費德勒溫網發球數據分析及特征研究

田國輝，周 曙，王 偉，李 軍

網球的五大基本技術只有發球技術較少受對手影響，一個高質量的發球能夠直接得分或者占據主動。對發球質量的解讀，一般是看發球攻擊性（球速、落點）和發球穩定性（動作連貫性、成功率）。發球攻擊性是指運動員發球利用主觀能動性破壞對方回擊的能力，即根據對手站位而發出球的速度和落地點位置使對方容易失誤［1］。發球穩定性是指運動員發球動作動力定型的能力，即運動員在實戰中高質量重復再現訓練中發球技戰術的能力［2］。

費德勒在職業男子網壇里參賽二十多年，取得了優異的競技成績，尤其是在其步入職業生涯后期時，排名仍保持在世界前十。一方面是科學的訓練與后勤保障使其狀態保持在巔峰；另一方面在于其各項技術不斷調整優化。據表1可知費德勒的發球數據全面領先于德約科維奇。費德勒的發球落點精準、穩定、變化，是其與其他優秀運動員最明顯的差別［3］。其發球技術經過多年的雕琢，簡潔實用、動作優美、穩定性極強，在比賽中能夠直接得分或占據優勢。因此，選取費德勒在2019年溫網決賽的發球視頻片段進行解析獲得運動學參數，通過運動學參數對其發球技術進行研究，期望能夠研究出其在發球各階段的身體特征，為網球運動員改進發球技術、提高發球質量提供參考。

表1 2019年溫網決賽運動員發球數據對比

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

本研究以2019年溫布爾登網球公開賽男決賽選手費德勒的發球動作技術為研究對象，表2是費德勒的基本信息。

表2 費德勒基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

本文對中國知網、萬方數據庫以及國外期刊進行信息檢索，在認真查閱大量有關網球發球技戰術研究方面的文獻資料的基礎上，對費德勒的發球技戰術進行研究分析。

1.2.2 錄像觀察法

將2019年溫網球男單決賽視頻回放，選取費德勒的相關發球片段（要求發球成功）進行剪輯、慢動作播放，選取合適的發球片段導入3D－Signa1Tec三維錄像解析系統進行視頻解析，通過解析出來的運動學數據對費德勒的發球技術進行研究分析。

1.2.3 數理統計法

查閱溫網官網及ATP官網，對2019年溫網男單決賽選手費德勒在比賽過程中的相關發球數據進行整理和匯總，將研究所需要的數據導入excel軟件中，采用平均數＋標準差的方式進行研究分析。

1.2.4 邏輯分析法

在查閱大量文獻資料以及對費德勒的發球數據進行整理之后，運用邏輯法和歸納法對研究數據進行分析、歸納和總結，從而得出相應的結論。

2 研究結果與分析

不同的研究對發球階段有著各自的劃分標準。嚴波濤、李早將發球分成拋球引拍、“撓背”、揮拍擊球及隨揮四個階段［4］；MARTIN C等則是通過對視頻幀率進行詳細的分析以劃分發球階段［12］。表3是對費德勒發球動作階段的劃分。

表3 費德勒發球相應階段劃分

2.1 拋球引拍階段

2.1.1 站位姿勢分析

網球發球站位分為上步式和平臺式。平臺式站位技術可獲得較高的穩定性和較大的地面水平反作用力［10］。費德勒在發球時選擇的站位方式為平臺式，具體做法為：左腳距底線約40°，右腳幾乎與底線平行，雙腳位置固定且兩腳間距約為一個肩膀的寬度。費德勒選擇該站位能夠獲得更多的地面反作用力，提高發球的穩定性、隱蔽性，從而提高發球攻擊性。不同發球站位是造成球離手時刻左肩關節角不同的原因之一，托米奇與弗格尼尼采用不同站位方式，發球過程的動作技術有一定的差異，使得托米奇左肩關節角比弗格尼尼左肩角大15.9°［1］。費德勒在球離手時刻的左肩關節角為142.8°，符合其研究結果。

2.1.1 拋球的運動學分析

合理的拋球位置應該在身體的右前上方［5］。向右是因為在軀干旋轉身體面對球網向前揮拍擊球時，球能落在球拍的正前方；向前是因為向前揮拍擊球時，身體能夠產生向前水平位移，加長球拍的工作距離。據表4可知，在拋球球離手時刻，費德勒的左肘角為176°，球離手高度為1.915m，說明其在拋球時左肘伸展比較充分，做到了從大腿位置將球水平托至眼睛位置，保證了拋球的穩定性。同時，球離手速度和球在最高點高度兩參數的標準差較小，也充分說明了其拋球的穩定。

表4 拋球的運動學參數

2.1.2 屈膝引拍階段的運動學特征

費德勒在完成拋球動作的同時，雙腿膝關節屈曲，髖部前頂；持拍手以肩關節為軸，肩膀及大臂發力，帶動手臂走“C”字形的運動軌跡，將球拍從下向側后方拉至頭頂上方位置，完成整個拋球引拍的動作。此時費德勒的持拍手大臂遠離身體，與身體成85.3°夾角，右肘角為65.4°，有利于調轉拍頭，完成接下來的“撓背”動作。網球發球力量的直接來源是下肢的向上蹬伸。通過下肢伸肌群在離心收縮狀態下的拉伸，增大肌肉收縮的初長度，并儲備彈性勢能［13］，為后續動作提供良好的動能支持。據表5所示，費德勒在這一過程，左膝關節屈曲的角度為119°，右膝關節屈曲的角度為133°，通過下肢膝關節的屈曲，使下肢肌肉處于預先拉伸的狀態，便于之后的雙腳蹬地發力。左右膝關節屈曲的角度表現為左膝大于右膝，表明在屈膝時身體穩定的保持主要依靠左腿。

表5 屈膝引拍的運動學參數

2.2 “撓背”階段

2.2.1 蹬伸過程中的運動學分析

將蹬伸過程劃分為從膝關節最大屈曲時刻到雙腳離地時刻，在這一過程中，采用作用力與反作用力的力學運動原理，前腳掌蹬地后，通過地面給予的反作用力產生向上的速度使身體騰空，身體向擊球點位置快速扭轉。據表6可知，費德勒在雙腳離地時刻的右髖角速度為252.3°·s－1。對比于一般網球運動員，費德勒更快的右髖速度更有利于身體向擊球位置轉動，增加向上揮拍的幅度和擊球力量。蹬伸過程中，膝關節蹬伸幅度反映的是膝關節蹬伸角度的大小。在雙腳離地時刻，費德勒的左膝蹬伸幅度為55.6°，右膝蹬伸幅度為44.3°，有利于獲得更快的向上的重心速度（1.92m／s），從而增加起跳高度和擊球高度，提高發球的成功率和攻擊性。在蹬伸過程中，費德勒的左膝蹬伸幅度明顯大于右膝，表明主要的發力腿是左腿。

表6 雙腳離地時刻的下肢和重心的運動學參數

2.2.2 球拍在最低點時刻的運動學分析

在完成雙腿向上蹬伸動作后，持拍手在重力的作用下帶動球拍自然下垂，右肘和小臂反向運動，右肘向前上方移動，持拍手小臂和球拍向下移動使球拍拍頭處于最低點，形成“超越器械反弓”動作。據表7可知，在球拍處于最低點時刻的右肘角為47.6°，拍頭最低點高度為1.223m，此時的身體重心高度為1.197m，拍頭最低點高度低于重心高度一方面可以使肩關節和腹部肌群充分拉長，以提高肌肉爆發式收縮力［6］；另一方面可以加長球拍的做功距離，通過更長的加速距離來獲得更快的揮拍速度。

表7 球拍在最低點的運動學參數

2.3 揮拍擊球階段

2.3.1 擊球姿勢的運動學分析

在擊球的過程中，費德勒的上下肢做相向運動，身體從“超越器械反弓”動作過渡至持拍手手臂的鞭打動作，持拍手以肩關節為軸帶動大小臂、手腕、拍頭向前上方揮拍擊球，各關節部位的速度依次疊加，將全身的力量集中于拍頭，使球拍獲得最快的拍頭速度，最后在擊球點位置以最快速度完成對球的擊打。在這一過程中，費德勒身體的各關節部位角度逐步增大，下肢充分蹬伸，從而實現軀干的向前向上伸展，使得持拍手手臂對球的鞭打動作得以完成。費德勒身體的各關節部位角度逐步增大，下肢能夠充分蹬伸，從而實現軀干的向前向上舒展，使得持拍手手臂的鞭打動作得以完成。由表8可知，費德勒在擊球時的左膝角為173.6°，右膝角為175.4°，兩參數均較大，說明下肢蹬伸充分，有利于下肢關節部位力量逐級向上傳遞。右肩角為171.3°，右肘角為178.5°，表明其在擊球時的持拍手手臂伸的較直，有利于在高點位置將球擊出，從而能夠提高發球的成功率與攻擊性。

表8 擊球時的主要關節部位角度的運動學參數

2.3.2 擊球點的運動學分析

擊球點是決定發球質量的關鍵因素之一，身高較高者發球成功率較高，增加擊球點高度有助于提高發球成功率［11］。同一個人的身高及最高擊球位置是固定的。在身體正上方擊球時，擊球點最高［7］。由表9可知，費德勒的擊球高度為2.608m，球在最高點與擊球位置的垂直距離為0.513m，一方面提高了身體騰空高度，有利于下肢的充分蹬伸；另一方面為球拍從最低點至擊球時刻的加速過程提供了足夠的時間與距離，有利于提高拍頭速度，增加擊球的速度以提高球速。拋球點與擊球點的水平距離為0.357m，球拍擊球的位置固定在甜區，既能夠充分釋放出身體快速轉動時的最大力量，又能在左下方位置至右上方位置的刷球過程中給球足夠的包裹以保障球的旋轉，從而提高發球的成功率與攻擊性。

表9 影響擊球點的主要運動學參數

2.3.3 擊球時發力順序的運動學分析

網球發球最合理的發力順序是各關節速度逐漸成遞增順序［8］，從“撓背”階段的雙腿蹬伸時刻開始，直到完成對球的鞭打，費德勒各環節發力順序為：踝→膝→髖→肩→肘→腕→拍頭→球速（見圖一），相對應的關節部位產生的動量依次傳遞，通過鞭打動作完全作用在球上，使球爆發出極快的速度飛向發球區。符合相關研究的研究結論：理想的發力時序為膝—髖—肩—肘—腕，各環節速度疊加越大，表明鞭打效果越好［5］。

圖一 擊球階段各環節發力順序

2.4 隨揮階段

實驗得出在擊球時刻軀干和上肢產生了相當于0.50～0.75倍身體重量的力，甚至更多［14］；而在隨揮階段，騰空的身體快速著地，身體也會產生一定的能量；此階段需要將身體產生的高速能量及時緩沖，便于落地后快速恢復身體平衡，減輕左膝膝關節承受的負荷。據表10可知，費德勒在落地后左膝關節的緩沖幅度為44.9°。該緩沖幅度既能做到及時消除身體能量、減輕左膝關節負荷；又能夠縮短調整身體姿態的時間，便于腳下積極調整站位，為下一拍擊球做準備。由于在擊球階段身體向前上方運動，隨揮階段需要緩沖擊球后的身體動能，在整個發球過程中，費德勒的重心向前移動了0.41m的距離。

表10 隨揮階段的運動學參數

3 結論

發球過程中費德勒在不同時刻的單個技術結構合理、簡潔高效。組合后的發球技術尤為強大，使得其發球能力尤為突出，發球質量極高，在比賽中經常直接發球得分或占據優勢。在發球各階段表現為：1）拋球引拍階段：拋球高度合理，拋球后雙腿膝關節屈曲，使下肢與發球有關的肌肉處于預先拉長狀態，有利于肌肉儲存彈性勢能；2）“撓背”階段：兩腳蹬地發力，膝關節充分蹬伸，產生很快的重心速度和右髖角速度帶動身體向擊球位置轉動，持拍手手臂放松，整個身體形成“超越器械反弓”動作；3）揮拍擊球階段：整體的發力順序表現為蹬腿→轉髖→轉體→手臂繞肩→肘關節伸→小臂外旋→轉腕，發力順序合理，身體各關節部位的動量依次疊加后作用于球上，產生極快的發球速度。4）隨揮階段：身體向前下方移動，落地后膝關節快速緩沖，腳下積極調整，為發球后的下一拍做好充分的準備。