競技健美操難度組合C289接A187的運動學分析

張曉瑩 趙軒立

摘 要：運用QUALISYS紅外光點高速運動捕捉系統，對5名男子競技健美操世界冠軍完成難度動作C289接A187的技術特征進行運動學分析，進一步明晰該難度組合的正確技術模式，為難度組合的針對性與規范性訓練提供理論依據。研究表明：（1）運動員起跳屬于慢速拉長收縮循環，肩髖扭轉角度越大，能夠存儲更多的核心抗旋能量。（2）騰空過程中，運動員能夠把握最佳屈體時機，前難度屈體時刻與后難度提臀屈體時刻髖關節角度均符合規則要求。（3）世界冠軍身體重心Z軸方向位移呈波浪式移動，核心控制能力較強，較高的騰空高度是完成高難度動作和增加動作穩定性的前提。（4）連接階段騰起時以肘關節伸展發力為主，A187成功率較高，手腳幾乎同時落地。（5）根據難度組合的運動時間特征、重心位移特征以及各階段的運動學參數，得出世界冠軍完成C289接A187的技術量化模型。

關 鍵 詞：競技健美操；難度組合；技術特征；運動學特征

中圖分類號：G831.3 文獻標志碼：A 文章編號：1006-7116（2018）05-0132-07

Abstract： By using the QUALISYS infrared light spot high speed movement capture system， the authors carried out kinematic analysis on the technical characteristics of difficulty movement C289 followed by A187 completed by five male competitive aerobic world champions， further clarified the correct technical mode of the difficulty combination， so as to provide a theoretical criterion for targeted and normative training. The authors revealed the following findings： 1） The taking-off of the athletes belongs to SSC， the bigger the shoulder and hip twisting angle， the more core anti-rotation energy can be stored； 2） In the process of soaring， the athletes could grasp the best moment for body bending， and the hip joint angles at the former difficulty body bending moment and at the latter difficulty hip lifting and body bending moment met rule requirements； 3） In the axis Z direction， the displacement of the center of gravity of the world champions moved in a wavy way； their core control ability was strong； a higher soaring height is the precondition for completing highly difficult moves and increasing move stability； 4） At the connecting stage， the athletes exploded their power mainly by elbow joint stretching during lifting， their A187 success rates were high； their hands and feet landed almost simultaneously； 5） According to the movement time characteristics， center of gravity displacement characteristics and kinematic parameters at various stages with respect to the difficulty combination， the authors derived the technique quantified model of C289 followed by A187 completed by the world champions.

Key words： competitive aerobics；difficulty combination；technical characteristics；kinematic characteristic

轉體360°屈體跳再轉180°成俯撐落地接提臀騰起轉體180°成文森，是競技健美操跳步類接俯撐類（C+A）難度的典型高分值組合，在成套動作中多有選用，其連接技術較為復雜，該難度組合是體現世界高水平運動員技術水平的標志性動作。統計發現，C289的完成過程及落地成俯撐后連接A187處容易出現失誤，直接導致難度組合失敗，無法給予連接加分，失去難度組合價值且易造成運動損傷。在2017版競賽規則中，允許出現3個難度的連接形式，可以得到0.2分的連接加分，如此外部加分機制將更加吸引運動員。因此，如何提高難度組合的成功率，改進并掌握連接技術，是現階段訓練急需解決的問題。

本研究以世界冠軍運動員的技術模式為基礎，運用QUALISYS光學動作捕捉系統對C289接A187組合動作的兩個難度及瞬間連接進行多頻次拍攝，得到穩定的技術特征，同時尋找組合技術結構的特點和規律，以期定量分析難度組合，有效促進難度組合的價值提升與創新發展，從而為運動員針對性選擇和掌握難度組合技術提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究選取5名男子競技健美操世界冠軍（潘××、麻×、徐××、蔣×、韓××），探討競技健美操難度組合C289（轉體360°屈體跳再轉180°成俯撐）接A187（提臀騰起轉體180°成文森）的運動學特征。1.2 研究方法

1）測試工具。

紅外光點高速運動捕捉系統（包括8個鏡頭——拍攝頻率為200 Hz、標定尺、數據采集系統 Qualisys Track Manager）。

2）數據采集.

紅外光點高速運動捕捉系統運用高精度的攝像機，對固定在人體的反光標志點[1]進行拍攝，通過系統的采集部件和專用計算機對標志點運動時的相關數據進行采集、運算、轉換與處理，從而獲得人體運動學參數。為保證拍攝效果，清除干擾點，在運動員身體粘貼29個Marker點，完成系統對所有Marker點的捕捉，得到運動員完成C289接A187難度組合技術動作圖像和數據資料，邀請健美操國際級裁判及健美操專家對測試對象所完成的難度動作進行現場評定。

本研究以競技健美操專業比賽地板（12 m×12 m）為攝像放置邊線，將8個攝像頭安置在競賽地板的正前方、正后方、正左側、正右側、左前方45?、左后方45?、右前方45?和右后方45?的位置，運動員在地板正中間完成動作。測試前依據難度組合動作的運動軌跡進行安裝和調試實驗儀器，同時向5名運動員講述拍攝過程、拍攝要求及注意事項，使運動員熟知整個過程。運動員進行充分熱身，隨后在粘貼29個Marker點的前提下進行1～2次難度組合動作的試拍。全過程以左腳向前邁步落地為起點即從上步階段起，進行數據采集。5名運動員分別高質量完成6次難度組合動作，選取每人最優3次動作并計算均值，代表每一運動員技術特征。

3）數據處理。

數據采集后，采用Excel2010對C289、A187及其連接階段相關運動學參數原始數據進行相關處理，根據實際需要對各項數據指標進行歸納與匯總。

2 結果與分析

根據本研究需要、競技健美操競賽規則對動作的要求、難度動作的技術特征以及訪談等綜合分析，C289接A187難度動作組合中，C289起跳階段劃分為起跳緩沖和蹬伸階段，騰空階段分為騰空上升和騰空下降階段。為了將動作結構清晰化，按照每轉180°進行階段劃分為轉體180°時刻、成屈體姿態時刻、再轉180°時刻作為分析點；落地階段主要分析俯撐觸地特征畫面。A187主要分為騰空上升和騰空下降階段，連接階段主要包含前難度落地屈肘緩沖階段和支撐推起階段（見圖1）。

2.1 難度組合前難度C289的技術

1）前難度動作C289的運動時間。

起跳時間是由著地緩沖時間和蹬伸時間組成。從表1中可知，運動員緩沖平均時間為0.21 s，蹬伸平均時間為0.20 s，起跳時間均值為0.41 s。若緩沖時間過長，導致儲存的彈性勢能浪費，造成能量利用率降低，同時也會延誤最適宜蹬伸時機，限制了起跳后的騰空高度[2]。在C289騰空上升和下降階段，平均時間分別為0.36和0.38 s。騰空過程中屈體為核心動作，因此需把握好屈體動作開始和完成的時機，為屈體預留足夠的時間，以達到完美展示空中姿態的目的。若屈體動作未充分展現就已開始展體，勢必會影響動作整體完成效果及藝術表現。

由于運動員動作技術要點不完全相同，不能因此判定騰空時間越長動作質量越高。5名冠軍運動員動作成熟自動化，均會以自身體能最優化、技術最簡化的方式完成動作，每一動作結構基本清晰分明。另一層面來說，騰空時間是難度動作質量的重要保證，若在保證動作完成基礎上適當延長騰空時間，從而提升動作的高度和速度，則更加能夠施展運動員能力與水平，降低難度完成的風險。

2）前難度動作C289的重心位移。

圖2反映了5名運動員起跳中重心垂直位移的變化趨勢。曲線波谷階段，運動員依靠降低重心來獲得更多的彈性勢能和緩沖慣量，以便蹬離地面后轉體獲得較多的騰空時間。在騰空階段，可清晰看出蔣×的重心上升幅度較大，潘××身體重心在Z軸方向的位移為最小。運動員垂直方向位移軌跡基本一致，若要穩定獲得難度分值，減少完成扣分，必須提高難度完成高度，在最短的時間內完美展現難度動作。

3）前難度動作C289各階段的運動學特征。

（1）起跳階段的運動學參數。

5名運動員在膝關節角度最小特征畫面時（見表2），膝關節平均角度在125°～135°之間，髖關節平均角度為100°～120°，髖、膝、踝關節的合理屈曲能夠最大范圍激活伸髖肌群，獲得良好起跳效果。運動員上步落地時足連線與矢狀軸夾角平均值僅為15.5°，規則規定角度在0～45°完成，裁判將對其進行0.1的扣分[3]。蹬伸離地時刻左髖近乎垂直起跳，肩髖扭轉角平均角度為83.2°，扭轉角度不僅與運動員身體形態相關，還與技術特點緊密相連。肩髖的扭轉通過拉伸預擺方向同側的腹外斜肌與對側的腹內斜肌以儲備彈性勢能，以及牽張反射提供的轉體速度，從而產生垂直軸上的轉動角度。此外通過上肢遠端的手腕關節，帶動前臂、上臂做快速離心旋轉運動，能夠增大軀干扭轉速度[4]，增加擺臂活動幅度有利于空中轉體動作的完成。

（2）騰空階段的運動學參數。

2017版競技健美操規則要求，完成C289過程中雙腿舉至空中成屈體位置，雙腿平行或高于水平位置，軀干和雙腿的夾角不得大于60°[3]，且要求運動員盡最大可能伸直雙腿和繃直腳面來體現姿態美。

由表3數據可以看出，第1次轉體至180°時，5名運動員髖關節幾乎處于伸展狀態，平均角度為165.93°。此時髖關節平均高度為126.9 cm，髖關節角度大有利于縮短身體縱軸轉動半徑，為下一階段技術的完成創造良好條件。在騰空至髖關節角度最小時刻，運動員的軀干與雙腿夾角均小于60°，符合競技健美操規則要求，且膝關節角度與自然站立時伸展狀態變化不大，髖關節最高點平均高度為135.9 cm，整體動作完成質量較高。數據采集時發現運動員通常在轉體270°～390°時完成屈體，并伴隨上半身略微后仰，使髖關節屈曲到最小角度后更好完成轉體伸髖。第2次騰空轉體180°結束時髖關節平均高度為62.0 cm，完成屈體轉體后需有充分的時間落地支撐，運動員向下轉身時刻髖關節并未完全伸展，落地前動作的調整直接關系到落地的安全性和穩定性，為后難度的支撐騰起做準備。根據動量矩守恒定律，半徑與角速度成反比，半徑越短，旋轉角速度就越大，為保證運動員有充分的高度落地，需盡量伸展轉體，加快髖關節旋轉。完成第2次轉體后，通過肌肉協同做功，轉動慣量減小并在180°時停止轉體，成俯撐落地[5]。

（3）落地階段的運動學參數。

落地階段是前難度動作C289的結束部分，也是組合連接動作的前奏，動作完成質量直接影響整個難度組合動作的完成情況。表4為前難度俯撐觸地特征畫面的運動學參數。

5名運動員中麻×的手腳時間差僅為0.02 s，手腳落地最為接近，平均時間差為0.03 s。5名運動員落地點均未扣分，落地時間差均可接受。從表4中數據還可看出，運動員左右膝關節角度均大于150°，與自然伸直狀態角度相差較小，髖關節與肘關節落地時并未完全伸展，有一定緩沖角度[6]，落地瞬間身體重心向下的速度較快，要求運動員有良好核心抗伸能力。

2.2 難度組合連接階段的技術

1）連接階段的運動時間。

從表5可以看出，連接階段運動員平均完成時間為0.62 s。其中支撐推起時間0.36 s大于俯撐緩沖0.26 s，運動員為推離地面做準備。在落地緩沖階段軀干需避免出現晃動，以免失去對核心部位的控制，導致動力鏈傳導經濟性不強[7]。

2）連接階段的重心位移。

連接階段的重心位移變化處波谷階段，也是難度組合整體重心位移的最低點。5名運動員垂直位移在15～55 cm，運動軌跡相仿，通過短時間內的重心迅速下降以獲得更高的緩沖慣量，有利于推起后的手腳離地并達到一定時間的滯空。其中徐××和潘××的Z軸曲線中段高于其他運動員，說明兩名運動員在屈肘達到最低點過程中肩關節、肘關節及髖關節控制能力較強，動作過程相比其他運動員更穩定（見圖3）。

3）連接階段的運動學特征。

（1）俯撐下降階段的運動學參數。

圖4顯示，前難度手觸地后，連接下降階段開始的0.1 s內，運動員髖關節略有減小，肘關節角度輕微增大，兩關節鎖住，為后難度提臀騰起轉體儲備勢能，借力蹬地騰起。肘關節的發力為髖關節的上升提供空間移動的保證，在髖關節穩定的前提下能夠保證核心的控制，達到動作完成時運動員重心的穩定和技術的熟練運用。因此運動員在訓練時不僅要練習手臂發力騰空的能力和手腳兩端同時發力騰起的能力，也要增加核心抗屈伸的能力，使運動員可以流暢完成該難度動作，保持良好的身體姿態。

（2）俯撐下降至肘關節角度最小時運動學參數。

C289俯撐屈臂下降至肘關節角度最小時數據（見表6）顯示，肩關節額狀面角度在63°～69°，水平面角度在140°～150°，肘關節角度為70°～75°。屈臂時額狀面角度小表明在支撐時能夠更多運用背闊肌的穩定作用，這樣落地肩關節更穩定，而肩關節水平面角度能夠反映出運動員撐起過程中的手臂或胸肌用力情況。5名運動員肩關節水平角度相差較小，上臂外展角度越大，能夠牽拉胸肌做離心運動，更多的募集胸部肌群做主導發力。若角度較小，則更多利用肘關節伸肌群支撐推起。由于推起動作涉及肩、肘兩個關節的相對協調配合運動，在訓練時應注意運用肩、肘同時發力的相似動作模式進行多角度適應性訓練，并關注運動員各關節在不同發力角度下的薄弱環節進行針對性訓練。

2.3 難度組合后難度動作A187的技術

1）后難度動作A187的運動時間。

A187動作要求運動通過俯撐屈臂推手的瞬間盡可能獲得最大的轉體力量與速度，使身體在騰空階段可以有充足的時間完成動作。運動員騰空上升階段和騰空下降階段用時以及后難度動作總時間基本相同，三者平均時間分別為0.24、0.54和0.78 s（見表7），騰空時間越長越有利于運動員完成空中轉體為落地成文森動作做準備。

2）后難度動作A187的重心位移。

圖5顯示，5名運動員重心高度較為相近，騰空至最高點時，重心均在70 cm以上，相差僅約5 cm，騰起能力較強，運動員騰起高度越高，動作完成的越飄逸，越有利于高質量完成動作。較高的騰空高度是完成高難度動作和增加動作穩定性的前提。

3）后難度動作各階段的運動學特征。

表8髖關節數據顯示，運動員在A187俯撐推起手腳離地時刻髖關節平均角度均在135°～150°，伸肘屈髖的動能可以快速轉換為支撐騰起的勢能，為提臀轉體動作奠定基礎。在競技健美操競賽規則中提到，完成提臀起類動作時，要求運動員在達到最高點時軀干和雙腿的夾角為60°[3]，即髖關節角度需控制在60°以內。由表8可看出，髖關節最小時刻運動員左右髖關節角度均在60°以內，符合規則要求。

落地時刻，肘關節由伸展過渡到彎曲，一定程度減少了身體下落地面反作用力，使肘關節相對受力減小。髖關節并未完全伸展，左右髖關節角度分別為103.2°和97.5°，同時一腿抬起搭在同側手臂肱三頭肌上方。通過錄像觀察，所有運動員落地成文森姿態控制較好，兩腿夾角沒有明顯減小。由于推離地面的高度變化，使得運動員落地時會產生一定的手腳時間差，均為手先著地。其中蔣×手腳時間差最小，僅為0.10 s，手腳幾乎同時落地，運動員平均為0.20 s。

2.4 難度組合C289接A187的量化模型

根據難度組合C289接A187的運動學順序，分別將5名運動員相應的動作元素通過QUALISYS紅外光點高速運動捕捉系統進行技術處理與診斷，制成單線條鏈狀圖解進行分析和測量，以滿足難度組合形態辨別與量化研究的需求，從而確立運動員難度組合的運動時間特征、重心位移特征以及動作時刻的量化模型。

1）難度組合運動時間與重心位移模型。

本研究將難度組合C289接A187分為前難度C289、連接階段和后難度A187三大部分進行運動學分析，建立運動時間模型時可具體分為C289起跳階段與騰空階段，連接俯撐下降與支撐推起階段，以及A187的騰空上升與騰空下降階段，而重心垂直位移模型是根據組合動作完成過程中，運動員身體重心升高與降低的起伏變化進行下屬子階段確定[8]。

根據上述研究，世界冠軍完成C289接A187難度組合各階段運動時間模型為：前難度1.15 s，連接階段0.62 s，后難度0.78 s。

身體重心Z軸方向位移約在20～160 cm，上步階段、騰空屈體階段和提臀屈體階段呈現波峰狀態，重心高度分別在120、140和70 cm以上，上步落地緩沖和連接緩沖階段處于波谷，重心高度分別在65～75 cm和15～25 cm（見圖6）。

2）難度組合技術模型。

根據世界冠軍運動員完成難度組合各技術階段情況，綜合得出不同參數模型（圖略），運動員上步落地時足連線與矢狀軸夾角平均值小于20°，起跳緩沖最低點膝關節平均角度為130°～135°，髖關節平均角度為105°～115°，起跳蹬伸離地時刻肩髖扭轉角平均角度為83.2°。在騰空階段，優秀運動員轉體360°和轉體180°時間比例約為1∶1，屈體動作完成時機在轉體270°～390°，髖關節最小時刻角度為58°～60°。連接階段蹬伸時髖關節先略增大后減小，騰起時先推手后屈體，肩關節額狀面角度在60°～70°，連接階段俯撐推起手腳離地時刻髖關節角度為135°～150°，最高點時刻髖關節角度為55°～60°，成文森落地時手腳時間差均值為0.2 s。

世界冠軍完成技術動作為最佳水準動作，經過各項特征量化后形成動作模式。運動員進行訓練過程中，教練員可將技術動作通過計算機動態圖像與標準模式進行分析比較[9]，進而提出改進方案與提高措施，以期改進技術動作的不足，提高運動成績。

3 結論

1）運動員起跳彈性勢能儲備較多，總時間均值為0.41 s，屬于慢速拉長收縮循環。蹬伸離地時刻左髖近乎垂直起跳，肩髖扭轉角平均為83.2°，角度越大，越能夠存儲更多的核心抗旋能量，提高轉體速度。

2）騰空第1次轉體至180°時刻，運動員髖關節平均角度為165.9°，幾乎處于伸展狀態，風險性較大。運動員能夠把握最佳屈體時機270°～390°，前難度屈體時刻與后難度提臀屈體時刻髖關節角度均小于60°，符合規則要求，整體動作完成質量較高。

3）連接階段騰起時以肘關節伸展發力為主導，為推離地面做準備。運動員完成A187成功率高，手腳幾乎同時落地，時間差均值僅為0.2 s，騰起滯空能力較強。

4）世界冠軍運動員完成難度組合重心軌跡基本一致，身體重心Z軸方向位移波浪式移動，騰空上升階段重心位移變化較大，核心控制能力較強，較高的騰空高度是完成高難度動作和增加動作穩定性的前提。

5）根據難度組合的運動時間特征、重心位移特征以及各階段的運動學參數，得出世界冠軍完成C289接A187的技術量化模型。

6）教練員和運動員在借鑒該連接動作運動學技術模型時，應根據運動員自身的身體素質條件，對運動員所做的動作取長補短，不能盲目模仿。

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