人體4自由度模型與華爾茲舞技術的動力學分析

唐遠志

（湖北汽車工業學院機械工程系，湖北 十堰 442002）

人體4自由度模型與華爾茲舞技術的動力學分析

唐遠志

（湖北汽車工業學院機械工程系，湖北 十堰 442002）

以人體4自由度模型為基礎，結合動力學原理分析身體姿勢、反身動作、擺蕩動作、升降動作技術。

華爾茲；人體4自由度模型；動力學

如果把人體看成質點系，那么從力學角度講，華爾茲舞蹈就是質點系在力系作用下的運動，摩登舞蹈技巧應符合動力學原理，只有遵從力學原理的舞姿才能自然優美，否則產生不悅之感。以往的摩登舞蹈研究很少涉及動力學問題，為了提高華爾茲舞蹈的水平，為中高層次的舞者提供理論支持，以提高他們的技術水平，本文首先建立人體4自由度模型，結合動力學原理對身體姿勢、反身動作、擺蕩動作、升降動作技術進行分析研究。

1 人體4自由度模型

人體質量可分解如圖所示幾大質點：上身、胯部、大腿、小腿，質點之間由彈簧阻尼裝置聯接。胯部是主動件，其他均為從動件，其驅動力支撐腿提供的。跳舞時胯部首先運動，然后帶動上身和大腿，大腿帶動小腿。人體4自由度模型對摩登舞技術分析理解有很大幫助，對許多疑難問題可以進行合理的解釋。（圖1）

2 身體姿勢

身體姿勢貫穿整個跳舞過程中，這里敘述一下起舞前的身體姿勢，由人體4自由度系統模型可知上身是一個整體，但如何實現的，下面將進行分析。

根據材料學中體積不變原理，縱向拉伸時橫向產生擠壓，反過來橫向產生擠壓會產生縱向拉伸。當舞者骨骼縱向拉伸，肌肉橫向則收緊，反過來肌肉收緊產生骨骼延伸，兩種情況兼而有之。身體收緊會使圍繞身體中軸線的轉動慣量最小，身體轉動時就不需消耗過大的體能，另外身體迎風面積縮小也減少空氣阻力，使身體處于靈活、輕捷、柔韌、有活力狀態。身體的延伸不是直線的，而是上身從中線形成向后伸展的弧線。

男士舞者頸部往后挺，背部肌肉處于收縮狀態，胸部、上背肌肉處于壓縮狀態，形成穩定的三角形。身體弧線后傾也平衡了懸伸的手臂質量，保證了身體重心通過腳掌中部，單純的挺直是不對的也是僵化的。

女士身體背部肌肉收縮，胸部、上背肌肉處于壓縮狀態（圖2），打開胸腰，從胯部起產生柔和向上的弓形弧線，此弧度將她的腰與臀部帶向男士的胯部，且上身從中線形成向略偏左展的弧度。女士的臀部必須向上且向前凸出，與男士的腹部接觸。這里注意的是，女士造型時其重心要在腳掌中心，在無外力作用下仍保持平衡，否則會失重或將重力轉嫁給男士，影響舞蹈的發揮。

3 反身動作

反身動作是摩登茲舞最重要的動作之一，也是完成轉動作最基本的要求。反身動作被定義為身體相對側的轉動，從腳踝開始，經過臀部到肩膀，朝著移動腳轉動90°，或把正在前進或后退的腳與相反一側的上身（肩、腰）一同向動力腳一側方向移（轉）動。

反身動作旋轉前身體應處于延伸、收緊狀態，頭部及上身端直，讓身體的轉動慣量最小，這樣所需轉動力矩小。反身動作的轉動動能是由站立狀態的勢能轉變而來。以華爾茲左轉步為例，反身同時左腳小步邁出、左腳全腳觸地、右腳腳尖觸地、屈膝。這里屈膝降低重心高度以釋放勢能，一部分勢能變成轉動動能，其余轉變為腿部肌肉的彈性能，以備下擺蕩動作使用。反身動作可以說是為擺蕩動作的前提準備，包括能量準備、體位準備。

加強體能訓練增加肌肉比例，提高肌肉剛度可以儲存更多的彈性能。

4 擺蕩動作

擺蕩是指舞者在身體上升做斜向或橫向移動時，像倒鐘擺似地把身體擺動起來。

4.1 受力分析

以華爾茲右轉步為例，擺蕩前支撐腿屈膝，擺蕩時右腳蹬地，右腳從滿腳到腳尖，跨部帶動左腿橫向擺蕩，左腳內側輕微擦地作為輔助支撐。左腳到位后，右腿內側輕微擦地向左腿并攏，將身體重心轉到左腳。（圖3）

根據力學原理的突變力會產生剛性沖擊，右腳從滿腳到腳尖是個由面到點的過程，逐漸完成的，避免了剛性沖擊，提高了平穩性，做到不留痕跡。擺蕩時，各力作用方向、大小、作用點隨時間變化，且在不同時段出現而非貫穿始終，如摩擦力、地面反沖力。處理力介入、退出時的平穩性好壞可反映出舞者水平高低。推廣到一般，跳摩登時出去的腳和收回的腳都不離開地板，在地板上擦。向前或橫向出去的腳尖擦地，向后收回的腳腳跟擦地。

4.2 功能分析

擺蕩前支撐腿屈膝，積蓄肌肉彈性能，蹬地后彈性能變成動能，升起后動能轉變成勢能。這里存在三次能量轉換，彈性能→動能→勢能。要動作優美協調，能量轉換一定要徹底，不可提前終止。在擺蕩到最高點時，動能全部轉變為勢能，動能趨于零，身體有一瞬間的停頓，此時，上體拔起，整個身體應充分得以展示。華爾茲右轉步為三步，但移動兩個步距，前一個步距要小，后一個步距要大。前步距小的目的是減少移動功耗，增加彈性能，這樣下一步距才能大，具有爆發力。

擺蕩過程身體傾斜。作為主動件的胯部直接受到來自支撐腿源動力F，身體的其余部分包括腿腳和上半身，都是從動件。作為主動件，胯部自然突出，上身隨動則傾斜。身體傾斜呈半流線型，空氣阻力小。傾斜動作反映出身體是一個質點系統，另外反映出舞者是在大氣層內跳舞，具有風吹柳葉的藝術效果，從而增加舞蹈運行中身體的表現力。（圖4）

5 升降動作

上升運動時，應先腳跟逐漸離地到腳尖承力，逐漸伸直膝蓋，整個身體上挺，使上升動作達到理想的高度。腳尖立起，將動能完全轉變成勢能。上升速度應從零起始，增速、減速、零速。

下降運動時，則應用膝蓋放松的技術，讓膝蓋、踝關節同時彎屈，承重腳從腳尖到全腳，以腳跟的落地為止。肌肉看成彈簧，彈性剛度隨位移增加的，下降速度也應從零起始，增速、減速、零速。

松膝將勢能轉變為腿部肌肉的彈性能，以備下一個動作使用。承重腳滿腳觸地、移動腳尖觸地，其意義是將能量儲存在承重腿上而不能浪費在移動腿上。

身體立起、松膝過程是將動能轉變成勢能在轉變成彈性能，這里完成了兩次能量的轉換，上升時動能轉化為勢能，下降時勢能轉化為彈性能。每種能量轉化應徹底后才能進行下一個動作，能量轉化的最大化使選手顯得有力度、速度。

在一小節三拍的舞步，第一拍出步時應屈膝降重心。從最低點起步，第一拍的后半拍開始上升，整個第二拍身體應繼續上升，到了第三拍上半拍時升至最高點，然后第三下半拍時又下降。

舞蹈過程是個用最小的能量完成動作，要提倡節能。舞場經常看到有的舞者過分用力跳舞并沒有帶來美感，就是沒有利用好能源舞蹈效率低。

6 結束語

6.1 華爾茲舞蹈就是質點系在多種力作用下的運動，而各力作用方向、大小、作用點隨時間變化的除重力外其均力在不同階段出現而不是貫穿始終，其運動規律復雜多變。處理好力介入、退出時的平穩過渡是舞者面臨的重要問題。

6.2 人體可分解為幾大部分：上身、胯部、大腿、小腿幾大部分。運動時胯部是主動件其他均為從動件。

6.3 舞蹈過程存在三種能量的轉換。能量轉換一定要徹底才能動作優美協調，不可提前終止或滯后。

6.4 加強體能訓練增加肌肉比例、提高肌肉剛度可以儲存更多的彈性能。舞蹈過程是個用最小的能量完成最大的運動過程，也要提倡節能。

[ 1 ]何忠，試析國標舞華爾茲的舞蹈技巧[ J ].湖北體育科技，2004，23（7）.

G811.4

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投稿日期：2010-11-12

唐遠志（1957 ～），高級工程師，副教授。研究方向：機械制造及理論教學。