Разработка технологии виртуальной реальности VR-PACE для диагностики и тренировки уровня мастерства хоккеистов

Аннотация

Актуальность. В последнее десятилетие технологии виртуальной реальности (VR) активно внедряются в тренировочный процесс в разных видах спорта. Вместе с тем, существуют исследования, показывающие несостоятельность VR для формирования спортивных навыков и их переноса в реальные условия. Но несмотря на это, использование VR может быть полезным для отработки специфических моторных навыков и когнитивных функций, например, антиципации.

Цель. Разработка технологии VR-PACE (VR Technology for training Puck hitting And hoСkey skill Effectiveness) с использованием виртуальной реальности, направленной на диагностику и анализ уровня мастерства хоккеиста, а также тренировку специальных навыков.

Методы.В рамках исследования была разработана имитационная виртуальная среда, моделирующая хоккейную площадку (ледовая арена в Сочи) и задающая четыре уровня сложности (четыре блока), зависящие от скорости шайбы и расстояния до нее. В исследовании приняли участие 22 человека, 13 из которых были профессиональными хоккеистами (Mage=20±2,5), а семь – новичками в хоккее (Mage=20±1.4).

Результаты. Было выявлено, что профессиональные хоккеисты имеют значимо меньшую амплитуду колебаний головы во время отражения шайб, то есть они достаточно хорошо понимают положение своего тела во время определенных действий, и им не нужно наблюдать полную траекторию движения шайбы. Также были выявлены значимые различия в скорости реагирования на предъявляемые шайбы в блоке с самой быстрой скоростью предъявления 2х шайб. Полученные результаты могут свидетельствовать о лучшей сформированности технико-тактического, временного и пространственного факторов у профессиональных хоккеистов.

Выводы. Была продемонстрирована адекватность разработанного инструментария для анализа профессиональных навыков хоккеистов. Также было показано, что уровень мастерства хоккеиста определяется сформированностью комплекса параметров, включающих пространственные, временные, технико-тактические способности. Это проявляется в автоматизации ряда навыков, а также оптимизации двигательных откликов: 1) более высокой и стабильной амплитудой движений на всем интервале наблюдений и минимизацией лишних движений; 2) более высокой скоростью реагирования на более сложные шайбы (приближенные к реальным игровым ситуациям); 3) концентрацией внимания на значимых сигналах, антиципация.

Литература

1. Лашкул А., Федорова М. Методические особенности обучения технике двигательных действий юных хоккеистов-вратарей на начальном этапе подготовки. В сборнике Оптимизация учебно-воспитательного и тренировочного процесса в учебных организациях высшего образования. Здоровый образ жизни как фактор профилактики наркомании. Материалы Всероссийской Научно-Практической Конференции / Под ред. Е.В. Панова. Красноярск. 2020. doi: 10.51980/2020_28_161

2. Леонов С., Поликанова И., Кручинина А., Бугрий Г., Булаева Н., Сухочев П. Сравнение постурального баланса у профессиональных хоккеистов и новичков // материалы международного форума Cognitive Neuroscience. Екатеринбург. 2020.

3. Леонов С.В., Поликанова И.С., Булаева Н.И., Клименко В.А. Особенности использования виртуальной реальности в спортивной практике // Национальный психологический журнал. 2020. № 1 (37). С. 18–30. doi: 10.11621/npj.2020.0102

4. Поликанова И.С., Леонов С.В., Сухочев П.Ю., Бугрий Г.С., Кручинина А.П. Использование технологий виртуальной реальности для подготовки хоккеистов разного уровня мастерства. Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием по спортивной науке: Подготовка спортивного резерва. Под ред. М.: ГКУ «ЦСТиСК» Москомспорта. 2020

5. Azraai, N.Z., Awang Soh, A.A.S., Mat Jafri, M.Z. (2017). Power estimation of martial arts movement using 3D motion capture camera. Proceedings Volume 10335, Digital Optical Technologies; 103351T. doi: 10.1117/12.2270135

6. Bishop, D., Lawrence, S., Spencer, M. (2003). Predictors of repeated-sprint ability in elite female hockey players. Journal of Science and Medicine in Sport, 6(2), 199–209. doi: 10.1016/S1440-2440(03)80255-4

7. Bracko, M.R., Fellingham, G.W., Hall, L.T., Fisher, A.G., Cryer, W. (1998). Performance skating characteristics of professional ice hockey forwards. Sports Medicine, Training and Rehabilitation, 8(3), 251–263. doi: 10.1080/15438629809512531

8. Buns, M. (2020). Impact of virtual reality training on real-world hockey skill: an intervention trial. Journal of Sports Science, 8(1). doi: 10.17265/2332-7839/2020.01.002

9. Chang, R., Turcotte, R., Pearsall, D. (2009). Hip adductor muscle function in forward skating. Sports Biomechanics, 8(3), 212–222. doi: 10.1080/14763140903229534

10. Cross, R., Lindsey, C. (2018). The Slap Shot in Ice Hockey. The Physics Teacher, 56(1), 7–9. doi: 10.1119/1.5018677

11. Cuperus, A.A., van der Ham, I.J.M. (2016). Virtual reality replays of sports performance: Effects on memory, feeling of competence, and performance. Learning and Motivation, 56, 48–52. doi: 10.1016/j.lmot.2016.09.005

12. Düking, P., Holmberg, H.C., Sperlich, B. (2018). The potential usefulness of virtual reality systems for athletes: a short SWOT analysis. Frontiers in Physiology, 9, 128 doi: 10.3389/fphys.2018.00128

13. Fait, P.E., McFadyen, B.J., Reed, N., Zabjek, K., Taha, T., Keightley, M. (2011). Increasing task complexity and ice hockey skills of youth athletes. Perceptual and Motor Skills, 112(1), 29–43. doi: 10.2466/05.10.23.25.PMS.112.1.29-43

14. Farley, O.R.L., Spencer, K., Baudinet, L. (2019). Virtual reality in sports coaching, skill acquisition and application to surfing: a review. Journal of Human Sport and Exercise, 15(3). doi: 10.14198/jhse.2020.153.06

15. Faure, C., Limballe, A., Bideau, B., Kulpa, R. (2020). Virtual reality to assess and train team ball sports performance: A scoping review. Journal of Sports Sciences, 38(2), 192–205. doi: 10.1080/02640414.2019.1689807

16. Fortier, A., Turcotte, R.A., Pearsall, D.J. (2014). Skating mechanics of change-of-direction manoeuvres in ice hockey players. Sports Biomechanics, 13(4), 341–350. doi: 10.1080/14763141.2014.981852

17. Gray, R. (2017). Transfer of training from virtual to real baseball batting. Frontiers in Psychology, 8, 2183. doi: 10.3389/fpsyg.2017.02183

18. Harris, D.J., Buckingham, G., Wilson, M.R., Brookes, J., Mushtaq, F., Mon-Williams, M., Vine, S.J. (2020). The effect of a virtual reality environment on gaze behaviour and motor skill learning. Psychology of Sport and Exercise, 50, 101721. doi: 10.1016/j.psychsport.2020.101721

19. Ingram, H.A., van Donkelaar, P., Cole, J., Vercher, J.L., Gauthier, G.M., Miall, R.C. (2000). The role of proprioception and attention in a visuomotor adaptation task. Experimental Brain Research, 132(1), 114–126. doi: 10.1007/s002219900322

20. Isaev, A.V., Korshunov, A.V., Leonov, S.V., Sanoyan, T.R., Veraksa, A.N. (2016). Quantitative and qualitative indicators of developing anticipation skills in junior wrestling athletes. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 233, 186–191. doi: 10.1016/j.sbspro.2016.10.191

21. Isogawa, M., Mikami, D., Fukuda, T., Saijo, N., Takahashi, K., Kimata, H., Kashino, M. (2018). What can VR systems tell sports players? reaction-based analysis of baseball batters in virtual and real worlds. 2018 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR), (pp.587–588). doi: 10.1109/VR.2018.8446073

22. Katz, L., Parker, J., Tyreman, H., Kopp, G., Levy, R., Chang, E. (2006). Virtual reality in sport and wellness: Promise and reality. International Journal of Computer Science in Sport, 4(1), 4-16.

23. Lafontaine, D. (2007). Three-dimensional kinematics of the knee and ankle joints for three consecutive push-offs during ice hockey skating starts. Sports Biomechanics, 6(3), 391–406. doi: 10.1080/14763140701491427

24. Lammfromm, R., Gopher, D. (2011). Transfer of skill from a virtual reality trainer to real juggling. BIO Web of Conferences, 1, 00054. doi: 10.1051/bioconf/20110100054

25. Le Noury, P., Buszard, T., Reid, M., Farrow, D. (2021). Examining the representativeness of a virtual reality environment for simulation of tennis performance. Journal of Sports Sciences, 39(4), 412–420. doi: 10.1080/02640414.2020.1823618

26. Mann, D.T.Y., Williams, A.M., Ward, P., Janelle, C.M. (2007). Perceptual-cognitive expertise in sport: a meta-analysis. Journal of Sport and Exercise Psychology, 29(4), 457–478. doi: 10.1123/jsep.29.4.457

27. Marino, G.W. (1977). Kinematics of ice skating at different velocities. research quarterly. American Alliance for Health, Physical Education and Recreation, 48(1), 93–97. doi: 10.1080/10671315.1977.10762155

28. Michalski, S.C., Szpak, A., Saredakis, D., Ross, T.J., Billinghurst, M., Loetscher, T. (2019). Getting your game on: using virtual reality to improve real table tennis skills. PLOS ONE, 14(9), e0222351. doi: 10.1371/journal.pone.0222351

29. Montgomery, D.L. (1988). Physiology of ice hockey: Sports Medicine, 5(2), 99–126. doi: 10.2165/00007256-198805020-00003

30. Mori, S., Ohtani, Y., Imanaka, K. (2002). Reaction times and anticipatory skills of karate athletes. Human Movement Science, 21(2), 213–230. doi: 10.1016/S0167-9457(02)00103-3

31. Morris-Binelli, K., Müller, S., van Rens, F.E.C.A., Harbaugh, A.G., Rosalie, S.M. (2021). Individual differences in performance and learning of visual anticipation in expert field hockey goalkeepers. Psychology of Sport and Exercise, 52, 101829. doi: 10.1016/j.psychsport.2020.101829

32. Pearsall, D., Montgomery, D., Rothsching, N., Turcotte, R. (1999). The influence of stick stiffness on the performance of ice hockey slap shots. Sports Engineering, 2(1), 3–11. doi: 10.1046/j.1460-2687.1999.00018.x

33. Polikanova, I., Yakushina, A., Leonov, S., Kruchinina, A., Chertopolokhov, V., Liutsko, L. (2021). Study of differences in motor reactions and performances in professional ice hockey players and not experienced participants using virtual reality (VR) technology [Preprint]. Behavioral sciences. doi: 10.20944/preprints202103.0776.v1

34. Poolton, J.M., Masters, R.S.W., Maxwell, J.P. (2006). The influence of analogy learning on decision-making in table tennis: Evidence from behavioral data. Psychology of Sport and Exercise, 7, 677-688.

35. Shell, J.R., Robbins, S.M.K., Dixon, P.C., Renaud, P.J., Turcotte, R.A., Wu, T., Pearsall, D.J. (2017). Skating start propulsion: three-dimensional kinematic analysis of elite male and female ice hockey players. Sports Biomechanics, 16(3), 313–324. doi: 10.1080/14763141.2017.1306095

36. Shim, J., Carlton, L.G., Kwon, Y.H. (2006). Perception of kinematic characteristics of tennis strokes for anticipating stroke type and direction. Research Quarterly for Exercise and Sport, 77(3), 326–339. doi: 10.1080/02701367.2006.10599367

37. Song, P., Xu, S., Fong, W.T., Chin, C.L., Chua, G.G., Huang, Z. (2012). An immersive VR system for sports education. IEICE Transactions on Information and Systems, E95.D(5), 1324–1331. doi: 10.1587/transinf.E95.D.1324

38. Strughold, H. (1956) A simple classification of the present and future stages of manned flight. Journal of Aviation Medicine, XXVII, 328-331.

39. Tirp, J., Steingröver, C., Wattie, N., Baker, J., Schorer, J. (2015). Virtual realities as optimal learning environments in sport – A transfer study of virtual and real dart throwing. Psychological Test and Assessment Modeling, 57(1), 57-69

40. Todorov, E., Shadmehr, R., Bizzi, E. (1997). Augmented feedback presented in a virtual environment accelerates learning of a difficult motor task. Journal of Motor Behavior, 29(2), 147–158. doi: 10.1080/00222899709600829

41. Tous Ral, J.M., Liutsko, L. (2014). Human errors: their psychophysical bases and the proprioceptive diagnosis of temperament and character (DP-TC) as a tool for measuring. Psychology in Russia: State of the Art, 7(2), 48–63. doi: 10.11621/pir.2014.0205

42. Tsai, W.L., Su, L., Ko, T.Y., Yang, C.T., Hu, M.C. (2019). Improve the decision-making skill of basketball players by an action-aware VR training system. 2019 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR), (pp.1193–1194). doi: 10.1109/VR.2019.8798309

43. Tyler, T.F., Nicholas, S.J., Campbell, R.J., McHugh, M.P. (2001). the association of hip strength and flexibility with the incidence of adductor muscle strains in professional ice hockey players. The American Journal of Sports Medicine, 29(2), 124–128. doi: 10.1177/03635465010290020301

44. Tyreman, H., Parker, J.R., Katz, L. (2008). Ice hockey goaltenders’ strategies, reaction times and anticipation times in two- and three-dimensional virtual environments. 7.IACSS Preolympic Congress on Computer Science in Sport, Nanjing, China.

45. Upjohn, T., Turcotte, R., Pearsall, D.J., Loh, J. (2008). Three-dimensional kinematics of the lower limbs during forward ice hockey skating. Sports Biomechanics, 7(2), 206–221. doi: 10.1080/14763140701841621

46. Veraksa, A.N., Gorovaya, A.E., Leonov, S.V., Pashenko, A.K., Fedorov, V.V. (2012). The possibility of using sign and symbolic tools in the development of motor skills by beginning soccer players. Psychology in Russia: State of the art, 5, 473-497.

47. Vignais, N., Kulpa, R., Brault, S., Presse, D., Bideau, B. (2015). Which technology to investigate visual perception in sport: Video vs. virtual reality. Human Movement Science, 39, 12–26. doi: 10.1016/j.humov.2014.10.006

48. Walsh, M., Slattery, E., McMath, A., Cox, R., Haworth, J. (2018). Training history constrains postural sway dynamics: A study of balance in collegiate ice hockey players. Gait & Posture, 66, 278–282. doi: 10.1016/j.gaitpost.2018.09.009

49. Wilson, K., Snydmiller, G., Game, A., Quinney, A., Bell, G. (2010). The development and reliability of a repeated anaerobic cycling test in female ice hockey players. Journal of Strength and Conditioning Research, 24(2), 580–584. doi: 10.1519/JSC.0b013e3181ccb1a1

50. Wood, G., Wright, D.J., Harris, D. et al. (2021) Testing the construct validity of a soccer-specific virtual reality simulator using novice, academy, and professional soccer players. Virtual Reality, 25, 43–51, doi: 10.1007/s10055-020-00441-x

51. Wu, T.C., Pearsall, D., Hodges, A., Turcotte, R., Lefebvre, R., Montgomery, D., Bateni, H. (2003). The performance of the ice hockey slap and wrist shots: The effects of stick construction and player skill. Sports Engineering, 6(1), 31–39. doi: 10.1007/BF02844158