Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИДЕОКАМЕРЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ТРЕНИРОВКЕ ГИБКОСТИ НА РАССТОЯНИИ

Исаева О.Л. 1 Киселева Е.С. 1 Конурина А.А. 1 Гудошник Е.Э. 1
1 ФГБОУ ВО «Югорский государственный университет»
В последнее время набирает популярность интернет-поддержка здоровья. Наиболее востребованными видами помощи онлайн являются аудио- и видеоконсультации и консультирование при помощи текстовых сообщений. В условиях самоизоляции люди малоподвижны. Поэтому растет необходимость проведения онлайн лечебной физкультуры. Однако получаемые рекомендации могут быть субъективны из-за отсутствия количественных характеристик. Цель нашего исследования заключается в разработке методики дистанционного проведения измерений гибкости. Поддержание хорошей гибкости особенно актуально для женщин второго взрослого периода 35-55 лет из-за возрастных изменений. В настоящее время практически у всех есть ноутбуки, смартфоны. Гаджеты снабжены видеокамерами. Проведение дистанционных измерений возможно посредством видеокамеры. Результаты прохождения тестов фиксируются на камеру телефона. Одновременно результаты фиксируются классическим способом – с помощью рулетки. Обработка результатов производится с помощью программного комплекса ImageJ (Fiji). Предполагается оценить гибкость позвоночника, используя фотографическое изображение испытуемого, проходящего тест наклона вперед из положения сидя, с использованием программного комплекса ImageJ (Fiji). Проведены тесты для качественной оценки подвижности позвоночника. Во всех случаях сравнивали результаты, полученные классическим методом и дистанционным. Все полученные измерения совпадали с точностью до 0,001 см. Методика позволяет более детально подходить к анализу допущенных ошибок при выполнении упражнений, что позволит улучшить результаты тренировок. Условием для применения методики является наличие видеокамеры в ноутбуке (или смартфоне). Результаты можно применять для дистанционной диагностики физического состояния пациентов, могут способствовать развитию систем машинного обучения и искусственного интеллекта.
метод пилатеса
измерение гибкости
интернет-поддержка здоровья
1. Резников В.А. Технология оздоровительной тренировки женщин среднего возраста с отклонениями в состоянии здоровья: дис. канд. пед. наук. Москва, 2017. 207 с.
2. Пилатес — комплекс упражнений. [Электронный ресурс]. URL: https://fitomaniya.ru/uprazhneniya/pilates-kompleks-uprazhnenij/ (дата обращения: 25.11.2020).
3. Халецкая А.А. Пилатес как средство повышения интереса студентов к формированию культуры здоровья // За нами будущее: взгляд молодых ученых на инновационное развитие общества. 2020. С. 320-322.
4. Иванов В.Г., Лазарева Е.Ю. Что лежит в основе обращения клиента за психологической помощью в онлайн-форме? // Медицинская психология в России. 2019. Т. 11. №. 1 (54). С. 1-7.
5. Abbott J.-A.M., Klein B., Ciechomski L. Best Practices in Online Therapy. Journal of Technology in Human Services. 2008. no. 26 (2-4). P. 360-375.
6. Доленко Ф.Л. Определение гибкости тела человека // Теория и практика физической культуры. 1984. №. 6. С. 52.
7. Гибкость: понятие и ее основные характеристики. [Электронный ресурс]. URL: https://rebenokvsporte.ru/gibkost-ponyatie-i-ee-osnovnye-harakteristiki/ (дата обращения: 25.11.2020).
8. Методические рекомендации по организации и выполнению нормативов испытаний (тестов) Всероссийского физкультурно-спортивного комплекса Готов к труду и обороне (ГТО) для инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья к государственным требованиям Всероссийского физкультурно-спортивного комплекса Готов к труду и обороне (ГТО), утвержденным приказом Минспорта России от 12 февраля 2019 г. N 90 (утв. Минспортом России 30.04.2019). [Электронный ресурс]. URL: https://sudact.ru/law/metodicheskie-rekomendatsii-po-organizatsii-i-vypolneniiu-normativov_1/ (дата обращения: 25.11.2020).
9. Наклон вперед из положения стоя на гимнастической скамье. [Электронный ресурс]. URL: https://www.gto.ru/recomendations/56eacdb5b5cf1c1f018b456f (дата обращения: 25.11.2020).
10. Тесты для количественной оценки подвижности в суставах. [Электронный ресурс]. URL: http://cnit.ssau.ru/kadis/ocnov_set/tema5/P7_541.htm (дата обращения: 26.11.2020).
11. Лобачёв В.С., Козлов Д.А., Никитин И.В. Измерение статической гибкости // Ученые записки университета им. ПФ Лесгафта. 2018. №. 7 (161). С. 156-160.

Фитнес играет ведущую роль в оздоровлении населения. Однако на постоянной основе в процессе оздоровительной тренировки задействовано не более 10% граждан Российской Федерации [1].

Среди женщин наиболее востребованы оздоровительные занятия по методу Дж. Пилатеса. Доказано положительное влияние занятий по методу Пилатеса на сердечно-сосудистую, дыхательную систему, развитие силы, выносливости, на укрепление мышц спины и живота [2]. 70% упражнений в пилатесе выполняются лежа. Это позволяет минимизировать нагрузку на позвоночник и суставы [3].

Кроме того, занятия по методу Пилатеса не требуют специально оборудованного тренировочного места, поэтому подходят для самостоятельного занятия в домашних условиях женщинами старшего возраста, у которых не хватает времени или финансовых возможностей на посещение спортивных клубов. В последнее время набирает популярность интернет-поддержка здоровья. Наиболее востребованные виды помощи онлайн - аудио- и видеоконсультации и консультирование при помощи текстовых сообщений [4; 5]. В условиях самоизоляции люди малоподвижны. Поэтому растет необходимость проведения онлайн физических занятий. Однако получаемые рекомендации могут быть субъективны из-за количественных характеристик.

Цель нашего исследования заключается в разработке методики дистанционного измерения гибкости с использованием видеокамеры.

Задачи:

1) произвести пространственную калибровку видеокамеры;

2) провести стандартные упражнения на гибкость;

3) сравнить результаты общей гибкости в экспериментальной и контрольной группах;

4) сравнить результаты измерений по стандартной методике с результатами, полученными с помощью видеокамеры.

Методика и техника эксперимента

Для пространственной калибровки (рис. 1 а, б) видеокамеры использовали две масштабные линейки с крупным шрифтом. На линейках нанесены деления от -20 до +20 сантиметров. Калибровочные снимки делают как при горизонтальном, так и вертикальном положениях линеек. Отработку деталей методики проводили с картонным макетом, имитирующим кисти рук человека. Для остальных экспериментов потребовалось следующее оборудование: коврик для фитнеса, рулетка, гимнастическая скамья, штатив для телефона, смартфон Redmi 6 (операционная система Android 8.1 Oreo) с фронтальной камерой 12 Мп.

Для сравнения результатов измерений по стандартной методике с результатами, полученными с помощью видеокамеры, использовали картонный макет, имитирующий кисти рук человека. Анализ изображений осуществляли в свободно распространяемой программе с открытым исходным кодом ImageJ (Fiji).

Указанный макет был поставлен на скамью. Крайние точки макета, имитирующие кончики пальцев рук, совмещены с нулевым значением горизонтальной линейки (r=0). Телефон на штативе выставлен параллельно скамье (угол поворота телефона α=0) на расстоянии 2 метров от нее, на высоте 25 см от пола. Значения параметров положения макета фиксировались на магнитно-маркерной доске соответствующими буквенно-цифровыми символами.

Как известно, объективы искажают перспективу сцены. Широкоугольные объективы увеличивают объект, а теле- и фотообъективы сжимают размеры объекта. Поэтому нужно обязательно выяснить допустимую область визирования. Для этого производят измерения с разным расположением объектива телефона относительно параллельной ему области измерений. Телефон устанавливают на штативе. В исходном положении проекция объектива камеры телефона совмещена с нулевым делением горизонтальной линейки. Получают фотографический снимок, на котором очевидно соответствие положения крайних точек макета нулевому значению на горизонтальной линейке.

Далее положение скамьи с макетом смещалось в горизонтальном направлении вправо и влево от исходного положения с шагом 25 см. Каждое положение фиксировалось камерой телефона с помощью фотографического снимка. При этом положение штатива не менялось, плоскость телефона и плоскость измерений оставались параллельными. Взаимоположение объектива и области измерений считаются допустимыми до тех пор, пока отклонение от измерений стандартным методом несущественно (рис. 1 в).

Рис. 1. Пространственная калибровка видеокамеры: а) по масштабной линейке; б) по известному расстоянию; в) определение ширины области пространства, внутри которой можно производить измерения

Увеличение или уменьшение расстояния между плоскостью измерения и местом дислокации видеокамеры требуют пространственной рекалибровки. В условиях массовых тренировок, проводимых дистанционно, в качестве известной величины может выступать любая часть тела известного размера. Например, длина руки от локтевого сгиба до кончика среднего пальца. При сравнении фактической длины руки участника эксперимента, измеренной рулеткой (44,50 ±0,05 см), с результатами дистанционных измерений с помощью видеокамеры, отклонения проявились только в тысячных – 44,503 см. Таким образом, становится очевидной перспектива применения видеокамеры для получения дистанционно количественных оценок гибкости.

Для прохождения первых тестов используется деревянная скамья с зафиксированными на ней с противоположных фронтальных сторон линейками для горизонтального и вертикального измерения результатов. При этом нулевое значение горизонтальной измерительной линейки совмещается с ребром торца скамейки, нулевое значение вертикальной линейки совмещается с верхней границей горизонтальной плоскости скамейки. Скамейка устанавливается на тренировочном коврике, выставляется камера. Телефон закрепляется на штативе строго параллельно скамейке на расстоянии 2 м от нее, на высоте, соответствующей проводимым измерениям. Объектив камеры телефона совмещается с нулевым делением горизонтальной линейки для теста из положения сидя; при развороте скамьи на 180 градусов для теста из положения стоя - по центру (по горизонтали) вертикальной линейки. В ходе проведения тестов положение камеры не меняется. Выбор расстояния удаленности камеры от скамейки определен эмпирическим путем и обусловлен оптимальным соотношением видимости делений измерительной линейки и всего тела человека, проходящего тестирование из положения сидя.

В эксперименте измерения гибкости позвоночника приняли участие две группы женщин 35-50 лет по 10 человек каждая. Средний возраст экспериментальной группы женщин, занимающихся на регулярной основе по методу Пилатеса, составил 42,6 года, в экспериментальной группе женщин, не занимающихся физической активностью – 41,4 года. Показателем общей гибкости индивида является индекс (Н), вычисляемый как частное от деления величины прогиба (h) на усеченную длину тела (L) [6]:

H=h/L, (1)

где H – индекс гибкости;

h – расстояние от вертикальной стенки до крестцовой точки испытуемого;

L – длина тела до седьмого шейного позвонка.

Общая гибкость представляет собой степень подвижности всех суставов в теле человека [7]. Она позволяет совершать движения с наибольшей амплитудой. Проведено несколько тестов (рис. 2) на определение гибкости.

1. Тест «Наклон вперед из положения сидя на полу с прямыми ногами».

Участник выполняет испытание (тест) в спортивной форме, позволяющей определить выпрямление ног в коленях (шорты, легинсы), без обуви. Наклон выполняется из положения сидя на гимнастическом коврике с прямыми ногами в коленях и вертикально расположенными ступнями ног. При выполнении испытания (теста) участник выполняет два предварительных наклона вперед, скользя пальцами рук (кисти рук вместе) вдоль туловища. При третьем наклоне участник максимально сгибается и фиксирует результат в течение 2 секунд [8].

Рис. 2. Процедура тестов на гибкость: а) из положения сидя; б) из положения стоя.

Результат тестирования фиксируется линейкой с нулевым отсчетом в обе стороны от вертикальной линии основания стоп тестируемого. Величина гибкости измеряется в сантиметрах. Результат до вертикальной линии основания стоп обозначается со знаком "-", после - со знаком "+"

2. Тест «Наклон вперед из положения стоя на скамье с прямыми ногами».

Участник выполняет тест из исходного положения, стоя на скамье с выпрямленными в коленях ногами, ступни ног расположены параллельно на ширине 10-15 см. Участник выступает в спортивной форме, позволяющей определять выпрямление ног в коленях. Участник выполняет два предварительных наклона, ладони двигаются вдоль линейки измерения. При третьем наклоне участник удерживает нижнее положение ладоней обеих рук в течение 2 с [9].

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты оценки общей гибкости тела участников обеих групп методом наклона вперед и с помощью индекса гибкости тела представлены в таблице 1.

Таблица 1

Оценка общей гибкости тела участников обеих групп методом наклона вперед и с помощью индекса гибкости тела

Группа

 

 

 

Участник        

Среднее значение результата теста наклонов, см (измерения стандартным методом)

Среднее значение результата теста наклонов, см (измерения с видеокамерой)

занимаются пилатесом

не занимаются

занимаются пилатесом

не занимаются

сидя (Э1)

стоя

(Э2)

сидя (К1)

стоя (К2)

сидя (Э_1)

стоя

(Э_2)

сидя

(К_1)

стоя

(К_2)

1

12.42

17.64

1

3

12.421

17.639

1.001

2.999

2

12.57

13.45

13

14.5

12.569

13.451

13.002

14.501

3

10.79

10

2.38

5.22

10.791

10.001

2.381

5.219

4

16.8

20

10.28

13.68

16.801

19.999

10.277

13.681

5

15.87

17.21

1

6

15.869

17.211

1.001

6.001

6

18.92

20

0

1.5

18.921

20.001

0.001

1.499

7

15

16.5

2

4

15.001

16.498

2.001

4.001

8

13

15

5

7.5

12.999

15.001

4.998

7.499

9

14

16

-2

0

14.001

16.001

-1.998

0

10

12

15.5

0

3

11.999

15.499

0.001

2.999

 

Как видно из результатов, в группах женщин без физической активности результаты тестов имеют большой разброс. Перед сравнением средних значений выборок была проведена их проверка на нормальность. Тест показал, что все выборки подчиняются нормальному распределению. Применяем T-тест (тест Стьюдента) к выборкам, полученным в контрольной группе и экспериментальной попарно: наклон сидя - измерения по стандартной методике и измерения с помощью видеокамеры; наклон стоя - измерения по стандартной методике и измерения с помощью видеокамеры. Результаты T-теста представлены в таблице2.

Таблица 2

Результаты T-теста проверки гипотезы различия средних значений, измеренных классическим и дистанционным методами

Сравнение средних

Описательная статистика

VAR

N

Среднее значение

Среднеквадратичное отклонение

Дисперсия

Минимум

Максимум

Э1

10

14.137

2.4989

6.2446

10.79

18.92

Э_1

10

14.1372

2.4992

6.2459

10.791

18.921

Э2

10

16.13

2.9812

8.8875

10.

20.

Э_2

10

16.1301

2.9808

8.8851

10.001

20.001

К1

10

3.266

4.8152

23.1861

-2.

13.

К_1

10

3.2665

4.8145

23.1797

-1.998

13.002

К2

10

5.84

4.8544

23.565

0.

14.5

К_2

10

5.8399

4.8549

23.5703

0.

14.501

Сравнение средних

     

VAR

Среднее значение

95% LCL

95% UCL

     

Э1

14.137

12.3494

15.9246

     

Э_1

14.1372

12.3494

15.925

     

Средняя разница (1-2)

-0.0002

-0.0005

0.0009

     

Э2

16.13

13.9974

18.2626

     

Э_2

16.1301

13.9978

18.2624

     

Средняя разница (1-2)

-0.0001

-0.0008

0.001

     

К1

3.266

-0.1786

6.7106

     

К_1

3.2665

-0.1776

6.7106

     

Средняя разница (1-2)

-0.0005

-0.0007

0.0017

     

К2

5.84

2.3674

9.3126

     

К_2

5.8399

2.3669

9.3129

     

Средняя разница (1-2)

0.0001

-0.0006

0.0008

     

 

Таким образом, результаты, полученные измерениями по стандартной методике и при помощи видеокамеры, достоверно не отличаются. Кроме того, возможности цифрового метода гораздо шире.

Как известно, для хороших прогибов необходимо работать не поясницей, а грудным отделом позвоночника. Таким образом, общая гибкость напрямую зависит от подвижности позвоночника. Поддерживать позвоночник в нормальном состоянии позволяют околопозвоночные мышцы. Они проходят в несколько слоев и способствуют нормализации позвонков, начиная от шейного и заканчивая копчиком. Укрепить мышечный каркас, поддерживающий позвоночник, нормализовать осанку и стабилизировать общее состояние здоровья помогает пилатес для спины. Участники, входящие в экспериментальную группу, занимались по методике Пилатеса в среднем в течение года. Участники в контрольной группе не занимались пилатесом. Для доказательства наличия различий средних значений гибкости участников в этих двух группах результаты оценены T-тестом. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты T-теста (проверка пользы пилатеса)

Описательная статистика

VAR

N

Среднее значение

Среднеквадратичное отклонение

Дисперсия

Минимум

Максимум

Э1

10

14.137

2.4989

6.2446

10.79

18.92

К1

10

3.266

4.8152

23.1861

-2.

13.

Э2 (1)

10

16.13

2.9812

8.8875

10.

20.

К2 (2)

10

5.84

4.8544

23.565

0.

14.5

Сравнение средних

     

VAR

Среднее значение

95% LCL

95% UCL

     

Э1 (1)

14.137

12.3494

15.9246

     

К1 (2)

3.266

-0.1786

6.7106

     

Средняя разница (1-2)

10.871

6.9229

14.8191

     

Сравнение средних

     

VAR

Среднее значение

95% LCL

95% UCL

     

Э2 (1)

16.13

13.9974

18.2626

     

К2 (2)

5.84

2.3674

9.3126

     

Средняя разница (1-2)

10.29

6.0778

14.5022

     

Парный двухвыборочный t-тест

   

Э1\ К1

   

Э2 \ К2

     

Гипотетически Средняя разница

0.

 

Гипотетически Средняя разница

0.

   

Средняя разница

10.871

 

Средняя разница

10.29

   

Дисперсия

14.7153

 

Дисперсия

16.2262

   

Пирсон R

-0.0428

 

Пирсон R

-0.0767

   

Статистика теста

6.2288

 

Статистика теста

5.5262

   

Степени свободы

9

 

Степени свободы

9

   

 

Сравнение результатов общей гибкости в экспериментальной и контрольной группах свидетельствует о более высоких показателях гибкости позвоночника в группе занимающихся женщин (экспериментальная группа).

Так как при выполнении наклона вперед задействованы несколько суставов, тест показывает общую гибкость тела человека. С учетом специфичности проявления гибкости эти тесты не могут быть универсальными, позволяющим оценивать подвижность в отдельных суставах [10].

Поэтому для оценки гибкости позвоночника можно применить другие методы измерения. В дальнейшем предполагается оценить гибкость позвоночника, используя фотографическое изображение испытуемого, проходящего тест наклона вперед из положения сидя, с использованием программного комплекса ImageJ (Fiji). Для этого находится отношение площадей многоугольника, образованного сегментами изгибов позвоночного столба испытуемого и отрезками, проведенными из крайней верхней точки изгиба позвоночника (на уровне 7 шейного позвонка) параллельно полу до пересечения с перпендикуляром на полу, проведенным на уровне пяток, к площади минимально ограничивающего испытуемого прямоугольника. Чем ближе значение отношения площадей к единице, тем более гибким считается позвоночник испытуемого [11].

Измерения проводили на одном человеке. Если проводят групповые занятия, то можно вводить масштаб для каждого участника и проводить массовые измерения. Необходимо учесть, что нельзя выходить из пространства допустимых погрешностей. Это еще одно достоинство метода измерений с использованием видеокамеры.

Выводы

В соответствии с целью работы произведена пространственная калибровка видеокамеры, проведены стандартные упражнения на гибкость, также проведены измерения общей гибкости в экспериментальной и контрольной группах женщин. Измерения гибкости осуществляли классическим методом и с помощью видеокамеры одновременно. В ходе исследований установлено:

- по результатам t-теста, измерения, проведенные по стандартной методике и при помощи видеокамеры, достоверно не отличаются. Все полученные измерения совпадали с точностью до 0,001 см;

- методика позволяет более детально подходить к анализу допущенных ошибок при выполнении упражнений, что позволит улучшить результаты тренировок. Условием для применения методики является наличие видеокамеры в ноутбуке (или смартфоне). Обычно стандартного разрешения видеокамер в гаджетах достаточно для проведения измерений.

При проведении физических занятий онлайн тренеру сложно оценить правильность и эффективность выполнения упражнений, получаемые рекомендации могут быть субъективны из-за отсутствия количественных характеристик. Благодаря использованию видеокамеры можно получать количественные измерения при тренировке гибкости. Это поможет оценивать правильность и эффективность тренировки гибкости (например, это может быть необходимо для проведения занятий по физической культуре в школах, вузах и др.). Также существует возможность продолжать тренировать гибкость в домашних условиях без посещения спортивных клубов, что особенно важно в период пандемии.

Рекомендации при работе с видеокамерой

· Телефон/видеокамеру необходимо закреплять на штативе строго параллельно скамейке на расстоянии 2 м от нее, на высоте, соответствующей проводимым измерениям.

· Объектив камеры телефона/видеокамеры должен совмещаться с нулевым делением горизонтальной линейки для теста из положения сидя; для теста из положения стоя - по центру (по горизонтали) вертикальной линейки.

· В ходе проведения тестов положение телефона/видеокамеры не должно меняться.

· Выбор расстояния удаленности телефона/видеокамеры от скамейки должен быть определен эмпирическим путем и обусловлен оптимальным соотношением видимости делений измерительной линейки и всего тела человека.

Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках исследовательского проекта 18-47-860018 р_а.


Библиографическая ссылка

Исаева О.Л., Киселева Е.С., Конурина А.А., Гудошник Е.Э. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИДЕОКАМЕРЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ТРЕНИРОВКЕ ГИБКОСТИ НА РАССТОЯНИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2020. – № 6.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=30394 (дата обращения: 26.07.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074