對排球跨步墊球下肢各環節的運動學分析

2015-04-29 00:00:00曾盛譽趙小平周文

新校園·上旬刊 2015年2期

摘要：向前或向側跨一步墊球的動作叫跨步墊球。本論文采用文獻資料法等研究方法，運用生物力學原理和方法，利用三維高清攝影圖像解析技術，對排球跨步墊球技術進行測試和分析，尋求跨步墊球上肢各環節運動的規律和特征，并在此基礎上再進行綜合分析，對受試者動作技術做出診斷、分析與評價，豐富排球教學理論，補充和完善排球墊球的生物力學研究，旨在為排球技術評價、教學與訓練提供理論參考，促進我國排球技術水平提高和排球運動的發展。

關鍵詞：排球；跨步墊球；運動學分析

一、前言

排球跨步墊球及以其為基礎的各種低姿勢墊球是排球比賽過程中使用頻率較高的墊球技術動作，它又是各種低姿墊球動作的基礎。現代排球教材中，缺乏對其技術動作科學化的描寫和分析，導致在現實教學中，教學標準不統一，教學效果也不理想。因此，本文采用三維高速攝影解析技術對跨步墊球技術特點進行分析研究，旨在探尋跨步墊球技術的動作結構特征，豐富和完善排球技術教學和教材理論，給動作技術教學、訓練、評價、診斷提供客觀的理論依據。

二、研究對象與方法

1.研究對象

研究對象為湖南師范大學男子排球隊的3名和湖南師范大學女子排球隊的1名主力運動員。研究內容為排球跨步墊球技術。

2.研究方法

本課題的研究方法主要采用實驗法，運用三維高清攝像解析系統對優秀排球運動員的排球跨步墊球技術進行運動學的研究。

（1）文獻資料法

查閱了中國期刊全文數據庫里近二十年來關于排球墊球技術及運動生物力學相關研究的文獻資料、相關論文和著作中對排球技術的研究情況和生物力學的研究進展并形成了文獻綜述，為本研究打下了扎實的研究基礎。

（2）專家訪談法

咨詢有關的運動生物力學研究專家和教師，向其請教以往寫作過的論文中所涉及的實驗方法、設計及數據處理和分析等方面的問題。

（3）實驗法

采用三維高清攝影圖像解析技術，對技術動作的結構特征進行分析。

（4）數理統計法

數據利用QToolS軟件和Excel軟件對獲得的數據指標進行計算和統計。

3.測試程序

模擬比賽情況，受試者進行充分準備活動后，按實驗要求，在專家的指導下讓四名受試運動員在測試范圍內作跨步墊球動作，每名測試對象完成兩次跨步墊球，按規范標準進行拍攝（以右側跨步動作為例）。由現場專家選定效果較好、技術較規范的兩名運動員的跨步墊球動作作為分析對象，然后計算數據的平均值。

4.測試方法

采用三維定點攝像的方法，用兩部高清攝影機，對實驗測試對象的跨步墊球技術進行三維定點拍攝，運用相應的解析系統對其動作技術進行解析，得出測試指標參數。一部置于運動員的右側，一部置于運動員的前方，兩部攝像機主光軸約成 90度，拍攝頻率為50Hz。高清錄像拍攝，頻率25幀/秒，經奇偶場分離后頻率相當于50場/秒。采用2臺sony FX-2000E高清攝像機拍攝視頻。

標定框架采用國家體育總局體育科學研究所的PEAK輻射式三維標定框架，標定精度高。選擇被分析的動作時，選擇的整個動作位于框架標定范圍內。

使用SIMI motion視頻解析系統對技術動作進行解析，采用扎齊奧爾斯基人體模型，人體模型取系統軟件自帶的人體模型，分析數據包括身體重心、軀干、各關節點位移速度、以及各關節和軀干的角度和各時段的時間等數據，所得數據采用數字化濾波法進行平滑處理，截斷頻率為10，用EXCEL 2000對視訊系統得到的數據進行坐標轉換、計算得到運動學數據，并編輯公式計算人體基本平面方程系數以及關節點在各個平面的投影坐標，再用Q-Tools計算關節角度。用Origin7.0做三維坐標圖。對解析出的數據進行對比分析與研究，并做參數間的相關分析，運用相關參數數據描述動作過程，建立整個動作結構相關環節間夾角、角速度、角加速度、速度、身體重心等量化指標和參數，揭示動作過程的運動學特點和規律。

三、動作階段的劃分

動作階段劃分是研究技術動作的重要環節。排球運動員跨步墊球技術是由準備姿勢、跨步、墊球、隨后動作四個環節組成，而對擊球效果起決定作用的是跨步和墊球兩個環節。為了確定動作結構和時相劃分方便，本文首先確定了不同動作階段的臨界點，它可表征各動作階段基本力學特征與動作質量。我們依照排球跨步墊球動作的順序把跨步墊球動作分為：跨步階段（1.4s-3.3s）、擊球階段（3.3s-4.1s）、隨后階段（4.1s-5.2s）。

四、研究結果與分析

1.排球跨步墊球技術下肢各環節運動學分析

（1）膝關節的運動

膝關節的角度特征如下：

從圖1中可以看出左、右膝關節角在0～2.64s時段的變化趨勢并不相同。2.64s時刻為跨步腳剛著地的時刻。右膝關節角變化曲線在該階段有一個明顯的先下降后上升的過程，而左膝關節則是一個逐步下降的過程。右膝關節在跨步階段要向前跨出一步完成跨步動作，在跨步過程中右膝關節先屈曲后伸展。在跨步階段身體重心落在左腳上，此時左腳起著支撐整個身體的作用，并保持重心穩定性，因此左膝關節角在跨步階段變化很小。在2.64s后，左、右膝關節的變化趨勢完全相同，當跨步腳著地后，左、右膝關節開始同時屈曲，降低身體重心。到擊球前屈曲值達到最大，身體重心此時處于最低，隨后雙腳蹬地，同時雙臂上擺擊球。

跨步墊球技術在跨步階段膝關節有一個屈膝重心下降的動作，這個動作是跨步墊球技術的重要組成部分，目的是通過拉伸膝關節蹬伸主動收縮肌群，增大肌肉收縮初長度儲備彈性勢能，同時增加墊球時的墊球距離，為后繼膝關節蹬伸動作做好準備。而且在判斷來球的方向和速度后通過跨步動作還能及時調整擊球的最佳時機和部位。在跨步墊球技術中左膝最大屈曲角度為60.6°。右膝最大屈曲角度為59.89°。下肢屈膝身體重心下降的動作幅度太大或太小都不能產生最佳的蹬伸效果，不利于整個墊球動作的完成。如果膝關節屈曲幅度過大，就會造成膝關節伸肌群過大的對抗負荷，進而影響膝關節的伸展速度及軀干和上肢各環節的整體配合。反之，膝關節屈曲幅度過小，又不能充分拉長伸膝主動收縮肌群，影響主動收縮前彈性勢能的儲備，進而影響到蹬伸效果。跨步墊球技術下肢的蹬伸動作主要是使髖關節產生向上的運動，通過下肢的蹬伸帶動手臂向上擺動，保證擊球時動作的穩定性。由于不同運動員的身材和身體素質的不同，因此不同的運動員最佳膝關節的屈曲角度和身體的下蹲深度也不相同。合理的膝關節屈曲角度有助于運動員發揮最佳技術動作。

（2）踝關節的運動

由圖2可知：從跨步開始，右踝關節角度不斷增大，而左踝關節角度不斷減小，這是由于跨步開始時，身體以左腳為支撐，右腳向前方跨出一步，隨后身體重心下移，直至跨步結束。由于右腳向前跨步，右踝關節與左踝關節正好相反，不斷增大，直至跨步后右腳腳跟與地面接觸時增至最大。

2.排球跨步墊球技術動作整體分析

排球跨步墊球合理的動作節奏應該是身體自下位關節至上位關節的速度依次遞增。各運動環節的遞增量越大，說明動作的動量傳遞效果越好。跨步墊球技術動作的跨步階段，單腳向前跨出一步，同時身體重心下移，軀干稍向前傾，雙手手臂伸直下壓，為后繼擊球動作調整好擊球的時機和方位，同時儲備了彈性勢能，增加了肌肉收縮做功距離。擊球動作階段，通過下肢蹬伸、軀干和上肢各運動環節的依次加速與制動，將速度傳遞至手臂，手臂通過從來球的下部向上抬，以達到最佳的擊球速度，將球平穩而有力地擊出。擊球時身體主要環節的活動順序為膝—髖—肩—肘和手腕。從完整技術動作上看，跨步墊球是在拉長相關主動收縮肌的條件下，首先由下肢肌肉主動收縮用力，然后是上肢各環節肌肉群的收縮用力，這種動作時序符合墊球技術動作力學原理。合理的技術動作能充分發揮軀干肌肉和下肢肌肉的爆發加速作用，不要過多地單純依靠上肢運動環節加速，這樣才能使上肢肌肉有較大的能量儲備，同時保證動作的穩定。在擊球動作階段上肢肌肉感覺敏銳，控制手臂的方位和調控擊球時間，并保證擊球最佳的擊球點和擊球時機。因此應加強下肢的蹬伸力量，并在擊球時加強下肢的蹬伸作用，從技術上保證下肢和軀干肌肉合理的爆發加速功能，為上肢各環節的依次加速提供運動初速度。

五、結論

1.跨步墊球技術動作結構的分類

本研究對排球跨步墊球技術的嘗試性劃分是對目前排球跨步墊球技術劃分理論的大膽嘗試。筆者根據運動生物力學中關于技術動作的階段劃分原理，根據動作結構與動作任務的不同，把排球跨步墊球術分為跨步階段、擊球階段和擊球后的隨后階段。

2.跨步墊球技術下肢的運動學特征

左膝最大屈曲角度為60.6°，左膝最大蹬伸角度為159.5°，左膝關節的活動幅度為98.9°。右膝最大屈曲角度為59.89°，右膝最大蹬伸角度為119.8°，右膝關節的活動幅度為59.1°。膝關節屈曲幅度過大，就會造成膝關節伸肌群過大的對抗負荷，進而影響膝關節的伸展速度及軀干和上肢各環節的整體配合。反之，膝關節屈曲幅度過小又不能充分拉長伸膝主動收縮肌群，影響主動收縮前彈性勢能的儲備，進而影響到蹬伸效果。

六、結語

跨步墊球技術在比賽中與其他墊球技術相比應用廣泛，技術結構較為合理。采用跨步，身體重心位于兩支撐腳之間，支撐比較穩定。跨步墊球有利于肌肉用力的控制，也就可以較好地控制來球。

今后應結合三維動力學進行進一步的其他同類研究，通過同步裝置，對跨步墊球進行運動學與動力學的同步分析，只有這樣才能更全面地分析跨步墊球的技術特征和內在規律。

對于排球運動的技術原理等課題還有待于我們去深入研究，揭示其科學的本質和內在的規律、科學化發展，這樣才可以更好地使排球運動得以更廣泛的普及和更科學化的發展。

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