СИСТЕМА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ СОРЕВНОВАНИЙ НА ВЕЛОТРЕНАЖЕРАХ SVBIKE

В настоящее время широкая популярность и доступность велотренажеров позволяет использовать их широким слоям общества. Велотренажер как спортивный снаряд имеет ряд полезных свойств: тренировки на велотренажере способствуют развитию сердечнососудистой и дыхательной систем, тренировке мускулатуры ног, улучшая подвижность суставов, увеличению прочности связок и их устойчивости к повреждениям. Однако существует проблема, заключающаяся в однообразности занятий, а также их недолгой продолжительности, которая негативно сказывается на популярности данного вида спортивных тренировок.

Целью работы является разработка комплекса средств для повышения мотивации спортсменов на выполнение тренировочных занятий. В процессе выполнения работы необходимо было решить следующие задачи для решения проблемы:

— Создание стимулирующих наград за достижение определённых результатов в процессе тренировки.

— Организация соревновательный момент, создаваемого за счёт включения спортсмена в многопользовательскую игру.

— Разработка симулятора передвижения по трассе в процессе выполнения упражнений.

Для решения поставленных задач была разработана система, основанная на коммуникации контроллера, сопряженного с велотренажером, с компьютером. На рис. 1 представлена функциональная архитектура системы [8]. Основной работой, выполняемой в ходе функционирования системы, является «Многопользовательская тренировка на виртуализированных велотренажерах в режиме соревнования». Для этой работы инициирующими потоками являются:

• Данные пользователя.
• Данные с датчика тренажера.
• Данная работа предназначена для обеспечения процесса тренировки на велотренажерах с использованием системы в режиме соревнования.

Рисунок 1. Контекстная диаграмма работы «Многопользовательская тренировка на виртуализированных велотренажерах в режиме соревнования»

В состав основной работы входят следующие процессы:

• Обработка сигналов с датчика.
• Передача данных на сервер контроллером.
• Прием данных с сервера пользователем.
• Отображение трассы.

Диаграмма декомпозиции, иллюстрирующая состав работ и информационные потоки между ними, приведена на рис. 2.

Рисунок 2. Диаграмма декомпозиции работы «Многопользовательская тренировка на виртуализированных велотренажерах в режиме соревнования»

Архитектура системы включает в себя следующие компоненты:

• Велотренажер.
• Устройство SVBike, подключенное параллельно к датчику типа «геркон» велотренажера. В своем составе устройство включает AVR микроконтроллер типа Arduino с Wi-fi  модулем для подключения к Wi-fi роутеру пользователя и выхода в сеть Интернет.
• Wi-fi роутер, подключенный к сети Интернет.
• Сервер системы, обрабатывающий данные, поступающие от устройств SBike пользователей, а также организующий виртуальные соревнования между пользователями и формирующий аудиовизуальные представления виртуального маршрута для каждого пользователя.
• Компьютер пользователя с монитором, подключенный к серверу системы через Интернет и получающий оттуда визуальное представление трассы с последующим выводом ее на монитор.

Схема компонентов и их взаимодействия представлена на рис. 3.

Рисунок 3. Архитектура компонентов системы и их взаимодействия

Система функционирует следующим образом:

Контроллер, включающий в себя Wi-Fi-модуль передачи данных, загруженную программу обработки сигналов от велотренажёра, содержащую программные компоненты системы, параллельно соединяется проводом с датчиком вращения педалей типа «геркон» велотренажера [4]. При работе устройства контроллер считывает срабатывания датчика на велотренажере через определенные фиксированные интервалы времени, затем рассчитывает значение скорости вращения педалей на велотренажере и кодирует её. Данные о скорости, а также идентификационный код занимающегося, с помощью Wi-Fi-модуля передаются через Wi-Fi роутер в сеть Интернет, а далее на сервер приложений.

Сервер приложений включающий в себя компьютер и программное обеспечение [6], включающее Web-сервер, формирует Web-сайт приложения, обеспечивая приём данных о скорости и идентификационного кода, занимающегося от контроллера, вычисляет позиции занимающегося, формирует аудиовизуальные сопровождения тренировки, предоставляет аудиовизуальное сопровождение на компьютеры занимающихся через сеть Интернет. Полученные данные используются для идентификации занимающихся и расчета позиций их положения на виртуальной трассе. Компьютеры пользователей подключаются к Web-сайту сервера приложений через сеть Интернет по протоколу HTTP, получают данные о трассе и показателях всех игроков, и затем отображают визуальное представление соревнования на экране монитора занимающегося, на котором отображается его текущая скорость, «пройденное» расстояние, время от начала соревнования, а также его позиция относительно других игроков. По окончании соревнования между пользователями распределяются места в зависимости от позиции пользователей при пересечении финишной черты. Это стимулирует занимающихся развивать наибольшую скорость во время тренировки для достижения лучшего результата, что повышает эффективность тренировок.

Данная архитектура системы обладает следующим рядом преимуществ, по сравнению с ее аналогами:

Во-первых, обработка данных о скорости вращения педалей всех подключённых велотренажёров осуществляется на сервере приложений, а не отдельных компьютерах занимающихся, что позволяет обрабатывать все сведения о режимах тренировки на одном вычислительном устройстве.

Во-вторых, передача данных от контроллера к серверу приложений осуществляется посредством беспроводного Wi-Fi подключения к сети Интернет, что позволяет устанавливать велотренажер в любой точке помещения, не беспокоясь о расстоянии от спортивного снаряда до компьютера или монитора.

В-третьих, объединение нескольких велотренажеров во время занятий в одну систему позволит исключить монотонность тренировок путём соревнования на скорость вращения педалей реальных занимающихся между собой, а не с программой или фиксированным алгоритмом.

В-четвёртых, данное решение позволит проводить соревнования не только удалённо подключённых занимающихся, но и групповые турниры, с использованием нескольких подключённых по локальной беспроводной Wi-Fi-сети тренажёров, сервера приложений и подключённого к нему экрана, на котором отображается весь ход тренировки.

Таким образом, в ходе выполнения работы, были получены следующие результаты:

• Была разработана новая архитектура системы, базирующаяся на Web-сервер технологии и исключающая провода для коммуникации;
• Была разработана функциональная модель системы, включающая в себя средства функционирования и передачи данных на сервер системы, с последующей обработкой и предоставлением аудиовизуальных отображений для проведения виртуальных соревнований.

Разработанная архитектура системы, а также разработанные модели и устройство позволили сформировать прототип системы, являющейся оптимальной по функциональным характеристикам и конкурентоспособной на текущем рынке.

Список литературы:

1. Ник Рендольф, Дэвид Гарднер, Майкл Минутилло, Крис Андерсон. Visual Studio 2010 для профессионалов = Professional Visual Studio 2010. — М.: «Диалектика», 2011. — С. 1184.
2. Алекс Макки. Введение в .NET 4.0 и Visual Studio 2010 для профессионалов = Introducing .NET 4.0: with Visual Studio 2010. — М.: «Вильямс», 2010. — С. 416.
3. Карли Уотсон, Кристиан Нейгел, Якоб Хаммер Педерсен, и др. Visual C# 2008: базовый курс. Visual Studio® 2008 = Beginning Visual C# 2008. — М.: «Диалектика», 2009. — С. 1216. 
4. Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino. — БХВ-Петербург, 2014. — 400 с.
5. Уолли Соммер. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. — БХВ-Петербург, 2012.
6. Sue Blackman. Beginning 3D Game Development with Unity: All-in-one, Multi-platform Game Development. — Apress, 2011. — P. 992.
7. Wittayabundit Jate. Unity 3 Game Development Hotshot. — Packt Publishing, 2011. — P. 380.
8. ГОСТ 50.1.028-2001 Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования.
9. ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Единая система программной документации (ЕСПД). Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения.
10. ГОСТ 34.601-90 Информационная технология (ИТ). Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания.