ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС "ЭЛЕКТРОННЫЙ ВРАТАРЬ"

Изобретение относится к спорту, а именно к тренажерам, которые могут быть использованы для тренировки спортсменов в игровых видах спорта, в частности в играх с мячом.

Из существующего уровня техники известен тренажер для тренировки точности ударов и бросков спортсменов по воротам (патент RU 136354 от 02.07.2013), включающий щит-ворота, разделенный на зоны, катапульту и пульт, связанные посредством радиосвязи.

Недостатками этого аналога являются невозможность построения траектории удара, измерения скорости полета мяча и оценки эффективности удара. Особенностью конструкции данного тренажера является то, что он определяет лишь место попадания мяча в ворота, не оценивая эффективность удара. Мяч может быть послан в одну и ту же точку ворот разными траекториями (закрученные удары, прямые удары) и с разной скоростью, что является критически важным для достижения цели - забивания гола, так как точность удара должна оцениваться в совокупности с силой удара и траекторией движения мяча.

Наиболее близким аналогом является программно-аппаратный комплекс, моделирующий траекторию игрового снаряда Hawk-Eye (патент WO 2001041884 А1 от 06.14.2001), включающий, по меньшей мере, 4 видеокамеры, видеопроцессор, обрабатывающий сигналы от камер и блок хранения данных.

Недостатками прототипа являются: невозможность симуляции действий вратаря, и, как следствие, невозможность его использования для оценки эффективности нанесения ударов по воротам. Устройство данного программно-аппаратного комплекса слишком сложно, требует установки как минимум 4-х камер, изображения с которых должны быть синхронизированы, что требует мощный видеопроцессор для обработки сигналов с камер, а также слишком объемный блок хранения данных. К тому же, исходя из особенностей применения данного комплекса, а именно, помощи судьям в спорных моментах, для функционирования данного устройства необходима высокая точность измерений.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является улучшение навыка забивания голов (или набирания очков в зависимости от правил игры) игроками, а также минимизация затрат на производство, установку и обслуживания этой системы.

Техническим результатом является создание тренажера, позволяющего повысить в ходе тренировок спортсменов эффективность ударов по воротам с учетом действий вратаря, силы и траектории удара, достаточно технически совершенного для достижения этой цели, но притом простое в изготовлении, монтаже и использовании.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый программно-аппаратный комплекс для тренировки спортсменов в игровых видах спорта, включающий устройства преобразования оптического изображения в поток данных (например, видеокамеры), устройство обработки этого потока данных, по меньшей мере, одного информационного накопителя, и, по меньшей мере, одного устройства вывода данных, и для его функционирования используется два или более устройства преобразования оптического изображения в поток данных, а устройство обработки потока данных содержит, по меньшей мере, один компьютер, в который заложена программа, позволяющая симулировать действия вратаря и вычислять его возможные положения в каждый момент времени от момента удара, оценивать скорость, ее изменение и траекторию движения спортивного снаряда, посланного игроком в ворота и на основе этих данных оценивать эффективность удара.

Технический результат достигается также тем, что программа учитывает скорость вращения и направление вращения вокруг оси спортивного снаряда, посланного игроком в ворота.

Технический результат достигается также тем, что программа определяет оптимальное, минимизирующее вероятность поражения ворот положение, которое мог бы занимать реальный вратарь в момент нанесения удара, которое устанавливается как начальное положение вратаря, характеризующееся пространством некоторого объема, которое мог бы занимать реальный вратарь.

Технический результат достигается также тем, что программа определяет положение вратаря как пространственную фигуру, расширяющуюся от момента нанесения удара.

Технический результат достигается также тем, что программа оценивает степень предсказуемости траектории снаряда, посланного игроком в ворота в зависимости от ее кривизны.

Далее описан один из возможных вариантов реализации изобретения со ссылками на приложенные чертежи.

На фиг. 1 показана общая схема программно-аппаратного комплекса.

На фиг. 2 показано определяемое программой положение, которое мог бы занимать реальный вратарь в момент нанесения удара.

На фиг. 3 показана предсказуемая траектория полета мяча.

На фиг. 4 показана непредсказуемая траектория полета мяча.

На фиг. 5 показано место последнего резкого изменения траектории.

На фиг. 6 показаны траектории движения мяча и вратаря.

На фиг. 7 показана блок-схема работы программно-аппаратного комплекса.

На фигурах позициями показаны:

1 - видеокамеры

2 - компьютер

3 - информационный накопитель

4 - устройство вывода данных

5 - ворота

6 - место, откуда наносится удар

7 - положение вратаря в момент удара

8 - мяч

9 - траектория полета мяча

10 - место попадания мяча в ворота

11 - место последнего изменения траектории полета мяча

12 - дистанция, которую пролетел мяч с момента удара до момента начала реагирования вратаря

Пример программно-аппаратного комплекса «Электронный вратарь», показанный на фигурах чертежей состоит из 4 видеокамер (1), размещенных по краям футбольного поля таким образом, чтобы видеокамеры могли «видеть» место, с которого будет наноситься удар (6) по воротам, а также сами ворота (5). Футболист наносит удар по воротам, сигнал с камер поступает в компьютер (2), в котором одним из известных способов производится построение траектории полета мяча (9), а также определяются другие параметры полета мяча, такие как скорость и время движения мяча с момента удара до момента попадания в ворота. Эти параметры движения мяча в створ ворот записываются в информационный накопитель (3), а также передаются в компьютер на предмет оценки эффективности нанесения удара (Фиг. 1).

Если программно-аппаратный комплекс определил, что мяч попал в ворота, то алгоритм оценки эффективности удара определяет оптимальное (минимизирующее вероятность поражения ворот), или некоторое другое (в зависимости от заложенных в программно-аппаратном комплексе параметров электронного вратаря) положение, которое мог бы занимать реальный вратарь в момент нанесения удара, которое устанавливается в программно-аппаратном комплексе как начальное положение вратаря. Это положение вратаря характеризуется некоторым объемом пространства, которое мог бы занимать реальный вратарь (Фиг. 2).

Далее, зная всю траекторию полета мяча, алгоритм оценивает предсказуемость или непредсказуемость траектории полета мяча. К непредсказуемым траекториям относятся такие траектории, при которых кривизна траектории движения мяча менялась хотя бы один раз. Если кривизна траектории близка к постоянной, то удар оценивает предсказуемым (Фиг. 3). Если в какой-то момент кривизна траектории изменилась или изменялась резко (например, рикошет), то удар оценивается непредсказуемым (Фиг. 4).

Если параметр удара оценен как непредсказуемый, программно-аппаратный комплекс оценивает, сколько было резких изменений траектории и оценивает местом удара (то есть местом, с которого реальный вратарь мог бы начать предсказывать траекторию и реагировать на полет мяча) место последнего резкого изменения траектории (11) (Фиг. 5). Далее программно-аппаратный комплекс, в соответствии с заложенными в него параметрами вратаря (такими, как, например, начальное положение, скорость реакции, скорость движения), строит объемную фигуру в пространстве от положения вратаря в момент удара (7) в сторону траектории мяча, которая соответствует тем позициям, которые мог бы достичь вратарь за то время, которое мяч двигался от точки удара до места попадания в ворота, за вычетом времени реакции вратаря (время реакции вратаря это время, необходимое реальному вратарю, чтобы информация о движении мяча попала в мозг вратаря, обработалась в мозгу и мозг направил импульсы для движения тела), заложенного в программно-аппаратном комплексе (эта разница обозначена через t0), а также в некоторые моменты времени до времени Т (обозначены через t0, t1, …tn) таким образом, чтобы, если существует возможность одной из фигур пересечь траекторию мяча в какой либо момент времени - это пересечение произошло бы.

Получается ряд расширяющихся в пространстве фигур, каждой из которых соответствует некоторое время от t0 (момент начала движения электронного вратаря в сторону мяча) до Т. Во избежание излишней нагрузки на компьютер построение объемной фигуры в пространстве может не строиться, а возможность перехвата мяча может рассчитываться математическими методами. В целях наглядности изложения, дальнейшее описание будет производиться с применением объемных фигур.

Далее программно-аппаратный комплекс оценивает, было ли пересечение траектории движения мяча в момент времени Т с объемной фигурой, показанной на Фиг. 6 и советующей времени Т, а также в промежутки времени до времени Т (то есть в моменты времени t0, t1…tn) с соответствующими этим моментам времени объемными фигурами. Если пересечения не было, то считается, что был забит гол, а если пересечение было, то считается, что вратарь отбил мяч. Вне зависимости от того, был ли забит гол, или вратарь отбил мяч, программно-аппаратный комплекс определяет эффективность удара по заранее заложенной шкале. Эффективность оценивается тем выше, чем дальше от возможной точки перехвата вратарем пролетел (или прокатился) мяч. Если же мяч был отбит вратарем, программно-аппаратный комплекс оценивает эффективность удара по дальности пересечения траекторией мяча объемной фигуры, которая характеризует возможные точки нахождения вратаря от места, обозначенного в программно-аппаратном комплексе как начальное положение вратаря (7), а также, в зависимости от силы удара (то есть скорости движения мяча в момент пересечения траектории мяча и объемной фигуры). Также в оценке эффективности удара оценивается наличие или отсутствие резких изменений траектории, наличие резких изменений траектории увеличивает эффективность удара (если такие резкие изменения траектории не являются рикошетами). Эффективность удара при наличии в траектории признаков рикошета не оценивается и принимается равной 0 (так как рикошет не является следствием мастерства игрока, а является случайностью). Далее информация о наличии или отсутствии гола, эффективности удара, а также, опционально, о предсказуемости или непредсказуемости удара выводится на устройство вывода данных 4.

Система определяет эффективность удара по шкале эффективности удара, например, от 0 до 100, и выводит эти результаты на стационарное или переносное устройство отображения результатов (устройство вывода данных 4). Все параметры движения мяча, как и симуляция действий вратаря могут быть отображены на экране для дальнейшего анализа любым заинтересованным лицом.

Траектория движения мяча и другие необходимые параметры записываются в информационный накопитель (3) для последующего воспроизведения или анализа. Вместо объемной фигуры, характеризующей возможные места нахождения вратаря после удара, для улучшения визуализации, может использоваться компьютерное изображение вратаря, который стремится отбить мяч, двигаясь из начальной точки положения вратаря к месту попадания мяча в ворота или к месту, в котором пересеклись траектория движения мяча и объемной фигуры (то есть места, в котором вратарь мог бы отбить мяч).

Предлагаемый программно-аппаратный комплекс может быть использован для нанесения ударов с использованием препятствий, в частности, с использованием так называемой «стеночки», выполненной, например, в виде прямоугольного щита. Для этого «стеночка» оборудуется маркерами, позволяющими видеокамерам (1) определить ее положение в пространстве (например, инфракрасными лампочками или специальной краской). При использовании «стеночки» система определяет оптимальное начальное положение вратаря (минимизирующее вероятность поражения ворот), или некоторое другое (в зависимости от заложенных в системе параметров электронного вратаря) положение, которое мог бы занимать реальный вратарь в момент нанесения удара, с учетом этого препятствия. Меняется лишь способ определения места начального положения вратаря, далее программно-аппаратный комплекс работает как в вышеописанном примере.

Местоположение одиннадцатиметровой отметки для пробития пенальти в футболе может быть заложено в комплекс для того, чтобы позволить программно-аппаратному комплексу понять, что осуществляется тренировка пробития пенальти, и, в соответствии с этим, внести изменения в параметры вратаря.

Преимущества предлагаемого тренажера заключаются в том, что игрок, наносивший удар, получает оценку своего удара, в результате чего может выбирать оптимальную силу и технику удара по мячу для достижения максимальных оценок. Футбольная команда обычно состоит более чем из 20 футболистов, в числе которых полевых игроков гораздо больше, чем вратарей. По этой причине полевые игроки часто не имеют возможности отрабатывать удары по воротам вместе с вратарем, а просто наносят удары по пустым воротам, самостоятельно оценивая эффективность своих ударов. Такая оценка является субъективной. В футбольных командах часто есть футболисты, которые специализируются на пробитии штрафных ударов и пенальти. Тренер не имеет объективного критерия оценки эффективности ударов по воротам разных игроков, оценивая удары исходя из собственного опыта. Такая оценка также является субъективной. На просмотрах игроков в футбольных клубах, как и при тренировке игроков в футбольных школах нет никакого объективного критерия, который позволил бы оценить эффективность нанесения футболистом ударов по воротам или который позволил бы оценить прогресс или регресс игрока в мастерстве нанесения ударов по воротам с течением времени.

Предлагаемый программно-аппаратный комплекс, напротив, позволяет оценить мастерство нанесения удара по воротам, как при каждом конкретном ударе, так и отследить динамику мастерства с течением времени. Это становится возможным благодаря введению понятия эффективности удара как меры, позволяющей определить разницу между разными ударами по измеримым параметрам, таким как скорость, траектория полета и вращение мяча.

При создании предлагаемого изобретения был произведен обширный анализ ударов по воротам и забитых голов. Он показал, помимо прочего, что слишком большая сила удара зачастую снижает эффективность удара. Анализ траекторий движений мяча показывает, что на эффективность, помимо точности и скорости, оказывает влияние непредсказуемость траектории, возникающая, в частности, благодаря эффекту Магнуса. Программно-аппаратный комплекс «Электронный вратарь» учитывает эти факторы, способен их отслеживать и на этой основе позволяет тренировать требуемые для повышения эффективности удара навыки игроков.