運動生物力學是體育科學的重要分支，主要用于確定各專項體育運動的技術原理，作為運動員的技術診斷和改進訓練方法的理論依據。難美性項群是指在一定時間和空間內，以一定規格的身體姿勢為表現形式，以追求人體美、造型美、服飾美、音樂美為目的的運動項群。例如跳水、體操、健美操、體育舞蹈、藝術體操、花樣游泳、冰上舞蹈、武術套路等。本文以中國運動生物力學在難美性項群中的應用為研究對象，旨在準確把握運動生物力學在該領域研究的發展動態。

1、發展歷程

19世紀末和20世紀早期，關于難美性項群的理論研究還局限在運動員生理和身體姿勢分析方面。生物力學在難美性項群的研究一直到早期電影技術出現才得以開展。20世紀20-30年代，該技術正式被應用于體育運動的分析研究。適時，美國的Cureton組織了一批學者，在田徑和游泳運動中開展了一系列生物力學的研究。

20世紀30年代，McCloy在運動技術的生物力學分析方面表現出極大熱情。20年后，Wettstone和他的研究生開始研究人體生物力學在身體姿勢分析中的一般性問題，即“什么類型的人具有良好的體操運動潛力”。20世紀60年代，生物力學才作為分學科被建立起來，并在體操研究中應用開來。隨著生物力學在體操運動的研究興起之后，德國、日本、蘇聯和美國都展開了一系列相關研究，這也促成了運動生物力學在難美性項群研究中的廣泛應用。

20世紀70年代，生物力學在難美性項群中的研究領域集中在兩個方面：運動學描述（KinematicDescriptions）和動力學描述（KineticDescriptions）。其中，運動學描述主要是利用電影數據分析技術動作特點。動力學描述主要是運用動力學數據設計出一個優化的技術動作方法。20世紀80年代伊始，數學建模逐步引入體操項群訓練。

研究者運用數學模型針對性的開展個體研究以及個體比較研究。具體應用于對體操優秀運動員的技術動作特點和力學特點進行建模分析，或較理想模型和發展模型之間的差異，幫助運動員改進和提高運動技術規格。1980年中國在成立體育科學學會同時,成立了運動生物力學學會,在其后幾十年里，對于難美性項群而言：多數研究集中在技術動作的生物力學分析，并取得較好成績，其次，運動生物力學與解剖學、生理學、醫學、康復學結合逐漸密切，研究成果的水平有了很大提高。

總體而言，隨著世界運動生物力學的發展與科學技術的推動，中國運動生物力學在運動訓練和競賽領域的應用逐步走向獨立化、個體化、專項化、數字化。對于運動員技術能力和力量素質占主導地位的難美性項群而言，運動生物力學在運動技術診斷與分析和肌力測量等方面發揮著至關重要的作用。當前，中國已基本形成相對完善并互相支持的運動學、動力學和肌電測量三大系統。

2、總體思路

2.1以認清項群特點為研究前提

中國競技體育的核心是競技運動，運動訓練和競賽是競技運動的“雙核”構件。隨著競技運動水平的不斷提高，科學化訓練對基礎學科的依賴愈來愈明顯。運動生物力學以其對人體運動獨特的分析視角和功能，是解決難美性項群科技攻關的主要理論基礎，為中國競技體育事業的發展將長期不斷的提供科技服務。

在體育科學的大家庭里，無論哪一個基礎學科，都是圍繞運動的人體或人體的運動而展開研究的。因此，運動生物力學在研究人體運動規律過程中，也需要緊密結合人體運動的實際，認清運動項群本質特點，才可能從根本上解決訓練實踐中存在的問題。項群訓練理論是運動訓練學經典理論層次之一，是揭示具有相同性質項群群體所共有的原理和規律的理論。依據項群理論，可以更好地對難美性項群的基本特點進行分析，在把握項群特點的基礎上，進而確定運動生物力學研究的切入點。

按照項群理論競技能力主導因素分類，難美性項群歸屬為技能主導類，權重最大的運動技術成為研究該類項群特點的切入點。在技術動作諸要素中，身體姿勢、動作軌跡、動作節奏等要素可描述難美性項群的定性特點；動作時間、動作速度、動作速率、動作力量可描述難美性項群的定量特點。

按照項群理論動作結構分類，難美性項群歸屬為多元動作結構固定組合類項群。該分類從技術動作的結構性質方面反映出難美性項群運動的表現形式。固定組合既讓技術發揮能做到主觀可控，也使得運動競賽競爭激烈。如何做到定中有變，變中求穩，是比賽取勝的關鍵。

按照項群理論運動成績評定方式分類，難美性項群歸屬為評分類項群。運動成績的評定方式反映運動項群的比賽特點。具體來講，該類項群運動員的比賽成績由藝術分、技術分和完成分三部分組成。技術分是由難度數量及質量來決定的，可見在熟練完成套路性技術動作基礎上，動作的難度與穩定性是比賽取勝的關鍵。這也體現了該類項群“難、新、美、穩”的比賽制勝特點。

2.2定性分析和定量分析相結合

當前，中國運動生物力學在難美性項群技術研究成果主要體現在動作技術綜合檢測與診斷方面。運動技術診斷是指以現有的訓練條件和身體素質為基礎，將運動目的或戰術思想抽象化為理想運動效果，試圖改進運動形式以提高運動效果為目的的研究過程。

在以體操為代表的難美性項群科技服務和科技攻關中，運動生物力學研究已經形成一套較為完備的科研模式。依據運動技術診斷基本模式（見圖1），能夠獲取大量人體動作及其相關的數據信息，并且對這些信息采用定性和定量相結合的分析方式。以便于既考慮教練員和運動員的理解程度，又兼顧技術診斷的客觀性和科學性。

定性研究主要是按照主教練的要求，結合項群訓練計劃，在日?？萍挤展ぷ髦型ㄟ^對運動圖像快速反饋系統來完成，該系統由計算機、攝像機和專用運動圖像反饋軟件組成。

該系統可實時采集運動圖像，并可以快速對運動圖像進行有效的編輯，例如：可實現不同運動員技術動作的同屏比較和疊加比較。在運動隊訓練期間，在訓練現場進行運動技術圖像快速反饋，并將當日采集的運動技術圖像刻錄成光盤反饋給每個隊員，以便讓他們利用業余時間反復觀看自己該日訓練過程中的技術動作，從而發現問題，及時糾正。

定量研究主要是階段性地對運動員的動作技術進行運動學分析。運動圖像解析主要采用平面單機定點分析和三維同步攝像測試分析。平面定點拍攝的技術資料和三維攝像獲取的技術資料通過PEAK運動解析軟件來分析?？赏瓿蓪\動員的肌肉力量的監測分析；對難新技術動作的建模和仿真研究等。定量分析測試指標豐富，可比較深入、細致地揭示體操技術動作的內在特征。但由于反饋速度較慢，測試結果不能在現場反饋給教練員，反饋材料較抽象，數據圖表較多。如果沒有科研人員的講解，教練員和運動員較難理解測試結果，故運用起來也有一定的難度。

3、具體方法

2008年北京奧運會中國體操隊獲得9金1銀4銅的歷史性輝煌戰績，這其中運動生物力學的科技支撐功不可沒。

3.1運動現場反饋系統

運動現場反饋系統主要由攝像機、計算機以及采集軟件等組成，用以完成運動學測量。運動學測量的主要方法是高速攝影和錄像，這是一種非接觸性的定量測量方法，在不影響訓練和比賽，不給運動員增加任何負擔的情況下，即可通過對運動技術影片的測量，獲得人體運動學參數。通過對這些參數的分析，可以發現運動員運動過程中的優缺點，探索運動技術原理及運動規律，為改善運動訓練，提高運動成績提供依據。

3.2視頻處理與快速反饋

將中國優秀運動員和國外優秀運動員訓練和比賽的視頻資料進行編輯處理，然后刻錄光盤，反饋給教練員和運動員，以便他們進行反復觀摩及分析，發現自身訓練與比賽中存在的問題，及時改正以促進技術動作的改進，同時分析國外運動員技術動作的優缺點，便于借鑒。

3.3技術動作視頻圖像數據庫

建立技術動作視頻圖像數據庫，包括國際體操大賽的視頻錄像資料，如奧運會、世界錦標賽、世界杯、洲際賽事、重要國家的重要比賽、國內主要比賽、乃至運動隊內訓練和小測驗的視頻錄像資料。以方便檢索，調閱不同技術動作。

3.4運動員關節力量測試

肌肉力學的研究屬于基礎研究，它是目前運動生物力學中最具有吸引力、最有挑戰性的研究領域。人體的運動是以骨為杠桿、關節為樞紐、肌肉為動力產生的。通過對運動員肌肉力量指標的測定，才能了解運動員身體各環節的活動能力和力量素質的發展水平，為運動訓練提供理論依據。主要方法是對運動員的關節力量進行測試和分析，主要測試髖關節、膝關節、肩關節、腰背等不同屈、伸速度下的關節肌肉力量。

3.5難新技術動作的生物力學研究

難新技術動作分析有二維運動學分析和三維運動學分析。二維運動學分析的特點是：快捷、直觀、信息量少、易于理解，較適合教練員和運動員。主要用于不同技術動作對比研究，比較分析技術動作的關鍵運動學指標：關鍵瞬時的位移、角度、高度、速度等（見表1）。

三維動力學分析的特點是：周期長、靈活、信息全面、工作量大。例如“陳菲跳”的運動學分析，采用兩臺高速攝像機拍攝，兩臺攝像機同在跑道一側，拍攝頻率為125幀/s。兩次拍攝均采用PEAK三維框架標定，利用外同步對動作進行同步處理。利用SIMIMOTIION軟件解析，對解析獲得的數據采用低通濾波進行平滑，截斷頻率為8HZ。

運用仿真技術，根據多體系統動力學原理，用MSC.ADAMS/LIFEMOD軟件，建立一個與研究對象相似的19環節人體模型，52自由度，創建模型的鏈接，為運動添加運動副。然后，將運動學方法中解析得到的人體各關節的三維坐標，賦予三維人體模型來重構人體姿勢態，對所建立的三維模型進行逆向動力學和正向動力學仿真分析，進而可以生成人體動畫和進行人體運動的各種分析。

4、小結

1）中國運動生物力學在難美性項群中的應用已取得一定成績，主要體現在高水平運動隊科技服務與科技攻關方面。以項群特點為研究基礎，以定性與定量分析相結合為研究思路，以生物力學方法為研究手段，不斷為我國難美性項群發展傾注內在動力。2）運動生物力學在難美性項群中的研究主要服務于國家隊，大量先進器材和人力資源集中在優勢運動項群，基礎訓練中運動生物力學的支撐相對較為薄弱，廣大教練員和運動員對于相關信息的理解與應用還存在困難。3）加強先進的測量器械與測試方法引進與研發，突破難新技術動作建模與仿真研究，是繼續保持科技攻關力度的重點；注重運動生物力學普及推廣，加大既懂生物力學又擅長運動訓練的復合型人才培養是促進運動生物力學在難美性項群應用中可持續發展的關鍵。

參考文獻：
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