中日優(yōu)秀女子高爾夫球員劉鈺與畑岡奈紗一號木桿技術(shù)三維運動學對比分析

展更豪，王澤峰，趙紫龍，徐華雨，朱鵬岳，吳淑元，何文捷

(1.首都體育學院，北京 100191；2.國家體育總局 體育科學研究所，北京 100061；3.河北體育學院，石家莊 050041；4.國家體育總局 信息中心，北京 100061)

1 問題的提出

一號木桿是高爾夫球比賽遠距離開球的首選，對選手成績影響重大[1]，但其全揮桿動作較難穩(wěn)定發(fā)揮，需要選手通過全身肌肉協(xié)調(diào)爆發(fā)性用力，以實現(xiàn)更精準、更遠的開球距離[2]。目前學者們對揮桿技術(shù)的研究主要是實驗性的二維三維技術(shù)分析，雖然有對比賽現(xiàn)場職業(yè)選手的技術(shù)分析，但仍停留在二維分析[3]，研究的深度和廣度不足，很多細節(jié)沒被捕捉到。三維技術(shù)分析大多是在室外練習場和封閉的高爾夫模擬室進行，缺少對現(xiàn)役頂級運動員在重大比賽現(xiàn)場的三維技術(shù)分析[4]。為此，本研究通過對劉鈺與畑岡奈紗兩位現(xiàn)役頂級選手在重大比賽中的一號木動作進行三維分析研究，為中國女子高爾夫球項目開球進行有針對性地科學訓練提供理論依據(jù)。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

劉鈺與畑岡奈紗基本情況如表1所示。二人同為亞洲人體質(zhì)，身體結(jié)構(gòu)特點相近，均為右利手，技術(shù)具有一定的可比性。畑岡奈紗雖然身材矮小，但其一號木擊球距離驚人，可見其揮桿方式必有可取之處，通過對二人的一號木桿揮桿技術(shù)的對比研究，可幫助劉鈺進行技術(shù)改進。

表1 劉鈺與畑岡奈紗基本情況表

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料法

以“高爾夫一號木”“高爾夫運動學”“高爾夫奧運”等為關(guān)鍵詞，通過中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫搜集整理相關(guān)研究成果，獲得所需要的理論知識。登錄LPGA官方網(wǎng)站、百度百科搜集球員及相關(guān)賽事資料，補充本研究所需數(shù)據(jù)，為研究提供理論支持和依據(jù)。

2.2.2 實地考察法

采用實地考察法，獲取2019年10月上海LPGA別克錦標賽參賽球員數(shù)據(jù)。比賽前一天進入比賽場地進行實地勘測。在比賽期間，由2名技術(shù)員在該洞發(fā)球臺對開球球員進行三維攝像，1名技術(shù)員負責記錄與通訊，2名技術(shù)員于該洞一號木落點處記錄位置數(shù)據(jù)。

2.2.3 三維錄像拍攝法

采用2臺高速攝像機，采樣頻率為1 000幀/秒，2臺攝像機擺放在同一高度，分別位于距發(fā)球臺的正前方、正側(cè)方9.5 m位置，主光軸夾角接近90°。拍攝球員全揮桿技術(shù)，拍攝時間范圍為球員瞄球到隨揮動作結(jié)束。

2.2.4 錄像解析法

采用Simi Reality motion進行三維解析，結(jié)合本研究進行三維框架標定，解析點在本課題組已有研究基礎上設定身體關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，得到解析點的三維坐標數(shù)據(jù)，在此基礎上運算解析，解析誤差小于2 mm。

2.2.5 數(shù)理統(tǒng)計法

利用Simi Reality motion進行運動學數(shù)據(jù)解析和相關(guān)角度運算，運用Excel 2010和SPSS 23.0對相關(guān)運動學參數(shù)進行描述性統(tǒng)計，結(jié)果以平均數(shù)和標準差表示。

2.3 相關(guān)概念界定

2.3.1 各技術(shù)參數(shù)概念界定

全揮桿各階段用時為兩關(guān)鍵時刻之間的用時。站位寬度比為左、右踝關(guān)節(jié)之間距離與左、右肩部距離之比。球桿與手臂夾角為球桿與球員左手臂之間的夾角。髖部轉(zhuǎn)動角度為兩髖關(guān)節(jié)中心連線相對于準備時刻時轉(zhuǎn)過的角度。肩部轉(zhuǎn)動角度為兩肩關(guān)節(jié)中心連線相對于準備時刻時轉(zhuǎn)過的角度。肩髖相對旋轉(zhuǎn)角度為肩部轉(zhuǎn)動角度與髖部轉(zhuǎn)動角度之差。桿頭速度為擊球前最快的桿頭速度。球速為球開始移動的最快速度。起飛角度為球起飛時與水平面的夾角。重心為人體全部環(huán)節(jié)所受重力的合力的作用點。

以右利手球員為例，以選手準備時刻的髖、肩角度為零點，髖、肩往平行于球員雙腳連線的出球方向轉(zhuǎn)動的角度為正值，髖、肩往平行于球員雙腳連線的出球反方向轉(zhuǎn)動的角度為負值。重心在X軸的移動中，以選手準備時刻重心在X軸的位置為零點，正值為垂直于球員雙腳連線指向球員面對方向，負值為垂直于球員雙腳連線指向球員背對方向。重心在碼軸的移動中，以選手準備時刻重心在碼軸的位置為零點，正值為平行于球員雙腳連線的出球方向，負值為平行于球員雙腳連線的出球反方向。重心在Z軸的移動中，以選手準備時刻重心在Z軸的位置為零點，正值為垂直于水平面向上，負值為垂直于水平面向下。

2.3.2 一號木揮桿技術(shù)階段劃分

將高爾夫揮桿關(guān)鍵時刻分為7個，分別為準備時刻、上桿12點鐘、上桿頂點、下桿12點鐘、擊球瞬間、送桿3點鐘、隨揮結(jié)束。揮桿階段為6個，準備時刻到上桿12點鐘為上桿第1階段，上桿12點鐘到上桿頂點為上桿第2階段，頂點到下桿12點鐘為下桿第1階段，下桿12點鐘到擊球瞬間為下桿第2階段，擊球瞬間到送桿3點鐘為送桿階段，送桿3點鐘到隨揮結(jié)束為收桿階段。揮桿過程為3個，上桿過程為準備時刻到上桿頂點，下桿過程為上桿頂點到下桿擊球瞬間，收桿過程為擊球瞬間到隨揮結(jié)束。

3 結(jié)果與分析

3.1 劉鈺與畑岡奈紗一號木基本數(shù)據(jù)對比分析

表2 劉鈺與畑岡奈紗一號木實地考察數(shù)據(jù)情況表

在開球距離方面，劉鈺一號木平均落點256.13碼，遠大于畑岡奈紗的247.75碼，且停點267.17碼，大于畑岡奈紗的263.75碼。在平均滾動距離上，畑岡奈紗的16碼遠優(yōu)于劉鈺的9.24碼。在3項數(shù)據(jù)中，落點的T值為0.034(P<0.05)，呈顯著性差異。其他2項數(shù)據(jù)均未呈現(xiàn)顯著性差異。整體來講，劉鈺的一號木平均落點距離優(yōu)于畑岡奈紗，滾動距離相比畑岡奈紗稍差。

3.2 劉鈺與畑岡奈紗一號木擊球效果對比分析

表3 劉鈺與畑岡奈紗一號木擊球效果統(tǒng)計表

對最完整的一次視頻解析顯示，劉鈺105.83 mph的桿頭速度稍大于畑岡奈紗的105.78 mph，最終劉鈺的球是以147.28 mph飛出，大于畑岡奈紗的144.13 mph，球速的差異導致劉鈺的落點254.5碼大于畑岡奈紗的241碼。由于畑岡奈紗擊球后的起飛角度11.6°小于劉鈺的12.3°，使得畑岡奈紗的擊球倒旋較小、滾動距離較遠。因此，畑岡奈紗憑借28.5碼的滾動距離遠大于劉鈺的15碼，最終獲得與劉鈺一樣的269.5碼停點距離。

3.3 劉鈺與畑岡奈紗一號木桿頭速度對比分析

揮桿節(jié)奏即揮桿過程中各部分動作的時間比例，揮桿節(jié)奏會影響擊球效果[4]。由圖1可知，劉鈺在上桿過程中的節(jié)奏是先慢后快，在上桿第1階段用時較長，且達到上桿12點鐘時的桿頭速度較快，在上桿第2階段用時較短。上桿第1階段的動作，球員由雙臂及雙肩形成的三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)在同一時間向上運動，揮擺至上桿頂點即軀干上部及肩旋轉(zhuǎn)一般超過90°極限位置，這需要具備良好的柔韌素質(zhì)及平衡素質(zhì)，由于雙臂揮擺帶動軀干上桿運動，在這過程中維持軀干前屈角基本上無明顯的變化是較難實現(xiàn)的，需要球員軀干核心區(qū)肌群足夠強大以形成適當?shù)那×貋磙卓股旒×豙2]。因此在上桿過程中，保持緩慢上桿十分重要，在上桿快到頂點時應逐漸減速，這樣才會更容易實現(xiàn)頂點位置桿頭速度歸零。一旦在上桿第1階段就開始發(fā)力，會導致上桿速度過快，上桿第2階段的緩沖難度增加，使上桿頂點時動作產(chǎn)生變形，影響下桿的穩(wěn)定性。畑岡奈紗在上桿過程中的節(jié)奏整體較慢，在上桿12點鐘有較慢的桿頭速度，且在上桿第2階段用較多的時間使桿頭速度歸零，能夠為下桿的穩(wěn)定發(fā)力提供良好的條件。

表4 劉鈺與畑岡奈紗不同時刻桿頭速度情況表 mph

圖1 劉鈺與畑岡奈紗不同時刻桿頭速度曲線圖

在下桿過程中，劉鈺下桿12點鐘56.01 mph的桿頭速度遠超畑岡奈紗的50.44 mph，畑岡奈紗下桿第1階段的用時也較劉鈺長。計算結(jié)果顯示，劉鈺在下桿第1階段桿頭的平均加速度為177.6 m/s2遠大于畑岡奈紗的99.5 m/s2。按照這樣的加速度，劉鈺在擊球瞬間的揮桿速度將會遠超畑岡奈紗。然而，在下桿第2階段劉鈺和畑岡奈紗用時相近的情況下，畑岡奈紗擊球瞬間以105.78 mph的桿頭速度與劉鈺的105.85 mph幾乎持平。原因在于畑岡奈紗在下桿第2階段桿頭的平均加速度為263.2 m/s2比劉鈺大12.9 m/s2，下桿第2階段用時0.094 s，從下桿12點鐘50.44 mph的桿頭速度迅速增加到擊球瞬間的105.78 mph。擊球瞬間桿頭速度的高低取決于揮桿過程中運動鏈各部分是否依序遵從著由近及遠(proximal to distal sequencing，PDS)[5-6]動作模式實現(xiàn)能量有效傳遞。下?lián)]桿開始于骨盆旋轉(zhuǎn)的逆轉(zhuǎn)，接著是上半身旋轉(zhuǎn)的逆轉(zhuǎn)[7]，縮短下桿第1階段時間的有效途徑之一是：遵循“髖—肩—臂—腕—桿”的速度傳遞順序，重視引導側(cè)手臂的還原速度和橈腕關(guān)節(jié)外展的時機[8]。通過大肌肉群帶動小肌肉群的順序移動和加速運動而產(chǎn)生動力，球桿是被動的且最后的受影響者，這樣才會充分發(fā)揮身體的旋轉(zhuǎn)作用將力量傳遞到桿頭，使揮桿的鞭打動作更加充分，以便在沖擊球時獲得最高的桿頭速度[9]。而畑岡奈紗在下桿第1階段和下桿第2階段的揮桿加速度不同，在下桿第1階段采取一個緩慢加速的下桿，下桿第2階段是關(guān)鍵加速階段，在極短的時間到達較大的桿頭速度。畑岡奈紗在上桿頂點到擊球瞬間出現(xiàn)2個加速度，證明她在下桿第1階段是髖先轉(zhuǎn)動，再帶動肩和手臂，最后力量才傳遞到球桿桿頭。因此在下桿第1階段畑岡奈紗的球桿只是在被動的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的力還未完全施加到桿頭上，所以加速度并不大。而在下桿第2階段時，髖和肩已旋轉(zhuǎn)到位，身體旋轉(zhuǎn)的力量成倍施加到桿頭上，產(chǎn)生了較大的加速度，從而擊球瞬間達到較快的桿頭速度。反觀劉鈺在上桿頂點到擊球瞬間保持同樣的加速度，沒有一個加速度遞進的過程，可以推斷其在下桿過程中并未先轉(zhuǎn)動髖部，因此未形成由下到上的旋轉(zhuǎn)力量的加速傳遞，導致?lián)羟蛩查g的桿頭速度并未達到最佳。

在送桿階段，畑岡奈紗的桿頭速度下降得更快，說明桿頭的轉(zhuǎn)動慣量向球傳遞得較為充分[9]。這也從側(cè)面解釋了畑岡奈紗利用和劉鈺相同的桿頭速度卻達到更高球速的原因。

總體來講，劉鈺的上桿過程用時較多，但是在上桿12點鐘桿頭速度相對較快，影響上桿頂點身體的穩(wěn)定性。劉鈺的下桿過程平均加速度較為一致，在擊球瞬間未達到相對較快的桿頭速度。畑岡奈紗的上桿過程用時較少，上桿至12點鐘桿頭速度較慢，有利于上桿頂點時身體保持穩(wěn)定。畑岡奈紗的下桿過程平均加速度不一致，在下桿第2階段遠大于下桿第1階段的平均加速度，最終在擊球瞬間的桿頭速度與劉鈺相近。

3.4 劉鈺與畑岡奈紗一號木全揮桿技術(shù)髖、肩轉(zhuǎn)動情況對比分析

表5 劉鈺與畑岡奈紗髖轉(zhuǎn)動角度情況表 (°)

表6 劉鈺與畑岡奈紗肩轉(zhuǎn)動角度情況表 (°)

表7 劉鈺與畑岡奈紗肩髖相對轉(zhuǎn)動角度情況表 (°)

在下桿過程中，劉鈺的髖共轉(zhuǎn)動了75.37°，肩共轉(zhuǎn)動了124.03°，肩髖相對轉(zhuǎn)動了48.66°，畑岡奈紗的髖、肩分別轉(zhuǎn)動了46.01°、150.97°，肩髖相對轉(zhuǎn)動了104.96°。在揮桿擊球過程中，是以髖部為主導，為了增大球桿的扭轉(zhuǎn)力矩，獲得較大的桿頭速度，髖關(guān)節(jié)率先啟動與加速，并引導肩部迅速向旗桿方向加速，直至擊球瞬間上肢關(guān)節(jié)做類似揮擺鞭打動作完成擊球[10]。由此可知，在下桿過程中劉鈺的髖轉(zhuǎn)動相對充分，然而肩的轉(zhuǎn)動角度較少，擊球瞬間較多的髖轉(zhuǎn)動并沒有高質(zhì)量地傳遞到肩。畑岡奈紗的髖轉(zhuǎn)動較少，肩轉(zhuǎn)動較多，以少量的髖部轉(zhuǎn)動帶動大量的肩部轉(zhuǎn)動，延遲釋放做得較好。從圖2可以看出在下桿過程中，下桿第1階段兩人的動作結(jié)構(gòu)較為相似，下桿第2階段的擊球最關(guān)鍵時刻差別較大。

圖2 劉鈺與畑岡奈紗髖轉(zhuǎn)動角度曲線圖

圖3 劉鈺與畑岡奈紗肩轉(zhuǎn)動角度曲線圖

圖4 劉鈺與畑岡奈紗肩髖相對轉(zhuǎn)動角度曲線圖

在送桿階段，劉鈺的髖、肩轉(zhuǎn)動均遠大于畑岡奈紗。在收桿階段，劉鈺的髖、肩轉(zhuǎn)動也遠大于畑岡奈紗。選手如果在送桿和收桿的髖、肩轉(zhuǎn)動過多，說明在下桿過程中髖、肩轉(zhuǎn)動并不理想，沒有做到身體的高質(zhì)量旋轉(zhuǎn)發(fā)力，會導致?lián)羟蛩查g的延遲釋放不夠充分。

綜上所述，劉鈺在上桿過程中，肩髖相對轉(zhuǎn)動較小，不利于為下桿擊球積蓄較多的能量；在下桿過程中，髖轉(zhuǎn)動較多，肩轉(zhuǎn)動較少，肩髖相對轉(zhuǎn)動較少，較多的髖轉(zhuǎn)動并沒有高質(zhì)量地傳遞到肩，大大降低了擊球瞬間的桿頭速度；在送桿和收桿階段，髖、肩轉(zhuǎn)動較大，再一次說明在下桿過程中髖、肩并未旋轉(zhuǎn)充分。畑岡奈紗在上桿過程中，髖、肩轉(zhuǎn)動較大，有利于上桿的蓄力，為下桿的充分發(fā)力做好準備；在下桿過程中髖轉(zhuǎn)動較少，利用髖的制動，充分帶動肩的旋轉(zhuǎn)，能在擊球瞬間達到較大的桿頭速度，充分彌補身高的不足；在收桿過程中，畑岡奈紗髖、肩轉(zhuǎn)動較小，證明在下桿過程已經(jīng)把髖、肩轉(zhuǎn)動到位了，送桿與收桿只是其下桿的一個自然伴隨動作。

3.5 劉鈺與畑岡奈紗一號木全揮桿重心移動對比分析

表8 劉鈺與畑岡奈紗重心在X軸上移動情況表 m

一般來講，在球員上桿過程中，髖、肩、手臂及球桿均向右后方運動，為保持身體平衡重心會向后移動。但是劉鈺在上桿過程中，身體重心整體往前移動，在上桿頂點位置相對準備時刻往前移動了0.005 m。而畑岡奈紗在上桿過程中，身體重心整體往后移動，在上桿頂點位置相對準備時刻往后移動了0.018 m。在下桿過程中，劉鈺和畑岡奈紗的重心均是在下桿第1階段先往前移動，在下桿第2階段往后移動；下桿第2階段劉鈺的前后移動幅度為0.024 m大于畑岡奈紗的0.015 m，而劉鈺在擊球瞬間的重心相對于準備時刻在前0.007 m，畑岡奈紗則是在后0.006 m。在隨揮過程，劉鈺在送桿階段的重心并沒有產(chǎn)生太大的移動，畑岡奈紗則是在送桿3點鐘位置回到了準備時刻重心位置；在收桿階段劉鈺的重心往后移動較多，其隨揮結(jié)束的重心相對于準備時刻在后0.038 m。選手的身體重心在X軸重心變化幅度越小，擊球效率就會越高。一方面是運動員身體重心前后移動過大，會造成更多的能量損失，勢必影響擊球的速度；另一方面，由于高爾夫球比較小，即便在擊球瞬間有很小的位差，也會顯著影響高爾夫球飛行的遠度與落點的位置[11]。

整體來看，劉鈺在上桿過程中出現(xiàn)了重心前移，在下桿第2階段相對于畑岡奈紗前后的重心移動幅度較大，這些因素均可能造成擊球的不穩(wěn)定。

表9 劉鈺與畑岡奈紗的重心在碼軸上移動情況表 m

圖6 劉鈺與畑岡奈紗重心在碼軸上移動曲線圖

通過分析兩位選手在全揮桿過程中，重心在碼軸上的位置變化，發(fā)現(xiàn)兩位選手在上桿頂點時相對于準備時刻，重心均會向出球方向的反方向移動，這是由向后引桿時肩部與髖部的旋轉(zhuǎn)造成的。劉鈺在上桿頂點位置相對準備時刻向右移動了0.063 m，畑岡奈紗則向右移動了0.039 m。在下桿過程中，劉鈺和畑岡奈紗的重心均是在下桿第1階段向左移動，兩人的區(qū)別在于劉鈺在擊球瞬間的重心相對于準備時刻在左0.023 m，畑岡奈紗則是在左0.052 m。在整個下桿過程中，劉鈺的重心從左至右移動了0.086 m，畑岡奈紗則是0.091 m，從兩人下桿過程中重心左右移動的幅度來看，畑岡奈紗的身體重心移動幅度更大，其在身高處于劣勢的前提下，仍能做出優(yōu)于劉鈺的重心移動，顯示其充分拉伸了身體肌肉，提高了肌肉的彈性張力，利用增加重心的左右移動幅度來提升桿頭速度。隨揮結(jié)束兩位選手的重心均保持在相對于準備時刻靠左的位置，有利于維持擊球后的身體平衡。整體來講，劉鈺在上桿過程中重心相對于畑岡奈紗向右側(cè)移動較多，但是在下桿過程中重心向出球方向移動的距離較小，而畑岡奈紗在下桿過程中重心往目標方向轉(zhuǎn)移充分，有利于提高桿頭速度。

表10 劉鈺與畑岡奈紗重心在Z軸上移動情況表 m

圖7 劉鈺與畑岡奈紗重心在Z軸上移動曲線圖

由于性別、年齡、體型不同，人體重心位置略有不同，上下肢的長短、身體的胖瘦都影響著重心的位置[12]。因此選手在準備時刻，重心高低的不同就客觀存在了，計算得出，準備時刻劉鈺的重心高度為0.89 m，畑岡奈紗為0.79 m。全揮桿過程中兩位選手的重心在Z軸均有起伏，但幅度不同，在上桿過程中劉鈺和畑岡奈紗的重心相對于準備時刻分別提高了0.035 m和0.053 m，畑岡奈紗重心上升的較多。值得關(guān)注的是在下桿過程中，劉鈺在下桿第1階段重心一直降低，身體下沉較多，移動了0.073 m，在下桿第2階段重心位置幾乎不變，相對于準備時刻向下0.040 m；畑岡奈紗在下桿第1階段，重心先下降0.040 m，在下桿第2階段重心出現(xiàn)上升，最終擊球瞬間相對于下桿12點鐘移動了0.035 m。整體上，劉鈺在下桿第2階段重心上下移動較少，且身體重心的最低點與擊球點相一致，提高了擊球的穩(wěn)定性；反觀畑岡奈紗在下桿第1階段同樣出現(xiàn)重心下沉，但是在下桿第2階段出現(xiàn)了重心升高來提升桿頭速度。

4 結(jié)論

(1)劉鈺在擊球瞬間的桿頭速度以及球速都比畑岡奈紗要快，落點也更遠，但畑岡奈紗充分利用球的飛行規(guī)律，使球的起飛角度較小，從而增加了滾動距離，最終達到與劉鈺相同的停點距離。劉鈺在上桿過程中桿頭速度過快，不利于保持上桿頂點身體的穩(wěn)定性；在下桿過程中劉鈺的加速過程較為一致，建議進行技術(shù)優(yōu)化訓練。

(2)在下桿過程中，畑岡奈紗利用髖制動，肩充分轉(zhuǎn)動，而劉鈺雖髖轉(zhuǎn)動較多，但肩轉(zhuǎn)動較少，對此進行改進可能會提升桿頭速度。

(3)劉鈺在上桿過程中的重心前移較多及在下桿過程中前后移動幅度較大，可能會造成擊球不穩(wěn)定。劉鈺下桿過程中從右至左的移動幅度小于畑岡奈紗，不利于桿頭速度的提升；在下桿第2階段劉鈺的重心上下保持穩(wěn)定，而畑岡奈紗則在此階段利用重心升高來提升桿頭速度，充分彌補了身高不足的劣勢。