СПОСОБ ИМИТАЦИИ УЧАСТИЯ СПОРТСМЕНА БИАТЛОНИСТА ИЛИ ЛЫЖНИКА В СОРЕВНОВАНИЯХ ЛЮБОГО УРОВНЯ, В ТРЕНИРОВКАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК A63B69/00 

Настоящее изобретение относится к области спорта и может быть использовано для тренировки спортсменов лыжников и спортсменов биатлонистов, как начинающих спортсменов, так и мастеров спорта, при подготовке к соревнованиям разного уровня, вплоть до олимпийских игр, а также для лыжного и биатлонного биатлонного караоке.

Известно, что тренировка спортсмена-биатлониста имеет две системные составляющие - стрелковая подготовка и лыжная подготовка: качество результатов стрельбы и скорость передвижения по лыжне (по трассе) определяют результативность спортсмена в соревнованиях. Современные тенденции биатлона характеризуется ростом скорости передвижения спортсменов на дистанции, повышением точности стрельбы и уменьшением времени на ее выполнение. При этом, наибольшего внимания требует стрелковая подготовка, для чего используются стрелковые тренажеры и методики, основанные на использовании искусственно создаваемой управляющей среды для повышения эффективности двигательных действий спортсмена [1]. В частности, предлагается осуществлять основные действия спортсмена при стрелковой подготовке с учетом режима тренировочной и соревновательной деятельности биатлонистов и последовательности действий на огневом рубеже: подход к огневому рубежу, изготовка к стрельбе, производство прицельных выстрелов, уход с огневого рубежа. Целевое применение тренировочных комплексов определяется задачами этапов многолетней подготовки спортсменов и направленностью тренировочного процесса в годичном цикле подготовки.

Однако известно, что наиболее эффективным является проведение тренировки в условиях максимально приближенных к полевым условиям -на стрельбищах и лыжных трассах, на которых проводится то или иное соревнование. Максимальная имитация предполагает выполнения условий соревнования с учетом не только особенностей лыжной трассы и стрельбища, но вплоть до климатических и погодных особенностей. Поэтому организация тренировки спортсмена непосредственно в полевых условиях с целью мониторинга движения спортсмена по трассе (лыжне) для максимальной отдачи спортсмена является наиболее эффективным способом организации тренировки.

Так известен способ тренировки лыжников и биатлонистов, состоящий в фиксации времени прохождения лыжной трассы секундомером и последующим сравнением этого времени с известными показателями [2].

Известен способ тренировки велосипедистов «Гонка за лидером», при которой лидером для велосипедиста является мотоцикл, при этом мотоциклист должен сидеть прямо, чтобы создать эффект «аэродинамической тени» позади себя [3]. Однако такой лидер не учитывает индивидуальных особенностей конкретного спортсмена и не регламентирует скорость движения. Более того, способ тренировки по схеме движения за лидером не может быть использован для других видов спорта, в том числе не может быть использован для тренировки лыжников и биатлонистов, поскольку их маршрут движения проходит в полевых условиях.

От этих недостатков свободен способ тренировки лыжников по патенту РФ на изобретение №2451533 [4]. Способ состоит в организации тренировки биатлониста (лыжника) непосредственно на лыжной трассе с использованием своеобразного виртуального «лидера» на трассе в виде светового пятна. Реализация способа состоит в том, что на каждом из обозреваемых из одной точки участков лыжной трассы установлен блок светового проецирования. Блок состоит из источника светового излучения, к которому через обтюратор подсоединен торец гибкого световода, второй торец которого ориентирован на трассу движения спортсмена и закреплен пружинами по центру рамы. На наружной поверхности внешнего конца световода установлены три кольца, с внутренними желобами снаружи, в первые два из которых входят кромки двух эксцентриков, а желоб третьего опирается на кромку контура участка маршрута, вырезанного в шаблоне. Оси вращения эксцентриков лежат в одних с осью световода, но во взаимно перпендикулярных плоскостях. В каждый блок светового проецирования введен приемник сигналов, соответственно начала и окончания работы. При этом каждый приемник настроен на прием сигнала от передатчика предшествующего блока оптического проецирования по ходу движения спортсмена, а каждый передатчик настроен на подачу сигнала приемнику следующего по ходу движения спортсмена. Каждый передатчик настроен на подачу сигнала приемнику следующего по ходу движения спортсмена блока, а эксцентрики через редукторы подключены к двигателю с регулятором скорости вращения, а обтюратор соединен с общим или автономным двигателем. Тем самым способ обеспечивается тем, что предварительно лыжную трассу разбивают на отдельные, обозреваемые из одной точки участки, на которых устанавливают блоки светового проецирования, при этом соседние блоки связывают друг с другом телекоммуникационной или проводной связью.

Способ по патенту РФ №2491533 [4] позволяет повысить спортивное мастерство лыжника или биатлониста, однако исключается соревновательная составляющая в подобном способе тренировки, отсутствует возможность сравнительного анализа спортивного мастерства конкретного спортсмена с мастерством соперников. Другим недостатком способа является невозможность достижения максимальных спортивных результатов спортсменом: условия тренировки должны быть максимально приближены к условиям соревнований, лучше всего перед соревнованием несколько раз пробежаться по трассе, на которой будут проходить соревнования. Более того, такие тренировки лучше всего начинать задолго до соревнований, но это по определению не может быть реализовано. Но даже если и будет возможность у спортсмена пробежаться по такой трассе, то эта трасса заведомо не будет оснащена системой «Гонка за лидером» в виде светового зайчика. Другим недостатком способа является достаточная громоздкость его реализации.

От этих недостатков на первый взгляд свободен способ тренировки спортсменов и устройство для его реализации по патенту №2149667 [5]. В патенте изложены, фактически, принципы имитации реальных спортивных состязаний в виртуальном пространстве с совмещением эпизодов таких виртуальных состязаний с реальными физическими имитациями движений спортсменов, совершаемых ими на специальных тренажерах. Визуализация спортивных состязаний проводится на видеоэкранах-очках виртуальных шлемов, которым обладает каждый спортсмен. Тем не менее, в формуле по патенту №2149667 защищено только устройство для тренировки и соревнований, преимущественно в спортивных локомоциях и играх. Более того, автор патента №2149667 в своем изобретении пытается объединить в одном устройстве особенности тренировки спортсменов для различных видов спорта, что существенно снижает эффективность использования этого патента для различных тренировочных процессов в различных видах спорта.

Одним из главных факторов эффективности имитации любой тренировки или соревнования в практическом аспекте является соответствие движений спортсмена, совершаемые им на тренажере, реальным движениям спортсмена, которые он совершает при тренировке или в соревнованиях. Физические нагрузки, действующие на спортсмена при его тренировке на тренажере, должны соответствовать физическим нагрузкам, действующим на него при реальной тренировке или соревновании. Однако по патенту №2149667 имитация физических нагрузок осуществляется перемещением по беговой дорожке (третбане) и за счет крепления к спортсмену специального кронштейна с наложенными связями, который лишает его естественности движений на тренажере. Другим недостатком патента №2149667 является то, что он не учитывает особенности использования того или иного спортивного инвентаря, используемого в том или ином виде спорта, не решены и задачи позиционирования в пространстве над тренажером спортсмена и частей его тела, а также спортивного инвентаря.

Эти недостатки устранены в материалах заявки на изобретение, где изложен способ имитации игры в футбол и способ имитации тренировки футболистов, который может быть взят за прототип для заявляемого изобретения [6]. Заявленный способ [6] позволяет имитировать на тренажерах, которые в материалах заявки названы рабочими местами, свободные движения футболиста, которые он совершает на реальном футбольном поле, и осуществлять действия с реальным футбольным мячом, для чего тренажер оборудован системой позиционирования футболиста, частей его тела и мяча в пространстве над плоскостью беговой дорожки (третбана). Однако для различных видов спорта структура тренажера будет определяться особенностями того или иного вида спорта, что выражается в особенностях тренажерного оборудования.

Особенностями тренировок биатлониста является участие в тренировочном или соревновательном процессе двух основных составляющих - лыжная гонка и огневая стрельба. Этот вид спорта является зимним спортом и его нельзя считать по большому счету круглогодичным видом спорта на конкретной территории. Поэтому важным является организация тренировочного процесса в спортивных залах, используя специальные тренажеры, и в тирах. Тренажеры, используемые в спортивных залах, должны максимально обеспечивать при тренировке спортсмена выполнения им тех движений тела, рук и ног, которые соответствуют реальным движениям спортсмена на лыжной трассе и на стрельбище, чтобы наиболее эффективно тренировать организм биатлониста. К сожалению, в настоящее время нет спортивных тренажеров, позволяющие комплексно реализовать физические нагрузки, испытываемые биатлонистом.

Так известно устройство для тренировки лыжников слаломистов по а.с. СССР №1673146 [7]. Устройство содержит вертикальную ось, несущую поворотную прямолинейную направляющую с установленной на ней кареткой с поворотной дисковой площадкой, которая выполнена из двух шарнирно соединенных между собой дисков. При этом, нижний диск связан с кареткой посредством шарового шарнира и подпружинен к ней, а на направляющей установлен упругий ограничитель перемещения каретки. Благодаря тому, что направляющая имеет Т-образный профиль, основание которого в рабочей части направляющей снабжено бронзовой прокладкой, а средство перемещения по направляющей выполнено в виде каретки с ответным пазом, обеспечивается возвратно-поступательное движение подвижного основания вдоль направляющей и, тем самым, создается возможность имитации реального движения ног спортсмена-слаломиста вперед-назад относительно корпуса. Ограничитель перемещения подвижного основания в виде упругого элемента создает возможность (необходимость) правильного переноса центра тяжести тела при достижении крайних точек траектории движения спортсмена, где могут быть установлены имитаторы древков для разметки лыжных трасс. И если устройство по а.с. СССР №1673146 [7] позволяет имитировать перемещение центра тяжести спортсмена-слаломиста, но не позволяет имитировать реальное движение спортсмена по трассе, движения рук и ног.

У лыжников и биатлонистов есть свои особенности передвижения по трассе (лыжне), обусловленные подъемами и спусками, использованием классического или конькового хода, погодными (климатическими) и географическими особенностями (равнинные или горные условия) и т.д. Имеются свои особенности движения корпуса спортсмена биатлониста, его рук и ног, как на трассе, так и на стрельбище. Тем самым, особенности телодвижений спортсменов биатлонистов в первую очередь определяются движениями рук и ног, самого тела спортсмена, движения лыжных палок.

Известен тренажер «Nordic Тгаск», состоящий из деревянного корпуса, установленного на подставку с изменяющейся высотой в передней части и с двумя колесиками в задней части. В состав тренажера входят две доски с площадками и ремнями для стоп, которые позволяют совершать возвратно-поступательные движения по четырем резиновым роликам, установленными под досками с каждой стороны. В средней части корпуса между досками расположен маховик, на оси которого смонтированы муфты одностороннего действия, раскручивающие маховик при движении досок назад. В состав тренажера входит вертикальная стойка, на которой крепятся мягкий упор для туловища, спидометр, регулятор натяжения ленты на маховике, кронштейн с устройством для работы рук и состоящим из катушки с зажимным винтом, регулирующим нагрузку для рук. Однако работа рук и ног проходит автономно при использовании тренажера. При этом, ноги производят работу с динамической нагрузкой, а руки с постоянной нагрузкой, что резко отличается от работы лыжника, когда работа рук и ног находится в тесной взаимосвязи. При этом работу рук невозможно измерить.

Устройство для тренировки лыжников по а.с. СССР №1708370 [8] свободно от этого недостатка. Конструкция устройства позволяет выполнять движения, сходные по техническому и функциональному признаку с движениями лыжника, а также дает возможность измерять всю работу, производимую человеком в целом и дозировать нагрузку на организм, что имеет весомую значимость при тренировочном процессе.

Маховики позволяют имитировать силовую нагрузку на спортсмена при тренировке. Но такая нагрузка в реальности меняется в зависимости от рельефа трассы (подъемы, спуски, повороты), от смены стиля скольжения (классический ход, коньковый ход), а устройство по а.с. СССР №1708370 не позволяет это имитировать.

Естественные движения спортсмена-лыжника имитируются при использовании тренажера по а.с. СССР №1192841 [9]. Тренажер содержит горизонтально расположенную прямоугольную раму, на боковых сторонах которой смонтированы направляющие с установленными на них с возможностью возвратно-поступательного перемещения платформами для ног, каждая из которых при помощи рычага связана с ползуном, размещенным под направляющей. Для воспроизведения естественных движений спортсмена устройство имеет подпружиненные рычаги, установленные на боковых сторонах рамы с возможностью поворота в параллельных плоскостях. Плоскости имеют на свободных концах гнезда, а каждая платформа имеет горизонтальные упоры для размещения в гнездах рычагов при ее перемещении усилием спортсмена, а оси подпружиненных рычагов размещены в поперечной плоскости симметрии рамы.

Тренажер позволяет имитировать совершаемые ногами спортсмена движения при передвижении по лыжне. Тренажер снабжен механизмом изменения угла наклона рамы, выполненным в виде установленного неподвижно на оси основания червячного сектора и кинематически связанного с ним поворотного самотормозящего червяка, что позволяет имитировать пересеченную местность путем вращения червяка. Введение в конструкцию тренажера силового привода для вращения червяка позволило бы имитировать более адекватно пересеченную местность, причем в режиме онлайн. Однако и в этом случае такой тренажер не позволяет имитировать повороты при движении спортсмена по лыжне, не позволяет имитировать и работу спортсмена лыжными палками.

Примером тренажера, позволяющего имитировать процесс отталкивания лыжными палками при движении спортсмена по лыжне за счет обеспечения направления движения отдельной палки может быть названо устройство для тренировки лыжников по а.с. СССР №1049071 [10]. Это реализуется тем, что в устройстве для тренировки лыжников, содержащем основание дорожки для отталкивания лыжными палками, расположенные параллельно боковым сторонам основания, средства для имитации сопротивления грунта, каждое из которых имеет тормозной механизм. Каждое средство для имитации сопротивления грунта содержит трехосную тележку, средняя ось которой расположена ниже крайних осей, упор для взаимодействия с наконечником лыжной палки, установленный на основании тележки над ее задней осью. В устройстве имеется средство возврата тележки в исходное положение, при этом каждая палка связана с тележкой через упругий пластинчатый элемент, закрепленный на противоположном упору конце тележки, а тормозные механизмы установлены на задних осях тележки. Каждая дорожка имеет направляющий желоб, в котором установлена тележка. Для обеспечения возможности отработки попеременного отталкивания палками, средство возврата тележки выполнено в виде трособлочной системы, блоки которой установлены на противоположных концах дорожки, а тросы связывают между собой соответственно передние и задние части тележки.

Повышение эффективности тренировки по сравнению с аналогичными устройствами достигается наличием конструктивной связи лыжной палки с основанием, обеспечивающей возможность обучения лыжника перемещению палки по заданной траектории. Крепление лыжной палки к тележке с помощью упругого эластичного элемента обеспечивает разгрузку лыжной палки при выносе ее вперед от массы средства для имитации сопротивления грунта.

Основными недостатками устройства-тренажера по а.с. СССР №1049071 является ограниченная возможность и даже невозможность использования его для повышения спортивного мастерства. Устройство позволяет развивать только навыки попеременного перемещения лыжных палок, причем из-за наложенных дополнительных механических связей отсутствует необходимое соответствие тренировочной (виртуальной) ситуации реальной спортивной ситуации.

Более широкими возможностями для тренировки спортсменов лыжников и биатлонистов является устройство для тренировки по авторскому свидетельству СССР №1251935 [11]. Устройство содержит основание с опорной площадкой, направляющие для отталкивания лыжными палками, расположенные параллельно боковым сторонам площадки, установленные в направляющие ползуны, связанные с нижними концами палок и средством возврата ползуна в исходное положение. При этом, для приближения к реальной траектории движения конца лыжной палки, каждая направляющая выполнена в виде короба с вогнутым передним концом и пазами на его верхней и нижней сторонах. Ползун снабжен нижним и верхним выступами, последний из которых несет шарнирно установленную и оппозитно подпружиненную к ползуну в вертикальной продольной плоскости полую трубку. Выступы ползуна размещены в соответствующих пазах направляющей, а палка установлена в полой трубке с возможностью регулировки ее длины и фиксации. При этом опорная площадка установлена на горизонтальной оси с возможностью изменения и фиксации угла наклона, а средство возврата ползуна выполнено в виде регулируемого противовеса, связанного трособлочной системой с передней частью ползуна. Опорная площадка установлена на горизонтальной оси основания с возможностью фиксации требуемого угла наклона с помощью зажима.

Основным недостатком указанных выше тренажеров-аналогов для лыжников и биатлонистов является их чрезмерная кинематическая сложность, каждый из которых позволяет имитировать только одну или две функции, выполняемые спортсменами при движении по трассе. При этом, либо на спортсмене, либо на лыжи или на лыжные палки наложены дополнительные механические связи, не соответствующие реальным процессам. Поэтому, на самом деле для лыжника или биатлониста для его тренировки необходимо иметь лыжную трассу, лыжи и лыжные палки.

Тем самым, в качестве эффективного тренажера для спортсмена-лыжника необходимо иметь своеобразную беговую дорожку, по которой на лыжах мог бы перемещаться лыжник, используя лыжные палки, как это он делает на реальной лыжной трассе (лыжне). На такой дорожке, аналогичной беговой дорожке легкоатлета, должны быть выполнены пазы, имитирующие лыжню, а поверхность лыжни и остальная поверхность беговой дорожки должны быть покрыты материалом, имитирующим снежный наст. В качестве такого материала может быть использован длинноволокнистый искусственный мех, естественный плотный мех. Покрытие всей свободной поверхности лыжной (беговой) дорожки, в том числе и боковых поверхностей каждой лыжни, позволит более адекватно обеспечивать имитацию положения лыжи в лыжне, реальным процессам на лыжной трассе.

Такую беговую дорожку, предназначенную для имитации движения лыжника или биатлониста по лыжне (трассе) в дальнейшем будем называть лыжной дорожкой. При достаточных размерах лыжной дорожки (беговой дорожке) на ее полотне возможно выполнить несколько лыжней, что позволяет имитировать при тренировке спортсмена процесс смены лыжни. Свободная от лыжней поверхность лыжной дорожки может быть использована для имитации конькового хода. С помощью лыжной дорожки можно имитировать и особенности трассы - подъемы, спуски и повороты. Для этого лыжная дорожка должна иметь подвеску, позволяющую обеспечивать угловое перемещение плоскости лыжной дорожки относительно вертикальной оси, проходящей через центр лыжной дорожки в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Третьей степенью свободы подвески лыжной дорожки является поворот ее относительно вертикальной оси. Все указанные выше три угловых поворота лыжной дорожки должны осуществляться с помощью силовых приводов.

Нагрузка на спортсмена лыжника или биатлониста определяется не только траекторией трассы, но и состоянием снежного наста. На тренажерах имитация силового воздействия трассы на спортсмена осуществляется путем введения в конструкцию тренажера различного рода тормозов и маховиков, то есть дополнительных связей, которые в реальных спортивных ситуациях отсутствует. Однако на практике нагрузка на спортсмена лыжника или биатлониста определяется и механизмом скольжения лыжи по снежному насту, по лыжне. В патенте РФ на изобретение №2485992 [12] изложен способ изменения коэффициента трения скольжения рабочей поверхности лыжи по снегу, причем, не зависимо от применения разных модификаций мазей при различных типах скольжения. Это осуществляется, исходя из основного двухчленного закона трения путем исключения влияния сил притяжения, образуемых разнополярными зарядами трущихся разнородных тел (лыжи на снегу), путем индуцирования (наведения) от отдельного источника питания на скользящую поверхность лыжи однополярного со снегом электростатического заряда, что приводит к снижению коэффициента скольжения. В результате создается противоположное направлению силы тяжести направление электростатического поля за счет одноименных зарядов, образуемых на поверхности лыжи и на поверхности снега. В результате образуемых однополярных зарядов исключается притяжение (прилипание) снега к плоскости лыжи, причем независимо от температуры наста, от температуры окружающей среды, от типа вязкости снега.

Как отмечается в [12], сила трения скольжения лыжи по снегу оценивается двухчленным законом трения скольжения с учетом влияния сил притяжения разнополярных зарядов трущихся тел (лыжи по снежному пасту), причем величина сил притяжения зависит от вязкости снега. Приведенные в патенте №2485992 [12] результаты расчета показывают, что можно изменять силы сопротивления скольжению за счет поляризации соприкасаемых тел (лыжи и снежного наста) до 5% как в сторону увеличения, так и в сторону снижения. Поэтому, поляризуя на лыжной дорожке снег и поверхности лыж, можно изменять условия скольжения лыж по лыжне, что часто на практике приводит к необходимости смены лыж при неудачном выборе лыжной мази или изменения погодных условий. Можно поляризовать на тренажере мех, которым покрыта лыжня.

Сказанное выше позволяет максимально имитировать реальный процесс движения лыжника по трассе. А разместив рядом с лыжной дорожкой имитатор стрельбища - стрелковый тренажер, можно создать спортивный комплекс не только для тренировки биатлониста, но и для проведения состязаний биатлонистов, если каждый из соревнующихся биатлонистов будет использовать свой индивидуальный спортивный тренировочный комплекс.

При использовании видеошлема виртуальной реальности (виртуального шлема) спортсменом на видеэкранах-очках шлема можно создать иллюзию движения лыжника по любой трассе, создать иллюзию не только движения лыжника по любой трассе, но и окружающие трассу ландшафты. Иллюзия соответствия моделируемой на тренажере трассы реальной трассе обеспечивается управлением работой силовых приводов процессором тренажера. Процессор тренажера моделирует и имитационную картину не только движения по трассе, но и стрельбу на стрельбище (на стрелковом тире). Современное развитие цифровой техники и современное программное обеспечение позволяет сымитировать виртуально на видеоэкранах-очках виртуальных шлемов спортсменов-биатлонистов любые известные трассы и стрельбища, любые погодные условия.

Имитация физических процессов, сопровождающих движение спортсмена по трассе, сопровождающих процесс стрельбы на стрельбище, может быть проведена непосредственно на спортивном комплексе с помощью специального дополнительного оборудования, в качестве которого могут быть использованы вентиляторы, в том числе с охладителями воздуха, источники тумана или дождя и т.д. Примером такого оборудования может быть приспособление для имитации направления ветра по полезной модели №61859 [13]. Физическое воздействие природных условий (погодных условий) на результат стрельбы на стрельбище, например, ветрового воздействия на полет пули при использовании электронных оптических тиров может быть сымитировано путем математического моделирования отклонения точки попадания лазерного луча в мишень, или от точки прицеливания.

При имитации силовых нагрузок, действующих на спортсмена лыжника на тренажере, для тренировки различных групп мышц используются различного рода пояса, манжеты, полотна. Так по патенту [14] тренажер содержит рабочую раму на опорах с закрепленным на раме упругоподатливым полотном и стойку - рукоятку, имеет раму, выполненную в плане в виде удлиненной трапеции с различными по длине торцевыми перекладинами (сторонами), имеющими в профиле различные радиусы кривизны, при этом одна из опор закреплена на неподвижном шарнире. Другие опоры соединены с приводами, блок управления которыми имеет выводы, соединенные с кнопками, размещенными на основной и дополнительной стойках-рукоятках, закрепленных посредством шаровых шарниров с ограниченным углом их поворота на меньшей стороне трапеции рамы. Такое конструктивное решение тренажера позволяет получить новый неожиданный эффект - высокоэффективные тренировки с максимальными активностями, исходя из биомеханических и физиологических возможностей спортсмена. Однако имитация силовых нагрузок с помощью полотна является крайне громоздким и существенно отличается от условий физической нагрузки спортсмена на трассе и на тренажере.

По авторскому свидетельству СССР №1533710 [15] для повышения эффективности тренировки лыжников на устройстве с целью обеспечения реальных условий бега лыжника с единым скоростным режимом движения ног и рук. Средства для создания нагрузки на руки и ноги выполнены идентичными, с единым маховиком. На валу маховика установлены четыре обгонные муфты. Каретки для рук и ног связаны тросами с обгонными муфтами.

Аналогично по реализации физической нагрузки на мышцы ног устройство для тренировки «ОХА» по патенту РФ на изобретение №2003371 [16]. Изобретение позволяет повысить эффективность тренировки путем увеличения амплитуды шага, тем самым силовая нагрузка на стенде (тренажере) применена только к ногам и не нагружаются другие мышцы спортсмена.

Повысить эффективность тренировочного процесса и соревновательного процесса, когда происходит смена конькового хода на классику и наоборот можно за счет использования специального шарнирного крепления, примером которого может быть патент РФ на изобретение №2414275 [17].

Отмеченные выше особенности организации тренировочного процесса показывают, что наиболее эффективной формой тренировочного процесса является тренировка на реальных трассах, в так называемых полевых условиях.

Тем самым можно сформулировать способ имитации тренировки биатлонистов с соответствующими физическими воздействиями на спортсмена-биатлониста, соответствующие реальным тренировочным процессам в полевых условиях, в том числе и соответствующим им погодным условиям, а в итоге реальным соревнованиям. Способ может быть полезен при подготовке к соревнованиям лыжников и спортсменов биатлонистов любого уровня, может быть использован для своеобразного лыжного и биатлонного караоке.

Тем самым, предлагается способ имитации лыжной составляющей тренировочного или соревновательного процесса спортсменов лыжников и спортсменов биатлонистов, а также имитации лыжного и биатлонного караоке, состоящий в визуальной имитации реальной лыжной трассы и окружающего ее ландшафта, погодных условий, а в случае необходимости и наличия других участников соревнований на лыжной трассе. Это производится путем проецирования соответствующего изображения на видеоэкраны-очки виртуального шлема, который имеется на голове у каждого спортсмена, а сам шлем коммутативно соединен с процессором, который управляет работой оборудования, имитирующего физические воздействия действительной лыжной трассы на спортсмена, побуждающие спортсмена выполнять действия для движения по трассе, используя те же приемы, которые он применяет, участвуя в реальных соревнованиях. Процессор тренажера может сымитировать на трассе и световой зайчик, аналогичный зайчику по способу, изложенному в патенте на изобретение РФ №2451533 [4].

В случае реализации способа, как лыжной составляющей тренировочного процесса спортсмена биатлониста или спортсмена лыжника, на теле спортсмена могут быть установлены датчики контроля физического состояния спортсмена - анализаторы выдыхаемого воздуха (газа), датчики потовыделения, датчики пульса, датчики кровяного давления и т.д.

Особенностью способа имитации тренировочного или соревновательного процесса для спортсменов биатлонистов, а так же имитации биатлонного караоке за счет создания с помощью ЭВМ виртуальной лыжной трассы, виртуального ландшафта и виртуальных соперников-биатлонистов в среде 3D путем визуализации имитационных картин на видеоэкранах - очках виртуальных видеошлемов, закрепленных на голове спортсмена является следующее.

При этом одновременно производятся совмещения виртуальных соревновательных эпизодов с действиями реального спортсмена биатлониста, которые он производит на индивидуальных тренажерных комплексах, состоящих из тренажера лыжника (биатлониста) и тренажера стрельбища. Виртуальный шлем спортсмена-биатлониста коммутативно связан с сервером (процессором) тренажерного комплекса, имеющим соответствующее программное обеспечение, позволяющим моделировать виртуальное соревнование, виртуальную тренировку, как на лыжном тренажере, так и на тренажере - стрельбище. Процессор (сервер) управляет работой оборудования, имитирующего физические воздействия на спортсмена, и позволяет моделировать виртуальные соревнования и адаптировать (совмещать) эпизоды реального и виртуального соревновательных процессов. Физические воздействия связанны с движением по трассе или на стрельбище, в том числе и с взаимодействиями (наездами) спортсменов, или столкновениями спортсменов друг с другом. Физические воздействия и физическое состояние спортсмена определяются по показаниям системы датчиков, в том числе датчики частично позволяют определить и позиционирование спортсмена на тренажере лыжной трассы и на тренажере стрельбища в зависимости от его действий на тренажерах. Процессор может смоделировать и различные тренировочные процессы на трассе, например, гонку за лидером, своеобразным «оптическим зайчиком», а также климатические (погодные) особенности конкретного соревнования, если их возможно только сымитировать в виртуальной постановке.

Способ не только позволяет проводить спортивные состязания спортсменов-биатлонистов, но и проводить тренировки спортсменов с полноценной физической нагрузкой по развитию отдельных спортивных навыков с учением особенностей того или иного биатлонного комплекса, биатлонного караоке, для чего необходимо иметь соответствующее программное обеспечение. Способ позволяет моделировать в среде 3D реальные соревнования, в том числе с имитацией физических (погодных) условий окружающей среды на спортсмена.

Однако для качественного совмещения виртуальных сцен и реальных процессов, совершаемых на тренажерах спортсменом, важнейшим является точное позиционирование спортсмена, его частей тела и спортивного оборудования, например, винтовки, в пространстве над тренажерами. Датчиков, размещенных на оборудовании тренажеров, на теле спортсмена не достаточно для точного позиционирования спортсмена и частей его тела, и особенно проблематично позиционировать винтовку спортсмена, позиционирование лыж, позиционирование лыжных палок. Если на последних указанных позициях размещать какие-либо датчики, то лыжи, как таковые, перестанут быть просто лыжами, лыжные палки - тем более не будут похожи на лыжные палки. Лыжные палки на практике пытаются максимально облегчить, а установленные на лыжных палках датчики увеличат вес (массу) этих палок. Такие датчики в своем составе имеют не только чувствительные (измерительные) блоки физических величин (скорость, ускорение), но и средство передачи информации (коммутации). Проводная связь наиболее простая, но усложняет движения спортсмена -спортсмен окажется как в тенетах в проводах. Радиопередатчики в датчиках физических величин увеличивают вес каждого датчика. Используя систему позиционирования, предложенную в аналоге-прототипе [5], позволяет разрешить эту проблему. Для позиционирования спортсмена и спортивного оборудования на тренажерах необходимо на спортсмена, части его тела, а также на лыжи, лыжные палки и винтовку нанести светоотражательные метки и разместить по периметру тренажера видеокамеры, оппозитно которым размещены координатные сетки. Все это в совокупности позволяет решить проблему позиционирования светоотражательных меток, а, соответственно и объектов, на которые они нанесены. Светоотражательные метки могут иметь и дополнительную подсветку. Светоотражательные метки могут быть нанесены и на полотно беговой дорожки, для фиксации положения которых сверху также располагаются видеокамеры.

Эффективность реализации способа тренировки биатлониста-спортсмена, или биатлонного караоке, зависит от структуры оборудования, реализующего способ.

Устройство, реализующее предлагаемый способ тренировки или участия в соревновании, состоит из следующих узлов и блоков, в дополнении к лыжам, лыжным палкам и винтовке, причем оптической или электронной винтовке. Это лыжная дорожка, электронный тир, устройства физического (метео) воздействия на человека, процессор (сервер), виртуальный шлем с видеоэкранами-очками, узлы имитации столкновения (возможного столкновения) спортсмена-биатлониста с другими спортсменами участниками соревнований, системы позиционирования спортсмена и частей его тела на трассе, датчики контроля его физического состояния. При этом электронная (оптическая) винтовка по своим геометрическим и весовым характеристикам соответствует спортивным биатлонным винтовкам.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для тренировки спортсмена лыжника и спортсмена биатлониста или для участия в виртуальном соревновании с имитацией физической нагрузки на спортсмена. На фиг. 1 позициями обозначено: 1 - спортсмен-биатлонист (спортсмен -лыжник); 2 - винтовка; 3 - лыжные палки; 4 - лыжи; 5 - виртуальный шлем; 6 - сервер (процессор); 7 - лыжная дорожка; 8, 9 - узлы имитации физических (метео) воздействий на спортсмена и условия проведения соревнования; 10 - стрельбище (электронный тир); 11, 12 - система позиционирования спортсмена на стрельбище и лыжной дорожке тренажера; 13 - блок мишеней стрельбища.

На фиг. 1 светоотражательные метки не показаны.

Процессор (сервер) коммутационно связан с виртуальным шлемом спортсмена и его винтовкой, которая является оптической (электронной) винтовкой, которая используется для стрельбы в оптических (электронных) тирах, причем габаритные и весовые параметры соответствуют спортивным винтовкам спортсменов-биатлонистов.

Лыжная дорожка имеет систему силовых приводов, непоказанных на фиг. 1, работа которых управляется сервером (процессором). Кроме видеошлема 5, сервер 6 (процессор) связан коммутативно еще с узлами и блоками имитации физического воздействия на спортсмена и имитации погодных условий 8, 9, а также с узлами системы позиционирования 11, 12 спортсмена и спортивного оборудования, в том числе и мишеней 13 стрельбища. Силовые приводы лыжной дорожки позволяют имитировать с ее помощью реальные особенности лыжной трассы. При этом коммутационная беспроводная связь винтовки, используемой по предлагаемому способу, коммутируется с сервером (процессором) на стрельбище - электронном тире.

Тем самым, тренировочный комплекс (индивидуальный спортивный тренажер) спортсмена биатлониста или спортсмена лыжника, в соответствии с предлагаемым способом, имеет две составляющие подсистемы - имитатор лыжной трассы и имитатор стрельбища. При этом, в структуре имитатора стрельбища может быть комплексно реализованы те или иные технические решения для электронных (лазерных) стрелковых комплексов, примерами которых могут быть патенты на изобретения РФ2063605 [18] №2046272 [19], №, №2074372 [20], или полезные модели, примером которых является полезная модель №74458 [21]. Могут быть использованы готовые лазерные стрелковые комплексы, разновидность которых образует большую линейку комплексов, примером которых могут быть комплексы «Рубин» [22]. Однако эти комплексы должны быть адаптированы к задачам, стоящим при имитации стрельбы биатлониста-спортсмена на стрельбище при соревнованиях или стрелковой тренировке. Основная проблема адаптация состоит в имитации реальных климатических, погодных и природных факторов, влияющих на эффективность стрельбы. Такими факторами является ветер, осадки, освещенность, туман и т.д. Примером имитатора ветровых воздействий на стрелка может быть приспособление для имитации направления ветра по полезной модели №61859 [13]. При этом, эти имитаторы физического воздействия природных условий на результативность стрельбы в первую очередь воспринимается стрелками и с учетом этого воздействия стрелок корректирует свои действия на стрельбище. Но эти воздействия (состояние окружающей среды) оказывают влияние на внешнюю баллистику винтовочной пули при стрельбе по мишени на стрельбище. При имитации стрельбы на тренажерном биатлонном стрельбище, используя лазерные (электронные) стрелковые тренажеры, на луч света факторы окружающей среды практически не оказывают влияние, т.е. не оказывают влияние на координаты точки следа луча света на плоскость мишени. Поэтому необходимо моделировать отклонение точки попадания пули в плоскость мишени от точки прицеливания, что на практике (на реальном стрельбище) как раз определяется параметрами окружающей среды и особенностями конкретной винтовки. Моделирование осуществляется процессором 6.

Таким образом, при имитации стрельбы биатлонистом на лазерном стрелковом тренажере с помощью оптической (электронной) винтовки 2, винтовка имеет коммутативную связь с процессором (сервером) 6. Сервер коммутативно связан с мишенью стрельбища 13 и с узлами и оборудованием стрельбища, имитирующих физическое воздействие окружающей среды на биатлониста при стрельбе на стрельбище 8 и 9.

Свои особенности и свою структуру имеет подсистема реального спортивного биатлонного комплекса - лыжная трасса. В тренировочный биатлонный комплекс входит имитатор лыжной трассы, который должен позволять имитировать лыжную трассу и погодные условия на ней. Для имитации лыжной трассы, ее траектории (подъемы, спуски, виражи и т.д.) тренажер лыжника-биатлониста состоит из двух основных узлов - силового каркаса и самой лыжной дорожки, которая вывешена на силовом каркасе.

Схема силового каркаса приведена фиг. 2.

Силовой каркас представляет собой две вложенные друг в друга силовые рамки 14 и 15, причем рамка 14 на осях 21 вывешена внутри рамки 15, при этом оси 21 вложены в подшипниковые узлы, установленные на рамке 15, что позволяет вращать рамку 14 относительно рамки 15 по углу

ϕ₂ Поворот рамки 14 относительно рамки 15 обеспечивается шаговым электродвигателем 17. В свою очередь, рамка 15 вывешена на осях 22, проходящих через подшипниковые узлы, непоказанные на фиг.2, и установленные в рамку 16. При этом плоскость рамки 16 перпендикулярна

плоскостям рамок 14 и 15 при<р₂=0. Рамка 16 выполнена в виде вилки, опорная ось которой 20 базируется в подшипниковом узле, необозначенном специальной позицией на фиг.2. Расположение осей 22 в подшипниковых

узлах позволяет вращать рамку 15 по углу ϕ₁ за счет силового привода 18. Расположение оси 20 в подшипниковом узле позволяет вращать вилкообразную рамку 16 с помощью силового электрического шагового двигателя 19. Управление работой шаговых электродвигателей 17, 18, 19 осуществляется сервером (процессором) 6 на фиг. 1 тренировочного

биатлонного комплекса. При этом, управляя по углам ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ положением

рамок 14, 15, 16 силового каркаса, можно имитировать особенности траектории любой лыжной трассы. Имитация лыжной трассы осуществляется с помощью лыжной дорожки, вывешенной внутри рамки 14 на осях, непоказанных на фиг. 2.

На фиг. 3 показана схема конструкции лыжной дорожки. Лыжная дорожка состоит из ленточного силового полотна 23, на которой нанесено меховое покрытие 24, имитирующее снежный наст. На ленточном полотне выполнены углубления 25, имитирующие лыжни, контур которых также покрыт мехом 24. Остальная поверхность ленточного полотна может использоваться для конькового хода. Спортсмен - лыжник (биатлонист) 1 позиционируется на лыжной дорожке, в том числе на лыжне. На голове спортсмена 1 закреплен виртуальный шлем 5 с видеоэкранами-очками, которые не выделены на фиг. 3 отдельными позициями. На спине биатлониста находится спортивная лазерная (электронная) винтовка 2. Для движения по лыжной дорожке (по полотну 23) используются обычные лыжные палки, которые поэтому на фиг. 3 не обозначены отдельными позициями.

Лыжное полотно базируется на роликовых опорах-осях, установленных внутри силового каркаса 14 на фиг. 2. Привод лыжного полотна осуществляется за счет своеобразной реечной передачи. Для этого на внутренней поверхности лыжного полотна по периметру выполнена внутренняя зубчатая рейка 26, воздействуя на которую шестеренкой 27, установленной на оси силового привода, который не показан на фиг. 3, осуществляется движение лыжного полотна.

На описанных выше патентах-аналогах лыжных тренажеров во многих из них в структуру тренажера входит маховик, который имитирует силовую нагрузку, воспринимаемую спортсменом при тренировке на тренажере. В устройстве на фиг. 3 в качестве такого силового тормоза может использоваться шаговый электродвигатель, необозначенный на фиг. 3 отдельной позицией. Силовое (тормозное) действие на лыжное полотно от двигателя осуществляется через шестерню 28.

На корпусе лыжника (биатлониста) установлены датчики физического состояния лыжника (биатлониста), которые коммутативно связаны с сервером (процессором) 6 на фиг. 1, а сами датчики на фиг. 3 позициями не обозначены. Сервером 6 коммутативно связаны и все силовые приводы лыжной дорожки. К поверхности лыжного полотна подведен электрический потенциал 29, позволяющий поляризовать мех 24. Сервер 6 коммутативно связан с видеошлемом спортсмена и с оборудованием, имитирующим погодные условия: туман - 30; дождь или снег - 31; ветер - 32. По периметру лыжного тренажера установлены цифровые видеокамеры 33, которые коммутативно связаны с процессором (сервером) 6. Позиционирование биатлониста 1 на лыжном полотне определяется с помощью координатных сеток 34, оппозитно установленных соответствующим видеокамерам 33.

Работает устройство следующим образом.

Сервером записывается программа в среде 3D с описанием той ли иной трассы или выбирается из пакета известных программ. Спортсмен далее водружает на себя видеошлем, становится на лыжи, забрасывает за спину винтовку и позиционируется на лыжном полотне. По сигналу начинается лыжная гонка. Переставляя ноги с лыжами, и отталкиваясь лыжными палками, биатлонист (лыжник) оказывает силовое воздействие на лыжное полотно. Величина этого усилия определяется процессором (сервером), как по показаниям датчиков физической нагрузки, так и по величине вращающего усилия, в зависимости от которого, воздействуя на силовые приводы, осуществляющие вращения лыжного полотна и его торможение сигналами управления с сервера (процессора). Имитация основных особенностей выбранной лыжной трассы осуществляется процессором (сервером) 6, путем управления работой двигателей 17, 18, 19, что позволяет имитировать подъем или спуск, варьируя угол ϕ₁ на фиг. 2: Варьируя углами ϕ₂ и ϕ₃, имитируются не только повороты по трассе, но и виражи, когда каждая из лыж находится в разных гравитационных плоскостях.

Имитация погодных условий на тренажере проводится путем использования специального оборудования (имитатор дождя или снега - 31, имитатор тумана - 30, имитатор ветра - 32), приведенные на фиг. 3. На одежде спортсмена размещены оптические метки, которые имеются и на лыжных палках 3, которые не показаны на фиг. 3. Все движения спортсмена на лыжном тренажере фиксируются цифровыми видеокамерами 33, а оптические метки на одежде и лыжных палках позволяет преобразовать с помощью сервера 6 на фиг. 1, с которыми связаны видеокамеры 33, изображения с видеокамер в мультимедийный формат 3D. Тем самым, на очках-экранах видеошлема 5 могут появляться и отдельные элементы лыжника или его оборудования - руки с лыжными палками, лыжи, винтовка и т.д. Спортсмен в ходе имитации движения на тренажере может менять лыжни, переходить на коньковый ход и т.д.

После завершения движения по лыжной трассе и при подходе к стрельбищу лыжное полотно выводится в одну плоскость с плоскостью стрельбища, которая образует незначительный зазор с лыжной дорожкой. Спортсмен сходит с лыжной дорожки, переходит на стрельбище 10 фиг. 1, где снимает винтовку и занимает позицию для стрельбы по мишени, обозначенной позицией 13 на фиг. 1. С помощью соответствующего имитационного оборудования погодных условий 9, аналогичных оборудованию, используемому на лыжном тренажере, имитируются погодные особенности стрельбы. Процессор 6 на фиг. 1 не только фиксирует результаты стрельбы из винтовки 2, по мишени 13, но и моделируют отклонения точки попадания светового луча от точки прицеливания с учетом особенностей стрелка, винтовки и имитируемых погодных условий.

Описанный выше тренажерный спортивный комплекс для тренировки биатлонистов может быть использован для тренировки и спортсменов-лыжников. Причем при имитации движения по лыжной трассе можно по аналогии со способом [5] имитировать на лыжной трассе помехи, создаваемые другими участниками соревнований.

Изложенный способ имитации лыжных и биатлонных тренировок и соревнований, соответствующих караоке, может быть использован для проведения виртуальных соревнований, в которых физическое участие принимают спортсмены, имеющие в своем распоряжении описанные выш тренажерные комплексы, каждый из которых имеет свой процессор (сервер).

Коммутация этих серверов через центральный процессор позволит по аналогии с [6] предложить новый вид спорта - интернет соревнования лыжников и биатлонистов. Согласование участия в подобных соревнованиях отдельных спортсменов осуществляется центральным процессором.

Таким образом, изложенный выше способ имитации тренировки спортсмена-биатлониста или имитации участия в соревнованиях различного уровня, причем имитация проводится в среде 3D путем анимационной обработки видеозаписей соревнований или тренировок на реальных лыжных трассах и стрельбищах. Эта операция может проводиться как процессором (сервером), тренировочного комплекса, либо виртуальная анимационная модель лыжной трассы (реальной трассы) может быть «вшита» (записана) в память процессора. Это позволяет использовать спортивный тренажерный комплекс по предлагаемому изобретению в качестве своеобразного лыжного или биатлонного караоке, когда можно имитировать соревновательный процесс, в том числе с другими спортсменами, или вместе с ними может посоревноваться любой спортсмен либо лыжник, либо биатлонист. В ходе своего развития предлагаемый способ имитации реальных соревнований или тренировок на реальных трассах и стрельбищах и состав устройств для его реализации будут претерпевать дальнейшие совершенствования, могут быть оснащены дополнительным оборудованием и узлами, позволяющими физически моделировать более сложные спортивные ситуации.

Исходя из современного состояния техники, вполне реально реализовать предлагаемый способ имитации тренировочного или соревновательного процесса лыжников и биатлонистов.

Источники информации, принятые во внимание

1. Фарбей В.В. Управление стрелковой подготовкой биатлонистов на основе применения технических средств с аутоконтролем движений / В.В. Фарбей / Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта, 2012, выпуск 11(93).-С. 117-121.

2. Финн А.И. Система тренировки спортсменов-лыжников / А.И. Финн / М.: ФиС, 1978. - 348 с.

3. http://veiorama.ru/g

4. Патент РФ на изобретение №2451533. Система для тренировки лыжников и способ ее реализации. МПК А63С 5/00 /А.П. Ефимочкин, Ю.В. Ефимочкин, Г.Б. Сидоров, Н.А. Сидорова. - Опубл. 27.06.2012.

5. Патент РФ на изобретение №214966. Устройство для тренировки и соревнований, преимущественно в спортивных локомоциях и играх. МПК А63В 69/00; А63В 22/02; А63В 24/00; G06Т 15|70. / А.Г. Рязанов. - Опубл. 27.05.2000.

6. Заявка на изобретение №2013105987/12(008912). Способ имитации игры в футбол для игровой тренировки футболистов, для игры в футбольное караоке непосредственного проведения виртуальных футбольных матчей и устройства для его реализации. МПК А63В 69/00; 60/34; 23/00; 24/00; 63/00; 69/38; 61/00. / Н.П. Кузнецов, М.А. Пермяков.

7. Авторское свидетельство СССР №1673146. Устройство для тренировки лыжников-слаломистов / А.Г. Воробьев, А.В. Елютин. МПК А 63 В 69/18. Опубл. 30.08.91.-Бюл.32.

8. Авторское свидетельство СССР №1708370. Устройство для тренировки лыжников. МПК А63В 69/18 / В.Я. Дронов. - Опубл. 30.01.92. Бюл. №4.

9. Авторское свидетельство СССР №1192841. Тренажер. МПК А63В 69/18 / Х.А. Татевосянц, А.Х. Татевосянц. - Опубл. 23.11.85.

10. Авторское свидетельство СССР №1049071. Устройство для тренировки лыжников. МПК А63В 69/18 / В.Г. Девальд. - Опубл. 23.10.83. Бюл. №39.

11. Авторское свидетельство СССР №1251935. Устройство для тренировки лыжников. МПК А63В 69/18. / Х.А. Татевосянц, А.Х. Татевосянц. - Опубл. 23.08.86. Бюл. №31.

12. Патент РФ на изобретение №2485992. Способ повышения качества скольжения. МПК А63С 5/00./ Г.Н. Малышев, Л.М. Куликов, Ю.А. Федорчук. - Опубл. 27.06.2013.

13. Патент на полезную модель №61859. Приспособление для имитации и направления ветра. МПК F04D; F41G / В.В. Власов и др. -Дата публ. 10.03.2007.

Н.Патент РФ на изобретение №1795901. Тренажер. МПК А63В 68/18. / Е.А. Баженов, А.И. Плугин, П.Н. Темнов, В.К. Васильев. - Опубл. 15.02.1993. Патент РФ на изобретение №2046272. Способ тренировки стрелка на стенде и устройство для его осуществления. МПК F41J 9/00; А63В 69/00 / А.Н. Баранов и др. - Опубл. 20.10.1995.

15. Авторское свидетельство СССР №1533710. Устройство для тренировки лыжников МПК Ф63В 69/18 / Г.А. Коноплянко. - Опубл. 07.01.90. Бюл.№1.

16. Патент на изобретение РФ №2003371. Устройство для тренировки «ОКА» МПК А63В 69/18; А63В 22/16; А63В 23/04. / М.Н. Колеванов -Опубл. 30.11.93. Бюл. №43-44.

17. Патент РФ на изобретение №2414275. Тренажерное средство (варианты): лыжа, лыжероллеры, шарнирное лыжное крепление, лыжные ботинки и способы хода на тренажерном средстве МПК А63С 5/00. / Н.И Максимов. - Опубл. 20.05.2011.

18. Патент РФ на изобретение №2063605. Стенд тренировочный стрелковый МПК F41J 9/02 / Б.П. Таланов - Опубл. 10.07.1996.

19. Патент РФ на изобретение №2046272. Способ тренировки стрелка на стенде и устройство для его осуществления. МПК F41J 5/00; F41J 9/00; А63В 69/00. / А.Н. Баранов и др. - Опубл. 20.10.1995.

20. Патент РФ на изобретение №2074372. Устройство для тренировки стрелка на стенде. МПК F41J 9/02 / А.Н. Баранов, Ю.К. Блохин, А.Н. Евтусов, И.А. Голубкова, Г.В. Софронов. - Опубл. 27.02.1997.

21. Полезная модель №74452. Автономный источник тепловой энергии. МПК F34J / В.Н. Иванов, В.Г. Янов. - Опубл. 27.06.2008.

22. Учебно-методический стрелковый тренажерный комплекс «Рубин».www.lasertools.ru/…/doc/statiatrenai er.pdf

Изобретение относится к спортивному инвентарю и может быть использовано как для тренировки лыжников и биатлонистов, так и для имитации участия спортсмена в соревнованиях любого уровня, вплоть до олимпийских игр, в том числе и в биатлонном караоке, но при этом не используя реальные снежные трассы и стрельбища. Предлагается способ имитации участия спортсмена в соревновании или соответствующей тренировке, заключающийся в проведении виртуального соревнования или виртуальной тренировки для биатлонистов или лыжников, или участие в биатлонном караоке, в котором могут принимать участие известнейшие спортсмены -биатлонисты, находясь вне реальных лыжных трасс и стрельбищ на индивидуальных спортивных комплексах, состоящих из тренажера лыжника (биатлониста) и тренажера стрельбища. Каждый спортсмен за ситуацией на лыжной трассе, на стрельбище и за соперниками следит по видеоизображению на видеоэкране-очках своего индивидуального виртуального шлема. Имитация физического участия спортсмена в той или иной спортивной ситуации, соответствующей, например, биатлонному караоке, причем с учетом особенностей отдельной спортивной ситуации, конкретного зимнего стадиона и конкретной лыжной трассы, конкретных погодных условий и т.д., производится на индивидуальных для каждого спортсмена тренажерах за счет обеспечения их физических перемещений, лыжной гонки, например, по беговой дорожке, на которой сформирована лыжня, а на ее полотно нанесен имитатор снежного наста. Имитация иных физических взаимодействий с объектами и субъектами виртуального соревновательного или тренировочного процесса производится за счет специальных устройств, узлов и оборудования, для чего характеристики реального физического воздействия, сымитированного на тренажере, совмещаются с характеристиками виртуального процесса. Виртуальный шлем спортсмена коммутативно связан с сервером (процессором) тренажерного комплекса, имеющим соответствующее программное обеспечение и который управляет работой оборудования, имитирующего физические воздействия на спортсмена, имитацию различных видов соревнований. Каждый индивидуальный тренажерный комплекс оснащен устройствами имитации реальных физических воздействий на лыжи в зависимости от погодных условий, физической имитации этих условий, климатическими (погодными) особенностями конкретного соревнования, в том числе и имитацией геометрического и географического профилей лыжной трассы. Последнее реализуется путем придания опорному каркасу беговой дорожки трех угловых степеней свободы, что позволяет имитировать подъемы и спуски на лыжной трассе и ее повороты. Тренажерный комплекс имеет систему датчиков, позволяющих определить позиционирование спортсмена и его физическое состояние в зависимости от действия спортсмена на тренажере. Способ позволяет сымитировать виртуальное соревнование с несколькими виртуальными спортсменами, находящимися на своих индивидуальных тренажерных комплексах, при этом процессоры каждого тренажерного комплекса коммутативно связаны с центральным процессором (сервером), который и моделирует виртуальное соревнование. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ имитации участия спортсмена биатлониста или лыжника в соревнованиях любого уровня, а также в тренировках, состоящий в визуальной имитации реальных лыжных трасс и соответствующих им стрельбищ, находясь вне реальных лыжных трасс и стрельбищ, причем сам спортсмен судит о спортивной ситуации по видеоизображениям на видеовоспроизводящей аппаратуре, которая имеется у каждого спортсмена, в качестве которой могут быть использованы видеоэкраны-очки виртуальных шлемов, используя видеоматериалы с соответствующих трасс и стрельбищ, обработанные методами анимационной графики, причем одновременно с виртуальной имитацией спортивных соревновательных ситуаций или виртуальной тренировки проводится имитация реальных действий и процессов, соответствующих реальному соревнованию или тренировке, производимых спортсменами, участвующими в виртуальном соревновании или в виртуальной тренировке, путем выполнения соответствующих движений на соответствующих тренажерах, отличающийся тем, что адаптация особенностей отдельной спортивной ситуации при виртуальном соревновании или виртуальной тренировке реальным действиям спортсменов на тренажерах производится за счет обеспечения возможности физического перемещения спортсмена по виртуальной лыжной трассе с определением его позиционирования на ней, а также стрельбы на виртуальном стрельбище, используя реальное спортивное оснащение биатлониста, состоящее из световой (электронной) винтовки, имеющей весовые и габаритные размеры, соответствующие биатлонной винтовке, а также лыж и лыжных палок, для чего характеристики реального физического воздействия для реальной спортивной ситуации совмещаются с характеристиками виртуальной спортивной ситуации, что осуществляется процессором индивидуального спортивного тренажера, состоящего из лыжного тренажера в виде лыжной дорожки наподобие беговой дорожки, и тренажера стрельбища, для чего используется система позиционирования спортсмена в пространстве над тренажерами, состоящая из отражательных, например светоотражательных меток, нанесенных на одежду спортсмена и свободные от одежды участки его тела и на спортивное оборудование, а также из фиксирующих положение этих меток в пространстве видеокамер и оппозитно им расположенных координатных сеток, причем и те и другие расположены за пределами тренажеров, а общее управление имитацией виртуального соревнования с участием множества участников спортсменов осуществляется центральным процессором.

2. Способ имитации отдельной спортивной ситуации по п. 1, отличающийся тем, что имитируется отдельная спортивная ситуация на лыжне или в биатлоне, в том числе с участием лыжных спортивных звезд или звезд биатлона, для чего виртуальная спортивная ситуация моделируется путем обработки процессором индивидуального спортивного тренажера видеоматериалов выбранной спортивной ситуации, соответствующей реальной лыжной трассе и реальному стрельбищу, в том числе для реального соревнования, которые записаны на видеодиск, методами анимационной графики для дальнейшего физического участия реального конкретного спортсмена в исполнении конкретной спортивной ситуации.

3. Устройство для реализации способа виртуальной имитации участия спортсмена в виртуальных лыжных или биатлонных соревнованиях любого уровня, в имитации тренировки лыжника или биатлониста, состоящее из индивидуального спортивного тренажера и оборудования для физической имитации нагрузок, действующих на спортсмена, на голове которого располагается виртуальный шлем, коммутативно связанный с процессором индивидуального спортивного тренажера, отличающееся тем, что в состав индивидуального спортивного тренажера входит лыжный тренажер и тренажер-стрельбище, причем лыжный тренажер выполнен в виде лыжной дорожки наподобие беговой дорожки спортсмена бегуна, но с выполненными в полотне дорожки пазами, имитирующими лыжни, причем плоскости лыжной дорожки и тренажера-стрельбища располагаются в одной гравитационной плоскости, при этом для имитации воздействия снежного наста на лыжи спортсмена лыжная дорожка и лыжни покрыты мехом, причем на лыжном тренажере имеется оборудование, позволяющее проводить электрическую поляризацию меха, что позволяет моделировать характер взаимодействия снежного наста и лыж, а для полной физической имитации участия спортсмена в соревновании или тренировке в реальной спортивной ситуации используются реальные лыжи и лыжные палки, с помощью которых спортсмен осуществляет перемещение по полотну лыжной дорожки, а для реальной имитации стрельбы на стрельбище используются электронные тиры с соответствующими винтовками, но по весу и габаритам соответствующие спортивным биатлонным винтовкам, причем совмещение виртуальной спортивной ситуации с реальным физическим участием спортсмена обеспечивается процессором (сервером) индивидуального спортивного тренажера, исходя из позиционирования спортсмена, частей его тела и спортивного оборудования на виртуальной лыжне или стрельбище с учетом его движений в пространстве на тренажерах, которые фиксируются датчиками и аппаратурой, которыми оснащен индивидуальный спортивный тренажер, причем для позиционирования спортсмена и соответствующего индивидуального спортивного оборудования на одежду спортсмена и свободные от одежды части тела, а также на лыжные палки и винтовку нанесены отражательные метки, положение которых во времени и пространстве фиксируется видеоаппаратурой, размещенной вне лыжной дорожки и стрельбища и коммутативно связанной с процессором индивидуального спортивного тренажера, что позволяет, исходя из геометрических характеристик расположения видеокамер и с помощью оппозитно расположенных видеокамерам координатных сеток, решить задачу позиционирования спортсмена и его индивидуального спортивного оборудования на тренажерах и совмещения физической реальной спортивной ситуации с виртуальной картиной, что позволяет спортсмену с помощью видеоэкранов-очков своего виртуального шлема не только следить за спортивной ситуацией, но и реально участвовать в ней, при этом в составе устройства имеется оборудование, имитирующее погодные условия и такие природные явления, как осадки (снег), ветер, туман, световые воздействия, влияние которых на процесс стрельбы моделируется процессором индивидуального спортивного тренажера, причем процессор может моделировать гонку за лидером по лыжной трассе, а для наиболее реальной имитации спортивных ситуаций в состав индивидуального спортивного тренажера входят муляжи тел спортсменов, вводимых в качестве субъектов спортивной ситуации с помощью специальных приводов процессором для имитации возможных столкновений спортсмена с другими спортсменами на лыжной трассе или стрельбище, которые имеют место в реальных тренировках и соревнованиях, что достигается за счет специального выполнения лыжного тренажера.

4. Лыжный тренажер, содержащий лыжную дорожку, которая выполнена наподобие беговой дорожки, которая используется в устройстве по п. 3, с датчиками с системой позиционирования лыжника на ней, а также позиционирования соответствующего личного спортивного оборудования спортсмена, а также системы датчиков для определения физического состояния спортсмена и оборудования для имитации погодных и климатических условий, соответствующих моделируемой спортивной ситуации, и процессор тренажера, отличающийся тем, что для имитации реальной лыжной трассы с ее подъемами, спусками, виражами лыжный тренажер состоит из силового каркаса, на котором вывешено полотно лыжной дорожки, причем силовой каркас представляет собой вложенные друг в друга силовые рамки, плоскости которых параллельны друг другу, причем одна рамка вывешена внутри другой рамки на подшипниковых узлах, а поворот плоскости одной рамки относительно плоскости другой рамки обеспечивается шаговым электродвигателем, управление работой которого осуществляется процессором, при этом внешняя рамка вывешена на подшипниковых узлах внутри третьей рамки, плоскость которой перпендикулярна плоскостям двух первых рамок, а сама эта рамка имеет возможность вращения в вертикальной плоскости за счет дополнительного силового привода в виде шагового электродвигателя, при этом управление работой шаговых электродвигателей осуществляется сервером (процессором) лыжного тренажера, что позволяет имитировать особенности траектории любой лыжной трассы, а имитация лыжной трассы осуществляется с помощью лыжной дорожки, базирующейся на роликовых опорах-осях на внешней силовой рамке, причем сама лыжная дорожка состоит из ленточного силового полотна, на котором нанесено меховое полотно, имитирующее снежный наст, при этом на ленточном полотне выполнены углубления, имитирующие лыжни, контур которых также покрыт мехом, а остальная поверхность ленточного полотна может использоваться для конькового хода, а привод лыжного полотна осуществляется за счет реечной передачи от силового шагового электродвигателя, для чего по внутренней поверхности лыжного полотна по периметру выполнена внутренняя зубчатая рейка, на которую воздействует шестеренка, установленная на оси силового привода, управление работой которого осуществляется процессором (сервером) тренажера в зависимости от моделируемой спортивной ситуации в режиме реального времени.