Representation of football players responsability areas through Voronoi Diagram

Orientador: Sérgio Augusto CunhaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Educação FísicaResumo: O desempenho de jogadores de futebol de elite durante uma partida é diretamente influenciado por fatores físicos, psicológicos, técnicos, táticos e entre outros. Um suporte científico capaz de buscar e aplicar metodologias que quantifiquem esses fatores é uma fonte importante de informações para que técnicos e treinadores tenham melhores condições de efetuar uma boa preparação da sua equipe. Dentro dos estudos cinemáticos no esporte, a videogrametria tem se mostrado uma ferramenta acurada para a obtenção da posição dos jogadores em função do tempo. Dentro dos aspectos táticos de um jogo de futebol, a forma como uma equipe divide o campo em áreas de responsabilidade e como essa distribuição se dá ao longo do jogo pode ser descrita através de técnicas matemáticas. Nesse sentido, o objetivo deste estudo será apresentar uma forma de representação da área de responsabilidade de jogadores de futebol durante partidas oficiais, através do Diagrama de Voronoi. Para tal, foram coletadas as imagens de 4 jogos de futebol. Os processos de segmentação das imagens e de rastreamento dos jogadores para a obtenção dos dados 2D em função do tempo foram realizados através do software DVideo®. Para as análises, foi aplicado a metodologia do Diagrama de Voronoi nas coordenadas 2D de 33 jogadores de uma mesma equipe, a cada instante de tempo, em cada jogo. Dado um conjunto de pontos no plano (que nesse caso, representam as posições dos jogadores em função do tempo), o Diagrama de Voronoi divide o plano em regiões de acordo com as distâncias entre os pontos desse conjunto, chamados Polígonos de Voronoi. As áreas dos polígonos foram calculadas. Essa ferramenta permite, através de uma representação por mapas de superfície, obter um resumo dos locais do campo contidos nos Polígonos de Voronoi associados a cada jogador, durante todo o jogo. As áreas de responsabilidade foram maiores para goleiros, laterais e atacantes, quando comparados aos zagueiros e volantes e meias.Para caracterizar a região de responsabilidade dos jogadores, foi utilizado o contorno topográfico correspondente às áreas do campo contidas nos Polígonos dos jogadores por no mínimo 60% do jogo. Os resultados obtidos para os jogos estudados mostram que o contorno que caracteriza a área de responsabilidade para os jogadores é uma boa ferramenta qualitativa e quantitativa, que representa a forma como os jogadores dividem a área do campo entre si. A utilização do Diagrama de Voronoi se mostrou uma técnica eficiente na determinação das áreas de responsabilidade dos jogadores. Técnicos e treinadores podem dessa maneira obter informações adicionais importantes para a criação de melhores estratégias de posicionamento da sua equipe para uma melhor cobertura do espaço do campo de futebolAbstract: The performance of football elite players is directly influenced by physical, psychological, technical and tactical aspects. A scientific support capable of seek and apply methodologies to quantifying these factors is an important source of information to coaches improve their conditions to well prepare their teams. About football tactical aspects, the manner a team share the pitch in responsibility areas and how this distribution behaviours during the match can be described through mathematical techniques. Thus, the aim of this study is to show players' responsibility area during official matches using Voronoi Diagram (VD). To do so, we collected images of 4 football matches. To extract 2D players' coordinates during the entire match, images segmentation, tracking and 2D reconstruction were performed in DVideo® software. In the analysis, VD method was applied to players' 2D coordinates to all 33 players of a same team, at each instant of time and in the 4 matches. Given a set of points on plan (representing players positions as function of time), VD share the plan in regions according to distances between all points of the set, called Voronoi polygons (VP). Voronoi areas were calculated a determined as players' responsibility areas. This tool permits obtaining a summary of pitchlocations inside Voronoi polygons of each player, during the entire match, using hitmaps. To characterize responsibility areas, the contours of hitmaps corresponding to pitch areas inside VP by, at least, 60% of the match were performed. The results showed contours as an effective tool to qualitatively and quantitatively represent responsibility areas in a match. Besides, mathematical properties related to known geometric structures, as convex polygons, facilitate calculating areas. They showed be higher to goalkeepers, external defenders and forwards when compared to central defenders, defensive and offensive midfieldersMestradoBiodinamica do Movimento HumanoMestre em Educação Físic

Ball trajectories characterization : proposal of assessment from kinematic data obtained in real kicks

Orientador: Sergio Augusto CunhaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Educação FísicaResumo: Os objetivos deste trabalho foram caracterizar a trajetória de uma bola de futebol após o chute; aplicando os modelos teóricos de movimento de projétil em dados experimentais de chute e analisando as variáveis cinemáticas e aerodinâmicas do voo da bola obtidas. Dez participantes foram recrutados para realizar 8 chutes em uma bola estacionária. Para obter a localização da bola durante sua trajetória foi utilizado um sistema de captura de movimento com de 12 câmeras sincronizadas que foram distribuídas ao longo de um volume de 2 m x 5 m x 2,5 m. Esse sistema gravou e reconstruiu as posições 3D de 3 marcadores de 0.018 m de diâmetro colocados na bola, em uma frequência de 250 Hz. Os dados de posição do centro de massa da bola foram derivados numericamente para a obtenção das respectivas velocidades e acelerações. A representação do eixo de rotação e velocidade angular foi feita através dos quatérnions. A média ± desvio padrão da velocidade resultante da bola foi de 14,95 ± 2,57 m/s, 0,44 ± 0,77 m/s na direção médio-lateral (X), 14,18 ± 2,57 m/s na direção anteroposterior (Y) e 4,57 ± 0,82 m/s na direção vertical (Z). A média da aceleração resultante foi de 11,12 ± 2,34 m/s², -1,50 ± 2,16 m/s² em X, -0,33 ± 2,09 m/s² em Y e -8,20 ± 1,28 m/s² em Z. A velocidade angular média foi de 1323,37 ± 330,19 °/s. A média do número de Reynolds e parâmetro de rotação encontrada foi de 2,21 x 105 ± 5,27 x 104. A média dos coeficientes e forças de arrasto, sustentação e lateral encontrados foi de 0,20 ± 0,08 e 1,19 ± 0,71 N, -0,09 ± 0,07 e 0,26 ± 0,31 N, -0,09 ± 0,12 e 0,87 ± 0,48 N, respectivamente. O presente trabalho apresentou uma proposta para obtenção das variáveis cinemáticas e aerodinâmicas da bola de futebol em situação real de chute e caracterizou estas variáveis em função de uma tarefa específica de chute de precisãoAbstract: The aim of this study was to characterize soccer ball trajectories from real kicks, applying the theoretical models of projectile movement to the experimental data, and analyzing the kinematic and aerodynamic variables calculated. Ten participants were recruited to perform 8 kicks of a stationary ball in a defined target. To obtain the ball position during its flight we used a motion capture system, with 12 synchronized cameras distributed through a 2 m x 5 m x 2.5 m volume. The motion capture system recorded and reconstructed the 3D positions of 3 reflective markers of 0.018 m of diameter placed in the ball, at 250 Hz. Ball center of mass positions were derived numerically as function of time so the ball velocities and accelerations were obtained. The representation for the rotation axis, spin and angular velocity of the ball was performed using the quaternions. The results showed that the mean ± standard deviation for the resultant ball velocity was 14,95 ± 2,57 m/s, 0,44 ± 0,77 m/s in the lateral direction (X), 14,18 ± 2,57 m/s in the anterior (Y) direction and 4,57 ± 0,82 in the vertical direction (Z). The mean resultant ball acceleration was 11,12 ± 2,34 m/s², -1,50 ± 2,16 m/s² at X, -0,33 ± 2,09 m/s² at Y and -8,20 ± 1,28 m/s² at Z directions. The mean angular velocity was 1323,37 ± 330,19 °/s. For the non-dimensional parameters, the mean for the Reynolds number was 2,21 x 105 ± 5,27 x 104. The mean drag coefficient and force, lift coefficient and force, as well the sideways coefficient and force were 0,20 ± 0,08 and 1,19 ± 0,71 N, -0,09 ± 0,07 and 0,26 ± 0,31 N, -0,09 ± 0,12 and 0,87 ± 0,48 N, respectively. The present study proposed how to obtain kinematical and dynamical variables for soccer ball trajectories in real kicks and characterized these variables as function of a specific precision kicking taskDoutoradoBiodinamica do Movimento e EsporteDoutora em Educação Físic

Desequilibrio del torque isocinético de la rodilla en jugadoras de futsal femenino

Introduction: The specificity of sports training can lead to muscle specialization with a possible change in the natural hamstring/quadriceps torque ratio (HQ ratio), constituting a risk factor for muscle injury at the joint angles in which muscle imbalance may impair dynamic stability. Objective: The aim was to evaluate the torque distribution of the hamstrings and quadriceps and the HQ ratio throughout the range of motion in order to identify possible muscle imbalances at the knee of female futsal athletes. Methods: Nineteen amateur female futsal athletes had their dominant limb HQ ratio evaluated in a series of five maximum repetitions of flexion/extension of the knee at 180°/second in the total joint range of motion (30° to 80°). The peak flexor and extensor torque and the HQ ratio (%) were compared each 5° of knee motion using one-way repeated measures ANOVA and Tukey’s post hoc test (p<0.05) to determine the joint angles that present muscular imbalance. Results: Quadriceps torque was higher than 50° to 60° of knee flexion, while hamstrings torque was higher than 55° to 65°. The HQ ratio presented lower values than 30° to 45° of knee flexion and four athletes presented values lower than 60%, which may represent a risk of injury. However, the HQ ratio calculated by the peak torque showed only one athlete with less than 60%. Conclusion: The HQ ratio analyzed throughout the knee range of motion allowed identifying muscle imbalance at specific joint angles in female futsal players.Introdução: A especificidade do treinamento esportivo pode levar à especialização muscular, com possível alteração da razão do torque isquiotibiais/quadríceps (razão IQ) natural, constituindo um fator de risco de lesão muscular nos ângulos articulares em que o desequilíbrio muscular pode prejudicar a estabilidade dinâmica. Objetivo: O objetivo foi avaliar a distribuição do torque dos músculos isquiotibiais e quadríceps e da razão IQ ao longo de toda a amplitude de movimento, de modo a identificar possíveis desequilíbrios musculares no joelho de atletas de futsal feminino. Métodos: Dezenove atletas amadoras de futsal feminino tiveram a razão IQ do membro dominante avaliada em uma série de cinco repetições máximas de flexão/extensão do joelho a 180°/ segundo na amplitude de movimento total (30° a 80°). O pico de torque flexor e extensor e a razão IQ (%) foram comparados a cada 5° de movimento do joelho pela one-way ANOVA de medidas repetidas e do teste post hoc de Tukey (p < 0,05) para determinar os ângulos articulares que apresentam desequilíbrio muscular. Resultados: O torque do quadríceps foi maior que 50° a 60° de flexão do joelho, enquanto o torque dos isquiotibiais foi maior que 55° a 65°. A razão IQ apresentou menores valores que 30° a 45° de flexão do joelho e quatro atletas apresentaram valores abaixo de 60%, o que pode representar risco de lesão. No entanto, a razão IQ calculada pelo pico de torque mostrou apenas uma atleta com menos de 60%. Conclusão: A razão IQ analisada ao longo de toda a amplitude de movimento permitiu identificar desequilíbrio muscular em ângulos articulares específicos em atletas de futsal feminino.Introducción: La especificidad del entrenamiento deportivo puede llevar a la especialización muscular, con posible cambio de la razón de torque entre isquiotibiales/cuádriceps (razón IC) natural, constituyendo un factor de riesgo de lesión muscular en los ángulos de las articulaciones, en el que el desequilibrio muscular puede perjudicar la estabilidad dinámica. Objetivo; El objetivo fue evaluar la distribución del torque de los músculos isquiotibiales y cuádriceps y la razón IC a lo largo de todo el rango de movimiento para identificar posibles desequilibrios musculares en la rodilla en atletas de futsal femenino. Métodos: Diecinueve atletas amateurs de futsal femenino tuvieron la razón IC de la extremidad dominante evaluada en una serie de cinco repeticiones máximas de flexión/extensión de la rodilla a 180°/segundo en el rango de movimiento total (30° a 80°). El pico de torque flexor y extensor y la razón IC (%) fueron comparados a cada 5° de movimiento de la rodilla por el ANOVA one-way de medidas repetidas y de la prueba post hoc de Tukey (p < 0,05) para determinar los ángulos articulares que presentan desequilibrio muscular. Resultados: El torque del cuádriceps fue mayor que 50° a 60° de flexión de la rodilla, mientras que el torque de los isquiotibiales fue mayor que 55° a 65°. La razón IC presentó los valores más bajos que 30° a 45° de flexión de la rodilla y cuatro atletas presentaron valores inferiores al 60%, lo que puede representar riesgo de lesión. Sin embargo, la razón IC calculada por el pico de torque máximo, mostró sólo una atleta con menos del 60%. Conclusión. La razón IC analizada a lo largo de todo el rango de movimiento permitió identificar desequilibrio muscular en ángulos articulares específicos en atletas de futsal femenino

Analysis of soccer players’ positional variability during the 2012 uefa european championship : a case study

The purpose of this study was to analyse players’ positional variability during the 2012 UEFA European Championship by applying principal component analysis (PCA) to data gathered from heat maps posted on the UEFA website. We analysed the teams that reached the finals and semi-finals of the competition. The players’ 2D coordinates from each match were obtained by applying an image-processing algorithm to the heat maps. With all the players’ 2D coordinates for each match, we applied PCA to identify the directions of greatest variability. Then, two orthogonal segments were centred on each player’s mean position for all matches. The segments’ directions were driven by the eigenvectors of the PCA, and the length of each segment was defined as one standard deviation around the mean. Finally, an ellipse was circumscribed around both segments. To represent player variability, segment lengths and elliptical areas were analysed. The results demonstrate that Portugal exhibited the lowest variability, followed by Germany, Spain and Italy. Additionally, a graphical representation of every player’s ellipse provided insight into the teams’ organisational features throughout the competition. The presented study provides important information regarding soccer teams’ tactical strategy in high-level championships that allows coaches to better control team organisation on the pitch47

Desequilíbrio do torque isocinético do joelho em jogadoras de futsal feminino

The specificity of sports training can lead to muscle specialization with a possible change in the natural hamstring/quadriceps torque ratio (HQ ratio), constituting a risk factor for muscle injury at the joint angles in which muscle imbalance may impair dynamic stability. Objective: The aim was to evaluate the torque distribution of the hamstrings and quadriceps and the HQ ratio throughout the range of motion in order to identify possible muscle imbalances at the knee of female futsal athletes. Methods: Nineteen amateur female futsal athletes had their dominant limb HQ ratio evaluated in a series of five maximum repetitions of flexion/extension of the knee at 180°/second in the total joint range of motion (30° to 80°). The peak flexor and extensor torque and the HQ ratio (%) were compared each 5° of knee motion using one-way repeated measures ANOVA and Tukey’s post hoc test (p<0.05) to determine the joint angles that present muscular imbalance. Results: Quadriceps torque was higher than 50° to 60° of knee flexion, while hamstrings torque was higher than 55° to 65°. The HQ ratio presented lower values than 30° to 45° of knee flexion and four athletes presented values lower than 60%, which may represent a risk of injury. However, the HQ ratio calculated by the peak torque showed only one athlete with less than 60%. Conclusion: The HQ ratio analyzed throughout the knee range of motion allowed identifying muscle imbalance at specific joint angles in female futsal players235352356CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQSem informaçãoA especificidade do treinamento esportivo pode levar à especialização muscular, com possível alteração da razão do torque isquiotibiais/quadríceps (razão IQ) natural, constituindo um fator de risco de lesão muscular nos ângulos articulares em que o desequilíbrio muscular pode prejudicar a estabilidade dinâmica. Objetivo: O objetivo foi avaliar a distribuição do torque dos músculos isquiotibiais e quadríceps e da razão IQ ao longo de toda a amplitude de movimento, de modo a identificar possíveis desequilíbrios musculares no joelho de atletas de futsal feminino. Métodos: Dezenove atletas amadoras de futsal feminino tiveram a razão IQ do membro dominante avaliada em uma série de cinco repetições máximas de flexão/extensão do joelho a 180°/segundo na amplitude de movimento total (30° a 80°). O pico de torque flexor e extensor e a razão IQ (%) foram comparados a cada 5° de movimento do joelho pela one-way ANOVA de medidas repetidas e do teste post hoc de Tukey (p < 0,05) para determinar os ângulos articulares que apresentam desequilíbrio muscular. Resultados: O torque do quadríceps foi maior que 50° a 60° de flexão do joelho, enquanto o torque dos isquiotibiais foi maior que 55° a 65°. A razão IQ apresentou menores valores que 30° a 45° de flexão do joelho e quatro atletas apresentaram valores abaixo de 60%, o que pode representar risco de lesão. No entanto, a razão IQ calculada pelo pico de torque mostrou apenas uma atleta com menos de 60%. Conclusão: A razão IQ analisada ao longo de toda a amplitude de movimento permitiu identificar desequilíbrio muscular em ângulos articulares específicos em atletas de futsal feminin

Desequilibrio del torque isocinético de la rodilla en jugadoras de futsal femenino

Introduction: The specificity of sports training can lead to muscle specialization with a possible change in the natural hamstring/quadriceps torque ratio (HQ ratio), constituting a risk factor for muscle injury at the joint angles in which muscle imbalance may impair dynamic stability. Objective: The aim was to evaluate the torque distribution of the hamstrings and quadriceps and the HQ ratio throughout the range of motion in order to identify possible muscle imbalances at the knee of female futsal athletes. Methods: Nineteen amateur female futsal athletes had their dominant limb HQ ratio evaluated in a series of five maximum repetitions of flexion/extension of the knee at 180°/second in the total joint range of motion (30° to 80°). The peak flexor and extensor torque and the HQ ratio (%) were compared each 5° of knee motion using one-way repeated measures ANOVA and Tukey’s post hoc test (p<0.05) to determine the joint angles that present muscular imbalance. Results: Quadriceps torque was higher than 50° to 60° of knee flexion, while hamstrings torque was higher than 55° to 65°. The HQ ratio presented lower values than 30° to 45° of knee flexion and four athletes presented values lower than 60%, which may represent a risk of injury. However, the HQ ratio calculated by the peak torque showed only one athlete with less than 60%. Conclusion: The HQ ratio analyzed throughout the knee range of motion allowed identifying muscle imbalance at specific joint angles in female futsal players.Introdução: A especificidade do treinamento esportivo pode levar à especialização muscular, com possível alteração da razão do torque isquiotibiais/quadríceps (razão IQ) natural, constituindo um fator de risco de lesão muscular nos ângulos articulares em que o desequilíbrio muscular pode prejudicar a estabilidade dinâmica. Objetivo: O objetivo foi avaliar a distribuição do torque dos músculos isquiotibiais e quadríceps e da razão IQ ao longo de toda a amplitude de movimento, de modo a identificar possíveis desequilíbrios musculares no joelho de atletas de futsal feminino. Métodos: Dezenove atletas amadoras de futsal feminino tiveram a razão IQ do membro dominante avaliada em uma série de cinco repetições máximas de flexão/extensão do joelho a 180°/ segundo na amplitude de movimento total (30° a 80°). O pico de torque flexor e extensor e a razão IQ (%) foram comparados a cada 5° de movimento do joelho pela one-way ANOVA de medidas repetidas e do teste post hoc de Tukey (p < 0,05) para determinar os ângulos articulares que apresentam desequilíbrio muscular. Resultados: O torque do quadríceps foi maior que 50° a 60° de flexão do joelho, enquanto o torque dos isquiotibiais foi maior que 55° a 65°. A razão IQ apresentou menores valores que 30° a 45° de flexão do joelho e quatro atletas apresentaram valores abaixo de 60%, o que pode representar risco de lesão. No entanto, a razão IQ calculada pelo pico de torque mostrou apenas uma atleta com menos de 60%. Conclusão: A razão IQ analisada ao longo de toda a amplitude de movimento permitiu identificar desequilíbrio muscular em ângulos articulares específicos em atletas de futsal feminino.Introducción: La especificidad del entrenamiento deportivo puede llevar a la especialización muscular, con posible cambio de la razón de torque entre isquiotibiales/cuádriceps (razón IC) natural, constituyendo un factor de riesgo de lesión muscular en los ángulos de las articulaciones, en el que el desequilibrio muscular puede perjudicar la estabilidad dinámica. Objetivo; El objetivo fue evaluar la distribución del torque de los músculos isquiotibiales y cuádriceps y la razón IC a lo largo de todo el rango de movimiento para identificar posibles desequilibrios musculares en la rodilla en atletas de futsal femenino. Métodos: Diecinueve atletas amateurs de futsal femenino tuvieron la razón IC de la extremidad dominante evaluada en una serie de cinco repeticiones máximas de flexión/extensión de la rodilla a 180°/segundo en el rango de movimiento total (30° a 80°). El pico de torque flexor y extensor y la razón IC (%) fueron comparados a cada 5° de movimiento de la rodilla por el ANOVA one-way de medidas repetidas y de la prueba post hoc de Tukey (p < 0,05) para determinar los ángulos articulares que presentan desequilibrio muscular. Resultados: El torque del cuádriceps fue mayor que 50° a 60° de flexión de la rodilla, mientras que el torque de los isquiotibiales fue mayor que 55° a 65°. La razón IC presentó los valores más bajos que 30° a 45° de flexión de la rodilla y cuatro atletas presentaron valores inferiores al 60%, lo que puede representar riesgo de lesión. Sin embargo, la razón IC calculada por el pico de torque máximo, mostró sólo una atleta con menos del 60%. Conclusión. La razón IC analizada a lo largo de todo el rango de movimiento permitió identificar desequilibrio muscular en ángulos articulares específicos en atletas de futsal femenino