運動生物力學中確定性模型的應用探究

□李正宜（河南大學體育學院河南開封475000）

運動生物力學中確定性模型的應用探究

□李正宜（河南大學體育學院河南開封475000）

對于確定性模型來說，主要指的是不涵蓋任何隨機成分的一類模型。確定性模型屬于一類建模范式，能夠?qū)\動項目測量結(jié)構(gòu)與對應測量結(jié)果的生物力學因素之間的關(guān)系加以明確。本文在分析確定性模型的界定及運動表現(xiàn)的基礎(chǔ)上，進一步對運動生物力學中確定性模型的應用進行探究，希望以此為相關(guān)研究的完善提供有效憑據(jù)。

運動生物力學確定性模型應用

進入21世紀以來，計算機技術(shù)及通信傳感等技術(shù)發(fā)展迅速，這些技術(shù)的迅速發(fā)展使運動生物力學數(shù)據(jù)的采集更具方便性及快捷性。我國對運動生物力學作出了許多研究，但是與國外比較起來還存在較為明顯的差距，主要是因為我國對運動生物力學方面的研究僅停留在理論層面上，實踐研究環(huán)節(jié)薄弱。由于確定性模型能夠為生物力學研究報告中實驗誤差率的控制及理解提供有效便利，因此本文對“運動生物力學中確定性模型的應用”展開討論具有較為深遠的意義。

1、確定性模型的界定

對于確定性模型來說，在數(shù)學領(lǐng)域中，則是由給出的函數(shù)關(guān)系所確定的，能夠借助各類手段完成求解，將函數(shù)解的模型尋找出來，便屬于確定性數(shù)學模型。對于確定性模型來說，主要指的是不涵蓋別的隨機成分的模型，只需將輸入及各個輸入間維系的關(guān)系進行設置，那么它的輸出也可以加以明確，和實驗的次數(shù)是不存在相關(guān)性的。將鉛球作為例子，通過對投擲遠度進行測量，能夠?qū)⑵涑煽兦蠼獬鰜怼U球質(zhì)視為一個點，以力學原理為依據(jù)，鉛球質(zhì)點飛行距離的運算公式如下：

S＝VoVoSin2α/g

其中，鉛球飛行距離（S），即為遠度；鉛球出手初速度（Vo）；鉛球出手角度（α）；重力加速度（g）。

將α設為固定值，那么Vo便決定了S，Vo越大，那么S便越大。世界優(yōu)秀鉛球運動員的出手角度通常維持在38°至42°之間。所以，α值的變化范圍是能夠確定的。因此，Vo與α決定了S。

2、確定性模型與運動表現(xiàn)分析

對于運動表現(xiàn)分析來說，主要涵蓋了兩方面的內(nèi)容：其一為標注分析，其二為運動技術(shù)分析。通常情況下，對運動表現(xiàn)進行分析，通常適用結(jié)構(gòu)化模式。運動表現(xiàn)分析主要有三類方法，即為半定量分析、定量分析以及定性分析。各類分析間并無顯著界定。在通常情況下，大多數(shù)研究者將把把半定量分析歸為定量分析的領(lǐng)域。下面重點對這三類分析方法進行論述：

2.1、半定量分析

在運動生物力學當中，半定量分析通常要比標注分析多，主要對動作的數(shù)量加以關(guān)注，同時關(guān)注在運動表面所產(chǎn)生的不同動作，還包括了運動員動作及位置的結(jié)合。

2.2、定量分析

基于運動生物力學當中，對于定量分析來說，通常是對所獲取的詳細運動學及其參數(shù)進行量化，當然量化需要以動作關(guān)鍵特征為依據(jù)，對于定義優(yōu)化的表現(xiàn)參數(shù)來說，主要所用到的方法為模型化方法，比如統(tǒng)計模型及計算機仿真模型等，利用這些模型對運動表現(xiàn)進行分析過程中，通過對目前運動表現(xiàn)和標準化運動表現(xiàn)之間的差異進行對比，進一步優(yōu)化當前運動表現(xiàn)。

2.3、定性分析

對于運動生物力學當中的定性分析來說，主要在于觀察，例如對運動技術(shù)進行觀察，進一步作出評價，評價過程側(cè)重技術(shù)的正確性，并找出錯誤，進而加以糾正。定性分析遵循“準備——觀察——評價及診斷——干預”循序漸進的模式。在上述步驟當中，準備階段屬于起始階段，也屬于基礎(chǔ)階段。主要對運動表現(xiàn)相關(guān)影響特征完成鑒別。要想實現(xiàn)對運動技術(shù)細節(jié)進行定性分析，通常會使用到兩類模型，一類為層次模型，還有一類為確定性模型。對于確定性模型來說，能夠從更深的層次中對定性生物力學的內(nèi)容進行考量，進而對對表現(xiàn)結(jié)果造成影響的相關(guān)因素加以辨識，在和支撐運動的生物力學理論原則構(gòu)建聯(lián)系的基礎(chǔ)上，確定性模型便能夠使定性分析中的一些缺陷實現(xiàn)有效避免。基于運動表現(xiàn)分析過程中，通產(chǎn)把定性分析與確定性模型相融合，然后投入適用，以此使運動表現(xiàn)分析效果得到有效增強。

3、運動生物力學中確定性模型的應用探究

以確定性模型在應用過程中所遵循的基本原則為基礎(chǔ)，有國外學者針對跳遠這一運動項目的運動表現(xiàn)進行了實質(zhì)性的分析。（1）第一步：對表現(xiàn)標準進行定義為確定性建模的初始步驟，在跳遠項目當中則稱之為跳遠距離。（2）第二步：細分表現(xiàn)標準，跳遠距離可細分為三點，即為起跳距離、騰空距離與落地距離。（3）第三步：對運動表現(xiàn)造成影響的關(guān)鍵特征加以明確，同時做好影響相關(guān)距離的關(guān)鍵特征的分析工作。基于三大距離當中，最為主要的是騰空那個距離，屬于運動員基于空中質(zhì)心水平距離，相關(guān)影響因素諸多，如起跳高度、角度及速度等，這些因素均是由起跳的水平速度及垂直速度及角度所決定的。如圖1，為騰空階段確定性模型。

圖1 騰空階段確定性模型

對于起跳水平速度來說，存在具備觸板情況下水平速度，同時還包括損失于板上的水平速度。其中，損失于板上的水平速度能夠借助“功—能”關(guān)系得到。對于“功”來說，主要表現(xiàn)為平均力與力矩的乘積，屬于跳遠運動員力學能量的根本性變化。主要與運動員兩方面存在密切關(guān)系：其一為運動員的體重；其二為運動員速度變化。確定性模型的確定需要具備的相關(guān)內(nèi)容諸多，如最小化平均水平約束力及最大化平均水平加速度等。對于起跳的垂直速度來說，是較為簡單的，現(xiàn)將觸板情況下的初始垂直速度設為O，基于垂直方向會受到加速的影響，由于確定性模型構(gòu)建之前有冗余存在，因此需要將冗余消除，以此使模型更加清楚，同時將對跳遠身體動作造成影響的關(guān)鍵特征獲取出來。

對于起跳距離＝起跳時運動員質(zhì)心的距離－起跳板至起跳板前沿的距離。上述兩個距離可以通過測量求解出來。在起跳的情況下，質(zhì)心處于腳前，起跳腳需靠近踏跳板，在此狀況下，便需要合理地對助跑速度進行控制，如圖2所示，為起跳距離確定性模型。

圖2 起跳距離確定性模型

4、結(jié)語

通過本課題的探究，認識到運動表現(xiàn)分析主要有三類方法，即為半定量分析、定量分析以及定性分析。對于運動生物力學確定性模型來說，能夠使定性分析得到有效提升，為了使學者對運動生物力學理論及原則的興趣得到有效提升，在確定性模型研究過程中，進行定性分析確定性模型與其他模型對比便有著實質(zhì)性的作用。基于整體層面而言，確定性模型在運動生物力學中應用價值顯著，業(yè)內(nèi)人士需對其進行“理論＋實踐”研究，進一步為運動生物力學的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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