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运动生物力学学科发展研究报告.doc

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运动生物力学学科发展研究报告 目 录 引言 一、方法学研究进展 (一)运动学研究方法 (二)动力学研究方法 (三)人体运动的生物力学模型与动作的计算机模拟 二、运动技术生物力学研究进展 (一)优秀运动员动作技术的分析与监控 (二)运动技术原理和成绩提高规律的研究 三、运动训练的生物力学研究进展 (一)运动生物力学在训练方法中的应用 (二)运动生物力学在训练器械的研制与开发中的应用 四、运动损伤生物力学研究进展 (一)前交叉韧带损伤生物力学研究进展 (二)腘绳肌拉伤的生物力学研究进展 五、健康促进的生物力学研究 六、运动装备生物力学研究进展 七、我国运动生物力学教学情况 八、对我国运动生物力学发展的建议 (一)继续加强运动生物力学在竞技体育中的应用 (二)加强开展提高国民健康水平的研究 (三)加强解决我国经济建设和体育产业实际问题的研究 (四)加强人才培养,促进方法学的研究 引 言 近三年来, 国内外从事运动生物力学的教学科研人员在有关科学研究的 方法学、运动技术分析、运动训练监测与评估、运动损伤发生机制探讨及预 防、全民健身指导、运动装备评价与改进等领域都取得了一定的进展。本文 就以上内容进行较简要综述,分析我国运动生物力学学科在教学、科研等方 面的现状和问题。 一、方法学研究进展 (一)运动学研究方法 基于研究目的的不同,目前获得人体在运动过程中运动学参数的方法主 要有三维摄像与影像解析、 红外光点运动捕捉与分析和电磁感应式运动捕捉 系统(magnetic motion capture) 。在我国,三维摄像及影像解析仍是运动生 物力学研究的主要测试手段。 特别是对比赛或训练中运动员进行技术分析与 诊断时, 三维摄像机影像解析方法可以在不接触运动员的条件下获得描述其 运动的生物力学参数。随着摄像设备的不断升级,高清摄像和高速摄像设备 已逐渐广泛应用于人体运动技术的图像采集, 而不断追求影像解析的快速反 馈成为提高摄像法分析人体运动的主要突破点。 国内一些学者还对基于影像 的三维重构的精度开展了一些探讨研究。例如,李旭鸿等(2011)研究发现 水下三维重构所得到的均方根(RMS)重构误差都高于空气中的测量,随 着标定空间的增大两种测试环境下的 RMS 重构误差均随之增大。 为了快速准确获取运动技术数据,一些研究者致力于运动图像自动识别 技术的研究,虽然目前还没有得到广泛应用,但已经在部分竞技项目的运动 技术分析中进行了有益的尝试。例如,王向东(2008)在对我国优秀女子举 重运动员技术的生物力学分析中对杠铃杆端点的运动轨迹进行了自动识别, 从而可以对运动员的技术效果进行快速反馈和评价。 — 209 — 光点运动捕捉系统在国外的运动生物力学实验室中已被广泛应用, 国内 也有越来越多的实验室拥有此类设备并逐步开展了高水平的研究。例如,国 家体育科学研究所、北京体育大学、上海体育学院、南京体育学院等的生物 力学实验室都曾将光点运动捕捉系统应用于高水平运动员的动作技术采集 与分析、运动损伤预防、运动鞋评价、人体基本运动规律等的生物力学研究 中。 电磁感应式运动捕捉系统(magnetic motion capture)是通过捕捉在磁场 中的、固定在人体肢体上的电磁传感器的位置和旋转来获得人体运动学参 数,此系统在国内实验室还不多见,在国外人体运动研究领域的应用也不普 遍,主要应用于对人体一些基本动作规律的研究。这一系统主要优点是使用 较少的传感器就可以获得人体肢体运动的位置、角度等信息,而缺点是系统 容易受环境中其他电磁信号和皮肤运动的影响,数据易受噪音污染,且数据 采集频率较低。 伴随科学技术的进步,新技术、新方法被不断地应用在运动生物力学领 域,传统的影像分析技术虽然具有非侵入性、对人体运动无干扰、高速等优 点,但是它只能记录人体的外在运动。虽然光点运动分析系统可精确记录贴 在人体表面光点(marker)的位置,并以此推算关节和骨骼的位置,但推算 的骨骼关节位置的精度一直令人质疑。近年来,一些新的影像分析方法,如 高速荧光透视技术(fluoroscopic imaging technique)及核磁共振技术结合被 应用于分析人体内部骨骼关节的精细三维运动 (Boyer等, 2008; DeFrade 等, 2011),包括人体在运动过程中与运动装备的互动,如篮球运动员急停变向 运动时足部的骨骼关节在运动鞋内位置的变化(Nurse,2010) 。高速荧光透 视技术实际上就是高速 X 光成像,其优点是无侵入性、放射量低、可高速 拍摄等,在医学研究领域已有广泛应用,其拍摄成像速率一般在30 fps,最 高可达300 fps。 三维陀螺仪运动测量技术也可以对
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