簡易游泳姿勢訓練器在教學中的應(yīng)用

鄭杰　李晗　尚昳冰

【摘要】本文主要論述游泳姿勢訓練器及其系統(tǒng)，通過傳感器進行訓練者動作的位置、動作所產(chǎn)生的拉力、動作速率以及持續(xù)時間的數(shù)據(jù)采集，并且通過數(shù)據(jù)分析，能夠分析計算機根據(jù)拉力傳感器的數(shù)據(jù)進一步分析每個拉力傳感器位置拉力變化情況，并計算與相應(yīng)標準泳姿的數(shù)據(jù)差異，獲取訓練者訓練過程中的不出問題的地方，并且對肢體數(shù)據(jù)進行采集優(yōu)化，再通過手臂和腿訓練時的數(shù)據(jù)進行實時提示，讓學員進行改善，幫助訓練者能夠高效、快速的提高訓練效果，另外，設(shè)置有虛擬的動作展示顯示裝置部分，能夠使得訓練者直觀的觀測到訓練的動作過程，查找漏洞，提高教學的質(zhì)量，節(jié)省學習的時間。

【關(guān)鍵詞】游泳姿勢 訓練器 系統(tǒng)

前言：游泳運動是一項受到人們喜歡的運動，但是對于游泳的初學者而言，其對水會產(chǎn)生恐懼感，常常會因此對游泳的學習造成障礙，學習過程中動作無法完成，造成溺水，發(fā)生危險，并且在心理產(chǎn)生害怕的抵觸情緒，降低學習的效率?，F(xiàn)有的訓練過程，一般是讓學員在固定的凳子上進行動作訓練，聯(lián)系水中的動作，這種方式訓練簡單，直觀，并且能夠?qū)嵉剡M行練習，但是，這種訓練方法容易造成自行訓練中動作做的不到位，并且在體育訓練或教學中，教練員不能針對每個運動員的特定進行專項輔導，或者要上百次的重復每次糾正的內(nèi)容，也不能有效的記錄運動員訓練細節(jié)。針對上述缺陷或不足，本文的目的在于提供一種游泳姿勢訓練方法及其系統(tǒng)。

1泳姿訓練器基本運用原理

游泳姿勢訓練系統(tǒng)，包括訓練裝置以及與訓練裝置相連接的數(shù)據(jù)處理模塊。所述訓練裝置包括懸掛架，所述懸掛架上設(shè)置有用于固定訓練者的吊板，懸掛架的一側(cè)安裝有用于放置手臂的手臂握環(huán)，掛架的另一側(cè)安裝有用于放置腿部的腿部吊環(huán)。

數(shù)據(jù)處理模塊包括：數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理單元、建模模塊、圖像生成單元、數(shù)據(jù)傳輸單元以及顯示單元;數(shù)據(jù)采集裝置用于獲取訓練者訓練過程中動作的位置、動作力度、動作速率以及持續(xù)時間;數(shù)據(jù)處理單元用于將數(shù)據(jù)采集裝置所獲取的數(shù)據(jù)進行處理，以使得訓練者的動作映射到建模模塊生成的虛擬動畫人物上;建模模塊用于建立模擬訓練環(huán)境以及虛擬動畫人物;圖像生成單元用于將訓練環(huán)境以及虛擬動畫人物生成圖像;數(shù)據(jù)傳輸單元用于將數(shù)據(jù)采集裝置獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上，進行訓練數(shù)據(jù)存儲;以及顯示單元用于顯示訓練者的動作過程和動作變化。

懸掛架包括四根與水平面垂直設(shè)置的立柱，立柱頂部水平設(shè)置有橫杠;吊板懸掛于橫杠上，每個腿部吊環(huán)由上下兩根腿部彈性拉力帶固定在懸掛架上;手臂握環(huán)通過手臂彈性拉力帶固定在懸掛架上。

手臂握環(huán)由四根手臂彈性拉力帶固定在懸掛架上。數(shù)據(jù)采集裝置包括安裝于手臂握環(huán)上的第一拉力傳感器、安裝于腿部吊環(huán)的第二拉力傳感器以及動作捕捉攝像裝置。四根手臂彈性拉力帶通過第一拉力傳感器與懸掛架固定相連接;腿部彈性拉力帶通過第二拉力傳感器與懸掛架固定相連接。數(shù)據(jù)傳輸單元包括無線傳通信信道或有線傳通信信道。

2泳姿訓練器基本運用方法

建立模擬訓練環(huán)境以及虛擬人物;獲取訓練者在訓練過程中動作的位置、動作所產(chǎn)生的拉力、動作速率以及持續(xù)時間;對所獲取的數(shù)據(jù)進行處理，將訓練者的動作映射到生成的虛擬動畫人物上;并且分析每個拉力變化情況后，計算與相應(yīng)標準泳姿的數(shù)據(jù)差異。通過銀幕上虛擬人物的移動和動作變化，顯示訓練者的訓練過程，并且采集每位訓練者每種泳姿的每個拉力的歷史訓練數(shù)據(jù)，對所述數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，為每位運動員設(shè)定每個拉力位置拉力的閾值，將實時數(shù)據(jù)與該閾值進行比較，評判該次訓練成績。

閾值是根據(jù)拉力傳感器的每項拉力數(shù)據(jù)進行設(shè)定，或者對所有拉力數(shù)據(jù)的作用采用加權(quán)平均進行處理，得到綜合數(shù)據(jù)。根據(jù)實時拉力與閾值數(shù)據(jù)進行比較，當實時拉力超過閾值范圍時，控制報警模塊進行聲、光報警。對所獲取的數(shù)據(jù)進行處理，將訓練者的動作映射到生成的虛擬動畫人物上具體包括：通過動作捕捉攝像裝置捕捉訓練者的訓練動作圖像;將訓練動作圖像傳送到處理裝置;處理裝置對訓練動作圖像進行分解以及處理后，映射到虛擬人物。

具體的，訓練時運動員根據(jù)泳姿如自由泳，俯臥在吊板上，雙腳伸進腿部吊環(huán)于腳踝或腳掌部后綁定，手部握住手握環(huán)，然后進行模擬游泳訓練。

所述拉力傳感器通過數(shù)據(jù)采集模塊采集每個固定位置的彈性拉力帶的數(shù)據(jù)變化，數(shù)據(jù)包括拉力大小、變化速率、持續(xù)時間，如在一次劃水動作中拉力隨時間的變化情況。將上述數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龇治鲇嬎銠C，所述分析計算機記錄每個拉力傳感器位置拉力變化情況，同時生成每個位置對應(yīng)的拉力數(shù)據(jù)變化曲線軌跡，并計算與相應(yīng)標準泳姿的數(shù)據(jù)比較。根據(jù)每位運動員每種泳姿的每個拉力傳感器位置的歷史訓練數(shù)據(jù)，對所述數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，為每位運動員設(shè)定每個拉力傳感器位置的最優(yōu)閾值，將訓練實時數(shù)據(jù)與該閾值進行比較，評判該次訓練成績。閾值可以根據(jù)拉力傳感器的每項拉力數(shù)據(jù)進行設(shè)定，或者對所有拉力數(shù)據(jù)的作用采用加權(quán)平均進行處理，得到綜合數(shù)據(jù)。計算機通過數(shù)據(jù)通信模塊將閾值數(shù)據(jù)以及控制數(shù)據(jù)發(fā)送到所述拉力傳感器，所述拉力傳感器中的數(shù)據(jù)通信模塊接收閾值數(shù)據(jù)以及控制數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊將其存儲于存儲模塊，在訓練時數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集到的相應(yīng)數(shù)據(jù)與閾值數(shù)據(jù)進行比較，當超過閾值范圍時，控制報警模塊進行聲、光報警。

所述分析計算機通過控制數(shù)據(jù)傳輸報警模塊在報警時的聲、光信息，所述聲信息是根據(jù)每個泳姿的動作順序設(shè)定音樂信息，上述音樂信息在動作符合閾值要求的情況下能連續(xù)成一首歌曲或者有規(guī)律的音符，不合格時樂曲會走調(diào)。上述音樂信息還可以是表示該肢體部位動作合格或不合格的提示語音，如“左手不合格”等。上述音樂信息還可以是表示該肢體部位動作數(shù)據(jù)向閾值接近方式的提示語音，如“左手加力”、“右手再向后”等。

所述光信息可以使每個位置符合閾值要求的情況下亮綠燈，不合格亮紅燈，以提示教練員注意。

結(jié)語：通過本訓練裝置，使教練員不但能夠有針對性的對運動員的錯誤動作進行有效的指導，而且還能夠?qū)⒂柧氄叩囊曨l或教學視頻進行展示，幫助訓練者進行觀看和訓練對照，提高訓練者的效率以及訓練者的自我查缺補漏，發(fā)現(xiàn)問題。

作者簡介：李晗男、1971.08、碩士、副教授、遼寧石油化工大學教師。