専修大学スポーツ研究所紀要 42:19-26(2014) 実践研究ビデオ映像およびモーションセンサを用いたクロール泳のストローク動作分析の比較富川理充 1) 椿浩平 2) 椿本昇三 3) 佐竹弘靖 1) Comparison of Arm Motion Analyses in Front Cra

Size: px

Start display at page:

Download "専修大学スポーツ研究所紀要 42:19-26(2014) 実践研究ビデオ映像およびモーションセンサを用いたクロール泳のストローク動作分析の比較富川理充 1) 椿浩平 2) 椿本昇三 3) 佐竹弘靖 1) Comparison of Arm Motion Analyses in Front Cra"

もえりままだ
2 years ago
Views:

1 専修大学スポーツ研究所紀要 42:19-26(2014) 実践研究富川理充 1) 椿浩平 2) 椿本昇三 3) 佐竹弘靖 1) Comparison of Arm Motion Analyses in Front Crawl Swimming Using Video Image and a Motion Sensor Masamitsu TOMIKAWA 1), Kohei TSUBAKI 2), Shozo TSUBAKIMOTO 3), Hiroyasu SATAKE 1) Abstract This study aimed to verify the validity of the method using a motion sensor, which was developed for human motion measurements with built-in high-spec triaxial acceleration sensor and angular acceleration sensor, to measure stroke parameters during front crawl swimming. One male triathlete, who competed in international elite triathlon races, was voluntarily participated in this study. A subject performed 5 times 3-min swims in a swimming flume taking enough rests between sets. Flow velocities increased from 1.10 m s -1 to 1.30 m s -1 by 0.05 m s -1 every sets. A motion sensor was attached to his back part on the inner side of tri-suit. The recorded data were processed with MATLAB to measure rolling period associated with each stroke after measurements. During swims, a subject was also filmed using a digital video camera. From the video images, stroke time was measured for each stroke. There were a few cases where the difference between rolling period and stroke time became slightly large, nevertheless, no significant differences were observed at every flow velocities. These results suggested that a motion sensor using in this study was enabled for extracting stroke time during front crawl swimming. This study proved the validity of it. Key words: Image analysis, Triathlon, Coaching, Performance, Training キーワード : 映像分析, トライアスロン, コーチング, パフォーマンス, トレーニング 1) 専修大学スポーツ研究所 Senshu University Institute of Sports, Senshu University 2) 筑波大学体育専門学群 School of Health and Physical Education, University of Tsukuba 3) 筑波大学体育系 Faculty of Health, Physical Education and Sport Sciences, University of Tsukuba 19

2 専修大学スポーツ研究所紀要第 37 号 2014 年 3 月はじめに身体運動を説明観察するためにたびたび画像や映像をもとにした動作分析が用いられるより詳細に技術や動作を抽出したりそれらの改善につなげたりすることが可能となるからである泳動作に関しても映像をもとにした動作分析はよく用いられるその中で最も初歩的な指標 ( 以下ストロークパラメータ ) として抽出されるものはストローク頻度 ( 単位時間当たりのストローク数 ) やストローク長 (1 ストロークで進む距離 ) である泳速度はこれらの積で決定されるからである泳者の泳動作をビデオ等で撮影し記録された映像から 1 ストローク ( あるいは数ストローク ) に要する時間を数え 1 分間当たりのストローク数に換算することによってまずはストローク頻度が算出されるさらにある区間の平均泳速度を求めストローク頻度で除することによってストローク長が求められるストロークパラメータは泳速度を決定するだけではなく選手の特徴を知る有効な資料としても用いられる (Dekerle et al., 2006; 松田ほか, 2010; Okuno et al., 2003; 大庭と塩野谷, 2000) Hellard et al.(2008) はアテネオリンピックにおける女子 200m 自由形準決勝進出者 ( 以下オリンピック群 ) とフランス国内選手権の女子 200m 自由形準決勝進出者 ( 以下国内群 ) のストロークパラメータを比較した結果オリンピック群の方が国内群よりも有意にタイムが速いのは勿論のこと前者はストローク長が長くかつストローク頻度が高いうえにストローク頻度の変動が少ないことを報告しているレース中のストロークをこの結果のように調整できれば速く泳げるのか速い選手だからこのようなストロークの様相を呈することとなったのかについては議論の余地はあるがストロークパラメータやその変化はパフォーンマンスと関連があることは容易に示唆される競泳に限らずストロークパラメータは様々な影響を説明する原 (2011) はプールにおいて泳動作分析を行った結果オープンウォータースイミング選手は水泳選手よりもストローク頻度が高い傾向にあることを報告している Tomikawa et al.(2008) はトライアスロン選手を被験者としてトライアスロン用ウェットスーツを着用した時の泳ぎを着用していない時の泳ぎと比較し前者においてよりストローク頻度を増加させられる選手ほど同一相対強度であってもトライアスロン用ウェットスーツの着用によって高い泳速度を得られることを報告しているこのようにオープンウォータースイミングやトライアスロンなどの分野においても泳動作分析によって得られたストロークパラメータに関するデータは多くの有益な情報をもたらしてくれるしかしながらこれらの競技が実際に行われるのはオープンウォーター環境下であるのに対し先行研究の結果はどちらも実験的にプール環境下において測定されたものである ( 原, 2011; Tomikawa et al., 2008) オープンウォータースイミングに関する泳動作分析を用いた研究は極めて少ない ( 原, 2011; 原, 2013) さらにオープンウォーター環境下において測定されたストロークパラメータをテーマとして研究されたものは調べた限りではトライアスロンレースのスイムコース上の直線区間を分析対象とした富川と佐竹 (2012) の報告のみである従来のビデオ映像からストロークパラメータを測定するには波や地形コース設定により分析対象者が撮影不可能な状況となったり併泳する他競技者や水上に待機するレスキューと分析対象者が重なってしまったりする場合があり終始撮影し続けることが極めて困難であることが大きな要因と考えられる最近になってビデオ映像を用いなくてもパフォーマンスの発揮に影響を及ぼさずにストローク頻度や動作の測定を可能にさせる身体運動計測用のモーションセンサが開発されているその中にはオープンウォーター環境下の泳動作分析に適した小型で完全防水を施されたものも登場しているただしこれまでにその精度が確認された研究はないよって本研究では水中でも使用可能な身体運動計測用に開発された完全防水の小型モーションセンサから得られたデータの妥当性を従来のビデオ映像を用いて得られたデー 20

タと比較することによって確認し今後のオープンウォーター環境下における泳動作分析のための運動計測に適応可能かどうか検証する方法被験者エリートカテゴリーにて国際大会に参加する競技レベルにある男子トライアスロン選手 1 名 ( 年齢 :22 歳身長 172.0cm 体重 61.

3 タと比較することによって確認し今後のオープンウォーター環境下における泳動作分析のための運動計測に適応可能かどうか検証する方法被験者エリートカテゴリーにて国際大会に参加する競技レベルにある男子トライアスロン選手 1 名 ( 年齢 :22 歳身長 172.0cm 体重 61.5kg) を被験者とした測定試技は実際のレースで使用しているワンピースのトライアスロンのレースウェアを着用して行った本研究の実施に先立ち被験者には本研究に関する説明を行い任意で研究へ参加することの同意を書面にて得た本研究は専修大学スポーツ研究所における研究倫理委員会の承認を得て実施した測定試技陸上および水中にて十分な準備運動を行った後回流水槽を用いた 3 分間泳を異なる流速を用いて 5 セット実施したセット間には十分な休息時間を取り次のセットに移る場合は被験者自身のタイミングで始めた 3 分間泳の流速は 1.10 m s -1 から 0.05 m s -1 ずつ漸増させ 1.30 m s -1 までの 5 段階としたこの流速は実際のトライアスロンの数レース中に被験者が記録したスイムタイムの平均泳速度を算出しその前後をカバーする範囲として設定した各 3 分間泳中回流水槽の左側方に DV カメラ (HDR-CX180, SONY) を設置し観察用窓から被験者の泳動作を 30Hz にて撮影した得られたビデオ映像より 1 ストローク中に左手が入水した瞬間から次に入水する瞬間までの時間周期 ( ストローク時間以下 Stroke time) を 1 ストローク毎に算出した同時に被験者が着用しているレースウェアの腰背部の裏地に屋外作業用の耐水型両面テープを用いて防水型 9 軸ワイヤレスモーションセンサ (LOGICAL PRODUCTS 以下モーションセンサ ) を装着し試技中の身体動作を 100Hz にて測定した (Figure 1) 装着の際には被験者が泳動作の妨げと感じられない場所へ配置するように確認をした得られたデータは全測定終了後にコンピュータに取り込み MATLAB (MathWorks) を用いて処理を行いローリング動作の時間周期 ( 以下 Rolling period) を 1 ストローク毎に抽出したモーションセンサは被験者へ装着する前より作動させ動作確認をしてから被験者に装着したその後回流水槽へと移動し測定試技へと入ったモーションセンサの作動と同時にストップウォッチを一緒にスタートさせ測定試技中の各セットの開始や終了などの時間を記録したそれらの時間情報をもとにモーションセンサのデータを抽出した Figure 1 A motion sensor using in this study (A) and the position on which a motion sensor was attached (B). 21

4 専修大学スポーツ研究所紀要第 37 号 2014 年 3 月モーションセンサの特徴本研究に用いたモーションセンサは身体運動計測用に開発され水中でも測定可能なように完全防水が施されていた 3 軸加速度センサ 3 軸角速度センサ 3 軸地磁気センサとともに専用のリチウム充電電池が内蔵された高精度のワイヤレスタイプのものであったサンプリング周波数は 1Hz から 1kHz まで 9 段階に設定が可能であった大きさは 67mm x 26mm x 8mm 重量は 20g と非常に小型で軽量に作られていた本研究で用いたモーションセンサと同様の機能を持ち大きさの異なるモーションセンサの妥当性信頼性は先行研究において実証されていた (Ichikawa et al., 2009) 統計処理ビデオ映像から測定した Stroke time とモーションセンサを用いて測定した Rolling period とを比較するために各流速において対応のある t 検定を行った有意水準は 5% に設定した結果泳速ごとにビデオ映像から測定した Stroke time とモーションセンサを用いて測定した Rolling period を図 2 ~ 6 に示した 5 セット目の 1.30 m s -1 では最後まで流速についていくことができずに 1 分 40 秒で試技を終了した各セットのストローク数は 1.10 m s -1 では 112 回 1.15 m s -1 では 119 回 1.20 m s -1 では 114 回 1.25 m s -1 では Figure 2 Stroke times and rolling period for each stroke at a flow velocity of 1.10 m s -1 Figure 3 Stroke times and rolling period for each stroke at a flow velocity of 1.15 m s -1 Figure 4 Stroke times and rolling period for each stroke at a flow velocity of 1.20 m s Figure 5 Stroke times and rolling period for each stroke at a flow velocity of 1.25 m s -1

5 Figure 6 Stroke times and rolling period for each stroke at a flow velocity of 1.30 m s 回 1.30 m s -1 では 74 回となり流速ごとに異なっていたがビデオ映像およびモーションセンサのデータより得られたストローク数は一致した各流速における最大値と最小値平均値 ± 標準偏差の値を表 1 に示したどの流速においても Stroke time と Rolling period 間に有意差は認められなかった考察従来から行われているビデオ映像を用いてストロークパラメータを測定する方法により得られた Stroke time と最近になって身体運動計測用に開発されたモーションセンサを用いて測定された Rolling period とを比較検討することによってモーションセンサの精度を確認しオープンウォーター環境下における泳動作分析への応用が可能か見極めることが本研究の目的であったその結果同一流速で得られた Stroke time と Rolling period の間には差がなくモーションセンサによって得られた Rolling period からストローク頻度を算出することの妥当性を証明することができた Stroke time は左手が入水した瞬間から次に入水する瞬間までの 1 ストロークの時間周期であり Rolling period は被験者が着用しているレースウェアの腰背部に装着したモーションセンサにより抽出されたローリング動作の時間周期であ Table 1 Maximum, minimum and average value of Stroke time, rolling period and differences between stroke time and rolling period for each flow velocity Stroke time were measured with video analysis, Rolling period were measured using a motion sensor. No significance differences were observed between Stroke time and Rolling period at any flow velocity. 23

6 専修大学スポーツ研究所紀要第 37 号 2014 年 3 月る前者は手部の軌跡が基となり後者は腰背部の角速度が基となる実際に測定しているものは異なるが本研究ではクロール泳の動作分析であるクロール泳は水中で伏し浮きの姿勢をとり左右の腕を交互に用いて水を後方にかきながら進む泳法である一般的にクロール泳のストロークは手が入水してから後方にかき始めるまでをキャッチ ( グライド ) 局面手をかき始めてから肩の垂直方向の延長線上に達するまでをプル局面肩の垂直方向の延長線上を通過し手が離水するまでをプッシュ局面手が離水してから再び入水するまでをリカバリー局面とした 4 つの局面に分けられる (Chollet et al., 2000) 片方の手がキャッチ局面からプル局面あるいはプッシュ局面の前半にある時は同側の肩や腰も水中下方へと導かれるその間もう一方の手は概ねリカバリー局面にありその同側の肩は空中に腰は水面付近に導かれた状態となるローリング動作によって上半身のバンク角が最大になるのはキャッチ局面の後半からプル局面にかけてであるがそれを過ぎると今度は反対側へのローリング動作が始まり自然とローリング動作が行われる (Mglischo, 2003) このようにストローク中の腕の動作に追従してローリング動作が行われるために手が入水する瞬間とローリングが最大となる瞬間には当然時間差が生じるしかしながらクロール泳のストロークは同様の動作が繰り返し反復される周期運動である本研究の結果では 1.5 秒前後の時間周期であったが毎回のストローク間でその時間差が大きく変化することは考えにくいよって本研究の Stroke time と Rolling period に差がみられなかったという結果は容易に受け入れられるものでありモーションセンサで測定された Rolling period は従来の方法のビデオ映像を用いてストローク頻度を測定する際に算出される Stroke time と同様の変数として扱うことの妥当性を持つことが確認できたと言えよう詳細な泳動作分析が必要な場合を除きストロークパラメータ測定などのためには汎用性の高い家庭用の DV カメラを用いることが多いその標準的なフレームレートは 30fps である本研究で用いたカメラも一般的に市販されている DV カメラであり 30Hz で撮影したのでビデオ映像は 30fps であるこの場合次のフレームに進むと 1/30 秒後約秒後のフレームが映されることとなるいずれかのフレームに手が入水した瞬間が確認できることが必要となるがどうしてもその瞬間が観られない場合も出てくるそのストロークでは手が入水する瞬間に限りなく近いと思われる入水直前や入水直後のフレームを選択することとなり少なくとも ± 1/30( 約 0.033) 秒の誤差が生じることは否めないさらに上記の様にフレームを選択した際 1 ストロークが入水直前から入水直後とされる可能性もありその場合の誤差はさらに大きくなることが考えられるこのように従来のビデオ映像からストローク時間を抽出しストロークパラメータを測定する方法にも少なくとも ± 1/30( 約 0.033) 秒以上の誤差は潜在的に潜んでいる本研究の結果では Stroke time と Rolling period の差異が 0.12 秒 ~ 秒までの間で観られた従来の方法に潜在している誤差以上に両者間の差異が大きくなった要因を探るため再度ストロークをビデオ映像で確認した被験者が泳ぎを大きく変えていた場面例えばキックの打ち方を 2 ビートから 6 ビートに変えた場面やグライド局面やリカバリー局面を敢えて長くとって大きな泳ぎに変えた場面などと一致することが分かった先行研究にはプール泳ぎ ( 普通のクロール ) と海泳ぎ ( ヘッドアップクロール ) のストロークを比較した時ストローク頻度ストローク長水中での手の軌跡長には有意な差はみられなかったが 1 ストロークの局面時間比率水中の指先の軌跡水中の手部の速度水中の手の傾きに差がみられたという報告がある ( 原, 2013) これらを踏まえるとストロークのタイミングが大きく変えられる時に Stroke time と Rolling period の差異が比較的大きくなることが示唆された今後クロール泳中の呼吸動作やヘッドアップ動作がこの差異にどのような影響あるいはどの程度影響を及ぼすか更なる検証が必要であり課題である 24

7 まとめ本研究により身体運動計測用に開発された完全防水の小型モーションセンサ ( 防水型 9 軸ワイヤレスモーションセンサ LOGICAL PRODUCTS) で測定されたローリング動作の時間周期 (Rolling period) は従来のビデオ映像より測定されるストローク時間 (Stroke time) と同様の変数として扱うことの妥当性を証明することができたこれにより上記のモーションセンサをストロークパラメータ測定のために応用可能であることが確認できたただし極端にストロークのタイミングが変化した場合に誤差が大きくなる可能性もあり引き続き呼吸動作やヘッドアップ動作がどの程度影響を及ぼすのか検証することが課題として挙げられた謝辞本研究の実施にあたり多大なるご協力をいただいた筑波大学水泳研究室の方々筑波大学トライアスロン部の選手の方々に心より感謝申し上げますモーションセンサを用いるにあたり的確なご助言をいただいた株式会社ロジカルプロダクト社の澤田泰輔氏に心より感謝申し上げます本研究の一部は平成 24 年度 JSPS 科研費若手研究 (B) 課題番号オープンウォーター環境下におけるストローク頻度の簡易的測定手法の開発の助成を受けて実施しました参考文献 Chollet D., Chalies S., Chatard JC. (2000) A new index of coordination for the crawl: description and usefulness. Int J Sports Med. 21(1): Dekerle J. (2006) The use of critical velocity in swimming? A place for critical stroke rate? In: Vilas- Boas JP., Alves F., and Marques A. (Eds.) Biomechanics and Medicine in Swimming X. Portuguese J Sport Sci, 6; Suppl. ( 2): 原怜来 (2011) オープンウォータースイミング選手のスイミングフォームの特徴について. 早稲田大学大学院スポーツ科学研究科修士論文. 原怜来村岡功 (2013) ライフセーバーが行うヘッドアップスイムが手部の軌跡に与える影響について. 日本運動生理学雑誌, 20(2): Hellard P., Dekerle J, Avalos M., Caudal N., Knopp M., and Hausswirth C. (2008) Kinematic measures and stroke rate variability in elite female 200-m swimmers in the four swimming techniques: Athens 2004 Olympic semi-finalists and French National 2004 Championship semi-finalists. J Sports Sci, 26(1): Ichikawa H., Takeda T., Takagi H. (2009) Measurement of trunk motion in front crawl swimming using inertial sensors. Proceedings of the 7th International Symposium on Computer Science in Sport; Maglischo E.W. (2003) SWIMMING FASTEST. Human Kinetics. 松田有司山田陽介赤井聡文生田泰志野村照夫小田伸午 (2010)100m 自由形におけるストローク頻度とストローク長からみた泳タイプ分類. 体力科学, 59(5): Okuno K., Ikuta Y., Wakayoshi K., Nomura T., Takagi H., Ito S., Ogita F., Ohgi Y., Tachi M., and Miyashita M. (2003) Stroke characteristics of world class male swimmers in free style events of the 9th fina world swimming championships 2001 Fukuoka. In: Chatard JC (Eds.) Biomechanics and Medicine in Swimming IX. University of Saint-Etienne: Saint-Etienne, pp 大庭正明塩野谷明 (2000)600m 泳中の泳速度ストローク頻度心拍数の変化について : ジュニア競泳選手を対象として. 日本体育学会大会号 (51): 395. 富川理充佐竹弘靖 (2012) トライアスロンスイム中のストローク頻度測定の試み. 専修大学体育研究紀要, 36: Tomikawa M., Shimoyama Y., and Nomura T. (2008) Factors related to the advantageous effects of wearing a wetsuit during swimming at different submaximal velocity in triathletes. J Sci Med Sports, 11(4):

2 94

2 94 32 2008 pp. 93 106 1 Received October 30, 2008 The purpose of this study is to examine the effects of aerobics training class on weight loss for female students in HOKURIKU UNIVERSITY. Seventy four female

専修大学スポーツ研究所紀要 42:19-26(2014) 実践研究 ビデオ映像およびモーションセンサを用いたクロール泳のストローク動作分析の比較 富川理充 1) 椿浩平 2) 椿本昇三 3) 佐竹弘靖 1) Comparison of Arm Motion Analyses in Front Cra

専修大学スポーツ研究所紀要 42:19-26(2014) 実践研究ビデオ映像およびモーションセンサを用いたクロール泳のストローク動作分析の比較富川理充 1) 椿浩平 2) 椿本昇三 3) 佐竹弘靖 1) Comparison of Arm Motion Analyses in Front Cra