简易游泳姿势训练器在教学中的应用

郑杰　李晗　尚昳冰

【摘要】本文主要论述游泳姿势训练器及其系统，通过传感器进行训练者动作的位置、动作所产生的拉力、动作速率以及持續时间的数据采集，并且通过数据分析，能够分析计算机根据拉力传感器的数据进一步分析每个拉力传感器位置拉力变化情况，并计算与相应标准泳姿的数据差异，获取训练者训练过程中的不出问题的地方，并且对肢体数据进行采集优化，再通过手臂和腿训练时的数据进行实时提示，让学员进行改善，帮助训练者能够高效、快速的提高训练效果，另外，设置有虚拟的动作展示显示装置部分，能够使得训练者直观的观测到训练的动作过程，查找漏洞，提高教学的质量，节省学习的时间。

【关键词】游泳姿势 训练器 系统

前言：游泳运动是一项受到人们喜欢的运动，但是对于游泳的初学者而言，其对水会产生恐惧感，常常会因此对游泳的学习造成障碍，学习过程中动作无法完成，造成溺水，发生危险，并且在心理产生害怕的抵触情绪，降低学习的效率。现有的训练过程，一般是让学员在固定的凳子上进行动作训练，联系水中的动作，这种方式训练简单，直观，并且能够实地进行练习，但是，这种训练方法容易造成自行训练中动作做的不到位，并且在体育训练或教学中，教练员不能针对每个运动员的特定进行专项辅导，或者要上百次的重复每次纠正的内容，也不能有效的记录运动员训练细节。针对上述缺陷或不足，本文的目的在于提供一种游泳姿势训练方法及其系统。

1泳姿训练器基本运用原理

游泳姿势训练系统，包括训练装置以及与训练装置相连接的数据处理模块。所述训练装置包括悬挂架，所述悬挂架上设置有用于固定训练者的吊板，悬挂架的一侧安装有用于放置手臂的手臂握环，挂架的另一侧安装有用于放置腿部的腿部吊环。

数据处理模块包括：数据采集装置、数据处理单元、建模模块、图像生成单元、数据传输单元以及显示单元;数据采集装置用于获取训练者训练过程中动作的位置、动作力度、动作速率以及持续时间;数据处理单元用于将数据采集装置所获取的数据进行处理，以使得训练者的动作映射到建模模块生成的虚拟动画人物上;建模模块用于建立模拟训练环境以及虚拟动画人物;图像生成单元用于将训练环境以及虚拟动画人物生成图像;数据传输单元用于将数据采集装置获取的数据传输到计算机上，进行训练数据存储;以及显示单元用于显示训练者的动作过程和动作变化。

悬挂架包括四根与水平面垂直设置的立柱，立柱顶部水平设置有横杠;吊板悬挂于横杠上，每个腿部吊环由上下两根腿部弹性拉力带固定在悬挂架上;手臂握环通过手臂弹性拉力带固定在悬挂架上。

手臂握环由四根手臂弹性拉力带固定在悬挂架上。数据采集装置包括安装于手臂握环上的第一拉力传感器、安装于腿部吊环的第二拉力传感器以及动作捕捉摄像装置。四根手臂弹性拉力带通过第一拉力传感器与悬挂架固定相连接;腿部弹性拉力带通过第二拉力传感器与悬挂架固定相连接。数据传输单元包括无线传通信信道或有线传通信信道。

2泳姿训练器基本运用方法

建立模拟训练环境以及虚拟人物;获取训练者在训练过程中动作的位置、动作所产生的拉力、动作速率以及持续时间;对所获取的数据进行处理，将训练者的动作映射到生成的虚拟动画人物上;并且分析每个拉力变化情况后，计算与相应标准泳姿的数据差异。通过银幕上虚拟人物的移动和动作变化，显示训练者的训练过程，并且采集每位训练者每种泳姿的每个拉力的历史训练数据，对所述数据进行优化，为每位运动员设定每个拉力位置拉力的阈值，将实时数据与该阈值进行比较，评判该次训练成绩。

阈值是根据拉力传感器的每项拉力数据进行设定，或者对所有拉力数据的作用采用加权平均进行处理，得到综合数据。根据实时拉力与阈值数据进行比较，当实时拉力超过阈值范围时，控制报警模块进行声、光报警。对所获取的数据进行处理，将训练者的动作映射到生成的虚拟动画人物上具体包括：通过动作捕捉摄像装置捕捉训练者的训练动作图像;将训练动作图像传送到处理装置;处理装置对训练动作图像进行分解以及处理后，映射到虚拟人物。

具体的，训练时运动员根据泳姿如自由泳，俯卧在吊板上，双脚伸进腿部吊环于脚踝或脚掌部后绑定，手部握住手握环，然后进行模拟游泳训练。

所述拉力传感器通过数据采集模块采集每个固定位置的弹性拉力带的数据变化，数据包括拉力大小、变化速率、持续时间，如在一次划水动作中拉力随时间的变化情况。将上述数据传输到所述分析计算机，所述分析计算机记录每个拉力传感器位置拉力变化情况，同时生成每个位置对应的拉力数据变化曲线轨迹，并计算与相应标准泳姿的数据比较。根据每位运动员每种泳姿的每个拉力传感器位置的历史训练数据，对所述数据进行优化，为每位运动员设定每个拉力传感器位置的最优阈值，将训练实时数据与该阈值进行比较，评判该次训练成绩。阈值可以根据拉力传感器的每项拉力数据进行设定，或者对所有拉力数据的作用采用加权平均进行处理，得到综合数据。计算机通过数据通信模块将阈值数据以及控制数据发送到所述拉力传感器，所述拉力传感器中的数据通信模块接收阈值数据以及控制数据，并传输到数据处理模块，数据处理模块将其存储于存储模块，在训练时数据处理模块根据数据采集模块采集到的相应数据与阈值数据进行比较，当超过阈值范围时，控制报警模块进行声、光报警。

所述分析计算机通过控制数据传输报警模块在报警时的声、光信息，所述声信息是根据每个泳姿的动作顺序设定音乐信息，上述音乐信息在动作符合阈值要求的情况下能连续成一首歌曲或者有规律的音符，不合格时乐曲会走调。上述音乐信息还可以是表示该肢体部位动作合格或不合格的提示语音，如“左手不合格”等。上述音乐信息还可以是表示该肢体部位动作数据向阈值接近方式的提示语音，如“左手加力”、“右手再向后”等。

所述光信息可以使每个位置符合阈值要求的情况下亮绿灯，不合格亮红灯，以提示教练员注意。

结语：通过本训练装置，使教练员不但能够有针对性的对运动员的错误动作进行有效的指导，而且还能够将训练者的视频或教学视频进行展示，帮助训练者进行观看和训练对照，提高训练者的效率以及训练者的自我查缺补漏，发现问题。

作者简介：李晗男、1971.08、硕士、副教授、辽宁石油化工大学教师。