи), которые связаны не со спецификой техники, а со случайными процессами [12].
Рис. 3. Факторы, связанные с неопределенностью движения
Травмы, переутомления, мотивация, различное настроение могут менять технику выполнения движения и вести к ошибочным выводам (рис. 3 «14»).
Внешняя среда накладывает свой отпечаток на технику выполнения двигательного действия. Например, ветер в гребле на байдарках способен объективно изменить структуру движений, включая изменение динамиче -ских характеристик. Встречный ветер замедляет движение лодки, что согласно закону «скоростно-силовой» зависимости А.В. Хилла будет способствовать проявлению большей силы гребка.
Движения с позиций биомеханики представляют собой сложную систему взаимосвязанных элементов. Изменение одного параметра движе -ния неминуемо ведет к изменению всей системы движения в целом. Слож-
ность понимания движений лежит в самих движениях. Многофакторность движения (рис. 3 «16») является препятствием для абсолютного понимания движения in vivo.
Системность движения определяет возникающие синергии, когда слаженная координация существенно повышает эффективность решения двигательной задачи.
Представить и оценить такой эффект визуально крайне затрудни -тельно. Например, выполнение сложнокоординационного движения спортсменом чаще всего объясняется высоким уровнем координационных способностей, без кропотливого поиска биомеханических характеристик, которые привели к такому эмерджентному эффекту (рис. 3 «17»).
Системность движения требует постижения взаимосвязей биомеханических характеристик в совокупности и целостно [6]. Даже незначительная потеря информации в процессе визуального контроля будет вести к непониманию сущности движения (рис. 3 «18»).
Управление движениями предполагает как сознательный, так и вне-сознательный уровни контроля. Так, Н.А. Бернштейн [3] в своей работе «О построении движений» еще в середине XX века выделил несколько уровней построения движения (рис. 3 «19»). Интересно, что все нижележащие уровни уходят из поля сознания с того момента, как переключаются на роль фоновых коррекций.
Спортсмен, выполняющий движение, не в полной мере осознает, а значит, не может объяснить физиологию, нейрофизиологию и биомеханику движения, не говоря о стороннем наблюдателе (рис. 3 «20»).
Заключение.
Диалектика субъективности восприятия движений при визуальном контроле связана как с ограниченностью восприятия, так и с информаци -онной неопределенностью самих движений.
Ограничивают качественный биомеханический анализ и вносят неопределенность в него 20 факторов:
- неспособность визуально запечатлевать быстрые движения;
- неспособность визуально оценивать динамические характеристики;
- неспособность визуально оценить анатомическую структуру;
- неопределенность значений слов;
- неоднозначность фраз;
- дискретность значений слов;
- различный спортивный опыт;
- различный уровень образованности и владение научными знаниями;
- различный тренерский опыт;
- неопределенность образа идеальной техники;
- несовершенная тренерская память;
- эйдетичность восприятия;
- двигательная энтропия;
- различное состояние двигательного аппарата и психики спортсмена;
- действие внешней среды;
- мультифакторность движения;
- эмерджентность движения;
- неполнота и неточность получаемой информации;
- многоуровневая система построения движений;
- бессознательные двигательные коррекции.
Каждый ограничивающий фактор требует дополнительного изучения на предмет возможности его преодоления.
Все вышеперечисленные факторы можно объединить в 7 групп: несовершенство зрительной системы, несовершенство терминологии, различный опыт оценивающего, перцептивные особенности восприятия движений, стохастичность движений, системность движении, неосознанность движения.
Повысить объективность качественного биомеханического анализа возможно через преодоление выявленных ограничений и неопределенностей.
Список литературы
1. Донской Д.Д. Биомеханика с основами спортивной техники. М.: ФиС, 1971. 287 с.
2. Коренберг В.Б. Основы качественного биомеханического ана-лиза. М.: ФиС, 1979. 208 c.
3. Bernstein N. The coordination and regulation of movements: internet archive // Pergamon Press Ltd [Электронный ресурс]. URL: https:// archive. org/ details/bernsteinthecoordinationandre gulationofmovements/page/n4/ mode/2up (дата обращения: 23.02.2020).
4. Butcher P.A., Taylor J.A. Decomposition of a sensory prediction error signal for visuomotor adaptation // Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 2018. № 2 (44). C. 176-194.
5. Khramov V., Shirshova E., Matova E. Providing information about movement technique using cognitive visualization // Human. Sport. Medicine. 2019. № S1 (19). C. 99-105.
6. Nickl R.W., Ankarali M.M., Cowan N.J. Complementary spatial and timing control in rhythmic arm movements // Journal of Neurophysiology. 2019. № 4 (121). P. 1543-1560.
7. Perceptual-cognitive expertise when refereeing the scrum in rugby union / L.J. Moore [et al.] // Journal of Sports Sciences. 2019. № 15 (37). P. 1778-1786.
8. Pizzera A., Möller C., Plessner H. Gaze behavior of gymnastics judges: where do experienced judges and gymnasts look while judging? // Research Quarterly for Exercise and Sport. 2018. № 1 (89). P. 112-119.
9. Thaler D.S. Evidence for extraordinary visual acuity in Leonardo's comment on a dragonfly and sfumato in Leonardo's portraits: optical and psychophysical mechanisms // Semantic Scholar [Электронный ресурс]. URL: https://www. semanticscholar.org/ paper/ The-following-two-papers-by-David-S.-Thaler%3A-FOR-IN-Thaler / 8efef3 546a760ce45703cdf16da46a6187c51 fa5 (дата обращения: 09.10.2020).
10. The impact of video speed on the decision-making process of sports officials / J. Spitz [et al.] // Cognitive Research: Principles and Implications. 2018. № 1 (3). P. 16.
11. Visual control of human locomotion / H.N. Rozorinov [et al.] // IFMBE Proceedings: 4th International conference on nanotechnologies and biomedical engineering. Chisinau, 2020. P. 411-416.
12. Wiener N. Cybernetics or control and communication in the animal and the machine. Cambridge: MIT Press, 1985. 212 p.
References
1. Donskoj D.D. Biomekhanika s osnovami sportivnoj tekhniki [Biomechanics with the basics of sports technology]. M.: FiS, 1971. 287 p.
2. Korenberg V.B. Osnovy kachestvennogo biomekhanicheskogo analiza [Fundamentals of qualitative biomechanical analysis]. M.: FiS, 1979. 208 p.
3. Bernstein N. The coordination and regulation of movements: internet archive // Pergamon Press Ltd [Elektronnyj resurs]. URL: https://archive.org/details/bernstein the coordinationandregulationofmovements/page/n4/mode/2up (дата обращения: 23.02.2020).
4. Butcher P.A., Taylor J.A. Decomposition of a sensory prediction error signal for visuomotor adaptation // Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 2018. № 2 (44). P. 176-194.
5. Khramov V., Shirshova E., Matova E. Providing information about movement technique using cognitive visualization // Human. Sport. Medicine. 2019. № S1 (19). P. 99105.
6. Nickl R.W., Ankarali M.M., Cowan N.J. Complementary spatial and timing control in rhythmic arm movements // Journal of Neurophysiology. 2019. № 4 (121). P. 15431560.
7. Perceptual-cognitive expertise when refereeing the scrum in rugby union / L.J. Moore [et al.] // Journal of Sports Sciences. 2019. № 15 (37). P. 1778-1786.
8. Pizzera A., Möller C., Plessner H. Gaze behavior of gymnastics judges: where do experienced judges and gymnasts look while judging? // Research Quarterly for Exercise and Sport. 2018. № 1 (89). P. 112-119.
9. Thaler D.S. Evidence for extraordinary visual acuity in Leonardo's comment on a dragonfly and sfumato in Leonardo's portraits: optical and psychophysical mechanisms //
Semantic Scholar [Elektronnyj resurs]. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/The-following-two-papers-bv-David-S.-Thaler%3A-FOR-IN-Thaler/8efef3546a760ce45703cdf16 da46a6187c51fa5 (accessed 10/09/2020).
10. The impact of video speed on the decision-making process of sports officials / J. Spitz [et al.] // Cognitive Research: Principles and Implications. 2018. № 1 (3). P. 16.
11. Visual control of human locomotion / H.N. Rozorinov [et al.] // IFMBE Proceedings: 4th International conference on nanotechnologies and biomedical engineering. Chisinau, 2020. P. 411-416.
12. Wiener N. Cybernetics or control and communication in the animal and the machine. Cambridge: MIT Press, 1985. 212 p.
