基于數(shù)據(jù)采集與分析的乒乓球基本技術(shù)動作糾錯訓(xùn)練方法研究

摘要：本研究旨在基于數(shù)據(jù)手套進行數(shù)據(jù)采集和分析，實現(xiàn)乒乓球姿態(tài)跟蹤，為乒乓球初學(xué)者提供更有效的基本技術(shù)動作糾錯練習(xí)方法。使用一套完整的數(shù)據(jù)手套設(shè)備收集手部和手臂的運動數(shù)據(jù)，并采用基于關(guān)節(jié)的手臂運動位置計算方法，準(zhǔn)確跟蹤三種常用的經(jīng)典乒乓球運球姿勢的定位和運動。利用Blender構(gòu)建人體三維模型，并對三種姿勢進行可視化，結(jié)果顯示出良好的性能。通過對非專業(yè)運動員和職業(yè)運動員的技術(shù)動作進行對比分析，找出技術(shù)動作的差異和錯誤，對學(xué)習(xí)者的動作進行細(xì)致地觀察和分析，發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，提供針對性的指導(dǎo)。研究結(jié)果表明，數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)在乒乓球基本技術(shù)動作糾錯練習(xí)中具有廣泛的應(yīng)用前景，可以為學(xué)習(xí)者提供更具針對性和個性化的指導(dǎo)，提高學(xué)習(xí)效果和技能水平。

關(guān)鍵詞：乒乓球" 基本技術(shù)" 數(shù)據(jù)采集" 動作捕捉" 可穿戴設(shè)備" 糾錯練習(xí)

中圖分類號：G80 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8902-（2025）-06-112-3-ZL

乒乓球是一項廣受歡迎的體育運動，具有較高的技巧性和挑戰(zhàn)性。對于初學(xué)者來說，掌握正確的技術(shù)動作是提高技能水平的關(guān)鍵。作為擁有7年乒乓球業(yè)余經(jīng)驗的愛好者，在正手和反手技術(shù)動作上遇到瓶頸是很常見的。專業(yè)運動員經(jīng)過長期系統(tǒng)地訓(xùn)練，動作規(guī)范、準(zhǔn)確且流暢，而業(yè)余愛好者在動作上可能會存在不規(guī)范、不準(zhǔn)確的問題，導(dǎo)致技術(shù)水平無法提升，例如在力量上可能存在不足，導(dǎo)致球速慢、無法控制。為了糾正這些問題，如何有效地進行技術(shù)動作糾錯練習(xí)是乒乓球?qū)W習(xí)中亟待解決的問題。近年來，隨著科技的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)在體育運動領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。動作捕捉技術(shù)、數(shù)據(jù)手套傳感器等手段可以實現(xiàn)對運動員技術(shù)動作的細(xì)致觀察和分析，為學(xué)習(xí)者提供更準(zhǔn)確、更個性化的指導(dǎo)。然而，如何將這些技術(shù)手段應(yīng)用于乒乓球基本技術(shù)動作的糾錯練習(xí)中，仍需進一步研究和探討。

1、使用設(shè)備

本研究實驗設(shè)備采用WISEGLOVE數(shù)據(jù)手套（USB版本），一張帶有自動發(fā)球機的乒乓球桌、乒乓球拍以及一臺用于數(shù)據(jù)采集的計算機（如圖1所示）手套測量系統(tǒng)為WISEGLOVE19F+光纖數(shù)據(jù)手套，數(shù)據(jù)手套的應(yīng)用定位于虛擬現(xiàn)實交互和仿真模擬，也可應(yīng)用于人手的運動捕捉、游戲動畫捕捉、 醫(yī)學(xué)人手功能評定、康復(fù)醫(yī)療等應(yīng)用。可精確測量人手指動作和手臂動作，如揮手、抓握等手勢動作。傳感器配置 ：WISEGLOVE擴展了傳統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)手套，除配置有19個手指角度傳感器外，還可選配5個手指力反饋功能、手臂空間位置捕捉功能，使用該手套可以實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境的交互應(yīng)用。一共有19個手指屈曲傳感器和3個手臂位置傳感器（見圖2）。屈曲傳感器位于手掌背面，檢測手指關(guān)節(jié)的屈曲數(shù)據(jù)，包括遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)（DIP）、近端指間關(guān)節(jié)（PIP）、拇指的腕掌關(guān)節(jié)（CMC）和掌指關(guān)節(jié)（MCP），傳感器還檢測兩個MCP之間的開和閉合角。位置傳感器收集手掌、前臂和上臂的旋轉(zhuǎn)角度。手套的采樣分辨率為12位。

手套擁有19個高精度彎曲傳感器，這些傳感器分布在每根手指的各個活動關(guān)節(jié)上。5個手指力反饋器分布在每個手指指尖關(guān)節(jié)上。3個手臂傳感器分布在手臂關(guān)節(jié)上（如圖3所示）。

1.1、典型參數(shù)指標(biāo)

手套面料為合成彈力纖維布，傳感器技術(shù)使用光纖傳感，傳感器精度為12bit數(shù)據(jù)精度，靜態(tài)精度0.02度，動態(tài)精度 0.2度，數(shù)據(jù)更新率100Hz，力反饋可選5個手指力反饋器，手臂位置傳感器可選3個手掌傳感（如圖4所示）

1.2、各傳感器角度定義

針對一般人手的生理特性，在開發(fā)庫中使用了以下傳感器的角度定義，我們可以根據(jù)本人手指的運動角度，調(diào)用函數(shù)庫相應(yīng)的函數(shù)設(shè)置合適的角度范圍參數(shù)（見下表1，表2）。

2、研究對象及方法

2.1、研究對象

本項目的研究對象為擁有一定基礎(chǔ)的業(yè)余乒乓球愛好者（如表1），過往未接受過乒乓球系統(tǒng)訓(xùn)練，堅持訓(xùn)練5年以上，已經(jīng)學(xué)會基本的正反手上旋擊球技術(shù)動作，沒有在任何市級、省級或國家級專業(yè)乒乓球隊進行過系統(tǒng)乒乓球訓(xùn)練；數(shù)據(jù)對比對象為擁有5年及以上專業(yè)隊訓(xùn)練經(jīng)歷的乒乓球國家一級運動員。本文選取的研究對象和對比對象均為右手橫拍握拍弧圈結(jié)合快攻打法；膠皮為正手反膠，反手生膠。乒乓球左手執(zhí)拍與右手執(zhí)拍的動作僅在軌跡方向存在差異，整體的動作結(jié)構(gòu)是一致的，對實驗無影響。

2.2、研究方法

（1）文獻資料法。

運用文獻資料法，通過知網(wǎng)、萬方等數(shù)據(jù)庫，通過關(guān)鍵詞“乒乓球”“乒乓球技術(shù)動作分析”“數(shù)據(jù)手套”等為主題詞和關(guān)鍵詞進行搜索。對本文所需要的文獻進行閱讀與整理，學(xué)習(xí)在文獻中閱讀和理解的方法與思路并應(yīng)用于本次論文的撰寫。

（2）數(shù)理統(tǒng)計法。

通過采用的研究實驗設(shè)備WISEGLOVE數(shù)據(jù)手套（USB版本），將收集到的原始數(shù)據(jù)首先使用EXCEL軟件進行預(yù)處理，然后運用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS對數(shù)據(jù)進行分析。

（3）實驗分析法。

通過WISEGLOVE19數(shù)據(jù)手套動作捕捉系統(tǒng)中自帶的軟件獲得手臂、手腕、手指的運動軌跡圖，應(yīng)用軟件顯示的坐標(biāo)統(tǒng)計圖對數(shù)據(jù)進行分析與對比。得出專業(yè)乒乓球運動員與非專業(yè)乒乓球運動員的不同之處，為研究對象提供更準(zhǔn)確、更具針對性的指導(dǎo)。

3、正手發(fā)力攻球與反手攻球數(shù)據(jù)采集分析

使用WISEGLOVE19數(shù)據(jù)手套動作捕捉傳感器，通過PyCharm軟件進行采集與分析程序的編寫，最終獲得手臂、手腕、手指的運動軌跡圖，我們可以看到三行曲線，每行代表一種情況下的數(shù)據(jù)變化趨勢，橫坐標(biāo)是時間，豎坐標(biāo)是數(shù)據(jù)值。數(shù)值通過最大值和最小值、波動情況、波形規(guī)律性三個方面進行分析；運動速度三條數(shù)據(jù)軸分別表示的是沿XYZ軸方向分解的速度，每個技術(shù)動作測試時間為60秒，分析最大值與最小值的波動情況和波形的波動的規(guī)律性。通過觀察和分析對比這些曲線和波形，我們可以得出一些關(guān)于數(shù)據(jù)變化的結(jié)論和建議。

研究對象正手發(fā)力攻球時，大臂旋轉(zhuǎn)弧度最大值為z軸方向：環(huán)繞幅度2.5（rad），最小值為x軸方向：環(huán)繞幅度-1（rad）；小臂旋轉(zhuǎn)弧度最大值為z軸方向：環(huán)繞幅度1.5（rad），最小值為x軸方向：環(huán)繞幅度-1.5（rad）；手掌旋轉(zhuǎn)弧度最大值為z軸方向：環(huán)繞幅度1.5（rad），最小值為x軸方向：環(huán)繞幅度-1.5（rad）。反手攻球大臂旋轉(zhuǎn)弧度最大值為z軸方向：環(huán)繞幅度3（rad），最小值為z軸：環(huán)繞幅度-1（rad）；小臂旋轉(zhuǎn)弧度最大值為x軸方向：環(huán)繞幅度2（rad），最小值為z軸方向：環(huán)繞幅度-3（rad）；手掌旋轉(zhuǎn)弧度最大值為z軸方向：環(huán)繞幅度3（rad），最小值為z軸方向：環(huán)繞幅度-3（rad）（如圖6和圖7所示）

國家一級運動員正手發(fā)力攻球時大臂旋轉(zhuǎn)弧度最大值為y軸方向：環(huán)繞幅度0.5（rad），最小值為z軸方向：環(huán)繞幅度-2（rad）；小臂旋轉(zhuǎn)弧度最大值為x軸方向：環(huán)繞幅度1（rad），最小值為z軸方向：環(huán)繞幅度-2.5（rad）；手掌旋轉(zhuǎn)弧度最大值為x軸方向：環(huán)繞幅度1.5（rad），最小值為z軸方向：環(huán)繞幅度-3（rad）；正手發(fā)力攻球大臂旋轉(zhuǎn)弧度最大值為z軸方向：環(huán)繞幅度1（rad），最小值為x軸方向：環(huán)繞幅度-0.5（rad）；小臂旋轉(zhuǎn)弧度最大值為z軸方向：環(huán)繞幅度1（rad），最小值為y軸方向：環(huán)繞幅度-1（rad）；手掌旋轉(zhuǎn)弧度最大值為z軸方向：環(huán)繞幅度1（rad），最小值為y軸方向：環(huán)繞幅度-1（rad）（如圖8和圖9所示）。

4、數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果對比

以上四幅圖分別顯示的是研究對象與國家一級運動員正手發(fā)力攻球與反手攻球時手臂旋轉(zhuǎn)弧度的數(shù)據(jù)顯示圖。

研究對象與國家一級運動員正手發(fā)力攻球時的各項數(shù)據(jù)顯示進行對比（大臂旋轉(zhuǎn)環(huán)繞幅度2.5＞0.5，最小值-1＞-2，小臂旋轉(zhuǎn)環(huán)繞幅度1.5＞1，最小值-1.5＝-1.5，手掌旋轉(zhuǎn)環(huán)繞幅度1.5＝1.5，最小值-1.5＞-3）正手發(fā)力攻球時：如圖6的數(shù)值所示研究對象正手發(fā)力攻球時大臂的旋轉(zhuǎn)環(huán)繞幅度最高，小臂的旋轉(zhuǎn)環(huán)繞幅度最少，說明正手發(fā)力攻球進行的過程中大臂的使用過多，小臂的參與過少，導(dǎo)致發(fā)力的過程中產(chǎn)生一定局限性；局限性會使手肘發(fā)力時彎曲減小；所以正手攻球發(fā)力過程并不穩(wěn)定，左右晃動幅度明顯，導(dǎo)致數(shù)值偏差過大。從研究對象整個正手發(fā)力動作結(jié)構(gòu)分析來看，從大臂到手肘到前臂再到手腕手指的整個發(fā)力過程存在多個明顯的問題。

研究對象與國家一級運動員反手攻球時的各項數(shù)據(jù)顯示進行對比（大臂旋轉(zhuǎn)環(huán)繞幅度3＞1，最小值-1＜-0.5，小臂旋轉(zhuǎn)環(huán)繞幅度1=1，最小值-2.5＜-1，手掌旋轉(zhuǎn)環(huán)繞幅度3＞1，最小值-＜-1）。反手生膠的發(fā)力機制主要是以前臂發(fā)力為主，手腕發(fā)力為輔。在擊球的瞬間，以前臂的快速揮動為主，同時利用手腕的突然彈動來增加發(fā)力。這種發(fā)力方式可以產(chǎn)生較強的旋轉(zhuǎn)力，從而更好地控制球的軌跡。從數(shù)值對比中可以明顯看出研究對象最大值和最小值之間所產(chǎn)生的頻率小于國家一級運動員，說明手臂和手掌發(fā)力的使用明顯不如國家一級運動員，習(xí)慣于最大力擊球。

5、討論與分析

基于數(shù)據(jù)手套采集研究對象與國家一級運動員的乒乓球運球姿勢數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果進行對比后表明，我們可以發(fā)現(xiàn)研究對象正手發(fā)力攻球時無論是大臂、小臂，還是手掌的發(fā)力弧度的最大值幾乎都大于國家一級運動員，同時最小值都大于或等于國家一級運動員，這說明研究對象發(fā)力時乒乓球基本技術(shù)動作從大臂、手肘、前臂、手腕再到手指整個過程都明顯存在諸多問題，我們根據(jù)與國家一級運動員對比后所產(chǎn)生的不同，從每個環(huán)節(jié)有針對性地提出乒乓球基本動作糾錯的訓(xùn)練方法。

乒乓球正手發(fā)力攻球時，多從大臂、手肘、前臂、手腕到手指的技術(shù)動作進行分析。在正手發(fā)力時，大臂主要起到帶動和支撐的作用。大臂的發(fā)力動作主要是向前上方推出，與身體形成一定的夾角；手肘是連接大臂和小臂的關(guān)節(jié)，也是發(fā)力的重要環(huán)節(jié)之一。手肘在發(fā)力時應(yīng)該彎曲，并向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使得小臂向前上方移動；前臂是發(fā)力的重要部位之一，主要起到傳遞力量的作用。在發(fā)力時，前臂應(yīng)該向前上方伸出，同時與身體呈一定的夾角；手腕是控制球拍的重要部位之一，也是發(fā)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在發(fā)力時，手腕應(yīng)該向上翻轉(zhuǎn)，使得球拍正面朝上，同時向前上方揮動；手指主要是用來抓住球拍，并對其進行微調(diào)。在發(fā)力時，手指應(yīng)該用力抓住球拍，以增加發(fā)力的精度和力量。總的來說，乒乓球正手發(fā)力時，從大臂到手肘到前臂到手腕再到手指的技術(shù)動作是一個連續(xù)的過程，每個環(huán)節(jié)都在發(fā)力過程中起到重要的作用。

在乒乓球運用反手生膠發(fā)力時，技術(shù)動作從大臂到手肘到前臂到手腕再到手指，都有一定的變化和配合。在反手生膠發(fā)力過程中，大臂需要配合腰部轉(zhuǎn)動，同時向后引拍，為后續(xù)的發(fā)力做好準(zhǔn)備。大臂與身體的角度不宜過大或過小，應(yīng)當(dāng)保持適當(dāng)?shù)慕嵌龋@有助于發(fā)力的順暢；然而手肘需要彎曲一定角度，以便在發(fā)力時能夠利用肘部的力量。同時，手肘需要與身體平行，避免過度向外或向內(nèi)傾斜；其次前臂需要向內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時配合手腕和手指的動作。前臂的轉(zhuǎn)動需要與球拍接觸球的瞬間同步，以便實現(xiàn)力量的最大化；注意手腕需要向內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時配合前臂和手指的動作。最后手腕需要迅速向外甩出，以便實現(xiàn)力量的傳遞和控制的準(zhǔn)確性；在反手生膠發(fā)力時，手指需要握緊球拍，但不過度用力。手指的作用主要是控制球拍的方向和落點，因此在發(fā)力過程中需要注意手指的動作和力量。整個技術(shù)動作的配合需要流暢、協(xié)調(diào)，各個環(huán)節(jié)的配合要恰到好處。在練習(xí)反手生膠發(fā)力時，需要注意動作的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，不斷調(diào)整和糾正不正確的動作，以便于提高反手生膠發(fā)力的效率和質(zhì)量。

本研究的結(jié)果顯示，基于數(shù)據(jù)采集與分析的乒乓球基本技術(shù)動作糾錯訓(xùn)練方法在提高訓(xùn)練效果和比賽表現(xiàn)方面具有顯著優(yōu)勢。這主要歸功于該方法能夠精確評估研究對象與運動員的技術(shù)動作，使教練員能夠根據(jù)個體差異進行針對性訓(xùn)練。同時，這種訓(xùn)練方法還具有較高的實用性和可操作性，適用于不同類型的運動員和不同階段的訓(xùn)練。

然而，本研究仍存在一定的局限性。首先，實驗樣本量相對較小，可能無法全面反映不同類型運動員的情況。其次，實驗時間較短，無法評估該訓(xùn)練方法對長期訓(xùn)練效果的影響。未來研究可以進一步拓展實驗范圍和時間，以便更全面地評估該訓(xùn)練方法的應(yīng)用效果。

6、結(jié)論

本研究著重介紹了基于使用WISEGLOVE19數(shù)據(jù)手套動作捕捉傳感器的乒乓球擊球動作識別系統(tǒng)，通過對乒乓球基本技術(shù)動作糾錯訓(xùn)練方法的研究，對比兩者之間正確與錯誤的動作表現(xiàn)，驗證了基于數(shù)據(jù)采集與分析的方法在提高訓(xùn)練效果和比賽表現(xiàn)方面的優(yōu)勢，學(xué)習(xí)者可以直觀地了解到自身技術(shù)動作的問題所在，進而進行針對性地改進。

基于數(shù)據(jù)采集與分析的技術(shù)動作糾錯訓(xùn)練方法能夠有效地幫助業(yè)余愛好者發(fā)現(xiàn)和糾正技術(shù)動作中的錯誤。這為乒乓球業(yè)余愛好者和專業(yè)運動員提供了一種新的、有效的訓(xùn)練手段，有助于解決業(yè)余愛好者的乒乓球基本技術(shù)動作問題，在一定基礎(chǔ)上快速提高技術(shù)水平和比賽成績。未來研究可以進一步優(yōu)化該訓(xùn)練方法，拓展其應(yīng)用范圍，為不同類型、不同階段的運動員提供更加精確、個性化的訓(xùn)練方案。

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基金項目：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“基于數(shù)據(jù)采集與分析的乒乓球基本技術(shù)動作糾錯訓(xùn)練方法研究”，編號：202310593065。

作者簡介：羅明琎（2003-），男，漢族，廣西南寧人，本科，研究方向：運動訓(xùn)練；

通訊作者：趙芹（1973-），女，白族，云南昆明人，本科，講師，研究方向：體育教學(xué)與訓(xùn)練。