籃球運(yùn)動(dòng)中最優(yōu)投籃角度的視覺校對與分析

李洪斌

摘要：籃球是很多青少年熱愛的體育運(yùn)動(dòng)，在國內(nèi)外也有很多著名的籃球賽事。在籃球運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)員的投球水平直接影響著籃球隊(duì)的整體水平以及比賽的成績。在運(yùn)動(dòng)員投球時(shí)候需要選擇最佳的角度進(jìn)行投球，提高投籃的命中率。本文針對籃球運(yùn)動(dòng)中的最佳投籃角度進(jìn)行研究，本文通過實(shí)驗(yàn)的方法完成對投球視角的校對，并對其進(jìn)行深入分析。

關(guān)鍵詞：籃球運(yùn)動(dòng)；投籃角度；視覺校對；分析

隨著我國體育事業(yè)的不斷發(fā)展，籃球事業(yè)也得到了長足的進(jìn)步，關(guān)于籃球的很多規(guī)則等都進(jìn)行了重新修訂。對于籃球比賽來說，要想取勝就要保證投球的命中率，運(yùn)動(dòng)員的投籃水平會對比賽結(jié)果產(chǎn)生決定性影響。因此，對于籃球訓(xùn)練來說，投球練習(xí)是非常重要的訓(xùn)練內(nèi)容之一。很多因素都會影響到運(yùn)動(dòng)員投球的命中率，在各類因素中起到最主要作用的是運(yùn)動(dòng)員目光的聚焦點(diǎn)。對于不同的運(yùn)動(dòng)員來說，在投球時(shí)候眼睛都會在不同的位置聚焦，這一位置并不是固定不變的，對于同一個(gè)運(yùn)動(dòng)員來說，在不同比賽中也會存在較大差異。運(yùn)動(dòng)員眼睛的注視位置需要通過自己的反復(fù)練習(xí)來實(shí)現(xiàn)感性認(rèn)識，得到較為固定的位置。對于廣大教練員來說，他們對運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練目的就在于提高運(yùn)動(dòng)員的得分，這就要對運(yùn)動(dòng)員的注視位置進(jìn)行深入探索，來保證較高的投籃命中率。本文所開展的研究是利用眼動(dòng)儀來確定運(yùn)動(dòng)員投球時(shí)候視線的關(guān)注位置，之后借助建立起的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行詳細(xì)的幾何計(jì)算，以此來得出運(yùn)動(dòng)員投球時(shí)候的最佳視角，保證運(yùn)動(dòng)員投球的位置能夠處于命中范圍內(nèi)。

一、研究對象與研究方法

（一）研究對象

本文的研究在沈陽體育學(xué)院開展，選擇的研究對象為該校的16名學(xué)生，男籃隊(duì)與女籃隊(duì)各8名，選擇對象年齡介于18歲與21歲之間，其視力水平均處于正常范圍內(nèi)。此外，在選擇的16名學(xué)生中，有6名國家一級運(yùn)動(dòng)員，6名國家二級運(yùn)動(dòng)員。

（二）試驗(yàn)設(shè)備

本研究所選用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為iView X HED型頭盔式眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)，其生產(chǎn)廠商為德國的SMI公司。所使用的儀器從本質(zhì)上來說就是微型攝像機(jī)，將其安裝在重量非常輕的頭盔上，它能夠?qū)崿F(xiàn)對眼球運(yùn)動(dòng)的捕捉，并發(fā)現(xiàn)佩戴者的視野變化情況。參加測試的人員將頭盔佩戴在頭上，在頭盔上安裝著紅外攝像頭還有半反透鏡。參與測試的人員佩戴好設(shè)備之后透過半反半透鏡將目光集中在事物上，其中的部分光線會反射到攝像頭，這就能使其得到記錄保存，這就能夠?qū)Ρ粶y試者的眼珠與瞳孔位置得到準(zhǔn)確定位。在另外一個(gè)攝像頭中能夠?qū)ν饨绲恼鎸?shí)情況進(jìn)行記錄。

（三）實(shí)驗(yàn)過程描述

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過程屬于單人測試，實(shí)驗(yàn)過程如下所述：

第一步，讓選定的被測試者將頭盔正確佩戴，讓心態(tài)處于平穩(wěn)放松的狀態(tài)，目光注視籃板上提前進(jìn)行標(biāo)記的部分。實(shí)驗(yàn)管理人員需要對頭盔進(jìn)行合理調(diào)整，包括攝像頭與紅外瞳孔鏡頭，保證終端上的顯示能夠讓測試人員的瞳孔以及錄制畫面都處于屏幕的中心位置。在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，參加實(shí)驗(yàn)的人員要保持頭部不發(fā)生偏移，位置不發(fā)生變動(dòng)。

第二步，通過“三點(diǎn)”校準(zhǔn)法的使用，能夠讓實(shí)驗(yàn)工作人員對被測試者的視線范圍進(jìn)行準(zhǔn)確校準(zhǔn)，為之后實(shí)驗(yàn)的順利開展做好準(zhǔn)備工作。

第三步，被測試者需要按照實(shí)驗(yàn)工作人員的口令完成相應(yīng)的動(dòng)作，在投球訓(xùn)練時(shí)候，工作人員會發(fā)出“1… 2… 3…投”的口令，參與測試人員每人投球5次。

第四步，在每個(gè)人都完成5次投球之后，需要由實(shí)驗(yàn)工作人員對被測試者進(jìn)行一定的調(diào)查，核對被測試者在投籃時(shí)候目光的注視位置，并對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

借助眼動(dòng)儀設(shè)備的追蹤功能，對16名選定的被測試對象的投籃注視點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)密測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在共計(jì)16名測試者中，12個(gè)人在頭球時(shí)候會將目光集中在籃筐前沿的部位，另外的4個(gè)人會將目光集中在籃筐的正上方。通過測試之后的一對一調(diào)查，發(fā)現(xiàn)16名被測試者所表述的自己目光集中點(diǎn)與眼動(dòng)儀測試得到的結(jié)果完全一致。通過測試結(jié)果表明，籃球運(yùn)動(dòng)員在投球時(shí)候目光集中在兩個(gè)位置，分別為籃筐正上方與籃筐前沿位置。

三、罰籃注視點(diǎn)高度的幾何分析

通過上述的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，能夠得到有效的結(jié)論。在籃球運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)員投球之前，運(yùn)動(dòng)員的目光大多集中在籃筐前沿以及籃筐的正上方。但是在實(shí)際的籃球比賽中，投球之前運(yùn)動(dòng)員都會將視線集中在籃筐的正中心，這是運(yùn)動(dòng)員的心理因素決定的，每名運(yùn)動(dòng)員都想讓投籃動(dòng)作處于最恰當(dāng)?shù)慕嵌?，保證投球的命中率。在投球時(shí)候，即使將注意力放在籃筐前沿，但是最終的目標(biāo)仍然是籃筐的中心。用幾何關(guān)系表示就是需要讓籃球運(yùn)動(dòng)員的視線能夠與籃筐的中心線相交，如下圖1所示，利用物理關(guān)系與幾何算法就能夠計(jì)算出較為準(zhǔn)確的交點(diǎn)位置。

（一）注視點(diǎn)水平垂直高度的最小值

首先要設(shè)置合理的變量，設(shè)L1為地面與籃筐之間的距離，L2為測試對象眼睛與地面之間的距離，R為所使用籃球的半徑，r為球場內(nèi)籃筐的半徑，S1為籃筐后端與投球位置之間的距離，A為籃球投中時(shí)候籃球的中心與籃筐最前端之間的距離。

其次是投籃時(shí)候的幾何分析，籃球運(yùn)動(dòng)員在投籃時(shí)候，在籃球離開運(yùn)動(dòng)員的手后，它自己按照一定的拋物線軌跡繼續(xù)進(jìn)行移動(dòng)，要想讓籃球落入籃中得到分?jǐn)?shù)，就需要保證籃球落入籃筐的部分比自身球體的半徑要大。除此之外，籃球的中心點(diǎn)需要與運(yùn)動(dòng)員的視線很多籃筐交點(diǎn)的延長線相交，最終的交點(diǎn)為O1，那么籃筐最前沿的與O1之間的距離就是A，得出A不能小于籃球的半徑，如圖2所示。

在這里假設(shè)A的長度與籃球的半徑R相等，那么就能夠得到一系列幾何關(guān)系。

H1= A sinθ= R sinθ

按照幾何關(guān)系推到可得：

sinθ=（L1- L2）/[（S1- S2）2+（L1- L2）2]

則H1= R（L1-L2）/[（S1-S2）2+（L1-L2）2]

這里所使用的H1是運(yùn)動(dòng)員在投球過程中，要想保證能夠投籃得分，籃球自由落體所形成拋物線到達(dá)籃筐上方的最短距離，這一距離在數(shù)值上等于運(yùn)動(dòng)員與籃框前端交點(diǎn)延長線與籃框之間的垂直距離。在這種情況下，運(yùn)動(dòng)員的眼睛與目光聚集點(diǎn)之間的距離是：

D1= （S1-S2）2+（L1-L2）2+R

（二）注視點(diǎn)水平垂直高度的最大值

首先需要選擇最適宜的量作為自變量，L1為籃筐與水平地面之間的距離，L2為參與測試人員眼睛與地面之間的距離，R為所使用籃球的半徑，R為籃筐的半徑，S1為籃筐末端與投球點(diǎn)之間的距離，S2為所使用籃筐的直徑，P1為籃球運(yùn)行軌跡與被試者視線的交點(diǎn)O與籃框中心線的距離。

其次是對投籃時(shí)候的幾何分析，這里假設(shè)籃球在投出之后其最終落點(diǎn)恰好位于籃筐后部里面，這就能夠推斷出籃球的運(yùn)行軌跡和投球人員以及籃筐前沿會在延長線上的O2點(diǎn)相交，O2點(diǎn)與籃筐之間的水平高度為H2，并且該數(shù)值與投球者所注視的籃筐上方距離相等，如圖3所示。

在這種情況下，籃球下落的運(yùn)動(dòng)軌跡會平行于籃板，之后會與籃筐的最后位置發(fā)生接觸，之后繼續(xù)下落。下面針對圖3中的幾何關(guān)系進(jìn)行分析，得到

H2=（2R′-R）tanθ；又因?yàn)閠anθ=（L1- L2）/（S1- S2）

由此得到H2=[（2R′-R）（L1-L2）]/（S1- S2）

這時(shí)候，投球運(yùn)動(dòng)員的眼睛與目光所到之處的距離為：

D2=（H2+L1-L2）/sinθ=[（H2+L1-L2）（S1-S2）2+（L1-L2）2]/（L1-L2）

（三）計(jì)算結(jié)果

以上述的幾何分析為依據(jù)可以進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算，通過計(jì)算得出投籃時(shí)候要想命中，籃球在籃筐上方的運(yùn)動(dòng)區(qū)域范圍。這就能夠得到結(jié)論，在進(jìn)行投球時(shí)候運(yùn)動(dòng)員的目光集中在籃筐上方，這一位置在投籃命中的范圍之內(nèi)，在投球準(zhǔn)備階段，很少有人會將目光注視在籃筐前沿，這主要由自身的投球習(xí)慣而決定的。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

第一，我們在實(shí)驗(yàn)中對運(yùn)動(dòng)員投球準(zhǔn)備階段的目光落點(diǎn)進(jìn)行追蹤定位，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員的視線主要包括兩種，籃球前沿位置與籃筐正上方。

第二，借助建立的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行幾何計(jì)算分析，能夠得出要想讓籃球命中籃筐得到分?jǐn)?shù)，就需要控制籃球的落點(diǎn)，要保證它處于籃筐上方的一定范圍內(nèi)。在投球前的準(zhǔn)備階段，如果運(yùn)動(dòng)員的目光能夠在籃筐上方集中，那么就能夠保證籃球的落點(diǎn)處于命中的范圍之內(nèi)。

第三，建立模型、進(jìn)行幾何計(jì)算所得到的范圍屬于理想化的投球范圍，投球運(yùn)動(dòng)員的眼睛與地面之間的距離會由于身高因素而發(fā)生改變，運(yùn)動(dòng)員在準(zhǔn)備投籃時(shí)候，運(yùn)球過程中難免會發(fā)生身體的上下浮動(dòng)，因此這一數(shù)值會發(fā)生變化，不會固定不變。

第四，該研究實(shí)驗(yàn)是針對投球過程中，運(yùn)動(dòng)員目光的注視點(diǎn)與球落到籃筐上的高度作為分析對象，進(jìn)行深入的分析與計(jì)算。在應(yīng)用推廣上需要進(jìn)行進(jìn)一步的合理論證。

五、結(jié)束語

綜上所述，在籃球運(yùn)動(dòng)中要對最優(yōu)投籃角度的選擇進(jìn)行研究，通過研究證明在投球時(shí)候保證視線落點(diǎn)的正確角度能夠讓投球的命中率得到提升。在未來的研究中，可以對其進(jìn)行更深入的研究，以此來提升投籃命中率。

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（作者單位：甘肅省酒泉市體育運(yùn)動(dòng)學(xué)校）