運動生物力學測試儀器在足球技術動作診斷中的應用

張承意，牛健壯，牛 崢，任祥鈺，邵妮娜，高妮娜，于雪梅

（西安電子科技大學體育部，陜西 西安 710071）

1 國內(nèi)有關足球運動生物力學方面的研究現(xiàn)狀

運動生物力學研究對足球技術動作的發(fā)展至關重要，運動生物力學研究能夠確定足球技術動作的技術原理，建立合理的動作模型，作為運動員技術診斷和改進訓練教學方法的理論依據(jù)。同時，可減少運動過程中的運動損傷，促進科學訓練，等等。對近20年來我國關于生物力學視角下關于足球技術動作的研究成果總結后發(fā)現(xiàn)，我國目前關于足球技術生物力學分析的研究數(shù)量并不多，主要集中在關于足球教學訓練方法及運動傷病的防護等方面。近年來，我國高度重視足球運動的發(fā)展，國家在足球基礎設施建設和足球體制建立健全等方面都投入了大量的人力、物力，在這樣的背景下，與足球技術動作測試方法方面的相關理論研究和建設就顯得相當關鍵。

2 運動生物力學的研究方法及測試手段評述

運動生物力學的測試主要以3個方面為主：運動學方面的攝影分析、動力學方面的測力系統(tǒng)、生物學方面的肌電研究。研究發(fā)現(xiàn)，由于傳統(tǒng)的影響分析方法發(fā)展的時間較長，較為成熟，所以傳統(tǒng)的影像分析方法仍然是運動生物力學獲取研究參數(shù)的主要手段。近年來，這一傳統(tǒng)方法也有了更深入的進一步發(fā)展，由以前的低速攝影分析技術發(fā)展到現(xiàn)在的高速攝像分析技術，攝影技術發(fā)展至今越來越精確可靠。圖像分析法也獲得了很大的發(fā)展，現(xiàn)代生物力學中運用DLT由平面二維坐標轉換到三維立體坐標，為足球技術動作運動生物力學研究提供了更加準確可靠的參照和數(shù)據(jù)。足底壓力測試系統(tǒng)及三維測力臺系統(tǒng)應用于分析運動員在做出不同技術動作時足底受力的特點，結合理論研究，得出并分析實驗數(shù)據(jù)。肌電生物學測量系統(tǒng)在運動生物力學領域已得到了廣泛的應用，使得肌肉生物測量獲得的數(shù)據(jù)參數(shù)更加準確和精確，而現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展使得研究測量的方法手段更為廣泛，儀器精度更高。同時，一些傳統(tǒng)的研究方法，如實驗法、文獻研究法、理論分析法等在足球技術動作的運動生物力學研究中運用仍然非常普遍。Vicon系統(tǒng)是世界上第一個設計用于動作記錄與捕捉的光學系統(tǒng)，Vicon因其準確的技術性能及其較強的可操作性獲得了廣泛的應用，其不僅運用在體育訓練、生物力學等研究方向，也廣泛應用于機器人遙控、人體工程學研究等方面，為運動生物力學研究提供了更好的研究設備和條件。

3 從技術動作上分析我國足球技術的運動生物力學評述

3.1 頭頂球技術

頭頂球是足球比賽中的重要技術動作，尤其是在禁區(qū)附近的進攻及防守，會頻繁地運用到頭頂球技術。周世孝對前人的理論成果進行了總結研究，指出前人在進行頭頂球生物力學研究時所用到的主要實驗儀器包括三維測力臺、大型工具顯微鏡（30倍）、CCFT、計算機模擬系統(tǒng)等，其主要通過實驗法、理論法等研究方法，對頭頂球損傷進行了研究，指出正確的頭頂球技術有助于減少運動損傷，延長運動壽命。對于頭頂球的運動學研究，國內(nèi)開展得較早，基于人體全身的視角，采用的設備儀器主要包括在當時較為先進的日本攝影技術、三維圖像解析系統(tǒng)、立體紅外線標志點二維錄像拍攝等。對于頭頂球的肌肉學研究主要采用EMG（肌電儀）及高速攝影機等。

3.2 腳背內(nèi)側踢球技術

腳背內(nèi)側踢球技術在所有足球踢球技術中運用次數(shù)最多，也是足球技術動作中最為基礎和關鍵的動作。李明通過對蘇州大學2000級體育系足球專修班的15名學生及蘇州大學校足球代表隊的15名高水平足球運動員進行研究，運用三維立體攝影與分析，采用多臺高速攝影機所拍攝的錄像及照片，對其進行數(shù)字化處理后得出運動員踢球時肌肉的肌電數(shù)據(jù)，計算出有關的運動學參數(shù)。同時提出協(xié)調(diào)能力是基本的運動能力，對完成技術動作具有重要作用，在運動中起到了控制全身的作用，對于完成腳背內(nèi)側踢球技術也很關鍵。

3.3 腳背正面踢球技術

腳背正面的部位是指系鞋帶的部位，由于使用腳背正面踢球時，人體腿部肌肉及關節(jié)的基本運動方式一致，同時腳部與球的接觸面積較大，出球準確性較高，較為穩(wěn)定，而擺腿踢球動作較其他踢球動作順暢，因而出球力量更大、速度更快。部義峰采用高速攝影技術及定點拍攝的方法，對10名高水平運動員進行生物力學測試，提出與球速相關的各項指標包括助跑，大腿擺速小腿擺速及腳的速度，而其中各項指標中，腳觸球前的水平速度與出球速度相關值最高（0.872）。運動員踢球時小腿擺動幅度大、擺速快，運動員踢球腿重心的移動速度也就越大，而擺動距離不變，這樣的踢球方法出球力量大，速度快。

3.4 旋轉球技術

王尼分析了旋轉球的物力學原理，指出球在運行過程中，因為空氣阻力方向的原因，向前飛行的球下半部分表面空氣阻力與球體表面的環(huán)流相對流動，導致空氣流動速度相對減慢，足球在飛行過程中的上半部分表面空氣的阻力與空氣環(huán)流方向一致，所以上半空氣流動速度較快。根據(jù)伯努利原理，空氣流動速度快氣壓較小，而空氣流動速度慢氣壓大的原理，球的上半部分空氣壓力小，而下半部分空氣壓力大，會對球產(chǎn)生一個向上的推力，這種推力就會導致球在空中的旋轉。

3.5 擲界外球技術

馮超提出，手臂運動的質(zhì)量直接影響到球的距離，即手臂運動的階段，身體的角度越大，肘的角度越小，手臂運動的速度就越快。在擺臂階段，當球離開手時，腕關節(jié)的固定可以提高鞭動作的末端連桿的速度，并有助于提高球的速度，使球運行距離更遠。遠距離投球不僅可以依靠上肢力量完成長距離的球運動，還應該是一個動員全身肌肉的順序，整個身體從下到上擺動，可以拋出一個很遠的球。

4 從研究方法上分析我國足球技術的運動生物力學評述

4.1 以實驗法為研究方法

郭尼選取了10名專業(yè)組和非專業(yè)組足球運動員進行了實驗，基于全身的角度，采用三維運動捕捉系統(tǒng)和高速攝像機同步分析和比較。對比分析了2組不同水平級別的運動員在運用腳內(nèi)側踢球時的不同數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)運動員在踢球時給球一個相反的力，速度越快，球速也更快。

4.2 以文獻資料法為研究方法

周世孝在對國內(nèi)及國外有關頭頂球技術的文獻資料進行整理分析，并對其進行對比分析，提出在頭頂球技術的研究中，應將運動學、動力學和肌肉學有機結合起來進行研究，豐富研究手段，運用現(xiàn)代科技及先進設備儀器，獲得更準確地第一手數(shù)據(jù)，形成一套較為完整的理論體系，分析動作構成，形成合理的運動技術評價體系，促進足球運動的發(fā)展。

4.3 以錄像統(tǒng)計法為研究方法

熊志峰通過下載研究清晰的視頻剪輯得到的影像資料，分解了貝克漢姆踢定位球的各個技術階段，采用圖像分析的方法，收集整理貝克漢姆踢弧線球時的參數(shù)，包括身體與球所處的位置關系及距離，身體的角度及支撐腳的落地方向及踝關節(jié)的旋轉角度大小等，建立數(shù)據(jù)模型，同時與其他優(yōu)秀運動員踢球時的各個參數(shù)進行比較分析，總結出提出踢定位球時的助跑及助跑完畢支撐腳的落地位置和方向對定位球的質(zhì)量具有重要影響。

5 結 語

目前國內(nèi)已有的有關足球技術動作的運動生物力學分析方面的研究較少，研究所涉及足球技術動作并不全面，如對守門員技術動作等的研究開展的較少，大部分涉及的是有球技術，如頭頂球、腳背內(nèi)側、腳背外側等技術動作，一定程度上忽視了足球無球技術的研究，我國踢球技術的運動學的研究，研究者在大多數(shù)儀器設備相對落后的條件下，定性研究的方法較多，研究視角過于單一；隨著更多高科技儀器設備的問世和研究者孜孜不倦科研探索精神的努力下，利用運動生物力學理論相關知識和實驗方法相結合的研究方法，定量的研究某一體育運動中的動作技術特征，采用三維分析技術對足球踢球動作運動學特征分析的相關文章和報道也越來越多；雖然我國運動生物力學的研究起步較晚，但只要研究人員堅持使用科學的研究方法、跨學科的相互交叉借鑒參考，一定會提高我國在運動生物力學領域的科研

水平。