基于Vicon三維運動捕捉系統對三人制籃球運動員投籃訓練的效能分析

文 / 李云鑌，郝瑋，徐川傲

1 前言

三人制籃球是一項基于籃球發展出的全新的運動項目。與五人制籃球相比，三人制籃球具有組織更容易，人員和場地數量限制更少，規則更加精細靈活的特點，因此深受各國各級水平的籃球參與者的喜愛。2021年東京奧運會首次舉辦了奧運會三人制籃球比賽，在此之前，2021年中國第十四屆全國運動會中，也首次將三人制籃球比賽列入正式比賽項目，由此可見三人制籃球運動已經迅速發展成為了一個新的世界級運動項目。

三人制籃球運動相對于五人制籃球，有著對抗性更強，攻防速度更快，動作精細度要求更高，遠投性價比更高等特點，而投籃動作的優劣直接影響著投籃命中率的高低。本研究從投籃姿勢入手，采用Vicon三維運動捕捉系統，該系統可以通過9臺高速相機，將運動員的投籃動作捕捉并且建模，形成數字化具象模型，結合命中率分析出該名球員的最優投籃動作(習慣)；在運動員每天練習過程中通過精細化的分析、監控運動員投籃練習的訓練效能，嘗試優化三人制籃球運動員日常投籃訓練效能，從而提升三人制籃球員的投籃能力及整體競技水平，為我國三人制籃球運動員在今后的比賽提供訓練指導，也為今后我國三人制籃球對參加重要賽事備戰過程中精細化訓練監控提供理論依據。

2 研究對象方法及方法

2.1 研究對象

本實驗以4名參加全運會三人制籃球比賽的現役球員為研究對象。所有實驗對象均為籃球一級運動員及以上，運動員平均年齡為27.3±1.78，平均運動年限為14±1.58。隨機分為實驗組及對照組。

姓名 年齡 身高 體重 運動年限 組別徐＊＊ 25 192 105 12 實驗組游＊＊ 29 198 108 15 實驗組賴＊＊ 26 186 88 13 對照組李＊＊ 29 190 90 16 對照組

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料法

本研究通過中國知網、萬方數字化期刊網、西安交通大學圖書館電子資源平臺等搜索文獻資料，讀秀網等獲取外文文獻資料，主要以“三維捕捉技術”、“單手肩上投籃技術”、“三人制籃球訓練”、“投籃命中率”等為關鍵詞進行搜索，收集、歸納、整理了國內外30余篇相關文獻。還通過西安交通大學圖書館、西安交通大學體育中心閱覽室等借閱了《運動訓練學》《球類運動— 籃球》《運動生理學》《籃球運動教程》《三人制籃球》等書籍，整理并分析訓練理念和方法，為實驗研究打下理論基礎。

2.2.2 實驗法

本次實驗以豐富訓練手段、提高三人制籃球隊員投籃水平為主旨，通過使用Vicon三維動態捕捉系統建立隊員最優投籃方案設計，探究投籃訓練效能，提高投籃命中率。實驗選取4名現役三人制籃球隊隊員作為實驗對象，將實驗對象隨機分為實驗組和對照組。實驗組進行模仿最有投籃動作投籃訓練，對照組進行常規投籃訓練，在為期4周的實驗后，從實驗組隊員的投籃命中率、投籃出手速度的角度，結合所測得的實驗數據進行分析總結。

2.2.3 數理統計法

運用獨立樣本T檢驗方法，實驗組與對照組投籃命中率的差異，所有數據處理均采用SPSS 16.0統計軟件處理，定義差異顯著性水平為P＜0.05。

3 實驗設計及實施

3.1 實驗目的

目前國內三人制籃球運動員投籃訓練相對缺乏科學完善的訓練原則，缺乏完善的科學訓練方法，訓練方式具有單一性和傳統性，運動員對自身投籃動作了解不足，對確定自身最優投籃動作的認知度低。本實驗以三維動作捕捉系統對我國三人籃球隊員的單手肩上投籃技術進行捕捉，對比命中率分析出其最優投籃動作，并以該動作為模擬對象進行為期兩周的投籃練習，探索針對我國三人制籃球隊員的投籃技術訓練的訓練效能，旨在不斷完善投籃技術訓練原則，豐富投籃訓練方法，推廣運動員確立最優投籃動作在投籃技術訓練中的重要性。

3.2 實驗時間及地點

實驗時間：2021年6月20日下午15:00-17:00進行第一次測試，確定實驗組最優投籃動作；2021年6月21日-7月10日為期3周投籃練習時間，每次投籃訓練每名隊員需投進200次2分遠投，訓練時間不少于1小時；2021年7月12日下午15:00-17:00進行第二次測試。

實驗地點：初測及后測地點位于西安運動健康實驗室籃球場，投籃練習地點為陜西省體育場訓練中心籃球館。

3.3 實驗測試方法

采用由Oxford Metrics Group公司生產的Vicon紅外高速攝影儀，在三人制籃球場地布置9臺高速相機，根據三維成像使其能準確捕捉到各個Mark點。將35個Mark點貼放在4名受測運動員的頭部(4個)、軀干(3個)、上肢(14個平均分布兩側)、下肢(14個平均分布兩側)，每人進行投籃測試。四名受試者測試前進行充分熱身活動及充分的場地適應，等確定測試人準備完成后開始測試。

初測對實驗組和對照組4名運動員分別進行2分投籃(五人制中的3分)測試，點位自選，每人投籃50次，每人測試2組作為初測數據。由三維動作捕捉系統抓取受測人的投籃動作及出手時間。測試規定采用原地單手肩上投籃，運動員旁邊有專人喂球，保持喂球的連續性。

初測完成后，將實驗組的投籃動作數據化，并抓取投籃出手時間，進行3D建模處理，分析其投進球的投籃動作對比不進的投籃動作，分析其投籃不穩定因素，建立三維模型，結合是否投中，在分析軟件中分析出最優投籃動作。將分析出來的最優投籃動作告知實驗組運動員，幫助其認識自身通過何種姿勢出手投籃及常用細節動作可以獲取最高的投籃命中率。將其最優投籃動作制作成3D動圖，并提供給實驗組隊員在后期集訓投籃練習中進行模仿練習，對照組隊員不告知。

開始為期3周(一周7練)的集訓，每天保證每名隊員完成投籃專項訓練，投中200次以上的2分遠投，時長不少于1小時。練習過程中，實驗組隊員投籃時盡量模仿分析出的自己最優投籃動作來投籃，對照組隊員無要求，正常自主投籃練習。

集訓結束后第二次測試時間、地點、天氣等外在因素盡量模擬初測情況。4名運動員分別在自己初測點位進行投籃測試，每人投籃50次，測試2組作為第二次測試數據，由三維動作捕捉系統抓取受測人的投籃動作及出手時間。

4 實驗結果

4.1 實驗前實驗組及對照組單手肩上投籃命中率及出手時長分析

根據實驗測試方法和標準，在實驗開始前對實驗組和對照組的4名三人制籃球隊員進行2分遠投測試，測試人在充分熱身的情況下在圓弧線外自選位置，有專門人喂球，盡可能貼近自己常規出手的節奏下投籃50次，記錄中次及出手時間，測試2組。

通過表1可以看出，幾名運動員遠投能力都較為出色，命中率皆高于60%，出手時長較穩定。但對于三人制籃球運動項目來說，本次測試的投籃方式強度不大，在比賽過程中的高強度防守下，應盡可能提升出手速度的同時提高低強度時的命中率，而根據第一次測試數據，各位運動員都有提升的空間。

表1 第一次測試4名運動員投籃命中率及出手時長

4.2 投籃訓練后實驗組及對照組單手肩上投籃命中率及出手時長分析

經過為期4周的專項投籃訓練，第二次對實驗組和對照組的4名三人制籃球隊員進行2分遠投測試，測試人在充分熱身的情況下在圓弧線外自選位置，有專門人喂球，盡可能貼近自己常規出手的節奏下投籃50次，記錄中次及出手時間，測試2組。

通過表2可以看出，幾名三人制籃球運動員通過投籃集訓，遠投能力更加優異，命中率都接近70%，這在全國三人制籃球運動員中都是一個很優秀的成績；但出手時長是一個較為常規的數據，在同級別運動員中沒有優勢。

表2 第二次測試4名運動員投籃命中率及出手時長

4.3 干預前后投籃命中率對比

表3 兩次測試4名運動員投籃命中率對比

將實驗組實驗兩次投籃測試測得的定量分析數據歸納整理后導入SPSS 16.0軟件進行配對樣本T檢驗，得出上表。實驗組兩名隊員經過為期三周的“最優投籃動作”模擬投籃，命中率分別提升了8%和11%，有顯著提升(P＜0.05)；對照組兩名隊員命中率也有所提升，都提升了5%，但提升不明顯(P＞0.05)。由此可見，在告知隊員自身最優投籃姿勢的情況下，讓隊員更好的了解自己后進行投籃練習，對于三人制籃球運動員遠投投籃命中率的提升效果更加明顯，側面說明投籃訓練效能更高。

4.4 干預前后投籃時長對比

表4 兩次測試4名運動員投籃出手速度對比

通過紅外捕捉系統捕捉兩組隊員的出手時間，記錄時間起于投籃出手前舉球動作，結束于球離開手指為準。通過統計發現經過為期四周的投籃練習，僅有實驗組一名球員出手速度有0.05秒的提升且提升不顯著，剩余無論是對照組還是實驗組隊員投籃出手速度無提升。由此可見，“最優投籃動作”模擬投籃練習對于三人制籃球運動員的投籃出手速度無正相關敢于，訓練效能接近于無。

5 結論

經過為期三周每天2分投籃投中200次，投籃時間不少于1小時的投籃專項訓練，實驗組與受試組四名三人制籃球運動員遠投投籃命中率都均有不同程度的提高。實驗組運動員訓練前后兩次測試投籃命中率提高具有顯著性差異，對照組運動員訓練前后兩次測試投籃命中率有提高但差異性不顯著；由此可見，基于“三維紅外動態捕捉系統”構建的最優投籃動作訓練方法對于提升三人制籃球運動員投籃命中率的訓練效能更加顯著。

經過投籃專項訓練，實驗組和受試組四名三人制籃球運動員的單手肩上投籃出手速度都沒有顯著提升，說明無論是最優投籃動作訓練還是常規投籃訓練，對于成年運動員的投籃出手速度沒有很好的干預效果，對于要提高出手速度的運動員，還需尋找新的訓練方法。

使用“三維紅外動態捕捉系統”構建的最優投籃動作訓練方法，不僅能快速有效地提高投籃命中率，還能更好的幫助運動員了解自己，更好的找的自己的投籃節奏，提升訓練的積極性，同時豐富教練員訓練內容和方法，提高訓練的效果和效率。

6 對策

目前“紅外線捕捉系統”在我國的運動訓練領域應用不多，運用其軟件分析出的最優投籃動作訓練方法在三人制籃球訓練上應用更是少之又少；對于運動員來說，對于自己習慣動作了解不足，絕大多數運動員不能直觀了解到自己的最佳投籃動作和節奏。在三人制籃球投籃訓練中，應加強科學訓練的多樣性，有效的幫助運動員了解自己的運動習慣，建立模仿機制，可以有效的提升投籃訓練的訓練效能。

對于成年三人制籃球運動員來說，常規的投籃訓練或者模擬投籃訓練可以提高投籃命中率，但對于出手速度來說提升不大；在三人制籃球運動中，因為其高強度的防守，快速的出手速度是一項重要的競技指標。教練員與運動員應當積極探索提升出手速度的訓練方法，在維持常規命中率的情況下盡可能的提升運動員在比賽中的出手速度，這樣對三人制籃球隊的戰力提高較為有效。