游泳運動員體型三維掃描數(shù)據(jù)與流線型體型研究

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(1.上海游泳隊,上海 201317; 2.上海體育科學(xué)研究所,上海 200030)

根據(jù)流體力學(xué)基本理論,在水中只有減少運動時的阻力,提高前進時的推進力,身體才能獲得更大的速度?；谶@一原理,培養(yǎng)一名優(yōu)秀游泳運動員必須具備良好的流線型體型。如此才可以在游泳時減少阻力,獲得更大的游進速度。流線型體型的獲得與選材、育才直接關(guān)聯(lián)。在以往研究中,一般認為游泳運動員的流線型體型大多要求肩寬、髖窄,這樣的體型有利于專項水平的提高。傳統(tǒng)的測量肩寬、髂寬和髖寬表型及其派生指數(shù)進行數(shù)據(jù)分析的居多,運動員選材時大多使用比肩寬和比髂寬派生指數(shù)的二維評價指標(biāo)。隨著流體力學(xué)技術(shù)的發(fā)展,要使物體在流體中獲得更大的速度,對物體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能提出了較高的匹配要求。只有那些符合或接近流線型體型的人,才能在游泳時最大限度地減少阻力,獲得更大的游進速度。本文通過人體形態(tài)長度、寬度及厚度的三維掃描數(shù)據(jù),建立“筒式軀干”更符合生物學(xué)流體力學(xué)特征,進一步分析游泳運動員流線型體型的數(shù)據(jù),為科學(xué)選材和訓(xùn)練提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

上海游泳隊一線運動員 60 名,其中包括國際健將8人、國家健將28人、一級運動員 24人,平均年齡18.68±1.52歲。男運動員占比49.2%。

1.2 研究方法

1.2.1 測試儀器

對運動員進行身體形態(tài)測試。為了測試準(zhǔn)確,要求女運動員穿泳衣,男運動員穿泳褲。所有測試全部由上海體育科學(xué)研究所選材研究中心組織選材技術(shù)人員完成。身體形態(tài)表型測量采用Vitus Smart XXL三維人體掃描儀(德國,HumanSolutions),所有受檢運動員赤足自然站立,目視前方,手臂置于身體兩側(cè),掌心向前,四肢并攏,拇指展開[1]。身體成分表型采用Inbody720獲得體脂百分比、體重和瘦體重,受試者空腹,赤足站立,男運動員穿泳褲,女運動員穿泳衣,目視前方,雙手握住手柄,雙臂自然下垂。

1.2.2 測量指標(biāo)

通過VitusSmart XXL三維人體掃描儀,根據(jù)流線型體型表型要求,確定如下表型指標(biāo)。身體形態(tài)高度表型:身高及派生指數(shù);身體形態(tài)寬度表型:肩寬、髖寬、髂寬以及派生指數(shù);身體形態(tài)圍度表型:頭圍、胸圍、腰圍、臀圍及派生指數(shù)。身高對流線型體型的高度至關(guān)重要,身高也同時關(guān)聯(lián)寬度和圍度表型。在20世紀80年代的游泳年齡組訓(xùn)練大綱中提出,流線型指數(shù)公式為:流線型指數(shù)=(肩寬+骨盆寬)/(2×身高)。由于公式推行后存在一定異議,經(jīng)過一段時間的運用,改進為:流線型指數(shù)=[(肩寬+髖寬)/(2×身高)]×100%,體型指數(shù)=(肩寬-髖寬)/髖寬×身高。需要說明的是,體脂百分比反映運動員體內(nèi)脂肪含量及身體成分變化,對生長發(fā)育水平,尤其是女運動員的生理機能有明顯影響,對運動員的成績也會產(chǎn)生一定的影響。所以,增加了體脂百分比這個評價指標(biāo)。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法

將VitusSmart XXL三維人體掃描儀測量所得的數(shù)據(jù)使用SPSS 13.0和Excel 2010進行數(shù)據(jù)分析,測試數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,并對數(shù)據(jù)進行t檢驗。

2 研究結(jié)果

游泳運動員的體型變化既受先天遺傳影響,也受后天環(huán)境的影響,身體長度指標(biāo)的遺傳度最大,為82.0%～84.5%,身體寬度指標(biāo)的遺傳度為71%～85.5%,身體圍度指標(biāo)的遺傳度為54.5%～81%。運動實踐證明,運動訓(xùn)練對體型的塑造與改變較大。分析不同運動等級游泳運動員的體型變化特點,對游泳運動員的選材和育才具有重要意義。

2.1 不同等級游泳運動員三維掃描寬度數(shù)據(jù)分析

從表1可以看出,游泳運動員身高呈現(xiàn)隨運動等級的升高而增長的趨勢,且在國際健將、國家健將、一級運動員3個運動等級間的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。肩寬、髖寬表型方面,國際健將和國家健將的指標(biāo)整體好于一級運動員,且與一級運動員相比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),國際健將和國家健將相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。髂寬表型隨運動等級的升高而增長,但并無統(tǒng)計學(xué)意義。反映游泳運動員流線型體型的復(fù)合指數(shù)隨運動等級的降低而逐漸減小的趨勢,且國際健將、國家健將、一級運動員3個運動等級之間均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);體型指標(biāo)均值國家健將最大,且國際健將、國家健將、一級運動員3個運動等級之間均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。優(yōu)秀游泳運動員具有良好的三角形身材,與流線型體型相一致。

表1 不同等級游泳運動員三維掃描寬度表型數(shù)據(jù)

2.2 不同等級游泳運動員三維掃描圍度數(shù)據(jù)分析

從表2中發(fā)現(xiàn),在三維掃描數(shù)據(jù)中,國際健將和國家健將的頭圍表型整體大于一級運動員,且與一級運動員相比具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),國際健將和國家健將相比無統(tǒng)計學(xué)意義。胸圍、臀圍表型均存在差異。國際健將、國家健將、一級運動員的胸圍表型均值呈現(xiàn)逐漸減小趨勢,并且國際健將、國家健將、一級運動員三者相比均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。臀圍表型屬國際健將最小,國家健將最大。三者相比均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01),這與小骨盆選材要求相一致。

2.3 不同等級游泳運動員體脂百分比測量數(shù)據(jù)分析

從表3可以看出,受檢運動員的體脂量為國家健將最高,國際健將與國家健將的體脂量相比具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。體脂百分比隨運動等級的降低而升高,國際健將與國家健將、一級運動員相比具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。優(yōu)秀游泳運動員的體脂百分比在發(fā)育中晚期趨向穩(wěn)定,隨著運動訓(xùn)練水平的提高而逐漸降低,高水平游泳運動員都具備瘦體重大、脂體重輕的身體成分比例。總體而言,游泳運動員體脂率低于同齡人,而略高于田徑等項目運動員。

表2 不同等級游泳運動員三維掃描圍度表型數(shù)據(jù)

表3 不同等級游泳運動員體脂百分比測量數(shù)據(jù)

3 分析與討論

3.1 游泳運動員的體型解讀

體型是人體骨骼、肌肉、體脂、身材的綜合反映,是運動個體當(dāng)前的形態(tài)表型,是可以觀察到的外在形態(tài)結(jié)構(gòu),對個體的生理機能、運動素質(zhì)都有內(nèi)在的影響[2]。已有研究表明,體育運動對體型的變化有很大的影響,長期的專業(yè)訓(xùn)練可以改變一個人的體型,還可以對運動員的運動能力造成影響。游泳項目除了需要身材高大、四肢修長、腰長腿稍短、手寬腳大、體脂適中、體型指數(shù)較高、軀干形態(tài)呈倒三角體型,還需要良好的機能。Heath研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)胚型者體重大、骨盆寬、皮下脂肪多、發(fā)育也較早,在機能方面并沒有太多的優(yōu)勢;中胚型者肩膀?qū)?、骨骼粗、肌肉健?在背肌和握力方面有相當(dāng)大的優(yōu)勢;外胚型者身材瘦小,下肢長、體積小,肩膀窄,機能(尤其是肌力)方面表現(xiàn)較差。優(yōu)秀游泳運動員需要良好的肌力和心肺功能,所以,內(nèi)胚型和中胚型者更適合進行游泳項目[2]。資料表明,游泳運動員內(nèi)胚層體型居多,高比例內(nèi)胚層體型也是形成流線型體型的基礎(chǔ)。皮尤等人采用體型來評定12名橫渡海峽賽的游泳運動員的身體形態(tài)條件,發(fā)現(xiàn)這些游泳運動員全都是內(nèi)胚層體型。居里頓等注意到,在世界級短距離游泳運動員中,內(nèi)胚層體型者較多,長距離游泳運動員較短距離游泳運動員比重小,水中浮力使人體更接近水面線。流線型體型的要求越來越被游泳教練員所重視。

3.2 游泳運動員的流線型體型

研究認為,原有的比肩寬派生指數(shù)屬于二維指標(biāo),其更多的是對軀干寬度的解讀。從比肩寬數(shù)據(jù)中可以看出,隨著游泳運動員級別的提高,軀干形態(tài)改善,肩寬增加,主要是運動員需要上肢發(fā)力獲得更大的速度。比髖寬派生指數(shù)在國際健將中占較小比例,這樣更符合流線型的形態(tài)要求。當(dāng)水流經(jīng)過軀干時,髖寬太大易造成反向渦流,產(chǎn)生更大的阻力,影響游進速度。所以,優(yōu)秀游泳運動員軀干寬度方面更趨于肩寬、髖窄。流線型指數(shù)隨運動等級的降低而呈逐漸減小趨勢,且國際健將、國家健將與一級運動員相比均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。表1顯示,體型指數(shù)均值,國家健將最大,國際健將最小,且國際健將、國家健將與一級運動員相比均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

經(jīng)過長期的專業(yè)訓(xùn)練,游泳運動員為了提高游速,其身體形態(tài)就要符合或盡可能符合流線型體型,以減少人體在水中行進時所受到的阻力,因此,流線型體型是長期訓(xùn)練的結(jié)果。魚兒在水中游得快,不僅僅具備長度和寬度的良好形態(tài),還在于其圍度,以及軀干擺動,尾巴甩動。高水平競技游泳運動員具有良好的流線型體型,它源自于多指標(biāo)、多維度的三維數(shù)據(jù)。眾多數(shù)據(jù)分析優(yōu)于單個數(shù)據(jù),派生指數(shù)分析優(yōu)于個體指標(biāo)表型,多維數(shù)據(jù)分析優(yōu)于單維數(shù)據(jù),三維“筒式軀干”更符合游泳項目流線型體型這一生物學(xué)特征,利用三維掃描數(shù)據(jù)對游泳運動員進行流線型體型的評價更為準(zhǔn)確科學(xué)。本研究發(fā)現(xiàn),胸圍、臀圍數(shù)據(jù)在不同等級之間存在差異,國際健將、國家健將、一級運動員的胸圍指標(biāo)均值均呈逐漸減小的趨勢,并且國際健將、國家健將、一級運動員三者相比均有統(tǒng)計學(xué)意義。首先,胸圍數(shù)據(jù)逐漸增大,表明胸大肌和背部肌群肌肉體積的增大。游泳不僅需要兩臂的力量,更需要胸大肌帶動雙臂向前、向內(nèi)劃動,胸大肌力量的增強,有利于劃水質(zhì)量的提高。背部肌群主要是穩(wěn)定肩胛骨。每次手臂上舉時,如果這部分肌群發(fā)力較小,就無法較好固定肩胛骨,將會導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)在不正確的姿勢下做出劃水動作,如此千百次的練習(xí)就可能造成旋轉(zhuǎn)肌群或滑液囊夾擠,發(fā)生疼痛或者傷害。隨著肌肉發(fā)育水平的提高,劃水的效果大大增強。其次,臀圍數(shù)據(jù)的比例逐漸變小,國際健將的數(shù)據(jù)明顯小于國家健將和一級運動員。這說明現(xiàn)代游泳運動員不僅骨盆小而窄,更要求臀部扁平形態(tài),這樣不會造成前進過程中在臀部形成一個漩渦,繼而對軀體前進造成阻力,影響游進的速度。從軀干寬度表型可以看出,隨著運動等級的提高,游泳運動員的軀干部形態(tài)得到改善,更符合在水中的運動模式,有效減少了不良形態(tài)的阻力。研究認為,圍度表型不僅表明運動員的軀干寬度表型,也包含了游泳運動員的三維方向的肌肉發(fā)育水平。人體在水中游動,原有的二維數(shù)據(jù)更偏向于軀干的寬度,三維“筒式軀干”的數(shù)據(jù)才是對流線型體型的更好解讀。

3.3 游泳運動員的體脂含量

身體成分總處在一個相對合理與穩(wěn)定的比例,皮褶厚度、脂肪總量、體脂重、去脂體重、體脂百分比等表型亦然。體內(nèi)脂肪組織過高或者過低,都會對運動員的訓(xùn)練和成績造成不小的影響。沈艷梅等指出,男子游泳運動員體脂百分比應(yīng)保持在9%左右,女子游泳運動員的體脂百分比應(yīng)保持在15%左右[3]。研究還發(fā)現(xiàn),目前世界頂級游泳運動員體脂百分比普遍較低。曾凡輝的“紅皮書”報導(dǎo),我國優(yōu)秀男游泳運動員體脂百分比為12.06±2.10%,女運動員為18.53±3.23%。我們分析發(fā)現(xiàn),運動員的體脂百分比隨運動級別的降低而升高,且運動員的體脂百分比和運動成績存在一定的線性關(guān)系[4]。如果運動員體脂百分比較高,身體的橫向?qū)挾仍黾?在水中運動時,形成渦流較大,所受到的阻力也就相對較大,所以,多余的脂肪不利于運動員在水中運動。如果運動員體脂百分比過高,每分鐘的耗氧量將大大增加,同時還會增大運動員的心臟負擔(dān),對運動員的身體健康造成影響。Sinning認為長距離游泳作為一種耐力性項目,運動員具有較高的脂肪含量反而有利于運動,這是因為脂肪具有維持體溫和提高浮力的作用[5]。

4 小結(jié)

優(yōu)秀游泳運動員呈現(xiàn)肩寬、髖窄的體型,比肩寬和比髖寬派生指數(shù)構(gòu)成“倒三角”,國際健將、國家健將與一級運動員相比均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。流線型體型還應(yīng)包括胸圍、腰圍、軀干長和體脂百分比等表型,呈現(xiàn)“筒式”三維體型。高水平競技游泳運動員具有良好的流線型體型,它源自于多指標(biāo)、多維度的三維數(shù)據(jù)。眾多數(shù)據(jù)分析優(yōu)于單個數(shù)據(jù),派生指數(shù)分析優(yōu)于個體指標(biāo)表型,多維數(shù)據(jù)分析優(yōu)于單維數(shù)據(jù),三維“筒式軀干”更符合游泳項目流線型體型這一生物學(xué)特征,利用三維掃描數(shù)據(jù)對游泳運動員進行流線型體型的評價更為準(zhǔn)確科學(xué)。

胸圍表型隨生長發(fā)育、運動等級及訓(xùn)練水平的提高而增大,具備強大的心肺功能。國際健將的臀圍表型較小,呈現(xiàn)明顯的三角形軀體與小骨盆形體,流線型體型顯著。國際健將、國家健將與一級運動員相比均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

體型特征只能看作人體外形的一個特征,對運動員的評價還需要從生理機能、專項能力、心理心智等方面進行綜合考慮,才能更加準(zhǔn)確地預(yù)判。