Физических упражнений

пользовать: 
 основы кинематики, включающей программу положения тела 
в пространстве при выполнении упражнений; 
 основы динамики, позволяющей установить закономерности, 
связанные с силовым обеспечением физических упражнений; 
 основные правила синтеза двигательных действий в процессе 
обучения. 
В настоящее время обучение технике изучаемых упражнений в 
спорте строится на основе теоретических сведений об общих био-
механических закономерностях изучаемой структурной группы 
движений, не учитывающих индивидуальные антропометрические 
особенности спортсменов. А на практике совершенствование тех-
ники соревновательных упражнений осуществляется эмпириче-
ским методом «проб и ошибок». 
Предварительного теоретического построения и обоснования 
оптимальных вариантов построения движений для конкретных 
исполнителей не проводится ввиду отсутствия научно обоснован-
ной методики синтеза и оптимизации двигательных действий 
спортсмена. И, пожалуй, единственным методом исследований, 
позволяющим синтезировать технику движений спортсмена не в 
логической, а в количественной форме, является метод имитаци-
онного моделирования движений человека на компьютере. Для 
реального воплощения метода имитационного моделирования 
движений человека на компьютере требуется разработка кон-
структивных математических моделей синтеза движений на осно-

---

7 
ве базовой математической модели. Учет возможностей решения 
поставленной двигательной задачи на основе выбора требуемого 
программного управления обусловливает трансформацию базовой 
математической модели в семейство конструктивных. Однако реа-
лизация на практике этого весьма перспективного направления 
научного поиска сдерживалась до последнего времени рядом фак-
торов, в частности, таких как: 
 высочайшая сложность используемого механико-матема-
тического аппарата; 
 методологическая фрагментарность разработки проблемы по-
строения математических моделей синтеза движений биомехани-
ческих систем; 
 трудоемкость создания программного продукта для компью-
тера. 
С появлением современных компьютеров и последними дости-
жениями в области биомеханики, механики управляемого тела, 
оптимального управления и программирования возникла возмож-
ность практической реализации идеи имитационного моделирова-
ния движений человека на компьютере. 
Сущность метода имитационного моделирования движений че-
ловека на компьютере заключается в том, что пространственно-
временная эволюция многозвенной биомеханической системы 
описывается системой дифференциальных уравнений второго по-
рядка, к примеру, построенных в форме уравнений Лагранжа вто-
рого рода. Затем по указанным начальным условиям движения 
биосистемы и управляющим воздействиям, заданным на всей тра-
ектории биомеханической системы, любым из численных методов 
интегрирования вычисляются траектория движения, организация 
ее пространственной эволюции по времени. Изменяя начальные 
условия движения и формируя разнообразное программное управ-
ление на всей траектории биосистемы, в вычислительном экспе-
рименте на компьютере имитируются различные варианты моде-
лируемого движения. Это позволяет не только строить технику 
упражнений с требуемыми свойствами, но и рассматривать воз-
можность выполнения новых, ранее не исполнявшихся соревнова-

---

8 
тельных упражнений (что очень важно в таких видах спорта, как 
гимнастика, акробатика, прыжки в воду и др.), а также обосновать 
наиболее рациональную структуру исследуемых упражнений. При 
этом компьютер с программами, дисплеем помогает тренеру вы-
брать наиболее рациональные формы движений. 
Для использования метода математического моделирования 
движений биомеханических систем необходима предварительная 
разработка основных аспектов математического, программного, 
информационного, технического и других видов обеспечения вы-
числительного эксперимента на компьютере, в частности, таких как: 
1. Создание корректной математической модели опорно-дви-
гательного аппарата тела человека. 
2. Разработка математической модели движений человека. 
3. Формализация цели и программы движений. 
4. Выбор управляющих воздействий (программное управление) 
и их аналитическое представление. 
5. Разработка методов использования интерполяционных 
сплайн-функций для определения начальных и конечных условий 
движения биосистемы и задания программного управления в виде 
таблицы чисел или в аналитической форме. 
6. Разработка методов логической организации и реорганизации 
массивов базы данных моделирования. 
7. Составление алгоритмов функционирования модели. 
8. Разработка и составление компьютерной программы. 
Можно привести еще целый список вопросов, требующих своего 
решения при практической реализации метода имитационного моде-
лирования движений человека на компьютере. Однако все трудности, 
сопряженные с практическим использованием этого метода, окупа-
ются в дальнейшем педагогическим выходом результатов исследова-
ний, ориентированных на совершенствование методики обучения. 
В технологической схеме решения проблемы построения опти-
мальной техники соревновательных упражнений на компьютере 
можно выделить три основополагающих компонента: 
 построение конструктивных математических моделей синтеза 
движений человека; 

---

9 
 разработка компьютерных программ синтеза оптимального 
управления в движениях биомеханических систем и эвристическо-
го поиска оптимальной техники спортивных упражнений; 
 педагогические исследования различных аспектов програм-
мирования обучаемой деятельности спортсменов на основе эври-
стического поиска оптимальной техники соревновательных 
упражнений на компьютере. 
В данном учебном пособии рассматриваются лишь те аспекты 
синтеза двигательных действий спортсмена на компьютере, кото-
рые не требуют специальных знаний в области математики, меха-
ники, теории управляемого тела и информатики. В то же время 
достаточно полно и подробно освещены вопросы базовой матема-
тической модели синтеза движений человека, классификации и 
построения конструктивных математических моделей и даны пер-
воначальные сведения о математических методах построения оп-
тимальной техники упражнений в спорте. 

---

10