Analisi biomeccanica tridimensionale dello sci alpino in gare di

Transcript

Atti del Secondo Congresso La Medicina dello Sport e gli Sport Invernali.
“Lo Sci Alpino: Valutazione Funzionale, Tecniche di Preparazione, Aspetti Fisiopatologici”
Cuneo, 20-21 ottobre 2000
_____________________________________________________________________________
Analisi biomeccanica tridimensionale dello sci alpino in gare di
coppa del mondo.
A.Canclini1, C. Cotelli1, R.Pozzo1, G. Baroni2
1) Lab. Alta Prestazione – S.Caterina Valfurva (Fed. Italiana Sport Invernali - C.O.N.I.) –
2) Politecnico di Milano - Bioingegneria
Introduzione.
La pratica agonistica dello sci alpino e le prestazioni cronometriche, atletiche e
tecniche degli atleti di alto livello hanno raggiunto uno standard tale da richiedere una
attenta analisi biomeccanica del complesso gesto motorio al fine di massimizzarne il
rendimento, soprattutto in condizioni di gara.
Al fine di raccogliere informazioni quantitative, utili per costruire modelli di
movimento tali da diventare un valido ausilio nella valutazione sul campo, è parso più che
opportuno incentrare la nostra attenzione sui migliori atleti delle classifiche mondiali,
impegnati in competizioni di massimo livello.
Questo in accordo con l’affermazione di Reichert (1979) che: “modello della
tecnica devono essere gli atleti di classe mondiale”.
Nel presente lavoro verranno illustrate le metodologie utilizzate sui campi di misura
ed il processo di elaborazione dei dati registrati durante alcune gare di Coppa del Mondo
svoltesi a Bormio negli ultimi anni.
Saranno altresì illustrati alcuni risultati relativi alla partenza della discesa libera ed
alla curva nello slalom speciale.
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Fig. 1: Una partenza nella Discesa
Materiali e metodi.
L’apparecchiatura utilizzata sul campo di lavoro, per l’analisi della partenza della discesa
libera di Bormio 1995, consiste in due Video camere Canon EX2Hi, frequenza di
registrazione di 50 Hz, con assi ottici posti a 90°, e una griglia tridimensionale, per la
calibrazione dello spazio, delle dimensioni di 4x2x1 m, costruita con segmenti di alluminio
di 1 m, che costituisce quindi il Sistema di Riferimento spaziale.
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
In modo analogo, e secondo gli stessi principi fotogrammetrici, è stata sviluppata
(BARONI e coll. 1998) una nuova metodologia che prevede l’utilizzo di telecamere
mobili, con ottica variabile.
L’analisi di movimenti abbastanza estesi nello spazio, quali una curva dello slalom,
risultava infatti difficile, se non impossibile con il primo metodo.
Durante le finali di Coppa del Mondo di Bormio del marzo 2000, si è perciò
predisposto e calibrato il campo di misura, per lo slalom speciale, mediante rilievo
topografico dei punti di riferimento disponibili nella zona di ripresa: pali delle porte,
cartelli pubblicitari, reti fissi ai lati del tracciato, come indicato nella figura 3.
Errore.
Fig.3: La disposizione del campo di ripresa con telecamere mobili, per lo slalom, e il modello a segmenti utilizzato per la ricostruzione
3D.
Le doppie immagini registrate, una volta sincronizzate (errore 0,01 s), sono poi
trasferite, tramite una scheda di acquisizione analogico-digitale a 12 bit (Screen Machine
mod. 5011 D), sullo schermo di un normale PC e digitalizzate con l’ausilio di un software,
sviluppato per tale scopo, che è anche in grado di ricostruire le tre dimensioni degli oggetti
mediante il Direct Linear Transformation Method (DLT - Method di Abdel-Azis,Karara
1971).
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Il modello utilizzato per la digitalizzazione e ricostruzione delle coordinate spaziali
è costituito da 23 punti che coincidono con le articolazioni principali, il centro del capo,
punta e tacco della scarpa, le estremità degli sci e la punta dei bastoncini.
Per il calcolo delle coordinate spaziali del Centro di Gravità (CdG) è stato applicato
l’algoritmo di Gubitz (1978).
I dati grezzi sono stati filtrati mediante le tipiche spline functions del 3° ordine
mentre per il calcolo delle derivate prime dei parametri lineari ed angolari ci si è avvalsi
dei più comuni algoritmi di differenziazione numerica.
L’errore massimo per la distanza lineare è stato valutato in 30 mm per la lunghezza,
e 0.70 m/s per la velocità. Gli usuali metodi della statistica sono stati utlizzati per il calcolo
della media e della deviazione standard delle variabili considerate; la relazione tra i diversi
parametri è stata indagata mediante l’analisi di regressione.
Tredici atleti, tra i migliori della classifica mondiale del 1995, sono stati analizzati
nello studio sulla partenza nella discesa libera. Le variabili considerate sono state le durate
delle fasi di movimento, la posizione del CdG rispetto al cancelletto di partenza, la velocità
del CdG e dei segmenti corporei, gli angoli tra i segmenti del corpo. Sono stati definiti 3
parametri caratteristici: massimo spostamento all’indietro dei piedi (MIN-F), l’istante di
apertura del cancelletto (START) e lo stacco dei bastoncini (T-OFF).
Per lo slalom speciale si sono analizzati i primi tre classificati della gara di Finale
della Coppa del Mondo del marzo 2000.
Il ciclo di movimento considerato, ricostruito attraverso il modello a segmenti, va
dagli istanti precedenti (circa 0.2 s) l’abbattimento di un palo fino all’abbattimento passaggio di quello successivo. In questa prima fase si sono analizzati alcuni parametri
particolarmente significativi quali gli angoli delle ginocchia, dei gomiti, e le relative
velocità angolari, nonché lo spostamento relativo del CdG nel piano sagittale.
Risultati.
La Fig. 4 mostra le traiettorie estreme del CdG. I valori estremi dell’elevazione del
CdG sono stati trovati per Assinger (1.14m) e Alphand (0.81m).
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Fig. 4 – Traiettorie estreme del CdG nella partenza in Discesa Libera (Bormio ’95)
I valori medi della velocità di spostamento del Cdg (Vxcg) sono stati 1.540,25 ms-1
in MIN-F, in START 2,27 ± 0,37 ms-1 in START e 5,52 ± 0,16 ms-1 quale valore di picco
in T-OFF. Per il movimento verticale sono stati trovati 3 tipici valori della velocità del
CdG, in accordo con la sequenza arretramento – innalzamento - caduta: -0,62 ± 0,20 ms-1,
1,00 ± 0,31 ms-1 e –0,88 ± 0,26 ms-1.
Il tempo per raggiungere la velocità di picco Vxcg è di 0,65 ± 0,04 s dopo lo
START e di 0,34 ± 0,15 s dopo lo stacco dei bastoncini T-OFF.
La durata della fase di spinta dei bastoncini è di 0,31 ± 0,05 s. L’angolo dell’anca,
per le fasi definite, ha 3 valori tipici: 87 ± 9° prima di START, 157 ± 12° dopo START, 62
± 10° durante il recupero delle gambe.
L’angolo al gomito prima dello START raggiunge un minimo di 66 ± 3° mentre
allo START il valore è 80 ± 5°. La velocità di traslazione orizzontale di CdG mostra una
correlazione con questi parametri: velocità media nei primi 15 m (r = 0,70); massima
elevazione del CdG (r = -0,52); velocità di abbassamento del CdG (r = -0,52); angolo di
inclinazione del tronco rispetto al suolo (r = -0,55); la velocità angolare di flessione
dell’angolo del gomito (r = -0,77). Il tempo per raggiungere il massimo di Vxcog correla
con il tempo di spinta dei bastoncini (r = 0,64), che per altro correla anche con
l’inclinazione del tronco (r = 0,68) e dei bastoncini (r = 0,60) al tempo MIN-F.
In figura 5 è invece mostrato un esempio di ricostruzione 3D, tramite modello a
segmenti di una curva di slalom speciale.
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Fig. 5 – Ricostruzione 3D, tramite modello a segmenti, di un ciclo di movimento nello Slalom Speciale (Vrhovnik - Bormio ’2000)
Il tempo tra l’abbattimento dei due pali per i 3 soggetti considerati (Vrhovnik,
Raich, Furuseth, al vertice della classifica) è stato di 0,88±0,04s.
Si sono indagate, in modo particolare, le caratteristiche individuali del movimento
dei segmenti corporei a partire dagli spostamenti verticali del Centro di Gravità soprattutto
nella fase di cambio di direzione.
Nella Figura 6 sono illustrate le proiezioni delle traiettorie di CdG e delle anche sia
nel piano medio di discesa (vista dall’alto) che in un piano ortogonale a questo ultimo
(vista di fianco).
Fig. 6 Spostamento di CdG e delle anche nel piano medio di discesa (vista dall‘alto) e in un piano ortogonale (vista di fianco)
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Il comportamento dei tre soggetti è risultato pressoché analogo con una variazione
dello spostamento verticale di CG intorno ai 30 cm, con una velocità che raggiunge un
massimo di 1 m/s, come evidenziato in fig. 7 che riporta lo spostamento di CG e delle
anche in funzione del tempo.
Fig. 7 Spostamento e velocità verticale di CdG e delle anche rispetto al tempo
L’indagine relativa ai valori angolari del ginocchio ha evidenziato differenti
comportamenti nei 3 soggetti con valori che, in media, vanno da un minimo di 70° ad un
massimo di 150°, con una velocità angolare che raggiunge un valore massimo di 300°/s.
Discussione.
Il numero di soggetti considerati non permette di dare ai valori medi dei parametri
misurati un alto grado di significatività statistica.
Tuttavia, nel caso della partenza in Discesa, si può ipotizzare che la correlazione
inversa tra Vxcog e il tempo di spinta dipenda dalla capacità di fornire un elevato impulso
(grande forza in tempi brevi).
Le altre correlazioni per Vxcog suggeriscono che, in queste condizioni, il CdG
debba muoversi lentamente all’indietro e ridurre il massimo dell’elevazione; che il tronco
debba rimanere il più parallelo possibile, rispetto al terreno, e che i gomiti debbano essere
flessi lentamente. In altre parole per raggiungere prima il picco di Vxcog il tempo di spinta
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
deve essere breve e, per ottenere ciò, al MIN-F il corpo ed i bastoncini debbono essere
poco inclinati ripetto al terreno.
Per quanto riguarda lo slalom, ferma restando la validità di analizzare un maggior
numero di soggetti e la necessità di indagare anche altri parametri, le informazioni raccolte
contribuiscono comunque alla descrizione della complessità del gesto, eseguito dai
massimi interpreti della disciplina in gara di Coppa del Mondo.
Bibliografia.
-
-
-
-
-
Abdel Aziz YI, Karara HM: Direct Linear Transform from Comparator Coordinates
into Object Space Coordinates in Close - Range Photogrammetry, in: Proceedings of
ASP - Symposium on Close – Range Photogrammetry, Falls Church, 1971
Baroni CI, Ferrigno O, Rodano R, Canalini A, Cotelli C,Pozzo R; Threedimensional sport movement analysis by means of free floating TV cameras with
variable optics. Proceeding of ISBS 1998 (D).
Chow J: A panning videographic technique to obtain selected kinematic
characteristics of strides in sprint hurdling. J. Appl. Biomech. 9, 149-159, 1993.
Gubitz H: Zur analytischen Bestimmung der Lage des Koerperschwerpunktes. Intern.
Symposium 171-180, Berlin 1978.
Müller E, Brunner F, Kornexel E, Raschner C: Biomechanische Analyse von
Starttechniken im alpinen Skirennlauf, in: Fetz, F. Müller, E. (Hrsg.) Biomechanik des
Skilaufs. F. Enke Verlag Stuttgart, (1991).
Pozzo R, Röckmann A, Canalini A, Cotelli C, Martinelli L: 3-D Kinematics of the
start in the Downhill at the Bormio World Cup In 1995 – P roceedings of ICSS 2000
(A).
Schwirtz A: Bewegungstechnik und muskuläre Koordination beim Skilanglauf, Sport
und Buch Strauß Edition Sport, Dissertation, Köln, 1993
_____________________________________________________________________________

Analisi biomeccanica tridimensionale dello sci alpino in gare di

Transcript

Documenti analoghi

Carta dei Diritti del Bambino nello Sport

carta dei diritti del bambino e del ragazzo nello sport

carta dei diritti del bambino nello sport

Caro Sport, tu che ci hai aiutato a diventare ciò che siamo oggi, e ci

programma completo - Legacoop Piemonte

i ragazzi della scuola media di via poppea sabina

Offerta Natale Riri Sport sconti 20% 50 % abbigliamento sci trekking

Gentilissimo Insegnante Tecnico di Arti Marziali, Discipline

peppino prisco