鄭杰　李晗　尚昳冰

【摘要】本文主要論述游泳姿勢(shì)訓(xùn)練器及其系統(tǒng)，通過(guò)傳感器進(jìn)行訓(xùn)練者動(dòng)作的位置、動(dòng)作所產(chǎn)生的拉力、動(dòng)作速率以及持續(xù)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，并且通過(guò)數(shù)據(jù)分析，能夠分析計(jì)算機(jī)根據(jù)拉力傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析每個(gè)拉力傳感器位置拉力變化情況，并計(jì)算與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)泳姿的數(shù)據(jù)差異，獲取訓(xùn)練者訓(xùn)練過(guò)程中的不出問(wèn)題的地方，并且對(duì)肢體數(shù)據(jù)進(jìn)行采集優(yōu)化，再通過(guò)手臂和腿訓(xùn)練時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)提示，讓學(xué)員進(jìn)行改善，幫助訓(xùn)練者能夠高效、快速的提高訓(xùn)練效果，另外，設(shè)置有虛擬的動(dòng)作展示顯示裝置部分，能夠使得訓(xùn)練者直觀的觀測(cè)到訓(xùn)練的動(dòng)作過(guò)程，查找漏洞，提高教學(xué)的質(zhì)量，節(jié)省學(xué)習(xí)的時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】游泳姿勢(shì) 訓(xùn)練器 系統(tǒng)

前言：游泳運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)受到人們喜歡的運(yùn)動(dòng)，但是對(duì)于游泳的初學(xué)者而言，其對(duì)水會(huì)產(chǎn)生恐懼感，常常會(huì)因此對(duì)游泳的學(xué)習(xí)造成障礙，學(xué)習(xí)過(guò)程中動(dòng)作無(wú)法完成，造成溺水，發(fā)生危險(xiǎn)，并且在心理產(chǎn)生害怕的抵觸情緒，降低學(xué)習(xí)的效率。現(xiàn)有的訓(xùn)練過(guò)程，一般是讓學(xué)員在固定的凳子上進(jìn)行動(dòng)作訓(xùn)練，聯(lián)系水中的動(dòng)作，這種方式訓(xùn)練簡(jiǎn)單，直觀，并且能夠?qū)嵉剡M(jìn)行練習(xí)，但是，這種訓(xùn)練方法容易造成自行訓(xùn)練中動(dòng)作做的不到位，并且在體育訓(xùn)練或教學(xué)中，教練員不能針對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的特定進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)輔導(dǎo)，或者要上百次的重復(fù)每次糾正的內(nèi)容，也不能有效的記錄運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練細(xì)節(jié)。針對(duì)上述缺陷或不足，本文的目的在于提供一種游泳姿勢(shì)訓(xùn)練方法及其系統(tǒng)。

1泳姿訓(xùn)練器基本運(yùn)用原理

游泳姿勢(shì)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括訓(xùn)練裝置以及與訓(xùn)練裝置相連接的數(shù)據(jù)處理模塊。所述訓(xùn)練裝置包括懸掛架，所述懸掛架上設(shè)置有用于固定訓(xùn)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(xùn)練者訓(xùn)練過(guò)程中動(dòng)作的位置、動(dòng)作力度、動(dòng)作速率以及持續(xù)時(shí)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(jìn)行處理，以使得訓(xùn)練者的動(dòng)作映射到建模模塊生成的虛擬動(dòng)畫(huà)人物上;建模模塊用于建立模擬訓(xùn)練環(huán)境以及虛擬動(dòng)畫(huà)人物;圖像生成單元用于將訓(xùn)練環(huán)境以及虛擬動(dòng)畫(huà)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?jì)算機(jī)上，進(jìn)行訓(xùn)練數(shù)據(jù)存儲(chǔ);以及顯示單元用于顯示訓(xùn)練者的動(dòng)作過(guò)程和動(dòng)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(gè)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(guò)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(dòng)作捕捉攝像裝置。四根手臂彈性拉力帶通過(guò)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(guò)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(wú)線傳通信信道或有線傳通信信道。

2泳姿訓(xùn)練器基本運(yùn)用方法

建立模擬訓(xùn)練環(huán)境以及虛擬人物;獲取訓(xùn)練者在訓(xùn)練過(guò)程中動(dòng)作的位置、動(dòng)作所產(chǎn)生的拉力、動(dòng)作速率以及持續(xù)時(shí)間;對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將訓(xùn)練者的動(dòng)作映射到生成的虛擬動(dòng)畫(huà)人物上;并且分析每個(gè)拉力變化情況后，計(jì)算與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)泳姿的數(shù)據(jù)差異。通過(guò)銀幕上虛擬人物的移動(dòng)和動(dòng)作變化，顯示訓(xùn)練者的訓(xùn)練過(guò)程，并且采集每位訓(xùn)練者每種泳姿的每個(gè)拉力的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，為每位運(yùn)動(dòng)員設(shè)定每個(gè)拉力位置拉力的閾值，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與該閾值進(jìn)行比較，評(píng)判該次訓(xùn)練成績(jī)。

閾值是根據(jù)拉力傳感器的每項(xiàng)拉力數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，或者對(duì)所有拉力數(shù)據(jù)的作用采用加權(quán)平均進(jìn)行處理，得到綜合數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)時(shí)拉力與閾值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)時(shí)拉力超過(guò)閾值范圍時(shí)，控制報(bào)警模塊進(jìn)行聲、光報(bào)警。對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將訓(xùn)練者的動(dòng)作映射到生成的虛擬動(dòng)畫(huà)人物上具體包括：通過(guò)動(dòng)作捕捉攝像裝置捕捉訓(xùn)練者的訓(xùn)練動(dòng)作圖像;將訓(xùn)練動(dòng)作圖像傳送到處理裝置;處理裝置對(duì)訓(xùn)練動(dòng)作圖像進(jìn)行分解以及處理后，映射到虛擬人物。

具體的，訓(xùn)練時(shí)運(yùn)動(dòng)員根據(jù)泳姿如自由泳，俯臥在吊板上，雙腳伸進(jìn)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(jìn)行模擬游泳訓(xùn)練。

所述拉力傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊采集每個(gè)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(shí)間，如在一次劃水動(dòng)作中拉力隨時(shí)間的變化情況。將上述數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龇治鲇?jì)算機(jī)，所述分析計(jì)算機(jī)記錄每個(gè)拉力傳感器位置拉力變化情況，同時(shí)生成每個(gè)位置對(duì)應(yīng)的拉力數(shù)據(jù)變化曲線軌跡，并計(jì)算與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)泳姿的數(shù)據(jù)比較。根據(jù)每位運(yùn)動(dòng)員每種泳姿的每個(gè)拉力傳感器位置的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，為每位運(yùn)動(dòng)員設(shè)定每個(gè)拉力傳感器位置的最優(yōu)閾值，將訓(xùn)練實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與該閾值進(jìn)行比較，評(píng)判該次訓(xùn)練成績(jī)。閾值可以根據(jù)拉力傳感器的每項(xiàng)拉力數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，或者對(duì)所有拉力數(shù)據(jù)的作用采用加權(quán)平均進(jìn)行處理，得到綜合數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)通過(guò)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(chǔ)于存儲(chǔ)模塊，在訓(xùn)練時(shí)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(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)閾值范圍時(shí)，控制報(bào)警模塊進(jìn)行聲、光報(bào)警。

所述分析計(jì)算機(jī)通過(guò)控制數(shù)據(jù)傳輸報(bào)警模塊在報(bào)警時(shí)的聲、光信息，所述聲信息是根據(jù)每個(gè)泳姿的動(dòng)作順序設(shè)定音樂(lè)信息，上述音樂(lè)信息在動(dòng)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(shí)樂(lè)曲會(huì)走調(diào)。上述音樂(lè)信息還可以是表示該肢體部位動(dòng)作合格或不合格的提示語(yǔ)音，如“左手不合格”等。上述音樂(lè)信息還可以是表示該肢體部位動(dòng)作數(shù)據(jù)向閾值接近方式的提示語(yǔ)音，如“左手加力”、“右手再向后”等。

所述光信息可以使每個(gè)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(yǔ)：通過(guò)本訓(xùn)練裝置，使教練員不但能夠有針對(duì)性的對(duì)運(yùn)動(dòng)員的錯(cuò)誤動(dòng)作進(jìn)行有效的指導(dǎo)，而且還能夠?qū)⒂?xùn)練者的視頻或教學(xué)視頻進(jìn)行展示，幫助訓(xùn)練者進(jìn)行觀看和訓(xùn)練對(duì)照，提高訓(xùn)練者的效率以及訓(xùn)練者的自我查缺補(bǔ)漏，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

作者簡(jiǎn)介：李晗男、1971.08、碩士、副教授、遼寧石油化工大學(xué)教師。