Sekcia: Vzdelávanie

 

2D kinematická analýza spôsobu obojstranného korčuľovania jednokročného v behu na kolieskových lyžiach

Mgr. Katarína Liptáková, Národné športové centrum

Kľúčové slová: beh na lyžiach, korčuliarska technika, obojstanné korčuľovanie jednokročné, kinematická analýza, 2D, kinematické charakteristiky, pohybový cyklus

So zámerom skvalitnenia tréningovej činnosti ako aj posudzovania predpokladov pre dosahovanie vrcholových športových výkonov prebieha v roku 2009 v Národnom športovom centre (NŠC) projekt zameraný na využitie technických možností analýzy pohybu vo vrcholovom športe. Prvoradým cieľom tohto projektu je vypracovanie metodiky pre systematické vyhotovovanie záznamov pohybu športovcov a ich vedecká analýza s cieľom odborného poradenstva pre športovcov a trénerov. S tým súvisí vypracovanie protokolov pre posudzovanie zvládnutia technickej zručnosti v konkrétnej športovej disciplíne s perspektívou vyjadrenia tréningových odporúčaní resp. kontroly technického napredovania a zdokonaľovania pohybu u sledovanej talentovanej mládeže. Vzhľadom na uvedené skutočnosti a na dostupnosť materiálno-technického zabezpečenia na oddelení výskumu a vývoja v športe NŠC bolo uskutočnené sledovanie mládežníckych bežcov na lyžiach s využitím 2D kinematickej analýzy techniky behu na lyžiach korčuliarskou technikou, spôsobom behu obojstranné korčuľovanie jednokročné (1:1). Hlavným zámerom bolo overenie stability testu pre zber kinematických údajov a zabezpečiť tak štandardné podmienky pre jednotlivé merania, ktoré umožnia komparáciu individuálnych kinematických charakteristík v medziročných intervaloch. Ďalším zámerom bolo vyjadrenie kinematických charakteristík spôsobu behu na lyžiach obojstranným korčuľovaním jednokročným.

Kinematická analýza v bežeckom lyžovaní datuje svoje počiatky na konci sedemdesiatych rokov minulého storočia. Už v  začiatkoch sa využívala jednoduchá 2D analýza s využitím vysoko-rýchlostnej kamery na posudzovanie prevažne rovinnej klasickej techniky behu na lyžiach. (DILLMAN et al., 1979; EKSTRÖM, 1981). K nevýhodám metódy 2D analýzy patria: (1) obmedzenie na klasickú techniku (takmer celá je 2D); (2) obmedzené priestorové podmienky s fixovanou kamerou; (3) zvyšovanie perspektívnej chyby počas snímania; (4) znižovanie ostrosti snímaného objektu pri väčšej ohniskovej šírke ale menšej veľkosti objektu na obrazovke. Napriek tomu, v závislosti od cieľa výskumu a výberu kinematických parametrov, 2D analýza môže byť využívaná na skúmanie techniky pohybu. Kinematická analýza pohybu bežca na lyžiach v priestore je zaujímavá pre komparáciu individuálnych charakteristík resp. techniky behu vo vzťahu k charakteristikám celého tela (trvanie cyklu, počet cyklov, dĺžka cyklu), alebo k detailnejším aspektom pohybu ako uhlové charakteristiky či priebeh ťažiska. Videoanalýza z bočného, predného resp. zadného pohľadu môže byť dostatočne využitá napr. v pretekovej činnosti na vymedzenie charakteristík pohybového cyklu (odpichová fáza, regeneračná fáza, trvanie cyklu, frekvencia odpichu, dĺžka cyklu, uhlové zmeny) (HOLMBERG et al., 2005; STÖGGL et al., 2006,2006a; RUNDELL et al., 1996; PUSTOVRH et al., 2006). O možnostiach praktického využitia 2D analýzy pri hodnotení pohybového prejavu športovca napr. v atletika hovorí štúdia CÍHOVEJ (2006), kde sa odporúča podrobiť dôkladnej analýze nielen pretekovú činnosť, ale zamerať výskumy aj na tréningové podmienky.

Trojdimenzionálna analýza sa v bežeckom lyžovaní predstavila už v osemdesiatych rokoch minulého storočia. Príbuzná metóda je už viacej sofistikovaná a vyžaduje si simultánne využitie viacerých kamier. Treba si ale uvedomiť, že pozitíva spojené s komplexnejším hodnotením kinematických parametrov využitím 3D analýzy prinášajú aj sériu negatív. Aj najmodernejšie a najpresnejšie systémy na získavanie dát a spracovanie obrazu (Vicon; UK; Qualisys; Sweden) využívajúce infračervené kamery na automatické rozpoznávanie markerov, majú svoje obmedzenia. Napr. 3D kalibrácia priestoru, časovo náročné digitalizácie z dvoch a viacerých kamier, obmedzenia vonkajších vplyvov (svetlo, chlad, vlhkosť, odolnosť prístrojov...), rýchlosť spätnej väzby z výskumnej procedúry, vysoká finančná náročnosť týchto systémov. Po druhé tieto systémy boli vyvinuté pre laboratórne podmienky a ich využitie v reálnych podmienkach obzvlášť v zime (tak ako je to pri bežeckom lyžovaní) je značne obmedzené (mrazu-odolnosť kamier a prístrojov, nutný zber dát v noci s využitím umelého osvetlenia, absentuje možnosť využitia v pretekoch atď.).

Dostupnosť odborných prác týkajúcich sa uvedenej problematiky v našich podmienkach je obmedzená. Prevažujú jednoznačne práce z atletického prostredia (skok o žrdi, trojskok, beh na 400 resp. 800m, atletická chôdza). Práce zaoberajúce sa problematikou biomechaniky behu na lyžiach nie sú v súčasnosti predmetom záujmu odborníkov na Slovensku. Najnovšou prácou týkajúcou sa tohto športu je štúdia vplyvu vybraných ukazovateľov techniky pohybovej činnosti na športový výkon v behu na lyžiach konkretizovaná na beh klasickou technikou (BÖHMER; 2004). Práce rozoberajúce korčuliarsku techniku behu na lyžiach u nás absentujú úplne.

Vzhľadom na uvedené skutočnosti a na dostupnosť materiálno-technického zabezpečenia na oddelení výskumu a vývoja v športe NŠC bolo uskutočnené sledovanie mládežníckych bežcov na lyžiach s využitím 2D kinematickej analýzy techniky behu na lyžiach korčuliarskou technikou, spôsobom behu obojstranné korčuľovanie jednokročné (1:1).


CIEĽ
Cieľom práce bolo overenie stability testu pre zber kinematických údajov. K naplneniu tohto cieľa bolo nevyhnutné zabezpečiť štandardné podmienky pre jednotlivé merania, ktoré umožnia komparáciu individuálnych kinematických charakteristík v medziročných intervaloch. Ďalším zámerom bolo vyjadrenie kinematických charakteristík spôsobu behu na lyžiach obojstranným korčuľovaním jednokročným.


METODIKA
Charakteristika súboru
Celé sledovanie pozostávalo z troch meraní, pri ktorých sa testov zúčastnilo dokopy 14 bežcov na lyžiach. Súbor tvorilo 6 chlapcov (vek 17,5 ± 1,05 rokov) a 8 dievčat (vek 18,63 ± 3,2 rokov). Všetci probanti sú členmi reprezentačných družstiev v bežeckom lyžovaní (RD ženy, U-23, OH-nádeje).

Organizácia merania
Probanti absolvovali rovinatý meraný 25 metrov dlhý úsek s letmým štartom na kolieskových lyžiach korčuliarskou technikou a spôsobom obojstranným jednokročným. Nábehová vzdialenosť k začiatku meraného úseku bola 10 metrov. Podklad absolvovanej trate bol asfaltový povrch. Probanti boli inštruovaní, aby prekonali vymedzený úsek s maximálnym nasadením. Meranému pokusu predchádzalo dostatočné rozjazdenie sa na kolieskových lyžiach a 5 pokusov rôznymi spôsobmi behu stredne vysokou intenzitou.

Na vymedzenom 25 metrovom úseku bolo využité časomerné zariadenie pre kontrolu časových charakteristík získaných z digitalizovaného videozáznamu prostredníctvom softvéru Dartfish. Videozáznamy boli vytvorené kamerou zn. SONY HDR-FX7 s možnosťou záznamu 200 snímkov/s. Kamera bola umiestnená kolmo na rovinu snímania. Optická os kamery bola vyznačená pomocou kalibračného kvádra umiestneného v priestore snímania. Všetky kinematické charakteristiky (KCH) boli získané s využitím softvéru na spracovanie obrazu DARTFISH (ver. Pro Suite, 5.5.10925.0).

Získané KCH sú rozdelené do troch podskupín:  úsekové, cyklové a fázové.

Úsekové KCH boli zisťované v priebehu celého meraného úseku.

Sledované úsekové KCH:
priemerná rýchlosť úseku [m/s] (v1);
priemerná dĺžka cyklu [m] (dc1);
počet cyklov v úseku [1] (pc1);

Cyklové KCH vypovedajú o základných charakteristikách pohybového cyklu. Spracovávané boli tri po sebe nasledujúce pohybové cykly. Tie boli vybrané tak, že stredný cyklus je najbližší optickej osi kamery a prvý s tretím ho ohraničujú.

Sledované cyklové KCH:
trvanie cyklu [s] (tc1);
najnižšia uhlová hodnota cyklu [°] (min);
najvyššia uhlová hodnota cyklu [°] (max);
rozdiel max - min uhlovej hodnoty cyklu [°] (r1);
suma uhlových zmien cyklu [°] (s1)

Fázové KCH predstavujú štruktúru jedného pohybového cyklu, kde jeden cyklus bol rozdelený na šesť mikrofáz. Prvá mikrofáza predstavuje začiatok (z) pohybového cyklu a je charakterizovaná dotykom pravej palice s povrchom trate. Začiatkom druhej mikrofázy je moment dosiahnutia paralelnej (p) pozície dolných končatín voči sebe. Tretia mikrofáza začína momentom ukončenia kontaktu palíc (o) s povrchom trate, teda dokončením odpichovej makrofázy. Ukončenie odrazu (d) je začiatok štvrtej mikrofázy, piatou mikrofázou je dosiahnutie najvyššej (n) pozície celého cyklu. Šiesta mikrofáza je koniec (k) celého cyklu. Šiesta mikrofáza prvého cyklu a prvá mikrofáza druhého cyklu sú totožné. Rovnako šiesta mikrofáza druhého cyklu a prvá mikrofáza tretieho cyklu sú totožné.

Sledované fázové KCH:
kumulatívny čas cyklu [s] (kc);
trvanie mikrofázy cyklu [s] (t);
percentuálny kumulatívny čas [%] (p);

uhlové hodnoty v kolennom kĺbe [°]:
(kfz)– uhol na začiatku cyklu, 1.mikrofáza
(kfp)- uhol v paralelnej pozícii, 2.mikrofáza
(kfo)- uhol na konci odpichu, 3.mikrofáza
(kfd)- uhol v momente odrazu, 4.mikrofáza
(kfn)- uhol v najvyššej pozícii cyklu, 5. mikrofáza
(kfk)- uhol na konci cyklu, 6.mikrofáza

uhlové hodnoty v bedrovom kĺbe [°]:
(bfz)– uhol na začiatku cyklu, 1.mikrofáza
(bfp)- uhol v paralelnej pozícii, 2.mikrofáza
(bfo)- uhol na konci odpichu, 3.mikrofáza
(bfd)- uhol v momente odrazu, 4.mikrofáza
(bfn)- uhol v najvyššej pozícii cyklu, 5. mikrofáza
(bfk)- uhol na konci cyklu, 6.mikrofáza

Štatistika
Na spracovanie a vyhodnotenie kvantitatívnych empirických údajov bola použitá základná popisná štatistika, testovanie významnosti rozdielov priemerných hodnôt (parametrický párový t-test) a párová korelačná analýza podľa Pearsona. Štatistická významnosť súvislostí bola posudzovaná na 5% hladine pravdepodobnosti. Využitý bol softvér MS Excel (doplnok  Analytické nástroje)a softvér PASW Statistics 18 (SPSS Inc.).


VÝSLEDKY
Sledované uhlové charakteristiky boli vyselektované iba na bedrový a kolenný kĺb z dôvodu rozsahu takto získaných štatistických premenných. Zisťovanie uhlových charakteristík v lakťovom kĺbe si navyše vyžaduje 3D sledovanie, o ktoré je možné rozšíriť sledovanie v prípade prijateľných záverov z uskutočneného sledovania uhlových zmien v bedrovom a kolennom kĺbe v tejto štúdii. Už počas súčasných troch meraní boli použité simultánne dve HD kamery zn. SONY pre posúdenie podmienok a možností komplexnejšieho spracovania pohybového prejavu.

Zisťovanie uhlových charakteristík v členkovom kĺbe bolo obmedzené vzhľadom na umiestnenie kalibračného kvádra, ktorý prekrýval záznam na úrovni členka. Z dôvodu výrazného počtu absentujúcich dát nebolo možné využiť čiastočné údaje k štatistickému spracovaniu.

Na overenie stability testu pre zber kinematických údajov bol uplatnený postup opakovania daného testu trikrát za rovnakých podmienok, s rovnakým spôsobom merania. Retesty sa uskutočnili s jednomesačným odstupom na tom istom mieste za porovnateľných poveternostných podmienok. Cieľom bolo zistiť, či pri opakovanom testovaní budú zaznamenané približne tie isté výsledky merania.

Dosiahnuté výsledky boli podrobené párovej korelačnej analýze. Na posúdenie boli vybrané nezávislé kalibračné KCH (n=66), na základe ktorých je možné posudzovať stabilitu testu. Koeficienty stability testov sú uvedené v tabuľke 1, na základe ktorých je možné prijať tvrdenie, že zabezpečenie štandardných podmienok testovania sa podarilo naplniť.

Ďalším zámerom tejto práce bolo vyjadrenie kinematických charakteristík spôsobu behu na lyžiach obojstranným korčuľovaním jednokročným.

Popisná štatistika kinematických charakteristík sledovaného súboru je uvedená v tabuľkách 2-4. V tabuľkách sú uvedené výsledky popisnej štatistiky za celý sledovaný súbor pre uvedený spôsob behu na lyžiach. Tabuľka 2 uvádza úsekové KCH, tabuľka 3 uvádza cyklové KCH, tabuľka 4 uvádza KCH v jednotlivých fázach pohybového cyklu behu na lyžiach obojstranným korčuľovaním jednokročným.


ZÁVERY
1.
Výsledky overenia stability testu pre zber kinematických charakteristík potvrdili jednoznačne vhodnosť zabezpečenia testovacích podmienok pre jeho použitie v praxi.
2. Pre komplexnejšiu analýzu je potrebné upraviť prostriedky kalibrácie priestoru. Kalibračný kváder umiestnený kolmo na os snímania odporúčam nahradiť kalibračnými značkami (napr. značkovacie taniere) umiestnenými vo vzájomnej vzdialenosti 5m. Optickú os kamery vyznačiť kolmo na os snímania, ale umiestniť značenie až za objekt snímania. Vytvorí sa tak priestor pre zber kinematických údajov v dĺže 5m ohraničenú značkou 10m a 15m bez prekážok v snímaní subjektu.
3. Získané kinematické charakteristiky behu na lyžiach spôsobom obojstranné korčuľovanie jednokročné je možné využiť pri posudzovaní individuálneho zvládnutia techniky jazdy na lyžiach uvedeným spôsobom. Výraznejšie odchýlky od uvedenej priemernej hodnoty môžu vypovedať o chybnom prevedení pohybovej činnosti. Pri vyjadrovaní záverov a odporúčaní však treba myslieť na skutočnosť, že prezentované závery vznikli na malom súbore a je preto žiaduce tieto závery doplniť, resp. potvrdiť na početnejšom súbore probantov.
4. Vypracovaný protokol štandardných podmienok testovania pre posudzovanie zvládnutia technickej zručnosti v behu na lyžiach môže byť použitý pre ďalšiu vedeckú analýzu s cieľom odborného poradenstva pre športovcov a trénerov.


LITERATÚRA
Böhmer, M., Hellebrandt, V.: (2004). Vplyv vybraných ukazovateľov techniky pohybovej činnosti na športový výkon v behu na lyžiach. In: Telesná výchova a Šport, Bratislava, 14(3-4): 34-36.

Cíhová, I.: (2006). Praktické ukážky využitia dvojdimenzionálnej analýzy pri hodnotení realizácie pohybovej činnosti trojskoku žien. In: Vedecký zborník Atlatika 2006, Bratislava: 248 – 251.

Dillman GJ., India DM., Martin PE.: (1979). Biomechanical determination of effective Crosscountry skiing techniques. Journal of the U.S. Ski CoachesAss, 3. Quebec: 38-42.

Ekström H.: (1981). Force Interplay in crosscountry skiing. In: Scand. J. of Sports and Science, 40: 67-91.

Holmberg, H.C., Lindinger, S., Stöggl, T., Eitzlmair, E., Müller, E.: (2005) Biomechanical Analysis of Double Poling in Elite Cross-Country Skiers. In: Med Sci Sports Exerc., 37: 807– 818.

Pustovrh, J. Jošt, B.: (2006). Correlation between kinematical variables of cross-country skiing technique and skier´s performance. In: Studies in Physical Culture and Tourism, 13: 161-163.

Rundell, K.W., McCarthy, J.R.: (1996). Effect of kinematic variables on performance in women during a cross-country ski race. In: Med Sci Sports Exerc., 28: 1413-1417.

Stöggl, T., Lindinger, S., Müller, E.: (2006). Reliability and validity of test concepts for the cross-country skiing sprint. In: Med Sci Sports Exerc., 38(3): 586-91.

Stöggl, T. & Lindinger, S.: (2006a). Double-push skating and klap-skate in cross-country skiing; technical developments for the future? In: H. Schwameder, G. Strutzenberger, V. Fastenbauer, S.Lindinger, E. Müller (eds). Proceedings of the 24th International Symposium on Biomechanics in Sports, Salzburg: 393-396.


2D KINEMATIC ANALYSIS OF V1 SKATE TECHNIQUE ON ROLLER SKIS

Katarína Liptáková
National Sport Center, Bratislava

SUMMARY
The aim of the present investigation was to test the realiability of a test for collecting kinematic data of V1 skate technique on rollerskis. Fourtheen athletes (6 boys aged 17,5 ± 1,05 and 8 girls aged 18,63 ± 3,2) participated voluntarily in the study. All subjects completed three test sessions along a 25m length of track. There were no significant differences between testing sessions and collected kinematic data (n=66) show no systematic variation between test times. The intraclass correlation coeficients were 0,93 and 0,891 respectively, indicating a good reliability. This study hereby shows group-specific kinematic determinants of V1 skate technique on roller skis.

KEY WORDS : cross-country skiing, skate technique, V1 skate technique, kinematic analysis, 2D, kinematic determinants, kinetic cycle

Dátum vydania: 2009