Ski-Pro.Ru
Клуб любителей горных лыж
ГлавнаяГлавная   ГлавнаяФорумы   ФотоальбомыФотоальбомы   Статьи - горные лыжи и сноубордСтатьи   Горнолыжный атлас мираАтлас   ПоискПоиск   ПользователиПользователи   РегистрацияРегистрация
  • Анализ горнолыжной техники. Главные движения.

    Опять, нашлась очень интересная статья: группа ученых, под руководством П.Федерольфа и Р.Рейда, разработала подход к формальному описанию техники горнолыжников, их целью было приближение к обычному подходу тренеров и инструкторов. В прошлом делалось много попыток моделирования техники лыжника, как механической системы, состоящей из жестких звеньев, но не было получено больших результатов. Но ведь тренеры готовят чемпионов Кубка Мира, без вычислений сил, моментов и ускорений, а применяют неделимые объекты более высокого уровня: "движения", которые не делятся по конкретным "звеньям" лыжника. Все знают, что в горных лыжах мало "главных движений", но они суммируются: в каждый момент времени, каждое "звено" лыжника движется в результате сложения нескольких главных движений.

    Была поставлена задача: выделить главные движения (principal movements), и построить абстрактную систему, в которой описывается техника, без анализа механики на уровне сил и ускорений.
    Использовались исходные данные, которые были собраны несколько лет назад, для другого исследования по механике. Данные записаны на трассе слалома, с нескольких спортсменов, с равным уровнем, ростом и весом, которые прошли трассу несколько раз. Были собраны данные с короткого участка, на котором спортсмены делали правый и левый повороты.
    Движения спортсменов записаны MOCAP1-системой, с маркерами на суставах тела, лыжах и палках: были получены точные пространственные положения всех "звеньев", в каждый момент времени. Затем, по этим данным были рассчитаны координаты центра масс системы, с учетом массы лыж.


    Для анализа данных был использован факторный анализ, который применим, когда внутренние процессы скрыты, но доступны данные внешних измерений: это системы управления, прогнозирование, экономика, другие области. На основе этого метода также строятся технические системы распознавания образов или ситуаций, например системы оповещения о вероятности аварии на опасных объектах.
    Если собрать множество объектов и описать их любыми наборами параметров, то всегда существует система координат, которая описывается теми же параметрами, и имеет оптимальную ориентацию для описания объектов. Важная фенька факторного анализа: результирующие оси координат так расположены, что основные изменения параметров происходят по нескольким главным осям, все остальные оси можно не учитывать. Изменения сотен параметров можно отобразить всего на несколько осей, но без большой потери точности. В разных методах факторного анализа, эти оси координат называются "главными факторами" или "главными компонентами", есть много алгоритмов для их быстрого вычисления.
    Если наборы параметров даже не имеют смысла, то оптимальная система координат существует все равно, но также может не иметь смысла. Например, в технических системах оповещения, смысл главных компонент не нужен: показания множества разных приборов пересчитываются в пространство 2-3 главных компонент, и если значения по их осям попадают в известные, опасные интервалы, то сигнал тревоги подается заранее, ДО появления реальной опасности.

    Но для научных целей необходимы только осмысленные главные компоненты: задача там состоит в описании компонент в терминах явлений, которые изучаются. Для этого, исходные данные должны быть преобразованы, на поиск нужных преобразований часто затрачивается больше времени, чем на сбор экспериментальных данных.
    Траектории движения всех точек были преобразованы к координатам относительно центра масс, с направлением оси X по горизонтальной составляющей скорости ЦМ, а оси Z по направлению от ЦМ лыж к общему ЦМ системы. Затем траектории, для всех проездов, были масштабированы по времени, для привязки к положениям ЦМ относительно поворотов. В результате, каждый момент нормированного времени, для каждого проезда, был представлен набором из координат XYZ, для всех точек.

    После всех преобразований, были вычислены главные компоненты, соответствующие главным движениям, в результате всего 5 главных компонент поглощают 97.3% дисперсии, т.е. суммарного разброса значений, по всем координатам. Значит лыжники, при поворотах, делали только 5 главных движений, PM1-PM5, которые складывались, и в сумме давали измеренные траектории конкретных точек, с остаточной дисперсией всего 2.3%!
    При сложении главных движений они умножаются на коэффициенты, которые изменяются во времени. В результате сумма близка к главному движению с высоким коэффициентом, но не содержит ничего от движения с коэффициентом 0.
    Главные движения были преобразованы обратно, в обычное пространство, в котором их можно распознать. Также была получено описание усредненной техники, по всем проездам: при обратном преобразовании, координаты каждой точки условного лыжника, в каждый момент времени, является суммой положений при каждом главном движении, при тех же значениях коэффициентов.
    Но коэффициенты зависимы не только от времени: можно считать их функцией от угла закантовки β. Вот главные движения 1-5, в обычном пространстве, и графики изменения их коэффициентов от угла β:


    На графиках видна асимметрия и гистерезис, они связаны с движениями, которые делались до выхода на контрольный участок, т.е. с неоднородностью трассы.
    Главные движения PM1 и PM2 понятны, они соответствуют 63.2% и 17.5% дисперсии. При подготовке данных ученые повернули ось Z, но в обычных координатах, относительно поверхности склона, главное движение PM1 ИМХО расположено так:


    PM3 (9.2%) соответствует повороту лыж, в горизонтальной плоскости, относительно направления движения, с боковым прогибом и наклоном плеч, возможно, что это ангуляция.
    PM4 (5.6%) соответствует повороту лыж, в вертикальной плоскости, или наклону спортсмена вперед и назад относительно лыж.
    PM5 (1.8%) похоже на PM3, но по графику видно, что PM5 происходит в другие моменты поворота, при других углах закантовки.

    На следующем этапе анализировалась техника конкретных спортсменов, которые делают главные движения в своем, индивидуальном стиле, и имеют разные соотношения коэффициентов. Вот сравнение техники спортсменов A и C по главным движениям PM1-PM5:


    Хорошо видно: что спортсмен C делает главные движения с большой амплитудой, гистерезис также больше.

    На данном этапе ученые не ставили цель непосредственного внедрения метода в практику, целью было доказательство его корректности, ИМХО она доказана. Модель главных движений уже сегодня может быть использоваться для разработки систем, поддерживающих процесс обучения и тренировок горнолыжников.
    Обработка данных проводилась на медленной, прикладной системе, но если будут разработаны специализированные программы, то возможности увеличатся: прием и обработка данных будут происходить в процессе спуска, тренер будет видеть главные движения спортсмена в реальном времени. Но информация может передаваться также и непосредственно спортсмену, например на очки "дополненной реальности" (augmented reality, AR).

    И вот, мы опять приходим к идее "электронного тренера", но теперь его можно построить на более строгой основе. Если нужен более тщательный анализ, на уровне тонких деталей, то можно выделять больше главных движений, каждое следующее выделенное движение имеет все меньший вес, и отвечает за менее видимые детали.
    И еще: главные движения легко преобразуются обратно, к траекториям "звеньев" механической модели в обычном пространстве. Следовательно можно анализировать также действующие силы, связь с "механическим" подходом не потеряна, метод может применяться при проектировании новых моделей горных лыж и ботинок.

    Прощайте, милые сферические кони!


    ИришкаВ



    1 Про системы MOCAP можно прочесть в статье.

    Полную публикацию можно скачать тут.

    В дополнение, диссертация Роберта Рейда, очень интересный и подробный анализ механики горных лыж, на основе обычного подхода, за 2 года до анализа главных движений.


    Комментарии 43 Комментарии
    1. Аватар для Skipper
      Весьма увлекательно.
    1. Аватар для ViSki
      Прощайте, милые сферические кони!
    1. Аватар для ИришкаВ



      ЗЫ. Вабчета не похоже.
    1. Аватар для Skipper
      Ну да. При коне скорее видится пожилой джентельмен в академической мантии и с прической под Эйнштейна. И не стоящий, а полулежащий. "Злая гадюка кусила его, и принял он смерть от коня своего" (C).

      В статье кое-что осталось неясным. Главные движения вычислялись статистически для лыжников, одинаковых по росту и весу. Хотя по-моему, первое, что приходит в голову - детально исследовать влияние этих факторов.
    1. Аватар для ИришкаВ
      ИМХО они только пробовали, новый подход: были готовы данные, хотели попробовать, а все получилось. Если будет продлжение, то ИМХО исследуют более детально.
    1. Аватар для iz3
      Цитата Сообщение от ИришкаВ Посмотреть сообщение
      ИМХО они только пробовали, новый подход: были готовы данные, хотели попробовать, а все получилось.
      Ох, Иришка, умеете Вы загонять людей в научные дебри! Что авторы хотели -понятно, что получилось - тоже понятно. Впрочем, недостатки метода они и сами хорошо описали. Я вот долго думал, почему ПМ1 - "самое главное", хотя , по здравому смыслу, это и не движение вовсе. А всё просто: оно даёт самое большое изменение положений "лампочек", даже если из него вычленить угол наклона ( бэта у них не закантовка, а наклон). А если убрать лампочки с концов палок - останется ли оно главным? Наука не в курсе дела.
      Так что на наведение мостов между учеными и практиками пока им претендовать рано. Тут уже целый табун милых и чудесных сферических коней.
    1. Аватар для ИришкаВ
      Цитата Сообщение от iz3 Посмотреть сообщение
      А всё просто: оно даёт самое большое изменение положений "лампочек", даже если из него вычленить угол наклона.
      Не. Вы забыли: что они повернули ось Z, там нет самого большого перемещения. Смотрите исходную картинку, там нет больших перемещений, кроме внутр. ноги.
      Но я специално развернула PM1, в нормальные координаты, чтоб распознать движение. Вы умеете достичь таких углов?
      Угол beta это "inclinaton angle", между вертикалю и осью Z, но ось Z направлена: от ЦМ лыж к ЦМ системы. Там нет ангуляции, практиески, следовательно это угол закантовки +-.
      Если убрать маркеры, с концов палок, то ИМХО картина не изменится, PM1 и PM2 будет без палок, но это движение мы все видим, не? Знаем движение, но не можем сказать: куда направлены палки, ведь так?
      Цитата Сообщение от iz3 Посмотреть сообщение
      Так что на наведение мостов между учеными и практиками пока им претендовать рано.
      Почему? PM1 и PM2 ИМХО очевидны, можно построить идеальную модель, без зависимости от роста-веса, можно взять относительные массы звеньев, не?

      ЗЫ. Написала глупость, прочла, все переправила, сорри.
    1. Аватар для Skipper
      Вроде бы, палки вообще мало участвуют. При сравнении техники даже направлены хрен куда (PM2), и ничего - все равно PM2.
      По-моему, связь с практикой состоит в том, чтобы выявить соответствие главных движений и тренерских кричалок. С PM1, PM2 и PM4 все понятно, а вот с PM3 и PM5 не все. Похоже, что PM3 - это удерживание тушки грудью по склону.

      Хорошо бы посмотреть все это в движении. Иришка, слабО сделать мультик?
    1. Аватар для iz3
      Цитата Сообщение от ИришкаВ Посмотреть сообщение
      Не. Вы забыли: что они повернули ось Z, там нет самого большого перемещения. Смотрите исходную картинку, там нет больших перемещений, кроме внутр. ноги...

      Если убрать маркеры, с концов палок, то ИМХО картина не изменится...
      Да не, я не забыл. Исходная картинка, та что подлежит дальнейшей обработке, это как раз то, что Вы нарисовали. То, что они из неё вычленяют, нельзя показывать любому тренеру и утверждать, что это и есть наиглавнейшее движение. Он долго смеяться будет. Или говорить чё, в смысле кричалок! Да и исходную лучше не показывать, потому что для всякого тренера это не движение вовсе, а результат совершенно иных движений и, главным образом, силовых.

      Маркеры на концах палок, в силу их большой махательности, дают солидную долю изменчивости положения маркеров в общей картине. Быть может, без их учета ПМ1 и не будет таким уж главным.

      Иришка, слабО сделать мультик?
      Кстати, в тексте есть упоминания о видео к рисункам. Не исключено, что оно где-то уже лежит.
    1. Аватар для ИришкаВ
      Цитата Сообщение от iz3 Посмотреть сообщение
      Маркеры на концах палок, в силу их большой махательности, дают солидную долю изменчивости положения маркеров в общей картине. Быть может, без их учета ПМ1 и не будет таким уж главным.
      Ненене. Тока при условии низкой корреляции, с др. параметрами. Но по картинке сравнения техники, мы видим, дествительно: что палки в PM2 махаются, во все стороны, но PM2 остается на месте. Значит движение палок с чем то коррелирует, и не мешает.

      Искала видео, но в общем доступе нету. Про мультик, надо подумать.
    1. Аватар для iz3
      Цитата Сообщение от ИришкаВ Посмотреть сообщение
      ... мы видим, дествительно: что палки в PM2 махаются, во все стороны, но PM2 остается на месте. Значит движение палок с чем то коррелирует, и не мешает.

      Про мультик, надо подумать.
      ДА и пусть оно хоть с чем коррелирует, РМ2 действительно остаётся уверенно на втором месте. С удельным весом по изменчивости более чем в 4 раза меньшим, чем у РМ1. Т.е. РМ1 в 4 раза главнее, чем РМ2. Это, с моей точки зрения, соответствует как раз применяемой методе, но не соответствует здравому практическому смыслу.
      Да и сами авторы не сильно спорят:
      "A further limitation is that while the PMs quantify the movement as executed by the athlete, the causes for these movements remain unknown".
      Короче, ретроград я, Иришка!
    1. Аватар для ViSki
      Хуже я ретроград, да. Про мультик не надо дкмать: по трем позам невозможно.
      По лимитэйшену спорить не могу.
    1. Аватар для ИришкаВ
      НЕТ!!! Если видим трансляцию, с КМ, то сразу же, видим PM1, главное в горных лыжах, в любом виде. Смотрим, любую кртинку, на тему горных лыж, видим PM1, это главное движение, к-рое заметно, всем. Дальше, мы знаем горные лыжи, 2-е, перецентровка, те. PM2. мы это ВИДИМ, при чем тут здравый смысл? Метод выделяет, то же самое, что мы видим, в аналог. посл-ности, без причин. Causes remain unknown, ну и что?
      ИМХО метод работает!!!
      Грег Гуршман писал: что он не придумал, а описал, что он видел у спортменов, ведь так?

      ViSki, спасибо, хотела в 3Dmax, на biped, но нет движения, прыгает.
    1. Аватар для ViSki
      Как чайник, не могу спорить с профи, и женщин-математиков с детства боюсь.
      По моему скромному мнению, движения в горных лыжах должны быть не просчитанными, а органичными. Математические подходы бесполезны (ИМХО).

      Цитата Сообщение от ИришкаВ Посмотреть сообщение
      хотела в 3Dmax, на biped
      Переходите на бесплатный Blender, мой совет. Max-овский biped - убожество.
    1. Аватар для ИришкаВ
      Дык все профи на skigu.ru, а мы чайники.
      Согласна: движения должны быть органичными, но ИМХО гармония, любая, имеет математическое выражение, напр. золотое сечение, или сочетаемость нот, не?
      ИМХО задача была, не просчитать движения, а понять: ЧТО видит тренер.
      Я опять, о своем, о девичьем: "электронный тренер", кот. подсказывает, в процессе спуска, ИМХО было бы полезно, многим.
    1. Аватар для Skipper
      Цитата Сообщение от iz3 Посмотреть сообщение
      Т.е. РМ1 в 4 раза главнее, чем РМ2. Это, с моей точки зрения, соответствует как раз применяемой методе, но не соответствует здравому практическому смыслу.
      Цитата Сообщение от ИришкаВ Посмотреть сообщение
      сразу же, видим PM1, главное в горных лыжах, в любом виде. Смотрим, любую кртинку, на тему горных лыж, видим PM1, это главное движение, к-рое заметно, всем. Дальше, мы знаем горные лыжи, 2-е, перецентровка, те. PM2. мы это ВИДИМ
      Вопрос, конечно, интересный. Если речь о степени заметности, то как-то так оно и получается: PM1 видно издали, а PM2 поближе (и не всем). Но с точки зрения механики, PM1 скорее является следствием правильно выполненного PM2. С другой стороны, по самому заметному движению можно судить о правильности менее заметных - независимо от характера их взаимосвязи.

      В принципе, в глубокой древности тренеры реагировали на недостаточную заметность движения, схожего с PM1, специальной кричалкой: "Кидай жопу больше!" (прошу прощения, из песни слова не выкинешь). Может, и сейчас реагируют.
    1. Аватар для iz3
      ...и женщин-математиков с детства боюсь...
      Если видим трансляцию, с КМ, то сразу же, видим PM1, главное в горных лыжах...
      Ну, не принижайте нас, Иришка! Мы видим всё-таки не какой-то там РМ, а целостную картину. И с чего Вы взяли, что оно - главное в горных лыжах? Оно самое амплитудное, и то на виде впереди или сзади.
      ...задача была, не просчитать движения, а понять: ЧТО видит тренер...
      Тренер тоже видит целостную картину, и гораздо лучше нас. И он умеет вычленять из неё критические движения и оценивать их с точки зрения как раз "causes". И вряд ли он вскорости станет менять свою древнеисторическую кричалку на что-нибудь вроде "Добавь первого РМа!".

      На мой взгляд, задача состояла в том, чтобы к имеющемуся набору данных применить имеющийся же матаппарат и посмотреть, что из этого получится.
      И с нею исследователи успешно справились.

      И при этом я не имею совершенно ничего против гармонии, математики, электронного тренера и уж, конечно, против женщин-математиков!
    1. Аватар для ИришкаВ
      Цитата Сообщение от iz3 Посмотреть сообщение
      Тренер тоже видит целостную картину, и гораздо лучше нас. И он умеет вычленять из неё критические движения и оценивать их с точки зрения как раз "causes". И вряд ли он вскорости станет менять свою древнеисторическую кричалку на что-нибудь вроде "Добавь первого РМа!"
      ИМХО тренер, в "кричалке" не указывает ошибку, а говорит: как исправить, но ведь возможно, что он видит, эту ошибку, по самому заметному движению, если издали?
    1. Аватар для iz3
      Ах, Иришка, в этой жизни всё возможно!
    1. Аватар для ИришкаВ
      В результате вышла смешная тема.
  • Объявления

    Доктор

    Уступлю бронирование на Красной поляне на март

    Автор: Доктор

    Уступлю бронирование на Красной поляне в Эльпида бутик отеле с 26 февраля по 7 марта, двухместный номер с завтраком, оплачены 1 сутки, общая стоимость

    07.01.2018, 14:12 от Доктор К последнему сообщению
    lukina80

    Подбор персонала

    Автор: lukina80

    Занимал Олег Станиславович Верещагин (род. 22/08/1984) в нашем горнолыжном клубе (Новгородская обл.) должность управляющего. Груб, неадекватен и вспыльчив,

    16.09.2017, 22:42 от lukina80 К последнему сообщению
    IgorDaryashin

    Продаю квартиру у горнолыжных склонов

    Автор: IgorDaryashin

    двухуровневая, 5 комн. квартира,
    с сауной и дровяным камином.
    горнолыжные комплексы
    г.Кировск Мурманской области
    3 100 000 руб

    30.06.2017, 16:31 от IgorDaryashin К последнему сообщению
    Messer987

    Продаю камеру GoPro hero 4 silver

    Автор: Messer987

    Продам новую камеру GoPro Hero 4 silver!Все в оригинальной упаковке.
    Так же есть GoPro HERO 4 Session*
    Камеры находятся в Казани.
    (Silver)Цена:23500р.*

    06.06.2017, 01:06 от Messer987 К последнему сообщению
    Xundr

    Продам внутренний фильтр для аквариума от 200 до 300л

    Автор: Xundr

    Добрый вечер всем!
    Продаю внутренний фильтр для аквариума объемом от 200 до 300 литров, описание и все характеристики фильтра можно вот здесь

    29.05.2017, 21:10 от Xundr К последнему сообщению