ВИКОРИСТАННЯ ДИНАМІЧНО КЕРОВАНИХ МОДЕЛЕЙ І БЕЗКОНТАКТНИХ СЕНСОРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ У ПРОЦЕСІ ФІЗИЧНОГО ВИХОВАННЯ УЧНІВ

ВИКОРИСТАННЯ ДИНАМІЧНО КЕРОВАНИХ МОДЕЛЕЙ
І БЕЗКОНТАКТНИХ СЕНСОРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
У ПРОЦЕСІ ФІЗИЧНОГО ВИХОВАННЯ УЧНІВ

Працювати потрібно не 12 годин, а головою

Стів Джобс

Інформаційні технології є вирішальним фактором у розвитку системи освіти і стають основою для формування нового типу середовища навчання.

Неухильне підвищення рівня спортивних досягнень викликає необхідність пошуку нових більш ефективних шляхів спортивної підготовки, вимагає ще більш пильної уваги до можливості інтенсифікації процесів навчання і тренування учнів за допомогою тренажерних пристроїв. Причому все більшого поширення набувають такі пристрої, які дозволяють здійснити принцип сполученого впливу, тобто одночасно удосконалювати фізичні якості та технічну майстерність [15, 21, 43].

Найважливішим у фізичному вихованні та спортивному тренуванні є здатність самостійно здобувати знання, формувати й удосконалювати рухові навички та вміння. Викладач повинен не механічно передати готові зразки рухових дій, а виробити алгоритм рухів для організації та управління навчально-тренувальної, самостійної діяльністю. Успішному вирішенню цих завдань багато в чому може допомогти програмоване навчання, спрямоване на оптимізацію процесу навчання та тренування учнів [20, 16].

Основним джерелом інформації, переданої викладачем учневі, є суб'єктивні думки самого викладача. Він зауважує основні, на його погляд, помилки при виконанні вправи і відповідно до цього дає вказівки на їх виправлення. Однак навіть досвідченому викладачеві дуже важко вловити багато деталей швидко виконуваної вправи.

У сучасному спорті цього вже недостатньо. І викладачу, і учню необхідна термінова інформація про кількісні, часові, просторові і динамічні характеристики різних елементів здійснюваних рухів. Така інформація повинна безпосередньо обслуговувати навчально-тренувальний процес, стати його невід'ємною, органічною частиною. На основі термінової інформації про виконання рухів, про допущені помилки, що оцінюються в кількісних заходах простору і часу, спортсмен може не на наступному тренуванні, а вже в наступній спробі на цьому ж занятті внести необхідну корекцію.

Сьогодні теорія і практика спортивного тренування висувають завдання розробки технічних засобів для спорту наступного покоління - вимірювальної та діагностичної апаратури, навчальних і тренажерних пристроїв з програмним забезпеченням, використанням мікропроцесорів і зворотного зв'язку, а також тренажерів для примусового формування рухової дії з переміщенням ланок тіла.

Вагомий внесок в розвиток теоретичних та практичних основ використання тренажерів внесли Ю.К. Гавердовський, Н.Ф. Мітіна, Е.В. Гостєв, Б.С. Савельєв, В.С. Савельєв, В.Т. Назаров та інші.

Ідея теорії побудови рухів, за якою будь-яка рухлива дія реалізується багаторівневою системою управління, була започаткована М.О. Бернштейном. Паралельно з ним П.К. Анохін за допомогою своїх досліджень сформулював положення при системну організацію нервових функцій.

Дослідження Лапутіна А.М. дозволили зробити висновок, що для підвищення ефективності управління навчання спортивним рухам необхідно використовувати автоматизовані системи управління.

Підвищення ефективності процесу вдосконалення рухових дій у штучно керованому інформаційному середовищі апробовані у працях І.П. Ратова.

Для отримання об’єктивної інформації стосовно техніки рухових дій у сучасну практику тренувань впроваджують різноманітні засоби термінової інформації. Значна роль в цьому належить методу термінової інформації В.С. Фарфеля.

Однак, не дивлячись на існування значної кількості технічних засобів, їх використання у процесі фізичного виховання недостатнє. Таким чином, для подальшого удосконалення технічних засобів навчання необхідний комплексний підхід до вирішення даної проблеми.

Наявні тренажери та пристрої, що використовуються у навчанні рухам в різних видів спорту, призначені для забезпечення безпеки виконання вправ, отримання термінової та поточної інформації про різні характеристики рухів, зміни  зовнішніх умов виконання вправ з метою компенсації моторної недостатності (обмеження негативного впливу сили тяжіння, опору зовнішнього середовища, для зміни пружних та інерційних властивостей снарядів та ін.).  Подібні технічні засоби дають позитивні результати, але можливість появи та закріплення рухових помилок не виключають.

Оскільки будь-яка вправа складається з набору елементарних суглобових рухів, можна визнати, що пристосування такого значення повинні здійснювати необхідне керування і забезпечувати виконання всієї вправи з запланованими показниками.

Реалізація цих завдань, на мій погляд, полягає у використанні динамічно керованих моделей. Даний термін запропонований мною і поєднує у собі тривимірну комп’ютерну анімацію фігури людини, якою можна керувати в динаміці.

Основою динамічно керованої моделі є спосіб моделювання, який має назву поверхневе ділення. Щоб створити складне тривимірне зображення, для відстеження зміни форми предметів, задаються спеціальні контрольні точки. Якщо предмет складної форми, точки розставляються таким чином, щоб розділити його на кілька багатокутників. Багатокутник в основі являє собою горбисту фігуру з безліччю граней і кутів, тому при необхідності кожну лінію згинають і розтягують, досягаючи більш реалістичної схожості з природною формою предмета, який він імітує. І тим самим модель людини стає реалістичною, має правильні рухи [45].

Програмне забезпечення динамічно керованої моделі складається з наочної енциклопедії елементів, методичного посібника і щоденника тренувань. З його допомогою можна розробляти комплекси вправ і зберігати їх для подальшого використання. Це дозволяє правильно поєднувати послідовність елементів, скласти комплекс вправ з урахуванням індивідуальних особливостей.

Використання моделі дає можливість уповільнити виконання елемента, зробити паузу, уважно переглянути кожен рух з оглядом 360 градусів. Після запису та перегляду виконання різних елементів та їх комбінацій можна отримати оцінку такого виконання не лише вчителем, а й прийняти участь у онлайн турнірі. Такі турніри проводять звичайні люди з обраного ними спортивного напрямку. Для створення своєї програми виступу учасники обирають елементи, знімають виконання на відео та викладають на сайт. Такі змагання стають популярними та мотивують учнів до подальших занять з улюбленого виду спорту (Рис. 1, 2, 3) [55, 56].

Рис.1. Використання динамічно керованих моделей з гімнастики

Рис.2. Використання динамічно керованих моделей із сноубордингу

Рис. 3. Використання динамічно керованих моделей із стрибків у воду.

Наступним етапом розвитку динамічно керованих моделей при вивченні та корекції рухів у ігровій формі стало злиття та під’єднання до них безконтактних сенсорних систем (Рис. 4).

Рис. 4. Поєднання динамічно керованих моделей
та безконтактно сенсорних системи

Безконтактна сенсорна система дозволяє користувачеві взаємодіяти з нею через усні команди, пози тіла і показуються об'єкти або малюнки. Вона складається з двох сенсорів глибини, кольорової відеокамери та мікрофонної решітки. Програмне забезпечення здійснює повне тривимірне розпізнавання рухів тіла, міміки обличчя і голосу. Мікрофонна решітка дозволяє виробляти локалізацію джерела звуку і зменшення шумів, що дає можливість говорити без навушників та мікрофона. Датчик глибини складається з інфрачервоного проектора, об'єднаного з монохромною КМОП – матрицею, що дозволяє отримувати тривимірне зображення при будь-якому природному освітленні.

Такі моделі записуються спеціальним обладнанням з об’єктів, що реально рухаються і переносяться на їх імітацію в комп'ютері. Поширений приклад такої техніки – Motion capture (захоплення рухів). Спортсмени в спеціальних костюмах з датчиками здійснюють рухи, які записуються камерами та аналізується спеціальним програмним забезпеченням. Підсумкові дані про переміщення суглобів і кінцівок спортсменів застосовують до тривимірним скелетам віртуальних персонажів, чим домагаються високого рівня достовірності їх руху [7].

Подібна модель перебуває у віртуальному спортивному залі, дає завдання і через камеру стежить за тобою, виражає емоції і розмовляє. Вона складається з серйозного і детального комплексу тренувань, який, оцінюючи ваші результати та враховуючи параметри вашого організму, здатний розробити особисту програму тренувань. Модель прорахує навантаження, кількість вдалих нахилів, віджимань і підняттів ніг, призведе все це до спільного знаменника і, виходячи з цього, розрахує особливий коефіцієнт – диференційований показник ваших звершень.

Окремо хочеться відзначити, що модель з ідеальною професійною точністю оцінює будь-який рух, і після кожного переглядає свій подальший підхід до тренування, щоб зробити  справжнього атлета. Своїми спортивними досягненнями можна поділитися з друзями в соціальних мережах. Також є можливість звірити свої успіхи з успіхами інших людей, що іноді здатне і підстьобнути до того, щоб в якийсь момент напружитися і побити чужий рекорд. Спільні тренування теж передбачені і навіть, перебуваючи на різних материках, без зусиль можна поборотися з будь-якою незнайомою людиною за першість через Інтернет (Рис. 5) [38].

Рис. 5. Технологія динамічно керованих моделей забезпечує самовдосконалення та проведення онлайн-турнірів

Аналізуючи можливості моделі, можна виділити наступні її переваги і особливості:

-         індивідуальні програми;

-         функціональний екран рухів;

-         динамічний план вправ вибудовується навколо цілей, встановлених користувачем, і змінюється в міру тренувань;

-         інтерактивний тренер вносить корективи в тренування;

-         приєднання до спортивних співтовариств;

-         збір у команди або приєднання до вже створених;

-         багатокористувацькі онлайн-вправи через відеочат – стрибкові сесії і завдання;

-         стрічка соціальних новин;

-         продвинуті тренувальні сесії.

Осмислення результатів викладеного матеріалу дає змогу зазначити про необхідність більш широкого використання існуючих технологій з метою удосконалення фізичних якостей та технічної майстерності через використання тривимірної комп’ютерної анімації та поширення свободи спілкування засобами Інтернет-технологій. Набуті знання, на мій погляд, можуть бути успішно використанні для удосконалення навчально-виховного процесу, розробки індивідуального обсягу рухової активності, вивченні та корекції рухів у ігровій формі.

Використання динамічно керованих моделей і безконтактних сенсорних технологій у процесі фізичного виховання має за мету надати кожному вчителю широкі можливості для оновлення, удосконалення, поглиблення своєї професійної підготовки, активнішого застосування інновацій в освіті.

Значна перевага запропонованої технології – онлайн турніри. Світова глобалізація та активне впровадження Інтернет-технологій в організацію і проведення спортивних турнірів дозволять при оцінці будь-якого спортивного заходу враховувати думку кожного, хто не байдужий до спорту і прагне брати в ньому найактивнішу участь. Інтернет-технології дають свободу спілкування та думки всім любителям спорту, ведуть до соціальної рівності.