Форум » КАК ПРАВИЛЬНО ТРЕНИРОВАТЬСЯ » БИОМЕХНИКА и техника бега » Ответить
БИОМЕХНИКА и техника бега
домово: Совместными усилиями runner61, DroNN и домово проведены исследования техники бега с точки зрения движения центра тяжести (ЦТ) бегунов разного уровня. Давайте обсудим результаты, которые по моему весьма интересные!
домово: типичный миф что все интересное происходит по вертикали - коллеги, графики жестко опровергают это дремучее заблуждение Писать в этой ветке что все определяет колебание по вертикали просто неприлично! Отрицать объективную реальность это слишком смелый поступок!
Chapay: домово пишет: Отрицать объективную реальность это слишком смелый поступок! Мы её не отрицаем, мы с ней боремся. И завидуем птицам. С другой стороны, если бы не эти 9, 81 м/с2, то нечем было бы дышать.
Chapay: домово И потом, Вы думаете, что у колебаний маятника есть только вертикальное ускорение? Тогда, как же происходит смена его гор. скорости? Вы можете гарантировать, что измерили ускорение именно центра масс? Выше я ж упомянул, что руки-ноги не привязаны к туловищу, поэтому траектория ЦТ, скорее всего, не совпадает ни с одной точкой тела (вшивать бесполезно, хирурги отдыхают). Импульс и поступательный и вращения, постоянно перераспределяется (блин, ну и слово....) Даёшь датчики на все плечи шарниров, тогда поймаем истину и откопаем удачу за хвост.
домово: не-е-е-е усложнение ведет в тупик - karaul же написал что наука бессильна рассчитать движение машины как целого из-за сложности и что модель скелета с мышцами опять же из-за сложности не рассчитать и на супер компьютерах то очевидно и нам не стоит пытаться разумно смириться что нам доступна только ограниченная точность и грубо приближенная модель В этих рамках видно что колебания по вертикали есть и у начинающих и у спортсменов, видно также что у более продвинутых значительные изменения в импульсах по горизонтали в то время как в колебаниях по вертикали качественных изменений не видно Проблема в том что субъективно хорошо чувствуется и понимается подпрыгивание вверх в то время как ощущение толчка вперед трудно уловимое - видимо потому что рецепторы в ногах (мышцах, сухожилиях и тд) эволюционно настроены на сообщение информации об усилиях в вертикальной плоскости для контроля подъема грузов (добычи) и лазания по деревьям (давление и растяжение по вертикали)
домово: Chapay нужна мат модель скелета сухожилий мышц - тогда смысл в измерениях на рычагах будет как определение параметров модели но пока такой модели нет и даже есть мнение что ее создать невозможно по причине сложности вычислений... А так измерения движений в разных точках скелете будет невозможно интерпретировать для создания целостного понимания...
Chapay: Давайте начнём всё же... с взвешивания различных частей тела. Я не Архимед, но как это сделать, не разбирая человека на части, сообразил. (Срочно нужны водоупорные весы и мензурка.) Зная массы, длины + Ваши датчики и графики ускорений 1) восстанавливаем траекторию ЦТ 2) видим вклад каждой части тела в движение ЦТ для различных фаз (выявляем, скажем, роль захлёста, поднимания бедра, движения рук, наклон туловища и т.п.) Без систем диф. уравнений, пользуясь простейшими вычислениями качественно поймём технику бега - кто за что отвечает и для чего мотается, выносится, захлёстывает и шаркает. Простейшая модель может состоять в учёте лишь силы тяжести и системы стрежней на шарнирах. Из движения можно восстановить усилия, которые в этих шарнирах возникают, чтобы система "не сложилась" и двигалась так как получается из опыта (добавка к ускорениям, возникающим под действием тяжести и вращения отн. осей шарниров). Ну а потом уже можно начать гадать что там упругость, а что энергия, выделяющаяся в мышцах. И какой её КПД. Опять же рискну предположить, что оптимальная (хотя что значит оптимальная - большой вопрос. Меня гложат сомнения, что по энергозатратам техника более быстрых бегунов имеет меньший КПД отн. медленных).... Ну вот видите, непонятно о чём мы говорим. А имея полную (более менее, датчики на каждом пальце - излишество, но по 2 на руках, 2-3 на ногах, 1-2 на туловище и 1 на голове ) картину кинематики мы узнаем, кто пыхтит, а кто летит. Кпд нарисуется и много чего ещё.
karaul: http://www.univ-valenciennes.fr/congres/3D2006/Abstracts/112-Delattre.pdf показалось интересным и доступным для понимания. См.рис 1(ходьба) рис.2(бег) и обсуждение A movement criterion for running We found that for certain angles of attack, the system becomes self-stabilized if the leg stiffness was properly adjusted and a minimum running speed was exceeded. At a given speed, running techniques fulfilling a stable movement pattern are characterized by an almost constant maximum leg force. With increasing speed, the leg adjustment becomes less critical. The techniques predicted for stable running are in agreement with experimental studies. http://www.cs.cmu.edu/~hgeyer/Publications/SeyfarthEA02JBiomech.pdf
домово: Chapay а все же как измерить вес ноги? Даже с привлечением Архимеда не могу врубиться? Объем да - но вес? видим вклад каждой части - хм-м-м-м-м я не проф физик и теор мех знаю плохо но все равно кажется это нереально сложно
домово: интересная задача синхронизации видео с показанием датчиков - легко решается на дорогой научной аппаратуре (только стоит это мегабаксы) и пока не вижу разумных путей решения для скажем бытовой дешевой видео камеры и компьютера Синхронизировать надо с точностью хотя бы несколько миллисекунд - на первый взгляд никак! Жду предложений как это сделать! Тогда можно как в западных видео из дисковери чэнэл сделать видео бега с анимированным графиком! Интересно также каким видео-редактором для персонального компьютера можно было бы сделать это - то есть совместить и синхронизировать два видео ряда бег и график и сделать "картинка в картинке" Кто-нибудь делал такое? (с учетом что частота кадров видео бега может не совпадать с частотй кадров видео графиков)
karaul: а в чем проблема? Кривые ускорения записывают каждые 0.02 сек, видео снимает 30 (?) кадров\сек, и там там можно найти крайние точки для синхронизации.
Chapay: домово Есть фотик, кажется Фуджи, со скорострельностью 60к/сек. домово пишет: Chapay а все же как измерить вес ноги? Заходите в воду по колено и взвешиваетесь (весы в воде! удобно делать или на пляже или в мелком бассейне). Разница с весом в воздухе = объём ноги * разность плотностей тела и воды. Зная объём ноги (мензуркой можно измерить сколько вылилось из ведра), находите плотность тела и умножив на объём массу. Хорошо бы не полностью ногу измерять, а разбить на несколько отрезков, чтобы потом поточнее определить момент инреции каждого "шарнира" - от пятки до колена и от колена до таза. Прочитайте про вращение твёрдого тела (курс общей физики, не теор.) - энергия вращения I*w2/2, где I - момент инерции, w - угловая скорость вращения, вращательный момент М=I*w. Для вращательного момента тот же закон динамики, что и для прямолинейнгого движения, только вместо силы - момент силы - M=F*l, где l -длина плеча (от оси вращения до точки приложения силы). Период колебаний физического маятника посмотрите в википедии. Для грубых оценок сойдёт, наверное, и период малых колебаний T = 2*pi * sqrt( I/mgh ), h - расстояние от точки подвеса до ЦТ. Ещё для справки момент инерции стержня I=ml2/2 (если ноги-руки упростить до стрежней, l - длина, измерять от оси вращения). А насчёт гор. торможения, которое Вы фиксируете, возможно это эффект как раз перераспределения момента между частями тела - свободная нога в этот момент активно ускоряется вперёд, в частности, за счёт захлёста. - При складывании момент инерции резко уменьшается ~l2 (длина ноги в квадрате), т.к. вращ. момент сохраняется (как и обычный импульс - тот же закон сохранения), сл-но скорость вращения, а с ней и гор. скорость ноги - она в этот момент внизу резко увеличивается. Нагрузку от этого ускорения терпит ось - в тазу. Значит, она испытывает ускорения назад, что Вы и фиксируете. А "шаркуны" бегут без захлёста и этот эффект у них отсутсвует.
karaul: домово спрашивал вот видео http://www.youtube.com/watch?v=aX9InPSPM6U сделано при помощи OpenSim, which is open-source, musculoskeletal modeling software: https://simtk.org/home/opensim * * * * * в комментариях: It could be great if you share your OpenSim simulations please. Thanks for your comment! You can download the simulation from simtk.org/home/runningsim and you can download OpenSIm from opensim.stanford.edu https://simtk.org/home/runningsim * * * * еще короткое видео бега с объяснением роли важных мышц и картиной ускорения ЦТ - этим видео можно иллюстрировать кривые домово http://www.youtube.com/watch?v=RLMUUu-jMTM&feature=relmfu
Prostoi: Задумалась сороконожка, как надо переставлять ноги и упала....
karaul: угу. Ещё житейская мудрость: за деревьями не видно леса. Поэтому надо охватывать всё: и простые модели (шарик на пружинке) и сложные с десятком непонятных пареметров. Непонятных в смысле откуда их брать для конкретного бегуна В гидродинамике, например, до сих проще сделать натурный физ.эксперимент чем моделировать турбулентность на компьютере. Аналогично точке зрения: "Чтобы бегать надо бегать"
Chapay: Кстати, хорошо видно, о чём я выше написал. Когда свободная нога начинает движение вперёд, таз смещается назад.
karaul: Отлично! короткое видео бега с объяснением роли важных мышц и картиной ускорения ЦТ - этим видео можно иллюстрировать кривые домово http://www.youtube.com/watch?v=RLMUUu-jMTM&feature=relmfu вот статья авторов этого видео, со всеми уравнениями и кривыми и вкладом каждой мышцы. Часть кривых - то что у домово, если я правильно понимаю http://nmbl.stanford.edu/publications/pdf/Hamner2010.pdf в вот все файлы для симуляции: The musculoskeletal model, experimental data, and settings files used to generate a three-dimensional, muscle-actuated dynamic simulation of human running https://simtk.org/project/xml/downloads.xml?group_id=516
karaul: Загрузил, инсталлировал и поиграл с OpenSim. Впечатляет (см. рисунок из меню программы). Модель бегуна тоже загрузилась, правда на счёт я её не запускал, надо читать документацию сначала. Должен сказать что я был неправ. Порос мхом, отстал от жизни. Подобно атомно-молекулярным или гидродиначеским программам (которые я писал сам, с самых основ, а нынешние студенты работают на стандартных пакетах и ручки не пачкают), прогресс коснулся и этой области. Что же, буду довольствоваться тем что я понимаю как эти программы работают. Что было бы теперь интересно. Взять спортсмена, померить его ускорения на беге в разных точках (это домово сделает, а я обработаю), вес\длину разных частей тела, а потом все это воткнуть в OpenSim и поиграть с параметрами. На выходе дать рекомендации на какую часть тела спортсмену обратить больше внимание. Что сгибать а что разгибать. Сделать видео модели, и сравнить с реальным видео. С оптимальными параметрами показать\сосчитать в модели как должен измениться рисунок бега. Технически вроде уже и ещё пока нет для этого никаких проблем. Уже потому что есть дешевые датчики. Пока потому что программа моделирования ещё бесплатна. Пожуём увидим.
tauker: karaul пишет: Что было бы теперь интересно. Взять спортсмена, померить его ускорения на беге в разных точках (это домово сделает, а я обработаю), вес\длину разных частей тела, а потом все это воткнуть в OpenSim и поиграть с параметрами. На выходе дать рекомендации на какую часть тела спортсмену обратить больше внимание. Что сгибать а что разгибать. Сделать видео модели, и сравнить с реальным видео. С оптимальными параметрами показать\сосчитать в модели как должен измениться рисунок бега. Технически вроде уже и ещё пока нет для этого никаких проблем. Уже потому что есть дешевые датчики. Пока потому что программа моделирования ещё бесплатна. Пожуём увидим. Ну, физики, вы даете! Впечатляет!
Chapay: karaul Я не загрузил пока пакет, как я понял он воспринимает антропометрические параметры - длины, веса, может, объём (?) разных частей и строит траекторию, как он себе это представляет. Под понятием "оптимально" вопрос: как высчитывался этот оптимум? Какими параметрами можно поиграть, чтоб "подправить" оптимум? Скажем изменить толщину подошвы, её упругость (или такие "мелочи" не учитываются)? Или действительно, "ущерб" от непрвильной техники намного превосходит вклад параметров, которых там нет? Или всё есть? В-общем, впоросы от лентяя, который пока не удосужился разобраться самостоятельно, но надеюсь, что другим тоже будет интересно узнать о возможностях пакет подробнее. Спасибо. домово не прекращайте свои опыты, пожалуйста! Пакет пакетом. Его ещё проверять нужно. Экспериментальные данные ничто не заменит!
DvaYadra: хотелось бы прочитать на русском основные возможности этого симулятора - дайджест! как там кстати мышцы моделируются? форма импульсов инервации задается? то есть для модели бега там моделируются все сигналы головного и спинного мозга к мышцам? о дешевых датчиках - датчик может стоить 5 долларов, а схемотехник за разработку схемы подключения к компьютеру возьмет тысченок 100 и примерно 300 тыс возьмет программист за разработку драйвера ну и завод в единичном экземпляре устройство делать не будет - ну то есть будет но все равно возьмет как за минимум 100 а то и 1000 девайсов - если же травить платы и паять вручную то ввиду вредности производство люди сейчас за это берут порядка 2-3 тыс баксов в месяц (что немного так как водила-узбек маршрутки зарабатывает больше) А еще если надо несколько датчиков к компьютеру под Windows 7 одновременно и синхронно (многоканальная система реального времени) все сильно усложняется и такой програмно-аппаратный комплекс разработать и сделать будет стоить примерно 20 тыс зеленых и одиночки это уже не поянут, придется например заказать у нас (опыт разработки подобных вещей (телеметрии) есть, цены реальные, заказчиками были в частности Газпром)
Chapay: DvaYadra Одно ядро для реального времени выделяете? Не пойму какие проблемы опрашивать 8 каналов с периодом 1мс? Тем более когда 2 ядра? Поток делаете в реалтайме, винда при этом работает прекрасно на другом, закручиваете цикл, используете мультимедийный таймер (ф-ия QueryPerformanceCounter ) и дело в шляпе.
tauker: DvaYadra пишет: домово не прекращайте свои опыты, пожалуйста! Давайте создадим фонд поддержки исследований домово, типа на какой-нибудь указанный им веб-кошелек, закинем пожертвования, кто сколько может!)))
Chapay: tauker Хорошая идея!
домово: Не смешите мои тапочки - закрутили цикл в отдельном thread а он взял да и ушел в очередь task manager ввиду того что обмен с диском или виде или с мышкой или клавой или сетью или service и тд имеет более высокий приоритет. програмил я в реальном времени (пытался) под 7 - дык вот мульимедиа таймер это нестабильное ничего не гарантирующее фуфло! а квериперфоманскаунтер ничего не даст - прерываний он не генерит, а если бы даже и генерил то все равно в режиме юзера у виндов вытесняющая многозадачность, а вовсе не-реал-тайм, то есть время вызова обработчика в юзерском режиме не гарантировано и на практике сильно скачет, ну а если своп начнется или обмен по ДМА то и вовсе может пропуск быть. Для реального времени без драйвера режима ядра-системы (режим ядра это не ядро как часть CPU а специальный режим работы глубин операционной системы очень сильно отличающийся от режима процессора когда он работает с кодом и данными юзерского режима) никак - кстати к 1 одному ядру обработчик в ядре не прицепить. Да и врежиме ядра много сових проблем и хорошего програмера под ядро Windows 7 найти весьма сложно и стоить он буде уж никак не меньше зарплаты полицая то есть 3к зелени минимум Запомните - винда даже на уровне ядрa не система реального времени и попытки в таковое ее превратить тянут на нобелевку!
karaul: Chapay пишет: как я понял он воспринимает антропометрические параметры - длины, веса, может, объём (?) разных частей и строит траекторию, как он себе это представляет. Под понятием "оптимально" вопрос: как высчитывался этот оптимум? Какими параметрами можно поиграть, чтоб "подправить" оптимум? Скажем изменить толщину подошвы, её упругость (или такие "мелочи" не учитываются)? Или действительно, "ущерб" от непрвильной техники намного превосходит вклад параметров, которых там нет? Или всё есть? слишком много вопросов, я не автор пакета, и познакомился с ним полдня назад. Я могу рассказать что в него зашито (1) реальные кости мышцы сухожилия и места сочленения (2) параметры которые управляют мышцами суставами вроде как пружинами\шарнирами (3) на этой основе генерируется система дифф.уравн. типа 2ого закона Ньютона для каждой характерной массы с учетом всех кинематических связей (4) система решается Параметры для мышц\суставов берутся некоторые усредненные. Как их вычленить для отдельного бегуна - отдельная задача. Авторы статьи продемонстрировали что бег усредненного физкультурника вышел весьиа реалистичный. Это неудивительно - 3D анимацию тоже недавно научились делать. Т.к. параметров много, то их подбором можно описать любой эксперим.набор. Оптимальными параметрами будет такая конфигурация (углы в суставах при беге, например) которая даст миним.энергет.затраты. Каким образом, кстати. энергит. затраты зашиты в программу мне еще непонятно
karaul: DvaYadra пишет: хотелось бы прочитать на русском основные возможности этого симулятора - дайджест руководство - 300 страниц на англ. Я читаю с листа, а перевод это время. Пакет сделали энтузиасты и распространяют свободно. Если соберётся достаточно русских энтузиастов (оч.вероятно что из русских мало кто об этом пакете пока знает) то можно перевести. Когда англ.пакет станет популярным, он станет коммерческим, такое уже было много раз. Например PDE solver Femlab-Comsol сначала (лет 15 назад) был бесплатный (я опосредованно знаю авторов), а сейчас лицензия стоит деньжищи (хотя легко найти пиратскую версию), а в России распространением этого пакета и обучением работы на нем занимаются частные фирмы датчик может стоить 5 долларов, а схемотехник за разработку схемы подключения к компьютеру возьмет тысченок 100 и примерно 300 тыс возьмет программист за разработку драйвера самый дорогой датчик 150 долл со всем софтом на ебай c USB разъёмом и внутренней памятью 4 мб. Он копит данные, потом через USB данные сливаются на компьютер. Но это дорого. Дешевый датчик 4-15 долл с кучей обсуждений (на англ.форумах) как их подключить
karaul: домово пишет: винда даже на уровне ядрa не система реального времени не нужна система реального времени, у хорошего датчика есть своя внутр.память
домово: но пружины не сокращаются самопроизвольно а мышцы сокращаются под управлением импульсов специальной формы из мозга! Получается там не модель реального человека а некий каркас на который натянуты пружины и который насильно двигают суставы по определенным траекториям - если так то фуфло ничего не дающее кроме красивой картинки! Если же там есть не пружины а именно мышцы управляемые специальным образом то тогда вопрос - если там модель вестибулярного аппарата и соответсвено моделиоуется ли там влияние притяжения земли и обратная связь на мышцы из мозгал для балансировки вертикального положения тела? Если так - то штука наверное реально грандиозная! Почему автор не был видвинут на Нобелевскую премию?
домово: за пять баксов и с внутренней памятью? что правда? и как его в компьютер втыкать? честно говоря не верю - но может отстал от жизни... По моим понятиям такая штука на USB должна стоить порядка 100 баксов на один датчик, если же там несколько датчиков то мне кажется цена будет несколько сотен баксов как минимум
karaul: домово пишет: и с внутренней памятью? ч 150 баксов здесь домово пишет: Почему автор не был видвинут на Нобелевскую премию? за что? Это инженерная задача - уравнения известны с конца позапрошлого века. Руки не доходили их акуратно записать и решить. А тут сделали с красивой картинкой некий каркас на который натянуты пружины и который насильно двигают суставы по определенным траекториям - если так то фуфло ничего не дающее кроме красивой картинки!скорее всего, да, каркас. Все обсуждения и модели в биомеханике - это каркас и пружинки. А вам что хотелось иметь?
домово: дык это фуфло! бегущий человек это не марионетка на веревочках!
karaul: Все обсуждения и модели в биомеханике - это каркас и пружинки. Аналогично - все обсуждения на этом форуме (моменты сил, колебания и проч) -- это каркас и пружинки Вам предложен инструмент для проверки спекуляций. Учиттесь работать с ним и проверяйте. Все натурные эксперименты с любым датчиком движения - это тоже каркас и пружинки Так что причина смеха мне непонятна.
домово: причина в том что каркас с пружинками сам бежать не сможет так зачем моделировать и просчитывать то что не отражает реальности?
karaul: домово пишет: но его озвучивать пока не буду - но оно убийственное без обсуждения\понимания это кот в мешке мало кому нужный, только жуликов дурачить
домово: полар тоже принципов не объясняет но все ему доверяют! или еще более отвлеченный пример - вебмани - вообще ничто ничем не обеспеченное в таинственном офшоре с непонятной системой эмиссии но ведь работает собака! А также много ли людей на форуме могут в деталях объяснить как работает GPS? но пользуются и не парятся!
karaul: домово пишет: причина в том что каркас с пружинками сам бежать не сможет так зачем моделировать и просчитывать то что не отражает реальности? кроме каркаса с пружинками у вас ничего нет. Ещё раз: абсолютно все спекуляции о техниках бега на этом форуме -- это каркас и пружинки.
домово: еще раз - мышца это пружина с управляемой жесткостью и длинной - сигнал управления - аналог сигналов из мозга если в этой симуляции этого нет и нет учета гравитации- то фуфло! Но я не изучал ее - может там это и предусмотрено? тогда штука грандиозная! и реально будет круто если этот каркас с пружинками хотя бы стоять сможет сам как модель при небольших возмущениях - это будет грандиозно! А если он еще и ходить и прыгать и бегать может не теряя равновесии тогда да супер крутая штука! Если же этого нет то моделирование в этой системе - это как бы взять человека у которого все мышцы напряжены и затем насильно все суставы его протащить по заранее заданным траекториям - ну что тогда это моделирует?
karaul: домово пишет: полар тоже принципов не объясняет но все ему доверяют .... много ли людей на форуме могут в деталях объяснить как работает GPS? до того как полар или GPS стали использоваться незнающими людьми, их принцип действия был понят и верифицирован знающими людьми - экспертами\профессионалами Без этого одобрения\понимания принципа действия профессиональным сообществом любая идея это шарлатанство вроде заряженной воды Чумака или фильтров Петрика.
домово: ну и еще так как есть мнение (не мое, но на форумах а также кажется и karaul к нему склоняется) что по данным с подобных датчиков ускорений невозможно взяв два интеграла получить устойчивые траектории в силу ошибок квантования, дрйфа нуля, проблем калибровки, и вроде еще нужны датчики угловых ускоростей а у них теже проблемы с квантами-дрейфом и там тоже два интеграла пойдут в разнос и тд то модель на пружинках и данными с датчиков ускорений просто разорвет на куски и весьма быстро (конечно в ее виртуальном мире)
karaul: сигнал управления - аналог сигналов из мозга домово вы любите спорить по любому поводу. Я абсолютно серьёзно отвечаю на поставленные вопросы. Когда вопрос закрыт, начинаются придирки. Например, о "сигналах из мозга" (как их вообще моделировать?) до сих пор не было речи, обсуждалась только механическая модель бега. Я вам нашёл программу которая позволяет проверить любую механическую модель. Вместо того чтобы начать с программой работать (авторы из Станфорда -- мировой центр - и это очень повезло что пакет бесплатный) начитается отпихивание. А далее опять пойдут бесплодные спекуляции о том как действует то или иное движение на ЦТ выгодно это движение при беге или нет (поднимать ли бедро, делать захлест, как крутить беговое колесо), и проч. Хотя вот пакет - стройте модель, вводите конкретные параметры бегуна, и проверяйте идею. Примерно так.
полная версия страницы