優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員兩種跳馬動(dòng)作落地的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

張宇宬，郝衛(wèi)亞，李建設(shè)，顧耀東，何 衛(wèi)，吳成亮，山松俊杰，高飛燕

(1.寧波大學(xué) 體育學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.國家體育總局 體育科學(xué)研究所，北京 100061)

0 前 言

體操，作為奧運(yùn)會(huì)的比賽項(xiàng)目之一，一直都是我們國家非常重視的一項(xiàng)競(jìng)技運(yùn)動(dòng)，在各大比賽中取得了許多不錯(cuò)的成績(jī)。我國現(xiàn)代競(jìng)技體操已經(jīng)經(jīng)歷了50多年，歷經(jīng)了無數(shù)次技術(shù)上和評(píng)分規(guī)則的修改，我們國家的體操成績(jī)?cè)谑澜绶秶鷥?nèi)依然處于領(lǐng)先地位。這其中就包括了跳馬這個(gè)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目。跳馬是體操中一項(xiàng)動(dòng)作技巧非常復(fù)雜的項(xiàng)目，它包括了助跑、踏跳、第一騰空、推馬、第二騰空、落地這幾個(gè)階段。而且目前跳馬的技術(shù)動(dòng)作慢慢的偏向于多種方向和多種翻轉(zhuǎn)動(dòng)作相結(jié)合的方向進(jìn)行發(fā)展[1]。在體操項(xiàng)目中，落地往往是關(guān)鍵的而且非常復(fù)雜的一個(gè)過程[2]。通常我們把落地定義為從接觸墊子的一瞬間到重心達(dá)到最低點(diǎn)這一階段[3]。落地階段固然重要，但落地階段運(yùn)動(dòng)員受傷的風(fēng)險(xiǎn)是非常高的，其中下肢各關(guān)節(jié)的傷病占到了全身傷病的一半以上。因?yàn)樵诼涞貢r(shí)，運(yùn)動(dòng)員的下肢各關(guān)節(jié)要承受巨大的沖擊，所承受的沖擊力大約相當(dāng)于自身體重的8～14倍[4]。肖曉飛等[5]對(duì)體操落地沖擊負(fù)荷機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，影響沖擊負(fù)荷機(jī)制的主要因素有落地的高度、下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征、沖擊表面的力學(xué)特征以及性別上的差異等等[6]。李旭鴻等[6]對(duì)體操落地階段沖擊引起的下肢的損傷進(jìn)行了相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，引起下肢損傷的因素有多種，例如下肢神經(jīng)肌肉的控制能力和協(xié)調(diào)能力、膝關(guān)節(jié)所承受的沖擊負(fù)荷或者落地技術(shù)、落地高度等等。并且，在落地時(shí)不同的落地技術(shù)也會(huì)產(chǎn)生不同的生物力學(xué)特征。郝衛(wèi)亞[7]對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷的相關(guān)生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在體操中，自由操和跳馬等更容易引起下肢的損傷，其中踝關(guān)節(jié)的急性損傷又是跳馬項(xiàng)目中最常見的。

縱觀近幾年的比賽，男子跳馬的技術(shù)動(dòng)作主要集中在“前手翻類、側(cè)手翻類、毽子類”這三大類動(dòng)作，其中“前手翻類”和“側(cè)手翻類”占據(jù)了絕大部分。此外，通過對(duì)第13屆全運(yùn)會(huì)男子跳馬單項(xiàng)決賽的跟蹤拍攝發(fā)現(xiàn)，所有運(yùn)動(dòng)員均選擇了“前手翻類”和“側(cè)手翻類”這兩大類動(dòng)作。這兩類動(dòng)作又包含了多種動(dòng)作，其中，“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°(動(dòng)作編號(hào)176)和直體笠松轉(zhuǎn)體720°(動(dòng)作編號(hào)276)”這兩個(gè)動(dòng)作是運(yùn)動(dòng)員經(jīng)常選用的，兩個(gè)動(dòng)作的難度系數(shù)均為5.6，屬于中高難度動(dòng)作，通過觀看近幾年的大型體操比賽錄像，這兩個(gè)動(dòng)作的出現(xiàn)頻率也很高。因此，對(duì)于這兩個(gè)動(dòng)作的相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)的研究和分析是很有價(jià)值的。

本文主要的研究目的是分析“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°和直體笠松轉(zhuǎn)體720°”這兩個(gè)高頻率使用動(dòng)作的相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)和動(dòng)作特點(diǎn)，著重對(duì)落地階段，下肢各關(guān)節(jié)角度、運(yùn)動(dòng)員落地緩沖時(shí)間、重心高度變化等相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比和分析，探討運(yùn)動(dòng)員在落地緩沖階段對(duì)下肢可能造成損傷的影響因素有哪些?為今后運(yùn)動(dòng)員應(yīng)用此類動(dòng)作的相關(guān)技術(shù)，以及傷病的預(yù)防等提供一定的科學(xué)理論依據(jù)和參考建議。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象分別來自2017年武漢全國體操錦標(biāo)賽、2017年第13屆全運(yùn)會(huì)以及2018年肇慶全國體操錦標(biāo)賽的參賽運(yùn)動(dòng)員2名，他們均在國內(nèi)外取得過優(yōu)異的比賽成績(jī)，其中一名運(yùn)動(dòng)員代表國家隊(duì)參加過多項(xiàng)國外賽事，另一名為省隊(duì)主力隊(duì)員。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料調(diào)研法。查找并閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)若干篇，了解近些年來我們國家和國外關(guān)于體操落地方面的研究進(jìn)展。

1.2.2 觀察和了解。通過觀看2008屆北京奧運(yùn)會(huì)、2004年的雅典奧運(yùn)會(huì)、歷屆世錦賽、全國錦標(biāo)賽、全運(yùn)會(huì)等各大賽事的體操跳馬視頻，對(duì)跳馬比賽的比賽流程、評(píng)分規(guī)則等有一個(gè)大致的了解。其次，重點(diǎn)觀察跳馬運(yùn)動(dòng)員在落地階段身體的姿態(tài)、身體各關(guān)節(jié)大致運(yùn)動(dòng)軌跡等。此外，對(duì)我國近些年來跳馬項(xiàng)目的發(fā)展有一個(gè)大體的認(rèn)識(shí)。

1.2.3 動(dòng)作采集。使用兩臺(tái)日本生產(chǎn),型號(hào)為“CASIO EX-F1”高速攝像機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)員在2017年第13屆天津全運(yùn)會(huì)、2017年武漢全國體操錦標(biāo)賽和2018年肇慶全國體操錦標(biāo)賽中男子跳馬單項(xiàng)決賽進(jìn)行拍攝，拍攝頻率為250Hz。一臺(tái)相機(jī)位于跳馬跑道的左側(cè)，另外一臺(tái)相機(jī)位于跑道的右側(cè)，兩臺(tái)相機(jī)的主光軸夾角約為100°。三次高速拍攝均采用peak框架進(jìn)行三維立體標(biāo)定。

1.2.4 動(dòng)作的解析。對(duì)所拍到的高速視頻進(jìn)行整理歸納，使用三維運(yùn)動(dòng)解析軟件“SIMI MOTION”進(jìn)行解析，將解析后所得到的數(shù)據(jù)使用低通濾波進(jìn)行平滑處理，截?cái)囝l率為8Hz,將平滑處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理、篩選和分析等，可以得到多種運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。其中包括重心高度、落地緩沖時(shí)間、各個(gè)關(guān)節(jié)角度、各個(gè)關(guān)節(jié)位移、水平和垂直速度等。

2 研究結(jié)果

2.1 總體動(dòng)作變化趨勢(shì)和特征

完整的一套跳馬動(dòng)作包括助跑、踏跳、第一騰空、推馬、第二騰空、落地這幾個(gè)階段。運(yùn)動(dòng)員在助跑階段全力加速以便獲得較大的水平速度，讓身體獲得較大的動(dòng)能，為接下來的踏跳做準(zhǔn)備。踏跳質(zhì)量完成的好壞也直接決定了第一騰空完成質(zhì)量，因?yàn)榈谝或v空需要保持較快的水平速度和垂直速度[8],來為下一步推馬做準(zhǔn)備。運(yùn)動(dòng)員在完成推馬動(dòng)作之后重心一直上升，到達(dá)最高點(diǎn)后開始快速下降，當(dāng)雙腳剛接觸地時(shí)，第二騰空完成。重心變化趨勢(shì)呈現(xiàn)為拋物線。當(dāng)雙腳觸地后，身體重心持續(xù)下降達(dá)到最低點(diǎn)，下肢做屈曲進(jìn)行緩沖，隨后身體重心向上運(yùn)動(dòng)直至身體各關(guān)節(jié)伸展身體直立后站穩(wěn)，完成動(dòng)作。

圖1 運(yùn)動(dòng)員張義嘉不同動(dòng)作重心變化曲線

對(duì)兩名運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行三維解析，可以得到相關(guān)重心變化曲線。運(yùn)動(dòng)員張義嘉在完成編號(hào)為176號(hào)動(dòng)作即“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°”(以下簡(jiǎn)稱為“動(dòng)作176”)時(shí)比完成動(dòng)作編號(hào)為276號(hào)動(dòng)作即“直體笠松轉(zhuǎn)體720°”(以下簡(jiǎn)稱“動(dòng)作276”)，重心最大高度低于完成動(dòng)作276的重心最大高度；同時(shí)動(dòng)作176的中重心最低點(diǎn)也要低于動(dòng)作276(圖1)。運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽完成動(dòng)作176時(shí)重心最大高度要低于完成動(dòng)作276；同樣，重心達(dá)到最低點(diǎn)的高度動(dòng)作176低于動(dòng)作276(圖2)。由圖可知，兩人重心變化趨勢(shì)基本相似。

圖2 運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽不同動(dòng)作重心變化曲線

圖3 運(yùn)動(dòng)員張義嘉不同動(dòng)作部分運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)

注：圖中所示重心高度變化為實(shí)際重心高度變化的10倍

圖4 運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽不同動(dòng)作部分運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)

注：圖中所示重心高度變化為實(shí)際重心高度變化的10倍

2.2 不同動(dòng)作之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)對(duì)比

對(duì)兩名運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)解析，提取部分運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)176號(hào)和276號(hào)動(dòng)作進(jìn)行分類，分別為“落地緩沖時(shí)間、重心高度變化、重心最大高度等。比較兩名運(yùn)動(dòng)員可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于176號(hào)動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)員張義嘉落地階段的緩沖時(shí)間要明顯長(zhǎng)于運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽，與此同時(shí)重心高度變化也要大于運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽。對(duì)于276號(hào)動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽的落地緩沖時(shí)間要明顯長(zhǎng)于張義嘉，同樣重心高度變化也高于張義嘉。反觀二人的重心最大高度，對(duì)于176號(hào)動(dòng)作，張義嘉略低于屈瑞陽；對(duì)于276號(hào)動(dòng)作，屈瑞陽的最大重心高度要略高于張義嘉。對(duì)比同一名運(yùn)動(dòng)員完成兩個(gè)動(dòng)作可以發(fā)現(xiàn)，兩名運(yùn)動(dòng)員在完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)落地緩沖時(shí)間要明顯高于276號(hào)動(dòng)作，同樣，在重心高度變化上，動(dòng)作176也要明顯高于動(dòng)作276。但是，通過對(duì)比重心最大高度，完成176號(hào)動(dòng)作的重心最大高度均略低于276號(hào)動(dòng)作(圖3、圖4)。

2.3 下肢各關(guān)節(jié)角度分析比較

在落地階段，對(duì)比176號(hào)動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)員張義嘉的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度變化均大于屈瑞陽，踝關(guān)節(jié)略小于屈瑞陽；對(duì)比動(dòng)作276號(hào)動(dòng)作，張義嘉的髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度變化小于屈瑞陽，但是膝關(guān)節(jié)角度變化大于屈瑞陽。同一名運(yùn)動(dòng)員在分別完成兩個(gè)動(dòng)作時(shí)對(duì)比可知，張義嘉在完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角度變化大于完成276號(hào)動(dòng)作，髖關(guān)節(jié)尤為明顯，但是踝關(guān)節(jié)角度變化小于276號(hào)動(dòng)作；屈瑞陽在完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角度變化均大于動(dòng)作276(除右髖關(guān)節(jié)略小于276，但基本相同)，踝關(guān)節(jié)角度變化明顯小于276號(hào)動(dòng)作(表1)。

表1 兩名運(yùn)動(dòng)員落地階段下肢各關(guān)節(jié)角度變化(°)

圖5 運(yùn)動(dòng)員張義嘉觸地瞬間下肢各關(guān)節(jié)角度示意圖

圖6 運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽觸地瞬間下肢各關(guān)節(jié)角度示意圖

利用Simi motion軟件解析得到運(yùn)動(dòng)員下肢各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，提取兩名運(yùn)動(dòng)員觸底瞬間下肢各關(guān)節(jié)角度。整理可知，兩名運(yùn)動(dòng)員在觸地瞬間下肢三關(guān)節(jié)(髖、膝、踝)的角度除踝關(guān)節(jié)左右兩側(cè)差別略微偏大，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)左右兩側(cè)角度差別不大。其中運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽在完成兩種動(dòng)作時(shí)的左右踝關(guān)節(jié)角度大小差別稍大，運(yùn)動(dòng)員張義嘉左右踝關(guān)節(jié)角度大小差別較小。此外，運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽在完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)下肢各關(guān)節(jié)角度和在完成276號(hào)動(dòng)作時(shí)相比，大小接近，左右兩側(cè)關(guān)節(jié)角度差值也基本相同，圖形趨勢(shì)十分相似；反觀運(yùn)動(dòng)員張義嘉，完成176號(hào)動(dòng)作和完成276號(hào)動(dòng)作時(shí)相比，下肢各關(guān)節(jié)角度大小差別較大，但同樣左右兩側(cè)關(guān)節(jié)角度差值基本相同。(圖5、圖6)

當(dāng)兩名運(yùn)動(dòng)員重心達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，提取下肢各關(guān)節(jié)角度，觀察可得，兩名運(yùn)動(dòng)員在完成276號(hào)動(dòng)作時(shí)，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角度均要高于完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)的角度(屈瑞陽右髖關(guān)節(jié)角度在完成兩個(gè)動(dòng)作時(shí)大致相同)，而踝關(guān)節(jié)角度，則是176號(hào)動(dòng)作大于276號(hào)動(dòng)作，與觸地瞬間時(shí)一致。(圖7、圖8)

圖7 運(yùn)動(dòng)員張義嘉重心達(dá)到最低點(diǎn)下肢各關(guān)節(jié)角度示意圖

圖8 運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽重心達(dá)到最低點(diǎn)下肢各關(guān)節(jié)角度示意圖

3 討 論

“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°”和“直體笠松轉(zhuǎn)體720°”都是難度較高的跳馬動(dòng)作，在各個(gè)大型體操賽事中使用頻率很高。運(yùn)動(dòng)員張義嘉和屈瑞陽都是我國高水平男子跳馬運(yùn)動(dòng)員，多次代表國家和地方隊(duì)參加國內(nèi)外重大賽事。在所采集的三次跳馬比賽中，這兩名運(yùn)動(dòng)員均獲得了前八名的好成績(jī)，其中，運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽在2017武漢全國跳馬錦標(biāo)賽上更是獲得了冠軍。所以，對(duì)二人的比賽進(jìn)行研究分析，是具有一定代表性的。

3.1 落地緩沖時(shí)間與重心變化之間的分析

由圖3、圖4可以看出，兩名運(yùn)動(dòng)員在落地階段的緩沖時(shí)間存在一定關(guān)系，運(yùn)動(dòng)員張義嘉和屈瑞陽在完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)落地緩沖時(shí)間明顯長(zhǎng)于完成276號(hào)動(dòng)作，同時(shí)二人在重心高度變化上，完成176號(hào)動(dòng)作也要明顯大于完成276號(hào)動(dòng)作。分別對(duì)比二人同時(shí)完成176和276號(hào)動(dòng)作時(shí)，也可以發(fā)現(xiàn)，落地緩沖時(shí)間越長(zhǎng)，重心高度變化也就越大。但比較重心最大高度這一運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，二人在完成176號(hào)動(dòng)作要低于完成276號(hào)動(dòng)作，這可能是因?yàn)?76為前手翻動(dòng)作，而276為側(cè)手翻動(dòng)作，前手翻動(dòng)作在推馬時(shí)雙手處于水平，而側(cè)手翻類動(dòng)作雙手不在一個(gè)水平高度，存在一定高度差，因此在離馬瞬間，運(yùn)動(dòng)員做276號(hào)時(shí)重心高度高于176號(hào)動(dòng)作。分別計(jì)算二人完成兩種動(dòng)作時(shí)重心最大高度的差值，發(fā)現(xiàn)二人差值幾乎相同，因此可知二人在完成兩種動(dòng)作時(shí)的重心凈高度(即運(yùn)動(dòng)員離馬瞬間到重心達(dá)最高點(diǎn)時(shí)重心上升的高度)是幾乎一樣的。

3.2 緩沖時(shí)間和重心高度對(duì)下肢關(guān)節(jié)角度變化的影響

兩名運(yùn)動(dòng)員在完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)的緩沖時(shí)間和重心變化均高于完成276號(hào)動(dòng)作，同時(shí)在下肢髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度變化中，176號(hào)動(dòng)作基本大于276號(hào)動(dòng)作(除運(yùn)動(dòng)員屈瑞陽在完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)，右髖關(guān)節(jié)變化略微小于完成276號(hào)動(dòng)作，可近似為變化相同)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員落地緩沖時(shí)，下肢各關(guān)節(jié)做屈曲，落地緩沖時(shí)間越長(zhǎng)，屈曲程度越大。但是，踝關(guān)節(jié)角度變化與髖、膝關(guān)節(jié)相反。造成這方面的原因可能是由于跳馬落地墊較厚，在解析時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的腳部進(jìn)行一定遮擋，對(duì)解析工作造成了一定困難。此外，踝關(guān)節(jié)角度是由股骨外上踝到腓骨外踝的連線與外踝到第二趾骨連線之間的夾角，標(biāo)定的第二趾骨的位置是否精準(zhǔn)對(duì)踝關(guān)節(jié)角度精準(zhǔn)與否影響較大，而第二趾骨往往被較厚的落地墊所遮擋，因此踝關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)可能存在一定誤差，本文中僅作參考，不予著重考慮。

3.3 特殊位置時(shí)下肢關(guān)節(jié)角度的分析

由圖6可知，圖中所呈現(xiàn)趨勢(shì)極為相似，表明在觸地瞬間，屈瑞陽在完成兩種動(dòng)作時(shí)身體姿態(tài)基本相同，并且髖、膝關(guān)節(jié)左右兩側(cè)角度差別不大，說明其身體姿態(tài)左右基本對(duì)稱。同樣，由圖5可知，張義嘉雖然完成兩種動(dòng)作時(shí)下肢關(guān)節(jié)角度不同，但其左右髖、膝關(guān)節(jié)角度差別并不大，說明其身體姿態(tài)同樣左右基本對(duì)稱。在重心達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，由圖7、8可得，二人在完成276號(hào)動(dòng)作時(shí)，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度均大于完成176號(hào)動(dòng)作，說明在完成176號(hào)動(dòng)作時(shí)，身體重心達(dá)到最低點(diǎn)的情況下髖膝關(guān)節(jié)做屈曲程度更大。

4 結(jié) 論

本研究得到了相同難度系數(shù)下兩種動(dòng)作類別(前手翻類與側(cè)手翻類)中具有代表性的兩個(gè)動(dòng)作的相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)，為運(yùn)動(dòng)員今后發(fā)展該動(dòng)作提供一定的科學(xué)依據(jù)。本文結(jié)論如下：4.1 同一名跳馬運(yùn)動(dòng)員在完成動(dòng)作“前手翻接直體前空翻轉(zhuǎn)體900°”時(shí)的落地緩沖時(shí)間要明顯高于完成動(dòng)作“直體笠松轉(zhuǎn)體720°”，與此同時(shí)其重心高度變化與下肢關(guān)節(jié)角度變化和落地緩沖時(shí)間存在一定關(guān)系，即落地緩沖時(shí)間越長(zhǎng)，重心高度變化越大，髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)角度變化越大，屈曲程度越大，受傷風(fēng)險(xiǎn)越高。

4.2 高水平運(yùn)動(dòng)員在落地瞬間對(duì)身體控制能力較強(qiáng)，身體左右姿態(tài)基本對(duì)稱，落地更加平穩(wěn)，致使落地瞬間下肢左右兩側(cè)受到的沖擊分布較為平均，大大降低了下肢各關(guān)節(jié)受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

5 建 議

本文運(yùn)用了三維運(yùn)動(dòng)解析軟件“simi motion”對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，探討了跳馬項(xiàng)目中兩類具有代表性動(dòng)作的相關(guān)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。但是，造成跳馬運(yùn)動(dòng)員下肢損傷的機(jī)制和影響因素等有待進(jìn)一步研究。由于本文僅進(jìn)行了相關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，因此依然存在一定局限性，若要進(jìn)一步探究，建議結(jié)合相關(guān)動(dòng)力學(xué)分析進(jìn)行探討。