近期國內(nèi)、外體育工程學(xué)前沿與熱點分析

王磊磊

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近期國內(nèi)、外體育工程學(xué)前沿與熱點分析

王磊磊

在對近2屆國際和國內(nèi)體育工程學(xué)術(shù)會議論文進(jìn)行梳理和研究的基礎(chǔ)上，分析闡述了2012—2014年國內(nèi)、外體育工程學(xué)的研究前沿與熱點問題。初步給出了體育工程學(xué)科的定義，并對如何構(gòu)建體育工程學(xué)研究的體系框架進(jìn)行了研究。同時，提出了我國體育工程學(xué)發(fā)展的對策、建議和設(shè)想。

體育工程學(xué)；運動接觸面；運動數(shù)據(jù)；采集與分析；運動裝備

1 引言

體育運動表現(xiàn)受制于“人自身”和“外在物”的共同影響。我國現(xiàn)有的體育科學(xué)研究體系的主要對象是“人自身”的因素，已發(fā)展成具有眾多學(xué)科支撐的體育學(xué)，但鮮見針對“外在物”的研究，其缺少學(xué)科提供支撐，相應(yīng)的，研究機(jī)構(gòu)和研究人員的數(shù)量和前者相比也是相差甚遠(yuǎn)。這對于體育運動實踐的發(fā)展和相關(guān)體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都是極其不利的。因此，我國體育科學(xué)研究的這種不平衡現(xiàn)象亟待解決，針對體育運動實踐中“外在物”研究的體育工程學(xué)的創(chuàng)建和發(fā)展顯得尤為迫切。

在國際上，針對體育工程學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)展非常迅速，這主要得益于國際體育工程協(xié)會(International Sports Engineering Association,ISEA)的發(fā)展與推動。ISEA是在英國謝菲爾德大學(xué)的Haake教授的倡導(dǎo)下，于1996年在英國的謝菲爾德成立。ISEA的目標(biāo)是促進(jìn)體育工程領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究的開展，同時，作為體育工程學(xué)研究人員和相關(guān)體育產(chǎn)業(yè)主體的聯(lián)系紐帶，每2年舉辦1次專業(yè)研討會，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用的合作與共贏。ISEA還創(chuàng)建了《Sports Engineering》雜志，這本季刊目前已成為體育工程學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威期刊。

在ISEA的帶動下，國際上已有多所高等院(校)和科研院所長期廣泛地從事體育工程學(xué)的研究和開展體育工程專業(yè)的人才培養(yǎng)，在英國已有20多所高校開展了體育工程專業(yè)的人才培養(yǎng)，比如謝菲爾德哈萊姆大學(xué)、伯明翰大學(xué)、利物浦大學(xué)等。每2年1次的國際體育工程學(xué)術(shù)會議受到了越來越多學(xué)者的關(guān)注和參與。至今，ISEA已組織召開了10次國際體育工程學(xué)術(shù)會議(表1)。

表 1 國際體育工程協(xié)會學(xué)術(shù)會議概覽一覽表

在我國，針對體育工程學(xué)領(lǐng)域的研究逐漸受到了體育界人士和工程界人士的共同關(guān)注和參與。近年來，在中國體育科學(xué)學(xué)會體育儀器器材分會的引領(lǐng)和推動下，我國體育工程學(xué)領(lǐng)域的研究有了較快地發(fā)展，研究人員和科研成果的數(shù)量明顯增多。但是，與我國體育科學(xué)研究中的其他學(xué)科領(lǐng)域相比，體育工程學(xué)在研究人員的數(shù)量和科研成果的數(shù)量上仍是相差甚遠(yuǎn)。造成這種狀況的原因是多方面的，最重要的原因可能是由于體育工程學(xué)在我國的學(xué)科體系中尚未獲得相應(yīng)的學(xué)科認(rèn)可和學(xué)科地位。然而，體育運動實踐的發(fā)展和相關(guān)體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對體育工程學(xué)的需求日益增強(qiáng)，這也說明我國體育工程學(xué)具有廣闊的發(fā)展前景與空間。

早在1981年，我國體育界的一些教練員和科研人員向原國家體委科教司提出，應(yīng)當(dāng)組織專門的機(jī)構(gòu)和人員，針對運動隊訓(xùn)練和科研中的測試測量以及分析的技術(shù)手段的需求，進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)術(shù)研究。經(jīng)過一系列的籌備活動，經(jīng)過上級主管部門的批準(zhǔn)，1981年11月，體育儀器器材分會成立，是隸屬于中國體育科學(xué)學(xué)會的二級分會。該分會成立30多年來，在國內(nèi)、外組織了30余次的各類學(xué)術(shù)活動。由該分會主辦的第6屆中國體育工程學(xué)術(shù)會議于2014年4月在山東聊城召開。

我國高校培養(yǎng)體育工程專業(yè)人才始于2005年，是由沈陽工業(yè)大學(xué)試辦的體育裝備工程專業(yè)。2008年全國又新增了2所試辦體育裝備工程專業(yè)的高校，它們是聊城大學(xué)和武漢體育學(xué)院。

2 國際體育工程的研究前沿與熱點分析

第9屆國際體育工程學(xué)術(shù)會議于2012年7月在美國馬薩諸塞州召開，論文集共收錄156篇學(xué)術(shù)論文(表2)。

第10屆國際體育工程學(xué)術(shù)會議于2014年7月在英國謝菲爾德召開，論文集共收錄162篇學(xué)術(shù)論文(表3)。

由以上2屆會議論文主題分布情況可見，體育工程學(xué)的研究領(lǐng)域非常寬泛，也似乎很難界定清楚什么是體育工程學(xué)。截止目前，有專家或?qū)W者各自發(fā)表了對于體育工程學(xué)科的定義的觀點。在此，研究者通過對相關(guān)研究課題的梳理和分析，對于體育工程學(xué)的定義發(fā)表見解。體育工程學(xué)領(lǐng)域的研究是以“運動中的人與物”為出發(fā)點，主要是圍繞體育運動中的“外在物”展開的。在對工程學(xué)科總體進(jìn)行了考察與分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合體育工程研究的特殊性，遵循邏輯學(xué)中對內(nèi)涵定義的方法，嘗試初步給出體育工程學(xué)的定義，即體育工程學(xué)是研究體育運動中的人造物質(zhì)和系統(tǒng)的制造、工作原理以及運動中的人與外在物相互作用規(guī)律的科學(xué)與技術(shù)。

牛頓力學(xué)告訴我們，力是改變物體運動狀態(tài)的原因。人類創(chuàng)造的體育運動實踐亦如此，運動過程中的各個環(huán)節(jié)都展現(xiàn)著內(nèi)力與外力的相互作用。人體自身的運動是由神經(jīng)系統(tǒng)主導(dǎo)控制，并由肌肉和骨骼系統(tǒng)協(xié)同作用而完成的。體育運動過程中的人的運動不是孤立存在著的，任何體育項目中人的運動形式都是通過“人自身”與“外在物”的相互作用的條件下發(fā)生并進(jìn)行的。本研究把這類與“人自身”直接發(fā)生相互作用的“外在物”統(tǒng)一命名為“運動接觸面”，它們包括天然或人造的草皮、塑膠跑道、運動地板、滑雪場地、空氣、水、運動鞋、滑雪板、各種球拍等等。

如上所述，任何運動項目都是在“人與物”的互動過程中發(fā)生和進(jìn)行的。因此，對“運動接觸面”展開的力學(xué)研究是根本所在，體育工程學(xué)研究的鏈條由此展開，從獲取人與物的相關(guān)數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析與評價、并逐步延伸到運動計時與評分系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計、運動裝備的研發(fā)與設(shè)計、運動材料的選擇與應(yīng)用等。

研究者對國內(nèi)、外體育工程的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，結(jié)合體育運動實踐的需求，對體育工程學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)行了歸納與抽象，研究得出體育工程學(xué)的研究框架(表4)。

表 4 本研究體育工程學(xué)研究的框架一覽表

這些研究主題并不是截然分開的，它們之間的邊界模糊，互相滲透，互有兼容，但為了廓清體育工程學(xué)科的完整圖像，為后續(xù)的規(guī)范分類提供一個框架。研究者依據(jù)這4個方向?qū)H體育工程協(xié)會的近2屆的學(xué)術(shù)論文的研究成果做一梳理，并借此展現(xiàn)體育工程學(xué)科的內(nèi)秉特征。

2.1 針對“運動接觸面”展開的力學(xué)研究

對人體的空氣動力學(xué)或流體力學(xué)的研究。Annick[29]等人為了優(yōu)化速度滑冰運動員阻力系數(shù)的降低，對速度滑冰運動員風(fēng)洞阻力測量的動作影響進(jìn)行了研究。Katsuya[40]等人對使用風(fēng)洞對徑賽跑步運動員進(jìn)行精確氣動測量進(jìn)行了研究。風(fēng)洞實驗是這類研究最有效的方法。研究表明，尤其是雙人跑，最佳縱排形狀中跟跑者在領(lǐng)跑者后受到了最小空氣阻力。

對投射物的空氣動力性能研究。這類投射物包括標(biāo)槍、鐵餅、棒球、壘球、羽毛球、網(wǎng)球、足球、高爾夫等，它們共同的運動特征是在空中飛行，其受空氣動力學(xué)的影響顯著。Firoz[33]等人對棒球和壘球的氣動進(jìn)行了研究，測量一系列棒球和壘球的氣動阻力。結(jié)果表明，棒球和壘球的阻力系數(shù)在復(fù)雜接縫及其方位的平滑范圍內(nèi)并不產(chǎn)生明顯阻力危機(jī)。Firoz[34]等人還對美式足球的氣動阻力測量進(jìn)行了研究，研究表明，美式足球的阻力系數(shù)近似于其他橢圓形球，如英式橄欖球和澳大利亞足球。阻力系數(shù)在側(cè)風(fēng)情況下幾乎比平常高出4倍。Takeshi[54]等人用風(fēng)洞試驗對現(xiàn)代足球的空氣動力學(xué)進(jìn)行了研究，結(jié)論認(rèn)為，與8板塊足球氣動阻力系數(shù)相比，新的32板塊足球的氣動阻力系數(shù)與高爾夫球氣動阻力系數(shù)更接近。Victor[56]等人對橄欖球氣動(空氣動力)進(jìn)行了比較研究。對光滑表面和顆粒表面橄欖球進(jìn)行計算氣動屬性研究，并對比其研究數(shù)據(jù)。Victor[57]等人研究了接縫和表面材料對網(wǎng)球空氣動力情況的影響，調(diào)查市面生產(chǎn)的網(wǎng)球的接縫和表面材料的影響。分析和比較其阻力系數(shù)。Reno[51]等人對基于風(fēng)洞測試數(shù)據(jù)的飛盤的計算機(jī)模擬進(jìn)行了研究，用風(fēng)洞測量了飛盤的三軸力和作用力的力矩。為了證明模擬結(jié)果的有效性，作者利用動作捕捉系統(tǒng)做實驗，獲取了真實的飛盤運動學(xué)參數(shù)。Jason[39]等人利用多普勒雷達(dá)測量球類阻力，探討自轉(zhuǎn)、接縫高度和速度對阻力產(chǎn)生的影響，并將結(jié)果趨勢與實驗室無風(fēng)投射球的阻力測量進(jìn)行對比。Kenichi[43]等人對高雷諾數(shù)旋轉(zhuǎn)羽毛球的氣動特性和流動特征進(jìn)行了研究，利用粒子圖像測速(PIV)輔助了解風(fēng)洞測試中球邊緣相鄰場的流場。得出羽毛球的高氣動阻力是由球身裙圍的間隔導(dǎo)致的結(jié)論。Alan[28]等對棒球的非旋轉(zhuǎn)球的軌跡進(jìn)行了研究，研究顯示，與普遍看法正好相反，非旋轉(zhuǎn)球路徑和普通投擲的軌跡一樣平穩(wěn)流暢。Kazuya[41]等人對鐵餅的氣動特性進(jìn)行了研究，利用風(fēng)洞的全尺寸模型，測量了作用于鐵餅旋轉(zhuǎn)水平軸的氣動力，和“非旋轉(zhuǎn)”鐵餅水平軸的氣動力。得出鐵餅旋轉(zhuǎn)與否，氣動系數(shù)幾乎無差別的結(jié)論。

對運動器材的空氣動力性能研究。Nathan[50]等人研究了側(cè)風(fēng)和車輪的對自行車運動員空氣動力學(xué)的影響。Timothy[55]等人進(jìn)行了腿部位置對自行車運動員空氣阻力效果的準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)查。

對冰雪項目的摩擦力學(xué)和空氣動力學(xué)研究。這類運動項目包括滑雪、單板等。Len[44]等人進(jìn)行了某品牌運動服對于長距離速度滑冰成績影響的證據(jù)的研究。Luca[46]等人進(jìn)行了越野滑雪比賽中高技術(shù)面料的透氣性和阻力危機(jī)的研究。

水上項目的流體力學(xué)研究。這類運動項目包括各種泳姿的競速項目、多種形式的賽艇競速項目等。Motomu[49]等人對自由泳運動中水下機(jī)器手臂周圍的氣泡對推力的影響進(jìn)行了研究。Yoann[58]等人對賽艇中的流體力學(xué)——槳葉周圍的流體力學(xué)進(jìn)行了研究。Angus[30]等人在針對游泳裝阻力對自由泳運動的時間影響進(jìn)行了研究。

圍繞“運動接觸面”展開的力學(xué)研究是體育工程學(xué)領(lǐng)域研究的焦點，包含人與運動表面的相互作用、人與空氣或水的相互作用、物與空氣或水的相互作用、物與物的相互作用等，研究這類問題主要運用空氣動力學(xué)和流體力學(xué)的知識及理論，研究的主要手段是實驗研究(風(fēng)洞或水槽實驗)和計算流體力學(xué)。體育運動中的人體需要不斷地通過自身或使用的器械與外力對抗，克服各種阻力進(jìn)行運動，可以說流體力學(xué)現(xiàn)象在運動實踐中幾乎無處不在。競技體育追求的目標(biāo)是“更快、更高、更強(qiáng)”，其內(nèi)在本質(zhì)是各種力量及速度的比拼，要想獲得更快的動作或速度，就要設(shè)法增加人自身的體能和優(yōu)化相應(yīng)的技術(shù)動作，并設(shè)法減少人體和器材在運動過程中的各種不必要的阻力。

2.2 針對“運動數(shù)據(jù)的采集與分析”展開的研究

Robert[52]等人利用數(shù)字圖像技術(shù)測量直線跑時運動員動態(tài)足背表面形態(tài)和變形，利用多個同步高速攝影機(jī)捕捉步態(tài)周期的起步位相，據(jù)此測量足部表面形態(tài)和變形情況。Samuel[53]等人對模擬足球腳背踢球時腳對球交互作用的末端效應(yīng)器的研發(fā)，檢驗人體足部與足球交互時利用踝關(guān)節(jié)模擬足部的跖屈變形機(jī)制的可行性。Henry[37]等人對使用視頻標(biāo)記分析了解足球運球運動的方法，數(shù)據(jù)被用于量化踢球和其他情況，使醫(yī)學(xué)研究人員更好的了解頭球時頭顱的加速情況。Kazuya[41]等人對鐵餅慣性力矩和釋放狀態(tài)的最優(yōu)化進(jìn)行了研究，研究考慮了13個控制變量，其中12個與投擲技術(shù)有關(guān)。結(jié)果表明，并發(fā)優(yōu)化的飛行距離較單獨優(yōu)化技術(shù)會更遠(yuǎn)。Aimée[27]等人對專業(yè)高爾夫教練對高爾夫揮桿動作關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的認(rèn)知進(jìn)行了研究，結(jié)合頂級水平的高爾夫揮桿，確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并利用結(jié)果指導(dǎo)未來高爾夫生物力學(xué)研究和教練指導(dǎo)的技術(shù)。

數(shù)據(jù)是信息的載體。獲取運動中相關(guān)人與物的各種數(shù)據(jù)是體育工程學(xué)研究的重要基礎(chǔ)和前提。在體育實踐中，依賴現(xiàn)代科技的各種傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以獲得更多客觀量化的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。一方面，這些信息使得我們對運動員的動作技術(shù)進(jìn)行量化分析，提出更具有針對性的優(yōu)化方案。另一方面，所有的運動項目都需要更加客觀的裁判標(biāo)準(zhǔn)，電子計時或評分系統(tǒng)已得到了廣泛的應(yīng)用，這使得比賽的結(jié)果顯得更加的客觀與公平，與此同時，電視傳媒等現(xiàn)代媒體也需要獲得更多高清和準(zhǔn)確的比賽現(xiàn)場信息。

2.3 針對“運動裝備的研發(fā)與設(shè)計”展開的研究

Monique[48]等人對輪椅籃球運動的新型輪椅進(jìn)行了研究，目的在于降低車架重量，降低滾動阻力，增加推進(jìn)效率。通過測試評估新型輪椅，新型輪椅不僅提高了技術(shù)性能，還提高了運動員表現(xiàn)。Heather[36]等人針對旋轉(zhuǎn)運動中鞋外底設(shè)計對旋轉(zhuǎn)中心的影響進(jìn)行研究，研究收集和分析了高速視頻信息和測力板數(shù)據(jù)，獲取運動鞋運動學(xué)和動力學(xué)結(jié)果。Hkitso[38]等人對一種提高速度世界記錄的人力驅(qū)動自行車的設(shè)計進(jìn)行了研究，探討了一種斜靠式自行車的研發(fā)。自行車的幾何結(jié)構(gòu)也要達(dá)到低速穩(wěn)定性和控制輸入的最優(yōu)化。

運動裝備的研發(fā)與設(shè)計包括各種運動訓(xùn)練和比賽使用的必備和輔助的器材和設(shè)備，比如籃球架、起跑器、跳高架、運動鞋、自由力量訓(xùn)練器材、組合力量訓(xùn)練器材等。這類研究側(cè)重于物質(zhì)裝備的設(shè)計與結(jié)構(gòu)組裝，目標(biāo)在于改進(jìn)現(xiàn)有的物質(zhì)裝備或創(chuàng)造出新的物質(zhì)裝備。

2.4 針對“體育材料的性能與應(yīng)用”展開的研究

Bardal[32]等人對高山滑雪比賽服的面料進(jìn)行了研究，面料測試表明，根據(jù)平均比賽速度，不同高山比賽項目應(yīng)有差異性的需求。Arnoud[31]等人對利用表面處理技術(shù)使賽艇速度加快進(jìn)行了試驗研究。關(guān)注于開發(fā)、特性確定和測試阻力減小的表面，如納結(jié)構(gòu)表面和微結(jié)構(gòu)表面的疏水和親水特性。Linda[45]等人對復(fù)合材料的冰球守門員球桿減震器的使用進(jìn)行了研究，研究設(shè)計了減震器消除復(fù)合材料守門員球桿不必要的振頻，以改善守門員握桿感覺。Motomu[49]等人對運動面料氣動特性與壓縮效應(yīng)進(jìn)行了研究，得出面料的表面質(zhì)地在不同拉伸水平下發(fā)生變化，表面質(zhì)地的變化對氣動阻力有顯著影響。Mike[47]等人對滑雪板的新型激光燒結(jié)材料的性能進(jìn)行了研究，得出該材料不僅可以應(yīng)用于滑雪板，還可被應(yīng)用于包括鞋類或個人護(hù)具體育用品產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

隨著科技的不斷發(fā)展，新材料的應(yīng)用已成為推動體育運動實踐發(fā)展的重要動力。在不同的體育實踐中對物質(zhì)材料的要求存在很大的差異，材料性能與應(yīng)用研究已成為體育工程學(xué)領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容。主要是針對人工草坪材料、運動鞋服用料、運動防護(hù)用品的材料等開展的多種實驗性研究。

3 國內(nèi)體育工程的研究前沿與熱點分析

第5屆中國體育工程學(xué)術(shù)會議于2012年9月在山東聊城召開。論文集共收錄了97篇學(xué)術(shù)論文，其中，和體育工程學(xué)研究領(lǐng)域直接相關(guān)的有51篇(表5)。

第6屆中國體育工程學(xué)術(shù)會議于2014年2月在山東聊城召開。論文集共收錄了36篇學(xué)術(shù)論文，其中，和體育工程學(xué)研究領(lǐng)域直接相關(guān)的有29篇(表6)。

通過比較以上國內(nèi)、外學(xué)術(shù)論文主題的分布情況可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)對體育工程學(xué)的研究領(lǐng)域和國際相比略有差異，研究的主題相對較窄，對“運動接觸面”展開的力學(xué)研究并不多見，可能是因為對該類問題的研究被歸屬在運動生物力學(xué)研究范疇所致。國內(nèi)的研究主要集中在對體育系統(tǒng)軟件的研發(fā)、運動數(shù)據(jù)的獲取與分析、體育裝備的研發(fā)與設(shè)計、體育材料的性能與應(yīng)用研究等方面。研究者依據(jù)這幾個研究方向?qū)?屆國內(nèi)的學(xué)術(shù)會議論文做一梳理，并借此展示近年來國內(nèi)體育工程學(xué)科的研究現(xiàn)狀。

表 6 第6屆中國體育工程學(xué)術(shù)會議主題及其描述一覽表

3.1 針對“體育系統(tǒng)軟件研發(fā)”展開的研究

崔海亭[1]對WEB3d技術(shù)環(huán)境下太極拳學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究中，開發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)WEB3d技術(shù)的太極拳學(xué)習(xí)系統(tǒng)，三維模擬仿真的逼真效果，帶給用戶更多交互和視覺沖擊，促進(jìn)了運動技術(shù)的數(shù)字化，虛擬化繼承和傳播。李巖[10]等人在基于ios移動平臺的太極拳虛擬仿真教學(xué)軟件設(shè)計研究中，構(gòu)建了ios平臺下的大學(xué)體育數(shù)字化仿真教學(xué)環(huán)境，在數(shù)字體育教學(xué)手段上做了重大突破。設(shè)計的是一個太極拳專業(yè)性的互動系統(tǒng)，可在具有觸摸技術(shù)的平板電腦上使用研究。王科飛[18]等人在“大學(xué)生運動處方咨詢軟件系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)”研究中，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類分析方法與案例推理相結(jié)合的方式，設(shè)計了大學(xué)生的運動處方咨詢系統(tǒng)，使用者可以根據(jù)自己的健康狀況和健身需求，便捷的從系統(tǒng)中得到合理有效地運動處方。王永勝[19]對高校“學(xué)生體質(zhì)健康”測試軟件的開發(fā)研究中，實現(xiàn)了體育課測試成績的一體化、自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化，使得體育教學(xué)和管理信息資源高速共享，提高管理的效益和質(zhì)量。

3.2 針對“運動數(shù)據(jù)的獲取與分析”展開的研究

胡璞[5]等人在對速滑分段式無線計時測速系統(tǒng)的研究中，設(shè)計了一套速滑分段式無線計時測速系統(tǒng)，完成了不同階段時速的獲取、無線信號傳輸、成績換算與圖形顯示功能。黃希發(fā)[6]等人對運動面層沖擊吸收測試方法的綜述研究中，對各種測試方法的特點和差異進(jìn)行了探討，對我國運動面層測試方法標(biāo)準(zhǔn)修訂、運動面層沖擊吸收測試儀的研制和體育場地設(shè)施監(jiān)測提出了建議。盧朝霞[8]在基于體域網(wǎng)的人體生理指標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)模型研究中，針對特殊人群生理指標(biāo)監(jiān)控需求，設(shè)計一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的人體生理指標(biāo)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。李祥臣[9]等人對無線慣導(dǎo)式人體運動捕捉系統(tǒng)being motion studio的設(shè)計與研發(fā)，通過對國內(nèi)、外各種人體運動捕捉系統(tǒng)的對比分析，最后實現(xiàn)了無線慣導(dǎo)式人體運動捕捉系統(tǒng)的集成。李尚濱[12]等人應(yīng)用無線定位技術(shù)在排球運動信息采集的研究中，提出了一種基于無線定位技術(shù)的排球運動信息實時采集系統(tǒng)設(shè)計方案。劉建國[13]等人在“基于MEMS傳感器遙控三維數(shù)字投擲器材的研制與科技服務(wù)”中，詳細(xì)介紹和探討了數(shù)字鉛球、鐵餅的結(jié)構(gòu)設(shè)計、測力原理及相關(guān)的試驗情況，兩套系統(tǒng)應(yīng)用于鉛球和鐵餅運動員的實際訓(xùn)練和在接近真實訓(xùn)練比賽環(huán)境下對運動員進(jìn)行技術(shù)診斷。田原[16]在“體育視頻全局運動分析技術(shù)研究”中，對使用特征匹配方法進(jìn)行體育視頻的全景圖生成的方法進(jìn)行了詳細(xì)的綜述，重點討論了特征提取和特征匹配這兩個關(guān)鍵問題。于岱峰[21]等人在“基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在人體肌肉力量數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用”研究中，通過應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對人體握力肌肉力量測試參數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)隱藏的信息資源，并探討人體握力肌肉力量參數(shù)的結(jié)構(gòu)特征、相互關(guān)系和數(shù)據(jù)可視化。

3.3 針對“體育裝備的研發(fā)與設(shè)計”展開的研究

胡璞[7]等人研發(fā)一款籃球運球計時器，利用紅外對射型傳感器感應(yīng)人體、記錄開始運球的時刻，利用紅外漫反射型傳感器感應(yīng)籃球、判斷有效的投籃進(jìn)筐次數(shù)、記錄結(jié)束運球的時刻。林森[14]等人發(fā)明了一款具有保護(hù)功能的排球教學(xué)與訓(xùn)練防護(hù)服裝，減小了運動員因為訓(xùn)練而受傷的幾率，提高了運動員訓(xùn)練的積極性。易紅玲[22]等人在康復(fù)訓(xùn)練器材槳葉振動片的試制與評價研究中，建立了材料—器材參數(shù)—運動效果之間的關(guān)聯(lián)，形成了槳葉振動片制備和評價的基本方法，為器材的優(yōu)化提供了借鑒。吳翠娥[23]等人介紹了一種自主研發(fā)的環(huán)形彈力帶，并對生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行彈性系數(shù)和拉伸強(qiáng)度的檢驗，采用表面肌電對產(chǎn)品的應(yīng)用效果檢驗。種道玉[24]等人在“論工業(yè)設(shè)計在體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用”的文章中，從體育產(chǎn)品創(chuàng)新和體育品牌樹立兩個角度論述了工業(yè)設(shè)計的重要作用。張傳星[25]等人在一款智能啞鈴研制中，采用加速度傳感器檢測鍛煉者手持啞鈴運動的加速度，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后，轉(zhuǎn)化成鍛煉者對啞鈴施加的力，最終實現(xiàn)了鍛煉時力量和加速度的波形化顯示圖形信息。

3.4 針對“體育材料的性能與應(yīng)用”展開的研究

韓景龍[4]在高新材料在體育工程中的應(yīng)用研究中，綜述了當(dāng)前應(yīng)用較多的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、納米材料和智能材料在體育器材、體育場館和配套設(shè)施、體育服裝等領(lǐng)域的優(yōu)勢及應(yīng)用。李曉輝[11]等人在運動場地板涂層材料應(yīng)用性能的研究中，采用半連續(xù)種子乳液聚合工藝，制備了苯丙聚合物乳液，研究了不同乳化劑含量得到不同粒徑乳液的性能、不同攪拌速度得到不同粒徑乳液的性能。于岱峰[21]等人通過連續(xù)生產(chǎn)工藝制備了不同原料配比的LDPE/EVA發(fā)泡材料，該材料在運動防護(hù)產(chǎn)品中有著較高的應(yīng)用價值。宋丹丹[15]等人在對反紅外材料在人造草絲體系中的降溫效果研究中，研究得出，在人造草絲體系中添加反紅外粉體可以起到降溫效果，且并不改變原人造草絲體系的色度。

4 國內(nèi)、外體育工程學(xué)研究的對比分析

從研究的選題來看，國際上對體育工程學(xué)領(lǐng)域的研究非常寬泛，幾乎涉及到體育運動實踐的方方面面，包括從“運動接觸面”展開的力學(xué)研究到運動數(shù)據(jù)的獲取與分析研究，再到體育器材裝備的設(shè)計與研發(fā)等。國內(nèi)對體育工程學(xué)的研究主題相對具體，從體育運動實踐的需求出發(fā)，聚焦在運動裝備的研發(fā)與設(shè)計、運動數(shù)據(jù)的采集與分析、體育材料的性能與應(yīng)用等幾個方面。

從學(xué)科發(fā)展的角度來看，在學(xué)科發(fā)展的初期，寬泛的研究選題是被學(xué)界允許和認(rèn)可的，但是，隨著學(xué)科的逐漸發(fā)展成熟，就需要明確學(xué)科發(fā)展的理論框架體系，這樣，才有利于確立學(xué)科的身份與定位，才能促進(jìn)學(xué)科更好更快地發(fā)展。

從研究方法與層次來看，目前，國際上主要以實驗研究與場地測試為主，這類研究屬于體育工程學(xué)科的基礎(chǔ)研究。這主要是因為，國際上從事體育工程研究的人員多數(shù)具備工科背景，同時，他們開展實驗研究所需的軟、硬件(風(fēng)洞、水槽、測力臺、高速攝像、運動捕捉系統(tǒng)等)配備較為齊全，并具有在體育工程領(lǐng)域持續(xù)多年的研究積累。國內(nèi)的研究以綜述性和應(yīng)用性研究為主，很多研究側(cè)重在現(xiàn)有器材裝備的應(yīng)用開發(fā)研究，基礎(chǔ)研究相對較弱。這可能是由于我國從事體育工程學(xué)研究人員的專業(yè)背景多數(shù)來自于體育界，開展體育工程學(xué)科研究中所需的知識背景和實驗條件不足。在我國的現(xiàn)有體育學(xué)科框架和工程學(xué)科框架之下，體育工程學(xué)還沒有獲得相應(yīng)的學(xué)科身份與地位，這也是導(dǎo)致體育工程學(xué)科發(fā)展的內(nèi)在動力不足、外部發(fā)展空間受限的因素。

5 我國體育工程學(xué)發(fā)展的對策與建議

體育工程學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展是體育運動實踐發(fā)展的需要。這一交叉學(xué)科需要眾多的工程科學(xué)與自然科學(xué)的知識與技術(shù)來支撐，這就需要體育界、工程界和相關(guān)自然科學(xué)界人士的共同參與?，F(xiàn)實中的情況經(jīng)常是，懂體育的科研人員不懂工程技術(shù)，從事工程技術(shù)研究的人員也不了解體育的需求，這種情況導(dǎo)致體育運動實踐中遇到的工程學(xué)的問題經(jīng)常無法深入開展研究。雖然我國已有3所高校開展了體育裝備工程本科專業(yè)的人才培養(yǎng)，但主要限于體育和工程學(xué)科教學(xué)人員的配置不足，教學(xué)和實驗的方法尚在探索和建立之中。

對于我國體育工程學(xué)的創(chuàng)建和發(fā)展，研究者提出以下幾點對策與建議：

1.進(jìn)一步加強(qiáng)體育工程學(xué)術(shù)組織的學(xué)術(shù)交流。搭建我國體育工程學(xué)科領(lǐng)域研究的國家級平臺，召集體育界和相關(guān)工程界的專家學(xué)者組成學(xué)術(shù)共同體，加強(qiáng)交流與合作，統(tǒng)籌規(guī)劃體育工程學(xué)的發(fā)展。針對體育運動實踐中遇到的工程領(lǐng)域的核心問題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，積累體育工程學(xué)的理論與實踐成果，逐步確立體育工程學(xué)的正式的學(xué)科身份與地位。

2.鼓勵有條件的高等院(校)開展體育工程學(xué)的研究與人才培養(yǎng)。應(yīng)在管理體制和機(jī)制上進(jìn)行創(chuàng)新，給予足夠的人、財、物的配備，保障體育工程學(xué)發(fā)展與生長的足夠空間。從體育運動實踐中遇到的具體問題著手開展研究，積累體育工程學(xué)的理論與實踐。在學(xué)科發(fā)展的初級階段，體育工程專業(yè)的人才培養(yǎng)應(yīng)該考慮先招收博士研究生，再招收碩士研究生，先期開展探索性研究。待學(xué)科發(fā)展積累完善后，再招收本科專業(yè)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)培養(yǎng)。注重科學(xué)研究、人才培養(yǎng)與成果轉(zhuǎn)化的相互促進(jìn)。

3.確立體育工程學(xué)的學(xué)科層次與地位。經(jīng)過對相關(guān)學(xué)科體系框架的比較與分析，建議把體育工程學(xué)定位為二級學(xué)科來發(fā)展，其隸屬為一級學(xué)科的體育學(xué)框架體系之下。體育工程學(xué)的研究方向初步歸納為運動接觸面的力學(xué)研究、運動數(shù)據(jù)的獲取與分析研究、體育裝備的研發(fā)與設(shè)計研究、體育材料的性能與應(yīng)用研究4個方面。

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Frontier and Hot Topic Analysis of Sports Engineering in China and Abroad in Recent Years

WANG Lei-lei

Based on analysis and study of international and domestic sports engineering academic conference papers in recent two years,this paper discusses the research frontiers and hot issues of domestic and international sports engineering in 2012—2014.A preliminary definition of sports engineering is given,and how to bulid sports engineering system are studied.At the same time,some countermeasures and suggestions of Chins spors engineering development are put forward.

sportsengineering;sportscontactsurface;sportsdata;acquisitionandanalysis;sportsequipment

1002-9826(2015)03-0131-08

10.16470/j.csst.201503019

2014-12-05；

2015-01-22

王磊磊(1983-)，男，江蘇濱海人，在讀博士研究生，主要研究方向為體育工程、體育產(chǎn)業(yè)，Tel：(010)62969366，E-mail：wangleileibj2008@163.com。

北京體育大學(xué)，北京 100084 Beijing Sport University,Beijing 100084,China.

G80-05

A