運動生物力學(xué)中確定性模型的應(yīng)用探究

□李正宜（河南大學(xué)體育學(xué)院河南開封475000）

運動生物力學(xué)中確定性模型的應(yīng)用探究

□李正宜（河南大學(xué)體育學(xué)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(yīng)測量結(jié)果的生物力學(xué)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(xué)中確定性模型的應(yīng)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(xué)確定性模型應(yīng)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)中確定性模型的應(yīng)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(xué)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(xué)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(shè)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?。將鉛球質(zhì)視為一個點，以力學(xué)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(shè)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(xué)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(xué)當中，對于定量分析來說，通常是對所獲取的詳細運動學(xué)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(xué)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(yù)”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(xué)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(xué)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?；谶\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(xué)中確定性模型的應(yīng)用探究

以確定性模型在應(yīng)用過程中所遵循的基本原則為基礎(chǔ)，有國外學(xué)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(xué)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(shè)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(xué)確定性模型來說，能夠使定性分析得到有效提升，為了使學(xué)者對運動生物力學(xué)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?；谡w層面而言，確定性模型在運動生物力學(xué)中應(yīng)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(xué)的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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