RU2786594C1 - Virtual reality simulator for working the skill of the hockey player in shooting the puck and determining the level of skill - Google Patents
Virtual reality simulator for working the skill of the hockey player in shooting the puck and determining the level of skill Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786594C1 RU2786594C1 RU2022120754A RU2022120754A RU2786594C1 RU 2786594 C1 RU2786594 C1 RU 2786594C1 RU 2022120754 A RU2022120754 A RU 2022120754A RU 2022120754 A RU2022120754 A RU 2022120754A RU 2786594 C1 RU2786594 C1 RU 2786594C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- puck
- hockey
- pucks
- virtual reality
- hockey player
- Prior art date
Links
- 241000974044 Puck Species 0.000 title claims abstract description 240
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 31
- 210000002414 Leg Anatomy 0.000 claims abstract description 15
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims abstract description 9
- 240000005147 Syzygium aromaticum Species 0.000 claims abstract description 7
- 235000016639 Syzygium aromaticum Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 210000001015 Abdomen Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 24
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 claims description 21
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 15
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 15
- 241000269346 Siren Species 0.000 claims description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 5
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 claims description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003128 Head Anatomy 0.000 description 20
- 230000037023 motor activity Effects 0.000 description 11
- 230000003155 kinesthetic Effects 0.000 description 7
- 238000007374 clinical diagnostic method Methods 0.000 description 6
- 230000004886 head movement Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 210000002784 Stomach Anatomy 0.000 description 3
- 230000001058 adult Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005043 peripheral vision Effects 0.000 description 3
- 230000001144 postural Effects 0.000 description 3
- 210000001624 Hip Anatomy 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000000272 proprioceptive Effects 0.000 description 2
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 2
- 229920001621 AMOLED Polymers 0.000 description 1
- 206010022114 Injury Diseases 0.000 description 1
- 210000003127 Knee Anatomy 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000003542 behavioural Effects 0.000 description 1
- 230000001149 cognitive Effects 0.000 description 1
- 230000003920 cognitive function Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 description 1
- 238000009408 flooring Methods 0.000 description 1
- 230000005021 gait Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007787 long-term memory Effects 0.000 description 1
- 210000001699 lower leg Anatomy 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000037081 physical activity Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
- 230000016776 visual perception Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к спортивным экспериментально-диагностическим тренажерам виртуальной реальности (VR), в частности, к спортивным симуляторам для диагностики, тренировки и отработки навыка хоккеиста удерживания хоккейной стойки, отбивания шайбы в условиях виртуальной реальности. Изобретение может использоваться для диагностики и отработки скоростных, зрительно-моторных функций, концентрации внимания, принятия решений, антиципации, включая отработку движений отдельных частей тела (стойка хоккеиста, сгибание коленей, движение рук).The present invention relates to sports experimental and diagnostic virtual reality (VR) simulators, in particular, to sports simulators for diagnosing, training and practicing the skill of a hockey player in holding a hockey stance, hitting the puck in virtual reality. The invention can be used for diagnosing and practicing speed, visual-motor functions, concentration, decision-making, anticipation, including the training of movements of individual parts of the body (hockey player's stance, knee flexion, arm movement).
Уровень техникиState of the art
В последнее десятилетие технологии виртуальной реальности (VR) активно используются для развития, тренировки и совершенствования спортивных навыков (Gray R. (2017). Transfer of Training from Virtual to Real Baseball Batting. Frontiers in Psychology, 8, 2183. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2017.02183; Harris D. J., Buckingham G., Wilson M. R., Brookes J., Mushtaq F., Mon-Williams M., Vine S. J. (2020). The effect of a virtual reality environment on gaze behaviour and motor skill learning. Psychology of Sport and Exercise, 50, 101721. https://doi.org/10.1016/j.psychsport.2020.101721). Моделирование спортивных ситуаций в виртуальной реальности становится все более популярным для отработки определенных навыков и оценки уровня мастерства спортсменов. Вместе с тем существует ряд исследований, демонстрирующих несостоятельность технологий виртуальной реальности как метода формирования профессиональных навыков. В этих исследованиях отмечается, что виртуальная реальность не всегда способствует переносу отработанного навыка в практическую сферу (Düking P., Holmberg H.-C., Sperlich B. (2018). The Potential Usefulness of Virtual Reality Systems for Athletes: A Short SWOT Analysis. Frontiers in Physiology, 9, 128 https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00128). Кроме того, виртуальная среда не всегда позволяет достичь эффекта полного присутствия; например, в VR среде довольно сложно организовать тренировку навыков, связанных с взаимодействием с другими спортсменами, или навыков действия в команде командного игрока.In the last decade, virtual reality (VR) technologies have been actively used to develop, train and improve sports skills (Gray R. (2017). Transfer of Training from Virtual to Real Baseball Batting. Frontiers in Psychology, 8, 2183. https://doi Harris D. J., Buckingham G., Wilson M. R., Brookes J., Mushtaq F., Mon-Williams M., Vine S. J. (2020) The effect of a virtual reality environment on gaze behavior and motor skill learning, Psychology of Sport and Exercise, 50, 101721, https://doi.org/10.1016/j.psychsport.2020.101721). Simulation of sports situations in virtual reality is becoming more and more popular for developing certain skills and assessing the level of skill of athletes. At the same time, there are a number of studies demonstrating the failure of virtual reality technologies as a method of developing professional skills. These studies note that virtual reality does not always contribute to the transfer of a practiced skill into practice (Düking P., Holmberg H.-C., Sperlich B. (2018). The Potential Usefulness of Virtual Reality Systems for Athletes: A Short SWOT Analysis Frontiers in Physiology, 9, 128 https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00128). In addition, the virtual environment does not always allow you to achieve the effect of full presence; for example, in a VR environment, it is quite difficult to organize the training of skills related to interaction with other athletes, or skills of action in a team of a team player.
Однако виртуальная реальность позволяет спортсмену тренировать когнитивные функции, а также подкомпоненты навыков, необходимые для высокой производительности (например, распределение внимания, долговременная память и т.д.); а также тренировать проприоцептивные или автоматические движения, которые работают быстрее за счет многократного повторения, но при этом включают специфические индивидуальные особенности, такие как интеграция зрения и телесно-ориентированные (проприоцептивных) системы координат, и отрабатывать движения без риска для здоровья спортсмена, поскольку риск травмы снижен. Кроме того, виртуальная реальность позволяет спортсмену тренироваться за пределами своих возможностей в реальной среде, и более эффективно отслеживать прогресс спортсмена (Farley O. R. L., Spencer K., Baudinet L. (2019). Virtual reality in sports coaching, skill acquisition and application to surfing: A review. Journal of Human Sport and Exercise, 15(3). https://doi.org/10.14198/jhse.2020.153.06).However, virtual reality allows the athlete to train cognitive functions as well as subcomponents of skills necessary for high performance (eg, attention span, long-term memory, etc.); as well as train proprioceptive or automatic movements that work faster due to repeated repetition, but at the same time include specific individual characteristics, such as the integration of vision and body-oriented (proprioceptive) coordinate systems, and practice movements without risk to the health of the athlete, since the risk of injury reduced. In addition, virtual reality allows the athlete to train beyond their capabilities in a real environment, and track the progress of the athlete more effectively (Farley O. R. L., Spencer K., Baudinet L. (2019). Virtual reality in sports coaching, skill acquisition and application to surfing: A review, Journal of Human Sport and Exercise, 15(3), https://doi.org/10.14198/jhse.2020.153.06).
Важно отметить, что существует довольно мало исследований по использованию VR в хоккее. Например, в исследовании Бунса (Buns M. (2020). Impact of Virtual RealityTraining on Real-World Hockey Skill: An Intervention Trial. Journal of Sports Science, 8(1). https://doi.org/10.17265/2332-7839/2020.01.002) было показано, что отработка хоккейных элементов в виртуальной среде влияет на эффективность тренировок в реальном мире. По сравнению с контрольной группой, участники экспериментальной группы значительно улучшили точность и скорость хоккейных бросков на льду. Кроме того, исследование Тиремана и коллег (Tyreman H., Parker J. R., Katz L. (n.d.). Ice Hockey Goaltenders’ Strategies, Reaction Times and Anticipation Times in Two- and Three-Dimensional Virtual Environments. 7) показало, что в смоделированной трехмерной среде время реакции профессиональных хоккейных вратарей и новичков не отличалось. Тем не менее, был выявлен особый тип броска, характерный только для профессионалов. То есть, именно детальный сравнительный анализ показателей, полученных с использованием трехмерного виртуального пространства, позволил определить различия между профессиональными вратарями и новичками.It is important to note that there is quite a bit of research on the use of VR in hockey. For example, in the study of Buns (Buns M. (2020). Impact of Virtual RealityTraining on Real-World Hockey Skill: An Intervention Trial. Journal of Sports Science, 8(1). https://doi.org/10.17265/2332- 7839/2020.01.002) it has been shown that practicing hockey elements in a virtual environment affects the effectiveness of training in the real world. Compared with the control group, the participants in the experimental group significantly improved the accuracy and speed of their ice hockey shots. In addition, a study by Tyreman and colleagues (Tyreman H., Parker J. R., Katz L. (n.d.). Ice Hockey Goaltenders' Strategies, Reaction Times and Anticipation Times in Two- and Three-Dimensional Virtual Environments. 7) showed that in a simulated In a three-dimensional environment, the reaction times of professional hockey goalies and rookies did not differ. However, a special type of throw has been identified, which is characteristic only for professionals. That is, it was a detailed comparative analysis of the indicators obtained using three-dimensional virtual space that made it possible to determine the differences between professional goalkeepers and beginners.
В этой связи актуальным является поиск новых решений, направленных на отработку навыков спортсменов с использованием виртуальной реальности, оценку их мастерства и уровня подготовки.In this regard, it is relevant to search for new solutions aimed at developing the skills of athletes using virtual reality, assessing their skills and level of training.
Из уровня техники известно решение, представленное в заявке на изобретение US 10661149 В2 - «Mixed-reality sports tracking and simulation», в котором представлена технология смешанной реальности, позволяющая моделировать спортивные события в разных видах спорта, включая хоккей с шайбой. Данная система позволяет отслеживать траектории снарядов при их запуске пользователем, а также эффективность осуществления данной деятельности.The prior art solution is presented in the application for invention US 10661149 B2 - "Mixed-reality sports tracking and simulation", which presents a mixed reality technology that allows you to simulate sports events in various sports, including ice hockey. This system allows you to track the trajectory of projectiles when they are launched by the user, as well as the effectiveness of this activity.
Однако данная система в большей степени ориентирована на отработку навыков забивания шайб в ворота, а не на их отбивание. Также данная система не предусматривает регистрацию двигательной активности пользователей.However, this system is more focused on practicing the skills of driving pucks into the goal, rather than beating them off. Also, this system does not provide for registration of users' physical activity.
Еще одним близким решением к заявленному способу является система SENSEARENA (https://www.sensearena.com ), которая представляет собой платформу когнитивного обучения для спортсменов, стремящихся получить конкурентное преимущество. SENSEARENA представляет собой тренировочный инструмент, содержащий сценарии реальных игр, позволяющий отрабатывать отдельные приемы посредством их многократных повторений. Система включает шлем виртуальной реальности; датчики определения движений клюшки, расположенные на клюшке; датчики движений, расположенные на перчатках пользователей. Система позволяет отслеживать перемещения пользователя, а также практиковать различные стратегии игры и различные игровые ситуации. Система также направлена на тренировку скорости реакции спортсменов, принятия решений и способности к многозадачности.Another close solution to the claimed method is the SENSEARENA system (https://www.sensearena.com ), which is a cognitive learning platform for athletes seeking to gain a competitive advantage. SENSEARENA is a training tool containing real game scenarios that allows you to practice individual techniques through their multiple repetitions. The system includes a virtual reality helmet; stick motion detection sensors located on the stick; motion sensors located on the gloves of users. The system allows you to track the user's movements, as well as practice various game strategies and various game situations. The system also aims to train athletes' reaction speed, decision making and multitasking ability.
Однако в данном решении отсутствует возможность анализа моторных характеристик пользователей. Система не позволяет проводить комплексный анализ двигательной активности спортсменов, включая анализ позных (постуральных) характеристик, которые являются критически значимыми для формирования уровня мастерства на начальных этапах подготовки хоккеистов. Кроме того, в данном решении отсутствует деление поля на секторы, а также возможность использования нескольких уровней сложности предъявления шайб с учетом скоростных характеристик полета шайб, времени их предъявления.However, this solution lacks the ability to analyze the motor characteristics of users. The system does not allow for a comprehensive analysis of the motor activity of athletes, including the analysis of postural (postural) characteristics, which are critical for the formation of the skill level at the initial stages of training hockey players. In addition, in this solution there is no division of the field into sectors, as well as the possibility of using several levels of complexity of presenting pucks, taking into account the speed characteristics of the flight of pucks, the time of their presentation.
Наиболее близким к заявленному решению является VR-PACE - система, использующая виртуальную реальность, направленная на тренировку и диагностику уровня мастерства хоккеиста за счёт отражения шайб в условиях разного уровня сложности (Polikanova, I., Yakushina, A., Leonov, S., Kruchinina, A., Chertopolokhov, V., & Liutsko, L. , 2021; Study of differences in motor reactions and performances in professional ice hockey players and not experienced participants using virtual reality (VR) technology).The closest to the claimed solution is VR-PACE - a system that uses virtual reality, aimed at training and diagnosing the skill level of a hockey player by reflecting pucks in conditions of different levels of complexity (Polikanova, I., Yakushina, A., Leonov, S., Kruchinina , A., Chertopolokhov, V., & Liutsko, L. , 2021; Study of differences in motor reactions and performances in professional ice hockey players and not experienced participants using virtual reality (VR) technology).
Данная система включает шлем виртуальной реальности, содержащий два микродисплея, средство воспроизведения звука (наушники); элементы хоккейной формы полевого игрока, включая клюшку, перчатки, защитные щитки для ног, коньки; напольное покрытие (поверхность), имитирующее лед; 8 датчиков определения линейных и угловых координат хоккеиста, выполненные с возможностью крепления на защитных щитках (левом и правом), на перчатках (левой и правой), на клюшке, а также на форме хоккеиста в зоне живота и бедер; компьютер, содержащий дисплей, блок формирования аудио-визуальной сцены виртуальной реальности, отображаемой на дисплее, включая формирование изображения фрагмента виртуальной хоккейной площадки, изображения движущейся шайбы, и аудиосигнала от удара клюшкой по шайбе; блок передачи в режиме реального времени полученного изображения на микродисплеи шлема виртуальной реальности, аудиосигнала - в средство воспроизведения звука шлема виртуальной реальности; блок регистрации и анализа двигательного отклика хоккеиста. Блок формирования аудио-визуальной сцены виртуальной реальности выполнен с возможностью формирования изображения виртуального хоккеиста (аватара) с клюшкой, совпадающего с реальным положением хоккеиста и клюшки, изображения фрагмента виртуальной хоккейной площадки с позиции хоккеиста, находящегося на линии ворот, деления виртуальной хоккейной площадки на 3 сегмента (сектора) - центральный и боковые. Предъявление шайб осуществляется с учетом углов периферического зрения человека и происходит в пределах 170 градусов (см. фиг.3). Случайный порядок предъявления изображения движущейся шайбы может быть реализован в несколько этапов, характеризующихся увеличением уровня сложности, определяемой временем «жизни» шайбы на экране дисплея, которая зависит от скорости шайбы и ее расстояния до хоккеиста.This system includes a virtual reality helmet containing two microdisplays, a sound reproduction device (headphones); elements of a field player's hockey uniform, including a stick, gloves, protective leg guards, skates; floor covering (surface) imitating ice; 8 sensors for determining the linear and angular coordinates of a hockey player, made with the possibility of mounting on protective shields (left and right), on gloves (left and right), on a stick, as well as on a hockey player’s uniform in the abdomen and thighs; a computer containing a display, a unit for generating an audio-visual scene of virtual reality displayed on the display, including generating an image of a fragment of a virtual hockey rink, an image of a moving puck, and an audio signal from hitting the puck with a stick; a unit for transmitting in real time the received image to the microdisplays of the virtual reality helmet, the audio signal - to the sound reproduction means of the virtual reality helmet; block of registration and analysis of motor response of a hockey player. The unit for generating an audio-visual scene of virtual reality is configured to generate an image of a virtual hockey player (avatar) with a stick that matches the real position of the hockey player and stick, an image of a fragment of a virtual hockey rink from the position of a hockey player located on the goal line, dividing the virtual hockey rink into 3 segments (sectors) - central and lateral. The presentation of the pucks is carried out taking into account the angles of the peripheral vision of a person and occurs within 170 degrees (see figure 3). The random order of presentation of the image of a moving puck can be implemented in several stages, characterized by an increase in the level of complexity, determined by the time of "life" of the puck on the display screen, which depends on the speed of the puck and its distance from the hockey player.
Однако данная система не позволяет полностью избежать формирования ложных навыков в связи с тем, что шлем виртуальной реальности ограничивает поле зрения до 110 градусов, а предъявление шайб осуществляется без учета этого ограничения. Угол предъявления шайб составляет 170 градусов, что близко к углу периферического зрения человека (160 градусов). Таким образом, часть предъявляемых шайб не может быть воспринята испытуемым, если он смотрит или повернул голову за пределы угла обзора шлема виртуальной реальности. В связи с этим время, затраченное на предъявление этих стимулов, тратится нерационально, не позволяет провести диагностику, тренировку профессионально важных качеств хоккеистов. Чтобы заметить шайбы, которые предъявляются за пределами угла обзора шлема виртуальной реальности, испытуемому необходимо поворачивать голову в сторону, откуда предъявляются шайбы. В свою очередь, это может приводить к возникновению ложных навыков, связанных с поворотом головы в направлении предъявляемого стимула, при котором в реальных условиях не требуется поворот головы. В свою очередь, это так же негативно отражается на результатах анализа двигательной активности хоккеистов и диагностики уровня мастерства хоккеиста, поскольку могут возникать ситуации, требующие поворота головы, где этого не требуется. Кроме того, система не обеспечивает высококачественной диагностики уровня мастерства хоккеиста из-за отсутствия значимого комплекса анализируемых параметров, связанных с двигательной активностью хоккеистов.However, this system does not completely avoid the formation of false skills due to the fact that the virtual reality helmet limits the field of view to 110 degrees, and the presentation of pucks is carried out without taking into account this limitation. The puck presentation angle is 170 degrees, which is close to the angle of human peripheral vision (160 degrees). Thus, some of the presented pucks cannot be perceived by the subject if he looks or turns his head beyond the viewing angle of the virtual reality helmet. In this regard, the time spent on the presentation of these incentives is spent irrationally, does not allow for diagnostics, training of professionally important qualities of hockey players. To notice the pucks that are presented outside the viewing angle of the virtual reality helmet, the subject needs to turn his head in the direction from which the pucks are presented. In turn, this can lead to the emergence of false habits associated with turning the head in the direction of the presented stimulus, which does not require turning the head in real conditions. In turn, this also negatively affects the results of the analysis of the motor activity of hockey players and the diagnosis of the level of skill of a hockey player, since situations may arise that require a turn of the head where this is not required. In addition, the system does not provide high-quality diagnostics of the hockey player's skill level due to the lack of a significant set of analyzed parameters related to the motor activity of hockey players.
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является обеспечение высокого качества тренировки и диагностики уровня мастерства хоккеистов на основе комплексного анализа их двигательной активности, включая зрительно-моторную реакцию на появление шайбы, с исключением формирования ложных навыков, связанных с поворотами головы в направление стимула (шайбы) в ситуациях, в которых в реальности не требуется поворот головы. The technical problem solved by the present invention is to provide a high quality of training and diagnostics of the skill level of hockey players based on a comprehensive analysis of their motor activity, including the visual-motor reaction to the appearance of the puck, with the exception of the formation of false skills associated with turning the head in the direction of the stimulus (puck) in situations in which a turn of the head is not required in reality.
Данная проблема решается заявленным изобретением за счет оптимизации схемы предъявления стимулов (шайб) в системе VR-PACE, учитывающей поле обзора шлема виртуальной реальности с использованием комплексного подхода при анализе двигательной активности спортсменов, включая зрительно-моторную реакцию на появление шайбы и сохранение позы, а также выделение на основе указанных параметров трех основополагающих факторов, связанных с уровнем мастерства в хоккее: пространственным, кинестетическим и технико-тактическим.This problem is solved by the claimed invention by optimizing the scheme of presentation of stimuli (pucks) in the VR-PACE system, taking into account the field of view of the virtual reality helmet using an integrated approach in the analysis of the motor activity of athletes, including the visual-motor reaction to the appearance of the puck and maintaining the posture, as well as allocation on the basis of the indicated parameters of three fundamental factors related to the level of skill in hockey: spatial, kinesthetic and technical-tactical.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Техническим результатом изобретения является обеспечение высококачественной тренировки хоккеистов разного уровня мастерства с использованием системы VR-PACE, с возможностью формирования профессиональных навыков хоккеиста и получением объективной оценки уровня мастерства в результате тренировок, в т.ч. за счет использования оптимального набора критериев, характеризующих двигательную активность спортсменов, минимизации формирования ложных навыков и возможности пропуска стимулов, связанных с поворотами головы в направление стимула в ситуациях, в которых в реальных условиях не требуется поворот головы, благодаря оптимизации средств и методов предъявления стимулов (шайб) в виртуальной среде, которое учитывает поле обзора шлема виртуальной реальности.The technical result of the invention is to provide high-quality training for hockey players of different skill levels using the VR-PACE system, with the possibility of forming the professional skills of a hockey player and obtaining an objective assessment of the skill level as a result of training, incl. by using the optimal set of criteria that characterize the motor activity of athletes, minimizing the formation of false habits and the possibility of skipping stimuli associated with turning the head in the direction of the stimulus in situations in which, in real conditions, no turning of the head is required, thanks to the optimization of means and methods of presenting stimuli (washers ) in a virtual environment that takes into account the field of view of a virtual reality helmet.
Технически результат достигается при использовании тренажера виртуальной реальности для отработки навыка хоккеиста по отбиванию шайбы и определения уровня мастерства (подготовки), включающего следующие существенные признаки:The technical result is achieved by using a virtual reality simulator to develop the hockey player's puck batting skill and determine the level of skill (training), which includes the following essential features:
шлем виртуальной реальности, содержащий два микродисплея, средство воспроизведения звука (наушники);a virtual reality helmet containing two microdisplays, a means of reproducing sound (headphones);
элементы хоккейной формы полевого игрока, включая клюшку, перчатки, защитные щитки для ног, коньки;elements of a field player's hockey uniform, including a stick, gloves, protective leg guards, skates;
напольное покрытие (поверхность), имитирующее лед;floor covering (surface) imitating ice;
по меньшей мере, 8 датчиков определения линейных координат хоккеиста, выполненные с возможностью крепления на защитных щитках (левом и правом), на перчатках (левой и правой), на клюшке, а также на форме хоккеиста в зоне живота и бедер;at least 8 sensors for determining the linear coordinates of a hockey player, made with the possibility of mounting on protective shields (left and right), on gloves (left and right), on a stick, as well as on a hockey player’s uniform in the abdomen and thighs;
компьютер, содержащийcomputer containing
- блок формирования сцены виртуальной реальности (изображения фрагмента виртуальной хоккейной площадки), - a block for forming a virtual reality scene (images of a fragment of a virtual hockey rink),
- блок формирования аватара, имитирующего движение частей тела хоккеиста и клюшки, на которых закреплены датчики определения линейных и/или угловых координат хоккеиста, - a block for forming an avatar that simulates the movement of body parts of a hockey player and a stick, on which sensors for determining the linear and / or angular coordinates of a hockey player are fixed,
- блок генерации изображения движущейся шайбы, отображаемого на дисплее компьютера и микродисплеях шлема виртуальной реальности,- a block for generating an image of a moving puck displayed on a computer display and microdisplays of a virtual reality helmet,
- блок формирования аудиосигнала, включая аудиосигнал от удара клюшкой по шайбе, соединенный со средством воспроизведения звука (наушниками);- an audio signal generation unit, including an audio signal from a stick hit on the puck, connected to a sound reproduction means (headphones);
- блок регистрации двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы, полученного с датчиков определения линейных и/или угловых координат хоккеиста; - a block for recording the hockey player's motor response to the presented pucks, obtained from sensors for determining the linear and / or angular coordinates of the hockey player;
- блок анализа двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы; включающий время отбивания шайбы и точность выполнения задач по отбиванию шайбы, с формированием выводов по уровню мастерства,- a block for analyzing the motor response of a hockey player to presented pucks; including the puck batting time and the accuracy of the puck batting tasks, with the formation of conclusions on the level of skill,
- монитор, соединенный с микродисплеями шлема виртуальной реальности, выполненный с возможностью отображения сцены виртуальной реальности, аватара, движущейся шайбы и информации по количеству отбитых шайб. - a monitor connected to microdisplays of a virtual reality helmet, configured to display a virtual reality scene, an avatar, a moving puck and information on the number of pucks hit.
Отличительной особенностью заявленного тренажера является:A distinctive feature of the claimed simulator is:
выполнение блока генерации изображения движущейся шайбы с возможностью предъявления изображения движущейся шайбы с учетом угла обзора шлема виртуальной реальности, равный 110 градусам, таким образом, чтобы все предъявляемые изображения движущейся шайбы попадали в область зрительного обзора шлема, а также одновременного или последовательного предъявления двух шайб с интервалом не более 1 секунды,execution of a block for generating an image of a moving puck with the possibility of presenting an image of a moving puck, taking into account the viewing angle of the virtual reality helmet, equal to 110 degrees, so that all the presented images of the moving puck fall into the visual field of view of the helmet, as well as the simultaneous or sequential presentation of two pucks with an interval no more than 1 second,
выполнение блока регистрации двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы с возможностью отслеживания изменения положения датчиков в пространстве по трем измерениям, при этом одно из измерений совпадает с вертикальной осью (хоккеистом), с последующим определением изменений углов коленных и тазобедренных суставов, положения головы хоккеиста,execution of a block for registering a hockey player’s motor response to presented pucks with the ability to track changes in the position of sensors in space in three dimensions, with one of the measurements coinciding with the vertical axis (hockey player), with subsequent determination of changes in the angles of the knee and hip joints, the position of the head of the hockey player,
выполнение блока анализа двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы с возможностью определения следующих параметров:execution of a block for analyzing the motor response of a hockey player to presented pucks with the ability to define the following parameters:
- измерения среднеквадратичного изменения углов в коленных и тазобедренных суставах обеих ног (в градусах) (кинестетический фактор),- measurements of the mean square change in the angles in the knee and hip joints of both legs (in degrees) (kinesthetic factor),
- времени первичной двигательной реакции - от момента вылета виртуальной шайбы до первой двигательной реакции, определяемой по изменению углов коленного и тазобедренного суставов, и превышающей величину заданных пороговых значений (отклонения три сигмы),- the time of the primary motor reaction - from the moment of departure of the virtual puck to the first motor reaction, determined by the change in the angles of the knee and hip joints, and exceeding the value of the specified threshold values (three sigma deviations),
- времени реагирования клюшкой на виртуальную шайбу в случае отражения шайбы - от момента появления шайбы до ее отражения, а в случае промаха - от ее появления до пересечения шайбой линии ворот, при этом регистрируют положение шайбы с частотой обновления кадров, не менее 30 Гц, а также факт пересечения в виртуальной среде шайбы с клюшкой, или коньком, или воротами, или пересечения линии ворот,- the reaction time of the stick to the virtual puck in case of reflection of the puck - from the moment the puck appears to its reflection, and in case of a miss - from its appearance to the crossing of the goal line by the puck, while registering the position of the puck with a frame refresh rate of at least 30 Hz, and also the fact of crossing the puck in the virtual environment with a stick, or a skate, or a goal, or crossing a goal line,
- перемещение положения головы во время отражения шайбы,- moving the position of the head during the reflection of the puck,
- количества отбитых шайб в случае одновременного или последовательного предъявления двух шайб с интервалом не более 1секунд,- the number of hit pucks in the case of simultaneous or consecutive presentation of two pucks with an interval of no more than 1 second,
с последующим определением уровня мастерства хоккеиста - низкий или высокий, по результатам сравнения полученных данных по каждому из перечисленных параметров с пороговыми значениями.with subsequent determination of the hockey player's skill level - low or high, based on the results of comparing the data obtained for each of the listed parameters with threshold values.
Блок формирования сцены виртуальной реальности выполнен с возможностью деления виртуальной хоккейной площадки на 3 сегмента (сектора) - центральный и боковые, с возможностью подсветки сегмента перед предъявлением изображения движущейся в случайном порядке шайбы в направлении виртуальных ворот, имеющих область попадания шайбы, расположенную на высоте до 50 см от уровня пола, и разделенных на пять зон: по нижней линии ворот - левый угол ворот, правый угол ворот, угол в центральной части ворот ; по верхней линии ворот на высоте 50 см - левый и правый угол. Центральный сегмент виртуальной хоккейной площадки предпочтительно соответствует углу бинокулярного видения 40°, боковые - углу по 35°. Подсветка сегмента перед предъявлением изображения движущейся шайбы реализована, по меньшей мере, за 500 мс до появления шайбы.The virtual reality scene formation unit is configured to divide the virtual hockey rink into 3 segments (sectors) - central and lateral, with the ability to highlight the segment before presenting an image of a randomly moving puck in the direction of a virtual goal with a puck hit area located at a height of up to 50 cm from the floor level, and divided into five zones: along the bottom line of the goal - the left corner of the goal, the right corner of the goal, the corner in the central part of the goal; on the top line of the gate at a height of 50 cm - left and right corner. The central segment of the virtual hockey rink preferably corresponds to a binocular vision angle of 40°, the side segments - to an angle of 35°. The highlighting of the segment before the presentation of the image of the moving puck is implemented at least 500 ms before the appearance of the puck.
Блок формирования аватара выполнен с возможностью формирования изображения виртуального хоккеиста (аватара) с клюшкой, совпадающего с реальным положением хоккеиста и клюшки, изображения фрагмента виртуальной хоккейной площадки с позиции хоккеиста, находящегося на линии ворот.The avatar generation unit is configured to generate an image of a virtual hockey player (avatar) with a stick that matches the real position of the hockey player and stick, an image of a fragment of a virtual hockey rink from the position of a hockey player located on the goal line.
Блок генерации изображения движущейся шайбы выполнен с возможностью предъявления изображения движущейся шайбы в случайном порядке в несколько этапов, характеризующихся увеличением уровня сложности, определяемой временем «жизни» шайбы на сцене виртуальной реальности, которое зависит от скорости шайбы и ее расстояния до хоккеиста - аватара, при этом каждый этап имеет длительность не менее 50 сек, интервал времени между исчезновением шайбы на сцене виртуальной реальности и появлением следующей шайбы составляет от 3 до 4 секунд, начало и конец этапа сопровождаются звуковым сигналом, имитирующим хоккейную сирену, а временной интервал между этапами составляет не менее 1 мин.The block for generating an image of a moving puck is made with the possibility of presenting an image of a moving puck in a random order in several stages, characterized by an increase in the level of complexity determined by the "lifetime" of the puck on the virtual reality scene, which depends on the speed of the puck and its distance from the hockey player - avatar, while each stage has a duration of at least 50 seconds, the time interval between the disappearance of the puck on the VR scene and the appearance of the next puck is from 3 to 4 seconds, the beginning and end of the stage are accompanied by a sound signal imitating a hockey siren, and the time interval between the stages is at least 1 min.
Блок анализа двигательного отклика хоккеиста выполнен с возможностью подсчета отбитых клюшкой шайб, которые характеризуются пересечением поверхности, имитирующей крюк клюшки и линии перемещения шайбы, в случае пропуска шайбы хоккеистом время «жизни» шайбы определяется периодом от ее появления до пересечения линии ворот виртуальной хоккейной площадки.The block for analyzing the hockey player's motor response is made with the possibility of counting the pucks hit by the stick, which are characterized by the intersection of the surface imitating the hook of the stick and the line of movement of the puck;
Для определения в блоке анализа двигательного отклика хоккеиста параметра, характеризующего среднеквадратичное изменение углов в коленных и тазобедренных суставах обеих ног (в градусах), рассчитывают корень из дисперсии сигнала для зарегистрированного изменения соответствующего угла, а для определения параметра, характеризующего время первичной двигательной реакции, выбирают минимальное значение из измеренных значений времени превышения утроенного значения корня из дисперсии сигналов, а также смены ориентации клюшки, изменения положения головы относительно напольного покрытия. To determine in the motor response analysis block a parameter characterizing the root-mean-square change in angles in the knee and hip joints of both legs (in degrees), the root of the signal dispersion for the registered change in the corresponding angle is calculated, and to determine the parameter characterizing the time of the primary motor reaction, the minimum the value from the measured values of the time of exceeding the triple value of the root of the signal dispersion, as well as changing the orientation of the stick, changing the position of the head relative to the floor covering.
В одном из вариантов осуществления изобретения блок генерации изображения движущейся шайбы выполнен с возможностью предъявления шайбы в случайном порядке со скоростью, включая 60, 80, 100, 130, 170 км/ч, с расстояния, включая 18, 12 и 6 метров, из одного из трех секторов - левого, центрального, правого, с двух вариантов высоты - на уровне льда или на высоте 50 см над уровнем льда. Кроме того, блок генерации изображения движущейся шайбы выполнен с возможностью предъявления шайбы в случайном порядке, по меньшей мере, в 4 уровня сложности, где на первом этапе скорость шайбы составляет от 60 до 80 км/ч и расстояние до шайбы 18 метров, на втором этапе - скорость от 60 км/ч до 100 км/ч и расстояния до шайбы 12 и 18 метров, на третьем этапе - скорость от 60 до 170 км/ч и расстояния до шайбы 6, 12, 18 метров, на четвертом этапе - последовательное предъявление шайб реализовано сериями по две - с промежутком около 1 сек; при этом на этапах 1, 2 и 3 предъявляется по 14 шайб; на этапе 4 - 28 шайб;In one of the embodiments of the invention, the moving puck image generation unit is configured to randomly present the puck at speeds, including 60, 80, 100, 130, 170 km/h, from a distance, including 18, 12, and 6 meters, from one of three sectors - left, central, right, from two height options - at the ice level or at a height of 50 cm above the ice level. In addition, the moving puck image generation unit is configured to present the puck in random order, at least 4 levels of complexity, where at the first stage the speed of the puck is from 60 to 80 km/h and the distance to the puck is 18 meters, at the second stage - speed from 60 km / h to 100 km / h and distances to the
Блок анализа двигательного отклика хоккеиста выполнен с возможностью вывода на экран дисплея компьютера и микродисплеи параметра: «Предъявлено N шайб, отбито n шайб», где N и n - количество предъявленных и отбитых шайб, соответственно.The block for analyzing the hockey player's motor response is configured to display the following parameter on the computer display screen and microdisplays: "N pucks presented, n pucks hit", where N and n are the number of presented and hit pucks, respectively.
Блок формирования аудиосигнала выполнен с возможностью воспроизведения звука щелчка шайбы непосредственно перед вылетом виртуальной шайбы, а также звука хоккейной сирены перед началом каждой серии, характеризующейся определенным уровнем сложности. The audio signal generation unit is configured to play the sound of the puck clicking just before the takeoff of the virtual puck, as well as the sound of the hockey siren before the start of each series, characterized by a certain level of complexity.
На клюшке датчик закреплен на расстоянии не менее 30 см от верхнего края клюшки. Напольное покрытие, имитирующее лед, представляет собой пластиковый (синтетический) лед.On the stick, the sensor is fixed at a distance of at least 30 cm from the top edge of the stick. Ice flooring is plastic (synthetic) ice.
Изменение углов в коленных и тазобедренных суставах анализируют, начиная с момента, когда хоккеист принимает стойку перед началом предъявления шайб до появления подсветки сегмента перед предъявлением изображения шайб в направлении виртуальных ворот, а также с момента появления упомянутой подсветки до момента реакции хоккеиста на шайбу. При правильном сохранении стойки первые данные не отличаются значимо от фоновых. При проявлении двигательной активности на исходных данных возникает пик. По времени первого пика, наблюдаемого после появления шайбы, определяется время начала двигательного отклика.Changes in the angles in the knee and hip joints are analyzed starting from the moment when the hockey player takes a stance before the puck presentation begins until the segment is illuminated before the puck image is presented in the direction of the virtual goal, and also from the moment the said illumination appears until the hockey player's reaction to the puck. If the rack is saved correctly, the first data does not differ significantly from the background data. With the manifestation of motor activity, a peak appears on the initial data. According to the time of the first peak observed after the appearance of the puck, the time of the beginning of the motor response is determined.
Система позволяет в процессе отработки навыков хоккеистов по отбиванию шайбы проводить диагностику уровня мастерства хоккеиста на основе комплексного анализа двигательной активности спортсменов, включая зрительно-моторную реакцию на появление шайбы и сохранение позы. На основе указанных параметров был выделен комплекс из трех факторов, связанных с уровнем мастерства в хоккее: пространственным, кинестетическим и технико-тактическим.The system allows in the process of training the skills of hockey players to hit the puck to diagnose the level of skill of the hockey player based on a comprehensive analysis of the motor activity of athletes, including the visual-motor reaction to the appearance of the puck and maintaining the posture. On the basis of these parameters, a complex of three factors was identified related to the level of skill in hockey: spatial, kinesthetic and technical-tactical.
Пространственный фактор связан с функцией антиципации полета шайбы, то есть, способностью человека предсказывать траекторию полета шайбы. На объективном поведенческом уровне в случае высокого уровня мастерства это отражается в отсутствии значимых движений головы во время отражения шайбы. Наличие статистически значимых движений головы свидетельствует о низкой сформированности антиципации, а соответственно, и уровня мастерства.The spatial factor is related to the anticipation function of the puck flight, that is, the ability of a person to predict the trajectory of the puck flight. At an objective behavioral level, in the case of a high level of skill, this is reflected in the absence of significant head movements during the reflection of the puck. The presence of statistically significant head movements indicates a low formation of anticipation, and, accordingly, the level of skill.
Кинестетический фактор связан с оптимизацией движений, в том числе, с минимизацией лишних движений в ответ на предъявление шайб. Данный фактор определяется на основе анализа среднеквадратичных отклонений в изменениях углов в коленных и тазобедренных суставах. Высокий уровень мастерства связан с минимизацией лишних движений, а также с четкими и стабильными двигательными паттернами в ответ на предъявление шайбы, что проявляется в виде синхронных и симметричных изменений углов в тазобедренных и коленных суставах. В случае низкого уровня мастерства наблюдается отсутствие симметричности, стабильности двигательных паттернов, а также наблюдается большое количество «лишних» движений.The kinesthetic factor is associated with the optimization of movements, including the minimization of unnecessary movements in response to the presentation of pucks. This factor is determined based on the analysis of standard deviations in changes in angles in the knee and hip joints. A high level of skill is associated with minimizing unnecessary movements, as well as with clear and stable motor patterns in response to the presentation of the puck, which manifests itself in the form of synchronous and symmetrical changes in the angles in the hip and knee joints. In the case of a low level of skill, there is a lack of symmetry, stability of motor patterns, and a large number of "extra" movements.
Технико-тактический фактор связан с высокой автоматизацией двигательных навыков, свойственных хоккею, что, в свою очередь, позволяет успешно решать более сложные двигательные задачи, в частности, отбивать 2 шайбы, предъявляемые практически одновременно. Данный фактор рассчитывается на основе эффективности отбивания шайб в случае предъявления 2 шайб попеременно. Высокий уровень мастерства хоккеиста отражается в большом количестве отбитых шайб при сохранении оптимального полезного уровня, минимизации «лишней» двигательной активности, соблюдении двигательных паттернов - углов суставов.The technical and tactical factor is associated with the high automation of motor skills inherent in hockey, which, in turn, allows you to successfully solve more complex motor tasks, in particular, to hit 2 pucks presented almost simultaneously. This factor is calculated based on the efficiency of hitting pucks in the case of presentation of 2 pucks alternately. The high skill level of a hockey player is reflected in a large number of hit pucks while maintaining an optimal useful level, minimizing "extra" motor activity, observing motor patterns - joint angles.
Кроме того, по сравнению с наиболее близким аналогом, высококачественная тренировка хоккеистов с получением объективной оценки уровня мастерства в результате тренировок обеспечивается за счет минимизации формирования ложных навыков, связанных с движением головой и потерей зрительного восприятия стимула. В известной системе угол между предъявляемыми стимулами составляет 170 градусов, а угол обзора шлема виртуальной реальности составляет 110 градусов. Соответственно, около 35% стимулов (=1-110/170) не могут быть замечены спортсменом, таким образом, время на предъявление этих стимулов тратится нерационально. При предъявлении стимулов, выходящих за границы 110 градусов, испытуемому необходимо повернуть голову, чтобы их заметить. В реальных условиях такой поворот головы совершать не требуется, поскольку угол периферического зрения составляет около 160 градусов. В этой связи, предъявление стимулов, выходящих за пределы 110 градусов, может приводить к формированию ложных двигательных навыков, связанных с поворотом головы. In addition, compared to the closest analogue, high-quality training of hockey players with obtaining an objective assessment of the level of skill as a result of training is ensured by minimizing the formation of false skills associated with head movement and loss of visual perception of the stimulus. In the known system, the angle between the presented stimuli is 170 degrees, and the viewing angle of the virtual reality helmet is 110 degrees. Accordingly, about 35% of the stimuli (=1-110/170) cannot be noticed by the athlete, so the time for the presentation of these stimuli is wasted. When presented with stimuli that go beyond 110 degrees, the subject must turn his head to notice them. In real conditions, such a turn of the head is not required, since the angle of peripheral vision is about 160 degrees. In this regard, the presentation of stimuli that go beyond 110 degrees can lead to the formation of false motor skills associated with head rotation.
Таким образом, тренажер позволяет проводить диагностику двигательного отклика хоккеиста на основе анализа изменения среднеквадратичных углов в коленных и тазобедренных суставах обеих ног (в градусах), времени первичной двигательной реакции, начиная с момента, когда хоккеист принимает стойку перед началом предъявления шайб до появления подсветки сегмента перед предъявлением изображения шайб в направлении виртуальных ворот, а также от момента вылета виртуальной шайбы до первой двигательной реакции, превышающей три сигмы, на основе анализа углов коленного и тазобедренного суставов, времени реагирования клюшкой на виртуальную шайбу в случае отбивания шайбы - от момента появления шайбы до ее отбивания, а в случае промаха - от ее появления до пересечения шайбой линии ворот. Thus, the simulator allows diagnosing the motor response of a hockey player based on the analysis of changes in the mean square angles in the knee and hip joints of both legs (in degrees), the time of the primary motor reaction, starting from the moment when the hockey player takes a stance before the start of puck presentation until the segment in front of the puck is illuminated. presentation of the image of pucks in the direction of the virtual goal, as well as from the moment the virtual puck is released to the first motor reaction exceeding three sigma, based on the analysis of the angles of the knee and hip joints, the time the stick reacts to the virtual puck in the event of the puck hitting - from the moment the puck appears to its batting, and in case of a miss - from its appearance until the puck crosses the goal line.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Изобретение поясняется иллюстративным материалом.The invention is illustrated by illustrative material.
На фигуре 1 представлена блок-схема компонентов тренажера виртуальной реальности для отработки навыка хоккеиста по отражению шайбы.The figure 1 shows a block diagram of the components of a virtual reality simulator for practicing the hockey player's skill to reflect the puck.
На фигуре 2 представлена схема расположения датчиков определения линейных координат и угловых координат, где 1 - шлем виртуальной реальности, 2 - датчик на животе хоккеиста, 3 - датчик на левой перчатке, 4 - датчик на правой перчатке, 5 - датчик на левом бедре хоккеиста, 6 - датчик на правом бедре, 7 - датчик на левой голени, 8 - датчик на правой голени, 9 - датчик на клюшке.The figure 2 shows the layout of the sensors for determining linear coordinates and angular coordinates, where 1 is a virtual reality helmet, 2 is a sensor on the hockey player’s stomach, 3 is a sensor on the left glove, 4 is a sensor on the right glove, 5 is a sensor on the hockey player’s left thigh, 6 - sensor on the right thigh, 7 - sensor on the left shin, 8 - sensor on the right shin, 9 - sensor on the stick.
На фигуре 3 представлено схематичное изображение угла между предъявляемыми стимулами в системе VR-PACE в 170°; а также обзора виртуальной сцены (110°), деление ее на 3 сегмента: центральная зона четкого бинокулярного видения 40°, левая и правая зоны по 35°, где A-F - угол между предъявляемыми стимулами в системе VR-PACE составляет 170°, B-E - угол обзора шлема виртуальной реальности составляет 110 градусов, C-D - угол подсветки центрального сектора 40°, B-С - угол подсветки левого сектора 35°, D-E - угол подсветки правого сектора 35°.Figure 3 shows a schematic representation of the angle between the presented stimuli in the VR-PACE system at 170°; as well as an overview of the virtual scene (110°), dividing it into 3 segments: the central zone of clear binocular vision is 40°, the left and right zones are 35° each, where A-F is the angle between the presented stimuli in the VR-PACE system is 170°, B-E - the viewing angle of the virtual reality helmet is 110 degrees, C-D - illumination angle of the central sector is 40°, B-C - illumination angle of the left sector is 35°, D-E - illumination angle of the right sector is 35°.
На фигуре 4 представлены зоны забрасывания шайб в ворота (1-5) с учетом корректировки высоты верхней линии ворот на высоте 50 см.Figure 4 shows the areas for throwing pucks into the goal (1-5), taking into account the adjustment of the height of the top goal line at a height of 50 cm.
На фигуре 5 представлена матрица определения уровня сложности при формировании изображения виртуальной шайбы в зависимости от времени «жизни» шайбы, определяемой по ее начальной скорости и расстоянию (от 0, 792 сек до 1,08 сек - «простые» пробы; от 0,504 сек до 0, 792 сек - пробы средней степени сложности; от 0,216 сек до 0,504 сек - «сложные» пробы; минимальное значение времени полета шайбы - 0,216 сек; максимальное значение - 1,08 сек.)The figure 5 shows a matrix for determining the level of complexity in the formation of an image of a virtual puck depending on the "life" of the puck, determined by its initial speed and distance (from 0.792 sec to 1.08 sec - "simple" samples; from 0.504 sec to 0.792 sec - samples of medium difficulty; from 0.216 sec to 0.504 sec - "difficult" samples; the minimum value of the puck flight time is 0.216 sec; the maximum value is 1.08 sec.)
На фигуре 6 представлена диаграмма, иллюстрирующая последовательность шагов выполнения тренировочной серии по отражению шайбы в блоках 1-3.The figure 6 presents a diagram illustrating the sequence of steps in the training series to reflect the puck in blocks 1-3.
На фигуре 7 представлена диаграмма, иллюстрирующая последовательность шагов выполнения тренировочной серии по отражению шайбы в блоке 4.The figure 7 shows a diagram illustrating the sequence of steps in the training series for the reflection of the puck in
На фигуре 8 представлен общий вид пользователя, находящегося в основной позиции и принявшего позу хоккеиста, стоящего на пластиковом льду, аудио-визуальная система подключена к компьютеру, на экране которого отображается картинка, передающаяся в шлем виртуальной реальности.Figure 8 shows a general view of the user in the main position and assuming the pose of a hockey player standing on plastic ice, the audio-visual system is connected to a computer, on the screen of which an image is displayed that is transmitted to a virtual reality helmet.
На фигуре 9 изображена виртуальная сцена, отображающая хоккейную площадку с линии ворот.Figure 9 shows a virtual scene displaying a hockey rink from the goal line.
На фигуре 10 отображен виртуальный аватар на линии ворот (вид со стороны).Figure 10 shows a virtual avatar on the goal line (side view).
На фигуре 11 представлен пример подсветки центрального сектора (выделен пунктирной линией).The figure 11 shows an example of highlighting the central sector (highlighted by a dotted line).
На фигуре 12 представлен пример визуального качественного анализа изменений углов коленных и тазобедренных суставов (правых и левых).The figure 12 presents an example of a visual qualitative analysis of changes in the angles of the knee and hip joints (right and left).
На фигуре 13 перечислены критерии диагностики уровня мастерства хоккеиста.Figure 13 lists the criteria for diagnosing the skill level of a hockey player.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Разработанный тренажер виртуальной реальности обеспечивает отработку навыка хоккеиста по отбиванию шайбы с возможностью определения уровня мастерства.The developed virtual reality simulator provides training of a hockey player's puck-batting skill with the ability to determine the skill level.
В минимальной комплектации тренажер виртуальной реальности для отработки навыка хоккеиста по отражению шайбы, содержит: In the minimum configuration, a virtual reality simulator for practicing a hockey player's puck deflection skill contains:
а) шлем виртуальной реальности с двумя микродисплеями с углом обзора 110 градусов, снабженный средствами воспроизведения звука - наушниками; все устройства соединены с компьютером посредством провода; a) a virtual reality helmet with two microdisplays with a viewing angle of 110 degrees, equipped with sound reproduction devices - headphones; all devices are connected to the computer via a wire;
б) систему датчиков определения линейных и угловых координат, включающих, по меньшей мере, 8 датчиков, выполненных с возможностью закрепления на левом и правом щитках на ногах, на бедрах, перчатках (левой и правой), один датчик на животе, один датчик на клюшке (на расстоянии 30 см от верхнего края клюшки) (см. фиг. 2); b) a system of sensors for determining linear and angular coordinates, including at least 8 sensors designed to be mounted on the left and right pads on the legs, on the hips, gloves (left and right), one sensor on the stomach, one sensor on the stick (at a distance of 30 cm from the top edge of the stick) (see Fig. 2);
в) имитирующую лед поверхность, например, пластиковый лед; c) an ice-simulating surface, such as plastic ice;
г) элементы хоккейной формы полевого игрока, включая клюшку, перчатки, щитки защитные для ног, коньки;d) elements of a field player's hockey uniform, including a stick, gloves, protective leg shields, skates;
д) компьютер, выполненный с возможностью формирования аудио-визуальной сцены виртуальной реальности и передачи в режиме реального времени полученного изображения на экраны шлема и звука в наушники. e) a computer capable of forming an audio-visual scene of virtual reality and transmitting in real time the resulting image to the screens of the helmet and sound to the headphones.
Виртуальная среда отображает окружение с позиции хоккеиста, находящегося на линии ворот. Испытуемый видит тело своего виртуального аватара, держа в руках клюшку (клюшка в виртуальной среде совпадает с клюшкой в реальных условиях). Экипировка хоккеиста соответствует полевому игроку, поскольку основная цель тренажера направлена на тренировку и совершенствование мастерства именно полевых хоккеистов. Данное изобретение не распространяется на отработку навыка вратаря, т.к. его экипировка, а также двигательные паттерны и тактика игры значительно отличаются от полевых игроков. Других игроков на площадке нет. Пользователь встает в позу хоккеиста и смотрит прямо. Система обеспечивает предъявление испытуемому шайб в случайном порядке, которые необходимо отбить. Задача игрока - отбить все шайбы, летящие в его сторону. Время между шайбами внутри одного блока варьирует от 3 до 4 секунд; время между блоками составляет 1 мин. При предъявлении шайб варьируются расстояние до игрока, направление и скорость полета, каждый вылет шайбы сопровождается характерным звуком - щелчком. Непосредственно перед предъявлением шайбы подсвечивался желтым цветом сектор поля, откуда предъявляется шайба. Игроку необходимо отбить шайбу только клюшкой, а именно, крюком виртуальной клюшки (пересечение лучей в виртуальной сцене). Шайбы, отбитые другим способом, не засчитываются. В случае пропуска шайбы - временем «жизни» шайбы считается период от ее появления до пересечения линии ворот. Пользователь получает обратную связь в виде надписи в левом верхнем углу дисплея компьютера «отбито шайб - n шайб».The virtual environment displays the environment from the position of the hockey player on the goal line. The test subject sees the body of his virtual avatar, holding a stick in his hands (a stick in a virtual environment is the same as a stick in real conditions). The equipment of a hockey player corresponds to a field player, since the main purpose of the simulator is aimed at training and improving the skills of field hockey players. This invention does not apply to the development of the goalkeeper's skill, because. his equipment, as well as movement patterns and tactics of the game, are significantly different from field players. There are no other players on the court. The user stands in the pose of a hockey player and looks straight ahead. The system ensures that the pucks are presented to the subject in random order, which must be beaten off. The player's task is to hit all the pucks flying in his direction. The time between pucks within the same block varies from 3 to 4 seconds; the time between blocks is 1 min. When the pucks are presented, the distance to the player, the direction and speed of the flight vary, each departure of the puck is accompanied by a characteristic sound - a click. Immediately before the presentation of the puck, the sector of the field from which the puck was presented was highlighted in yellow. The player needs to hit the puck only with a stick, namely, with the hook of a virtual stick (crossing the rays in a virtual scene). Pucks hit in another way do not count. If the puck is missed, the “life” of the puck is considered to be the period from its appearance to the crossing of the goal line. The user receives feedback in the form of an inscription in the upper left corner of the computer display “pucks hit - n pucks”.
В VR-среде полностью отсутствуют люди - как зрители, так и другие игроки. В качестве единицы анализа хоккейной игры выделен фрагмент с хоккеистом, отбивающим шайбу. При этом система содержит различные уровни сложности для выбранной единицы анализа. Таким образом, использованная VR-среда не имитирует игру полностью, а моделирует конкретную единицу игры.In the VR environment, people are completely absent - both spectators and other players. As a unit of analysis of a hockey game, a fragment with a hockey player hitting the puck is selected. In this case, the system contains different levels of complexity for the selected unit of analysis. Thus, the VR environment used does not fully simulate the game, but simulates a specific game unit.
Шайбы предъявляются в случайном порядке с разной скоростью (5 скоростей - 60, 80, 100, 130, 170 км/ч), с разного расстояния (18, 12 и 6 метров) и разной локализации (право/лево/центр). Кроме того, предусматривается два варианта высоты предъявления шайб - на уровне льда, а также на высоте около 50 см над его уровнем. Pucks are presented in random order at different speeds (5 speeds - 60, 80, 100, 130, 170 km/h), from different distances (18, 12 and 6 meters) and different locations (right/left/center). In addition, two options for the height of puck presentation are provided - at the level of the ice, as well as at a height of about 50 cm above its level.
Шайбы предъявляются с учетом углов обзора шлема виртуальной реальности (110 градусов) таким образом, чтобы все предъявляемые изображения движущейся шайбы попадали строго в область обзора шлема, и, соответственно, могли быть замечены испытуемым без необходимости дополнительных поворотов головы.The pucks are presented taking into account the viewing angles of the virtual reality helmet (110 degrees) in such a way that all presented images of the moving puck fall strictly into the helmet's field of view and, accordingly, can be seen by the test subject without the need for additional head turns.
Средняя скорость полета шайбы в профессиональном хоккее - 110-120 км/ч, максимальная - 170-190 км/ч (Cross R., Lindsey C. (2018). The Slap Shot in Ice Hockey. The Physics Teacher, 56(1), 7-9. https://doi.org/10.1119/1.5018677).The average puck flight speed in professional hockey is 110-120 km/h, the maximum speed is 170-190 km/h (Cross R., Lindsey C. (2018). The Slap Shot in Ice Hockey. The Physics Teacher, 56(1) , 7-9 https://doi.org/10.1119/1.5018677).
Расстояния от места появления шайбы до игрока - 18, 12 и 6 метров.The distances from where the puck appears to the player are 18, 12 and 6 meters.
Выбор скоростей и расстояний осуществлялся в несколько этапов. Предварительные измерения показали, что использование различных скоростей с небольшим шагом субъективно воспринимается одинаково, но значительно удлиняет эксперимент. Чтобы определить минимальное и, в то же время, достаточное количество параметров (различных скоростей и расстояний), были проведены тестовые записи, в том числе с участием профессиональных хоккеистов и хоккейного тренера. Выбор скоростей ориентирован на максимально широкий диапазон: от медленных (когда хоккеист ясно видит шайбу), например 60 км/ч; средних скоростей - 80, 100 и 130 км/ч; и максимально возможной - 170 км/ч.The choice of speeds and distances was carried out in several stages. Preliminary measurements showed that the use of different speeds with a small step is subjectively perceived equally, but significantly lengthens the experiment. To determine the minimum and, at the same time, sufficient number of parameters (different speeds and distances), test recordings were carried out, including with the participation of professional hockey players and a hockey coach. The choice of speeds is focused on the widest possible range: from slow (when the hockey player clearly sees the puck), for example, 60 km / h; medium speeds - 80, 100 and 130 km/h; and the maximum possible - 170 km / h.
Имитация бросков шайб включает несколько блоков сложности: от самого простого к самому сложному, когда предъявляется 2 шайбы с минимальной задержкой: The simulation of puck throws includes several blocks of difficulty: from the simplest to the most difficult, when 2 pucks are presented with a minimum delay:
1 блок - самый простой блок с низкими скоростями шайбы (60-80 км/ч) и дальними расстояниями до шайбы (18 метров и более); 1 block - the simplest block with low puck speeds (60-80 km/h) and long distances to the puck (18 meters or more);
2 блок - более сложный режим, скорости выше (60-80 км/ч, а также 100 км/ч), добавляются средние расстояния до шайб (от 12 до 18 метров). Ориентирован на средний уровень мастерства;
3 блок - сложный режим с высокими скоростями (до 170 км/ч) и всеми расстояниями, включая близкие (до 6 метров, а также средние и дальние - до 12 метров, до 18 метров, соответственно); Block 3 - a difficult mode with high speeds (up to 170 km / h) and all distances, including close ones (up to 6 meters, as well as medium and long distances - up to 12 meters, up to 18 meters, respectively);
4 блок - максимально сложный режим - предъявление шайб сериями по две (одновременное или последовательное с промежутком не более 1 сек).Block 4 - the most difficult mode - the presentation of pucks in series of two (simultaneous or sequential with an interval of no more than 1 second).
В блоках 1, 2 и 3 предъявляется по 14 шайб; в блоке 4 - 28 шайб.In blocks 1, 2 and 3, 14 pucks are presented; in block 4 - 28 washers.
Последовательность шагов выполнения тренировочной серии по отражению шайбы в блоках 1-3 представлена на фиг. 6. Последовательность шагов выполнения тренировочной серии по отражению шайбы в блоке 4 представлена на фиг. 7. The sequence of steps for performing the training series to reflect the puck in blocks 1-3 is shown in Fig. 6. The sequence of steps for performing the training series to reflect the puck in
Игроку дается следующая инструкция: необходимо отбивать клюшкой все шайбы, летящие в ворота. В начале выполнения задания пользователь слышит команду - хоккейную сирену. Он должен занять основную позицию и принять стойку хоккеиста. Через 3-4 сек следует подсветка одного из трех сегментов виртуальной сцены (хоккейной площадки). Спустя 0,5 сек из этого сектора вылетает шайба; The player is given the following instruction: it is necessary to hit with a stick all the pucks flying into the goal. At the beginning of the task, the user hears a command - a hockey siren. He must take the main position and take the stand of a hockey player. After 3-4 seconds, one of the three segments of the virtual scene (hockey rink) is illuminated. After 0.5 seconds, the puck flies out of this sector;
Шайбы предъявляются в случайном порядке с разным уровнем сложности и распределением на 4 блока в зависимости от уровня сложности (см. фиг. 5), блоки следуют поочередно от блока 1 к блоку 4, начало блока и конец блока сигнализируются хоккейной сиреной, между блоками идет период отдыха длительностью 1 мин. (см. фиг. 6 и 7). Шайбы подаются случайным образом с разных расстояний и направлений и с разной начальной скоростью. Каждая шайба запускается с определенным звуком щелчка. Генерация шайбы сопровождается характерным звуком удара клюшкой по шайбе. Непосредственно перед подачей шайбы участок поля, с которого стартует шайба, освещается желтым светом. Все шайбы предъявляются строго в область обзора шлема виртуальной реальности с учетом выделенных сегментов таким образом, чтобы они могли быть замечены испытуемым без необходимости дополнительных поворотов головы (см.фиг. 3). Все шайбы летят строго в ворота - в одну из пяти зон (см. фиг. 4). Шайбы, по которым не попали клюшкой, которые не были отбиты, не засчитываются. В частности, засчитываются шайбы при пересечении поверхности, имитирующей рабочую часть клюшки, и линии перемещения шайбы. Время «жизни» шайбы определяется периодом от ее появления до пересечения линии ворот виртуальной хоккейной площадки. Шайбы предъявляются четырьмя блоками с повышением уровня сложности в зависимости от скорости шайбы и расстояния подачи. В блоке 5 испытуемый не должен отбивать шайбы, а только внимательно наблюдать и отслеживать шайбы, которые предъявляются с разной степенью сложности. Интервал между шайбами составляет 3 секунды со звуком щелчка. После каждой шайбы игрок должен смотреть в центр поля. The pucks are presented in random order with different levels of difficulty and distribution into 4 blocks depending on the level of complexity (see Fig. 5), the blocks follow in turn from
Быстрота реакции на движущийся объект при внезапном его появлении, как правило, занимает от 0,25 до 1 сек. (Strughold H. (1956) A Simple Classification of the Present and Future Stages of Manned Flight. Journal of Aviation Medicine, XXVII, 328-331). Таким образом, был выбран диапазон значений длительности полета шайбы, который «вписывался» в границы значений времени двигательной реакции на объект. Данный диапазон был разделен на три равных промежутка, в соответствии с чем были определены уровни сложности проб, соответствующие блокам 1-3: от 0, 792 сек до 1,08 сек - «простые» пробы; от 0,504 сек до 0, 792 сек - пробы средней степени сложности; от 0,216 сек до 0,504 сек - «сложные» пробы. Блок 4 включал шайбы всех уровней сложности (см. фиг. 5). The speed of reaction to a moving object with its sudden appearance, as a rule, takes from 0.25 to 1 second. (Strughold H. (1956) A Simple Classification of the Present and Future Stages of Manned Flight. Journal of Aviation Medicine, XXVII, 328-331). Thus, the range of values of the duration of the puck flight was chosen, which "fit" into the boundaries of the values of the time of the motor reaction to the object. This range was divided into three equal intervals, in accordance with which the difficulty levels of the samples were determined, corresponding to blocks 1-3: from 0.792 sec to 1.08 sec - “simple” samples; from 0.504 sec to 0.792 sec - samples of medium complexity; from 0.216 sec to 0.504 sec - "difficult" samples.
В воротах были выделены 5 зон, в которые чаще всего направлены удары: по углам (точки 1, 2, 3 и 4) и между ног вратаря (в "домик" - точка 5) (см. фиг.1). В шлеме виртуальной реальности на заданных параметрах невозможно отбить шайбу в классических зонах 3 и 4 (поскольку засчитываются только шайбы, отбитые клюшкой). В связи с этим, зоны попадания шайбы 3 и 4 были скорректированы (см. фиг. 4).At the gate were allocated 5 zones, which are most often directed strikes: in the corners (
Моторный отклик от датчиков, размещенных на экипировке испытуемого, регистрируется на основе анализа (i) изменения среднеквадратичных углов в коленных и тазобедренных суставах обеих ног (в градусах), (ii) времени первичной двигательной реакции - от момента вылета виртуальной шайбы до первой двигательной реакции, превышающей три сигмы, на основе анализа углов коленного и тазобедренного суставов, (iii) времени реагирования клюшкой на виртуальную шайбу (в случае отбивания шайбы - от момента появления шайбы до ее отбивания, а в случае промаха - от ее появления до пересечения шайбой линии ворот). The motor response from the sensors placed on the equipment of the subject is recorded based on the analysis of (i) changes in the root-mean-square angles in the knee and hip joints of both legs (in degrees), (ii) the time of the primary motor reaction - from the moment the virtual puck takes off to the first motor reaction, greater than three sigma based on analysis of knee and hip joint angles, (iii) stick response time to a virtual puck (in the case of a puck batting, from the moment the puck appears to the batting, and in the case of a miss, from the moment the puck appears to the puck crossing the goal line) .
Диагностика уровня мастерства хоккеиста осуществляется на основе комплексного анализа двигательной активности спортсменов, включая зрительно-моторную реакцию на появление шайбы и сохранение позы. На основе указанных параметров были выделены 3 основополагающих фактора, связанные с уровнем мастерства в хоккее: пространственный, кинестетический и технико-тактический факторы, описание которых представлено выше.Diagnostics of the skill level of a hockey player is carried out on the basis of a complex analysis of the motor activity of athletes, including the visual-motor reaction to the appearance of the puck and maintaining the posture. Based on these parameters, 3 fundamental factors related to the level of skill in hockey: spatial, kinesthetic and technical-tactical factors, the description of which is presented above.
Критерии диагностики уровня мастерства хоккеиста представлены на фиг.13.Criteria for diagnosing the skill level of a hockey player are presented in Fig.13.
Пространственный фактор отражает дисперсию положения головы испытуемого, которая оценивается на основе показателей изменения ориентации и местоположения датчика, закрепленного на шлеме (в метрах). При значении показателя выше или равном 1,6 присваивают 1 балл; при значении ниже 1,6 - 0 баллов. Данный фактор реализуется с помощью блока формирования сцены виртуальной реальности, блока генерации изображения движущейся шайбы, блока формирования аудиосигнала, блока регистрации двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы, блока анализа двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы; монитора, соединенного с блоками формирования сцены виртуальной реальности, формирования аватара, генерации изображения движущейся шайбы.The spatial factor reflects the variance of the position of the subject's head, which is estimated based on the change in the orientation and location of the sensor attached to the helmet (in meters). If the value of the indicator is higher or equal to 1.6, 1 point is assigned; with a value below 1.6 - 0 points. This factor is implemented using a virtual reality scene generation unit, a moving puck image generation unit, an audio signal generation unit, a hockey player's motor response registration unit to presented pucks, a hockey player's motor response analysis unit to presented pucks; a monitor connected to the blocks for forming a virtual reality scene, forming an avatar, generating an image of a moving puck.
Кинестетический фактор отражает среднеквадратичные изменения углов в коленных и тазобедренных суставах обеих ног, которые оцениваются на основе показателей изменения ориентации датчиков на голени и бедре обеих ног, а также данных о местоположении датчиков относительно предварительно заданного при помощи калибровки пространства по трем измерениям. Для определения этого параметра рассчитывается корень из дисперсии для зарегистрированного изменения положения соответствующего угла. Ширина окна для расчета дисперсии выбирается в зависимости от задания, выполняемого пользователем: все время сохранения стойки, или задаваемое окно шириной не менее 10 измерении при других заданиях. Для каждого сустава рассчитывают среднее значение показателя. При значении показателя для тазобедренного сустава ниже или равном 1,1 присваивают 1 балл; при значении выше 1,1 - присваивают 0 баллов. При значении показателя для коленного сустава ниже или равном 0,7 присваивают 1 балл; при значении выше 0,7 - присваивают 0 баллов. Данный фактор реализуется с помощью блока формирования сцены виртуальной реальности, блока генерации изображения движущейся шайбы, блока формирования аудиосигнала, блока регистрации двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы, блока анализа двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы; монитора, соединенного с блоками формирования сцены виртуальной реальности, формирования аватара, генерации изображения движущейся шайбы.The kinesthetic factor reflects the root-mean-square changes in the angles in the knee and hip joints of both legs, which are estimated based on the indicators of the change in the orientation of the sensors on the lower leg and thigh of both legs, as well as data on the location of the sensors relative to the space previously specified using the calibration in three dimensions. To determine this parameter, the root of the dispersion is calculated for the registered change in the position of the corresponding angle. The width of the window for calculating the variance is selected depending on the task performed by the user: the entire time of maintaining the rack, or a specified window with a width of at least 10 measurements for other tasks. For each joint, the average value of the indicator is calculated. If the value of the indicator for the hip joint is less than or equal to 1.1, 1 point is assigned; with a value above 1.1 - assign 0 points. If the value of the indicator for the knee joint is less than or equal to 0.7, 1 point is assigned; with a value above 0.7 - assign 0 points. This factor is implemented using a virtual reality scene generation unit, a moving puck image generation unit, an audio signal generation unit, a hockey player's motor response registration unit to presented pucks, a hockey player's motor response analysis unit to presented pucks; a monitor connected to the blocks for forming a virtual reality scene, forming an avatar, generating an image of a moving puck.
Технико-тактический фактор отражает эффективность отбивания шайб в блоке 4, характеризующемся предъявлением подряд двух шайб с задержкой в 1 сек. Данный фактор выражается в количестве отбитых шайб в 4 блоке. При значении показателя выше или равном 7 присваивают 1 балл; при значении ниже 7 - 0 баллов. Данный фактор реализуется с помощью блока формирования сцены виртуальной реальности, блока формирования аватара, блока генерации изображения движущейся шайбы, блока формирования аудиосигнала, блока регистрации двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы, блока анализа двигательного отклика хоккеиста на предъявляемые шайбы; монитора, соединенного с блоками формирования сцены виртуальной реальности, формирования аватара, генерации изображения движущейся шайбы.The technical-tactical factor reflects the effectiveness of hitting pucks in
Для диагностики уровня мастерства анализируют сумму полученных баллов по всем трем факторам. При сумме баллов от 1 до 2 диагностируют низкий уровень мастерства; при сумме баллов от 3 до 4 диагностируют высокий уровень мастерства (фиг.13).To diagnose the level of skill, the sum of the points obtained for all three factors is analyzed. When the sum of points is from 1 to 2, a low level of skill is diagnosed; when the sum of points is from 3 to 4, a high level of skill is diagnosed (Fig. 13).
Пример тренажера виртуальной реальности для отработки навыка хоккеиста по отражению шайбы представлен на фиг. 9 - 13.An example of a virtual reality simulator for practicing a hockey player's puck deflection skill is shown in Fig. 9 - 13.
Для разработки тренажера была использована система виртуальной реальности HTC Vive Pro Eye с дополнительными трекерами, которая характеризовалась следующими показателями: угол обзора экрана шлема составляет 110 градусов, наличие средств воспроизведения звука - наушников, два экрана AMOLED с диагональю 3.5’’ каждый, с разрешением 2880 x 1600 пикселей (1440 х 1600 на каждый глаз), с частотой обновления 90 Гц; подключением USB-C 3.0, DisplayPort 1.2, Bluetooth; с датчиками: система отслеживания перемещений в пространстве SteamVR, акселерометр, гироскоп, датчик приближения, сенсор IPD для настройки межзрачкового расстояния, система отслеживания глаз; настройкой расстояния от глаз до линз; настройкой межзрачкового расстояния; подстройкой наушников; подстройкой оголовья; поддержкой игровой зоны 10 х 10 м при установке четырёх базовых станций SteamVR 2.0.For the development of the simulator, the HTC Vive Pro Eye virtual reality system with additional trackers was used, which was characterized by the following indicators: the viewing angle of the helmet screen is 110 degrees, the presence of sound playback devices - headphones, two AMOLED screens with a diagonal of 3.5'' each, with a resolution of 2880 x 1600 pixels (1440 x 1600 per eye), 90Hz refresh rate; USB-C 3.0, DisplayPort 1.2, Bluetooth connectivity; with sensors: SteamVR space tracking system, accelerometer, gyroscope, proximity sensor, IPD sensor for setting interpupillary distance, eye tracking system; adjusting the distance from the eyes to the lenses; setting interpupillary distance; headphone adjustment; headband adjustment; support for a 10 x 10 m play area when installing four SteamVR 2.0 base stations.
Анализ двигательной составляющей (анализ перемещения частей тела испытуемого и клюшки) проводился с помощью системы SteamVR Tracking 2.0 и 8 датчиков - трекеров, закрепленных на хоккейной форме: на щитках на голень, на бедрах, животе, перчатках и клюшке (на расстоянии 30 см от верхнего края клюшки) (см. фиг. 2 и 9). Трекер движения головы был встроен в шлем виртуальной реальности.The analysis of the motor component (analysis of the movement of body parts of the subject and the stick) was carried out using the SteamVR Tracking 2.0 system and 8 sensors - trackers attached to the hockey uniform: on the shin pads, on the hips, stomach, gloves and stick (at a distance of 30 cm from the top club edge) (see Fig. 2 and 9). The head movement tracker was built into the virtual reality helmet.
Виртуальная сцена воспроизводилась в среде Unity. Данная система позволяет отображать виртуальную сцену и регистрировать движения игрока. Запись проводилась с использованием приложения XR, которое позволяет регистрировать позиции и повороты отслеживаемых трекеров. Для задач исследования вертикальной позы человека использовались частотные методы, которые применялись к инерциальным данным от подобных трекеров. Для упрощения процесса проведения эксперимента были использованы алгоритмы анализа вертикальной позы испытуемого, менее чувствительные к шагу времени и не требующие применения дифференцирования (Walsh M., Slattery E., McMath A., Cox R., Haworth J. (2018). Training history constrains postural sway dynamics: A study of balance in collegiate ice hockey players. Gait & Posture, 66, 278-282. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2018.09.009). В связи с этим были рассмотрены вероятностные характеристики выбранных переменных. The virtual scene was played in the Unity environment. This system allows you to display a virtual scene and register the player's movements. The recording was carried out using the XR application, which allows you to register the positions and turns of tracked trackers. For the tasks of studying the vertical posture of a person, frequency methods were used, which were applied to inertial data from such trackers. To simplify the process of conducting the experiment, algorithms for analyzing the vertical posture of the subject were used, which are less sensitive to the time step and do not require differentiation (Walsh M., Slattery E., McMath A., Cox R., Haworth J. (2018). Training history constraints postural sway dynamics: A study of balance in collegiate ice hockey players, Gait & Posture, 66, 278-282, https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2018.09.009). In this regard, the probabilistic characteristics of the selected variables were considered.
Каждый датчик и шлем виртуальной реальности передавали данные о своем местоположении и изменении ориентации. Each sensor and virtual reality helmet transmitted data about its location and orientation change.
Имитационная виртуальная среда, моделирующая хоккейную площадку, была дополнена возможностью предъявлять шайбы разного уровня сложности. Сложность определялась расстоянием до шайбы, ее скоростью, а также количеством предъявляемых шайб. В задачи испытуемого входило отражение всех предъявляемых шайб. Разработанный виртуальный контент представлен на фиг. 9.The simulation virtual environment, simulating a hockey rink, was supplemented with the ability to present pucks of various levels of complexity. Difficulty was determined by the distance to the puck, its speed, as well as the number of pucks presented. The subject's task was to reflect all the pucks presented. The developed virtual content is shown in Fig. nine.
Диагностика уровня мастерства хоккеистов проводилась на основе выделенных критериев (см. фиг. 14).The diagnostics of the skill level of hockey players was carried out on the basis of the selected criteria (see Fig. 14).
Статистический анализ данных проводился по следующим показателям:Statistical analysis of the data was carried out according to the following indicators:
1) Визуальный качественный анализ изменений углов коленных и тазобедренных суставов (правых и левых), а также головы (см. фиг. 13);1) Visual qualitative analysis of changes in the angles of the knee and hip joints (right and left), as well as the head (see Fig. 13);
2) Отбитые и пропущенные шайбы;2) Repulsed and missed washers;
3) Время двигательного отклика на подсветку сектора, 3) Motor response time to sector illumination,
4) Время реагирования клюшкой.4) Stick response time.
В качестве имитирующей лед поверхности использовался пластиковый лед. Plastic ice was used as an ice-simulating surface.
На фиг. 8 представлена общая схема расположения датчиков определения линейных координат и угловых координат.In FIG. 8 shows the general layout of the sensors for determining linear coordinates and angular coordinates.
На фиг. 9 представлен общий вид пользователя, находящегося в основной позиции и принявшего основную позу хоккеиста, стоящего на пластиковом льду, аудио-визуальная система подключена к компьютеру, на экране которого отображается картинка, передающаяся в шлем виртуальной реальности. На фиг. 10 представлена виртуальная сцена, отображающая хоккейную площадку с линии ворот. На фиг. 11 представлено отображение виртуального аватара на линии ворот (вид со стороны). На фиг. 12 Представлен пример подсветки центрального сектора.In FIG. 9 shows a general view of the user in the main position and taking the main position of a hockey player standing on plastic ice, the audio-visual system is connected to a computer, on the screen of which an image is displayed that is transmitted to a virtual reality helmet. In FIG. 10 is a virtual scene showing a hockey rink from the goal line. In FIG. 11 shows the display of the virtual avatar on the goal line (side view). In FIG. 12 An example of highlighting the central sector is shown.
С помощью изготовленного тренажера была проведена диагностика уровня мастерства хоккеистов на основе комплексного анализа их двигательной активности. В исследовании приняли участие 29 испытуемых (средний возраст - 20 +/- 2 года; 100% муж.), в том числе 11 хоккеистов, 9 борцов вольного стиля и 10 новичков, не занимающихся спортом на постоянной основе. Профессиональный уровень оценивался по количеству лет стажа и по наличию разрядов. Средний возраст стажа составил 14,18 +/- 3,8 лет. Разряды варьировали от 3 юношеского до КМС. With the help of the manufactured simulator, the diagnostics of the skill level of hockey players was carried out on the basis of a comprehensive analysis of their motor activity. The study involved 29 subjects (mean age - 20 +/- 2 years; 100% male), including 11 hockey players, 9 freestyle wrestlers and 10 beginners who are not involved in sports on a regular basis. The professional level was assessed by the number of years of experience and by the presence of ranks. The average age of service was 14.18 +/- 3.8 years. The ranks ranged from 3 junior to CMS.
С учетом изложенного оценка уровня мастерства проводилась на основе следующих трех факторов, описание и значения критериев которых указаны в таблице 1. Taking into account the above, the assessment of the skill level was carried out on the basis of the following three factors, the description and criteria values of which are indicated in Table 1.
Результаты испытуемых по выделенным трем факторам - пространственному, кинестетическому и технико-тактическому, а также итоговые баллы представлены в таблице 1. Данные анамнеза испытуемых (вид спорта, стаж, наличие разрядов) представлены в таблице 2. The results of the subjects on the selected three factors - spatial, kinesthetic and technical-tactical, as well as the final scores are presented in Table 1. The data of the anamnesis of the subjects (type of sport, experience, presence of categories) are presented in Table 2.
Из полученных данных следует, что 3-4 балла были набраны испытуемыми, соответствующими высокому уровню мастерства в хоккее, который оценивался по стажу и наличию разрядов. Для 8 из 11 хоккеистов был определен высокий уровень мастерства в хоккее. Таким образом, заявленный тренажер продемонстрировал высокую точность при оценке уровня мастерства при отработке приемов для формирования профессиональных навыков. It follows from the data obtained that 3-4 points were scored by the subjects, corresponding to a high level of skill in hockey, which was assessed by experience and the presence of categories. For 8 out of 11 hockey players, a high level of skill in hockey was determined. Thus, the claimed simulator demonstrated high accuracy in assessing the level of skill in practicing techniques for the formation of professional skills.
Кроме того, на отдельной группе испытуемых (9 человек), которые не занимались ранее хоккеем, были проведены исследования по отработке навыка по отбиванию шайбы. Занятия на тренажере проводились в течение 6 - 7 месяцев по 10 - 20 часов в неделю. В результате все испытуемые продемонстрировали положительную динамику по формированию профессиональных навыков с увеличением результата по меньшей мере на 1 балл по сравнению с измеренным перед началом тренировок.In addition, on a separate group of subjects (9 people) who had not previously played hockey, studies were conducted to develop the skill of hitting the puck. Classes on the simulator were carried out for 6 - 7 months for 10 - 20 hours a week. As a result, all the subjects showed positive dynamics in the formation of professional skills with an increase in the result by at least 1 point compared to that measured before the start of training.
Claims (38)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786594C1 true RU2786594C1 (en) | 2022-12-22 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2468846C2 (en) * | 2007-06-11 | 2012-12-10 | Скиллз Системз Инк. | Method and device for practicing sport skills |
| RU2752732C1 (en) * | 2020-02-25 | 2021-07-30 | Вячеслав Кузьмич Зайцев | Athletic training equipment |
| US20220193515A1 (en) * | 2020-12-23 | 2022-06-23 | Helios Sports, Inc. | Connected hockey training systems and methods |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2468846C2 (en) * | 2007-06-11 | 2012-12-10 | Скиллз Системз Инк. | Method and device for practicing sport skills |
| RU2752732C1 (en) * | 2020-02-25 | 2021-07-30 | Вячеслав Кузьмич Зайцев | Athletic training equipment |
| US20220193515A1 (en) * | 2020-12-23 | 2022-06-23 | Helios Sports, Inc. | Connected hockey training systems and methods |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gray | Virtual environments and their role in developing perceptual-cognitive skills in sports | |
| US7887329B2 (en) | System and method for evaluation and training using cognitive simulation | |
| US6073489A (en) | Testing and training system for assessing the ability of a player to complete a task | |
| US8861091B2 (en) | System and method for tracking and assessing movement skills in multidimensional space | |
| US6308565B1 (en) | System and method for tracking and assessing movement skills in multidimensional space | |
| JP6165736B2 (en) | System and method for supporting exercise practice | |
| US6098458A (en) | Testing and training system for assessing movement and agility skills without a confining field | |
| Egan et al. | Effects of experience on the coordination of internally and externally timed soccer kicks | |
| US20070021199A1 (en) | Interactive games with prediction method | |
| Lee | Does Your Eye Keep on the Ball?: The Strategy of Eye Movement for Volleyball Defensive Players During Spike Serve Reception. | |
| Mann et al. | Issues in the measurement of anticipation | |
| Moran et al. | The effects of anxiety and strategic planning on visual search behaviour | |
| RU2605510C1 (en) | Method of tactical-technical training sportsmen of playing sports | |
| Menshikova et al. | The application of virtual reality technology to testing resistance to motion sickness | |
| Sato et al. | Augmented recreational volleyball court: Supporting the beginners' landing position prediction skill by providing peripheral visual feedback | |
| Solas-Martínez et al. | Artificial Intelligence and Augmented Reality in Physical Activity: A Review of Systems and Devices | |
| RU2786594C1 (en) | Virtual reality simulator for working the skill of the hockey player in shooting the puck and determining the level of skill | |
| Akbari et al. | Impact of reaction speed, eye-hand coordination, and achievement motivation on backhand drive skills of table tennis players | |
| Dabnichki | Computers in sport | |
| Menickelli | The effectiveness of videotape feedback in sport: Examining cognitions in a self-controlled learning environment | |
| Polikanova et al. | Study of differences in motor reactions and performances in professional ice hockey players and not experienced participants using virtual reality (VR) technology | |
| Calado et al. | Towards a virtual coach for Boccia: Developing a virtual augmented interaction based on a Boccia simulator | |
| Reid et al. | Tennis science: how player and racket work together | |
| RU2743334C1 (en) | Sports motor skills development system | |
| Haryanto et al. | Validity and reliability of topspin accuracy tests in table tennis |