優(yōu)秀跳高運動員王宇騰空過桿技術的三維運動學分析

閆 慧，劉雙恩

Institute of Physical Education of Jinzhong University，Yuci Shanxi 030619

男子跳高曾是我國田徑運動的優(yōu)勢項目，曾有兩人4次打破世界紀錄，創(chuàng)造了我國男子跳高的輝煌歷史。但是，近20多年來，我國男子跳高運動水平出現(xiàn)了較大的滑坡現(xiàn)象，與世界先進水平有了較大的差距。近年來，我國又出現(xiàn)了張國偉、王宇等一批優(yōu)秀的男子跳高運動員，讓我們又看到了希望。在2013年第12屆全運會上，王宇以2.29m獲得冠軍;在2014年仁川亞運會上，張國偉以2.33m的成績獲得銀牌。目前，研究集中于跳高的助跑技術或跳高的起跳技術，對跳高運動員的騰空過桿技術研究相對較少。為此，本研究通過對王宇在第12屆全運會男子跳高決賽現(xiàn)場的技術錄像，就其越過2.29m的技術動作進行三維運動學研究，找出王宇的過桿技術的運動學特征，為教練員、運動員的技術訓練提供一定的量化參考指標。

1 測試對象

王宇，生于1984年，身高1.91m，體重72kg，清華大學運動員，最好成績2.33m。2013年國際田聯(lián)挑戰(zhàn)賽(北京站)冠軍獲得者，第12屆全運會男子跳高冠軍獲得者。

2 研究方法

2.1 圖像采集

在比賽現(xiàn)場采用兩臺日本SONY NEX-VG20E高速攝像機對第12屆全運會男子跳高決賽的12名運動員跳高技術進行錄像。A機置于跳高左側立柱桿后延13m處，B機置于橫桿的垂直位置15m處，兩臺攝像機的主光軸成90°，攝像機高度為1.20 m，拍攝頻率為200 Hz，分辨率為640×480，兩臺攝像機采用同步定點、定焦拍攝，拍攝范圍從運動員起跑開始到過桿落地結束。

2.2 圖像解析

采用SIMI Motion運動圖像解析分析系統(tǒng)，對王宇的過桿技術進行解析。同時，應用輻射式PEAK框架對王宇跳高動作的空間進行標定，坐標系的原點定義在王宇起跳的位置。其身體、環(huán)節(jié)重心計算采用漢納范(Hanavan)模型，對原始數(shù)據(jù)進行數(shù)字低通濾波平滑處理，截斷頻率為8Hz。

3 結果與分析

3.1 王宇騰空階段身體各環(huán)節(jié)的時間特征分析

為便于分析運動員在騰空階段身體各環(huán)節(jié)的時間與空間特征，將運動員在騰空階段分為7個時相和6個階段。即:起跳腳離地瞬間、頭頂最高點、肩最高點、重心最高點、髖最高點、膝最高點、踝最高點。

當跳高運動員蹬離地面進入騰空階段，身體重心就會沿縱軸旋轉過渡到背向橫桿，身體重心開始沿其橫軸進行旋轉，而且身體各個環(huán)節(jié)必須按照一定的時間順序依次通過橫桿。因此，運動員的身體各個環(huán)節(jié)都具有規(guī)律性的時間間隔達到最高點，從而形成一定的時間節(jié)奏［1-3］。

表1 王宇騰空階段的時間特征比較(單位:s)

從表1中可以看出，王宇身體各環(huán)節(jié)在騰空階段的時間特征。其中，在起跳離地瞬間到頭頂點最高時所用的時間最長，為0.19s;因為起跳離地瞬間，身體重心的合速度正處于一個加速的起始階段，運動員騰空上升結束時所需要的時間必然較長。頭和肩部到達最高點的時間間隔最短，為0.06s。這可能因為一是頭頂點與肩部的距離較短;二是王宇在起跳過程中可能有過早的“倒桿”現(xiàn)象。

3.2 王宇騰空階段身體各環(huán)節(jié)的空間特征分析

表2 王宇騰空階段的空間特征比較

從表2可以看出，身體各環(huán)節(jié)在騰空階段的空間特征。其中，在起跳離地瞬間左踝角、左膝角和髖角分別為 151.3°、178.3°和 175.3°，王宇在蹬離地面瞬間踝、膝關節(jié)伸展的都比較充分，說明王宇在起跳蹬離地面瞬間，起跳腿蹬伸充分，踝關節(jié)蹬伸有力，這不僅能夠使身體重心獲得較大的騰起初速度，而且增大了H1的高度。此時，王宇右膝、髖角分別為46.9°、68.7°，兩個角度相對都較小，說明王宇的擺動腿擺動積極主動，這對提高其調效果具有十分重要的意義。在頭頂點時，身體左側各環(huán)節(jié)都相對比較伸展，右髖角有所變大，起到了提肩拔腰之效果。在肩最高點時，身體已經(jīng)完全背向橫桿，左右踝關節(jié)都比較放松;左膝角和髖角減小，右膝角和髖角變大，為過桿做準備，頸角明顯減小，這是仰頭引肩，為后續(xù)的積極過桿奠定基礎。在身體重心和髖最高時，踝角基本處于90°左右，左右膝角基本一致，大約為130°左右，處于放松狀態(tài)，逐漸減小，為了能夠形成“拱橋”姿勢，以減小H3的高度;左右髖角趨于最小值76.3°、77.9°，說明王宇在身體重心過桿瞬間身體能夠形成“拱橋”姿勢，提高H2，減小 H3;此時，頸角減小到最小值 86.7°、88.5°，通過向后仰頭達到挺髖的目的。在膝最高點時，踝角明顯減小，主要是通過勾腳尖、提小腿，以加速身體向后的旋轉，促使身體快速過桿;此時，身體的重心已經(jīng)通過了橫桿，因而左右膝角達到了最小值 82.3°、80.9°，左右 髖 角 變 大，頸 角 增 大(179.1°)，主要是要求運動員低頭含胸，為落地做準備。在踝最高點時，左右膝角、髖角都變大，身體各環(huán)節(jié)都已通過了橫桿。從上述這些角度變化來看，王宇在整個過桿過程中，能夠形成反弓動作，從而減少了H3的高度，提高了過桿的效率。而且，王宇身體重心最高點瞬間能夠積極向后仰頭，加大了髖關節(jié)伸展的幅度，髖角達到最小值(76.3°)，而髖關節(jié)的伸展充分又能提高身體重心在空中的高度，從而增加了H2的高度，提高了騰空階段的利用率。因此，王宇在過桿過程中的挺髖動作幅度大，背弓彎曲度大，能夠充分利用自己良好的柔韌性與靈活性，順利地完成過桿動作。

3.3 王宇H2的利用率分析

根據(jù)跳高技術的原理可知，跳高成績(H)H=H1+H2-H3。其中，H1是起跳腳離地瞬間身體重心的高度;H2是身體重心從H1的高度騰起到最高點的高度;H3是身體重心在過桿瞬間的高度與橫桿之間的高度差［1］。那么，根據(jù)上述公式可知，要提高跳高運動員的有效成績，就必須不斷加大H1和H2，而又減小H3，這是最為理想的效果。但是，由于在騰空過桿中，運動員身體重心軌跡最高點往往不能完全出現(xiàn)在橫桿的正上方，這就會在一定程度上降低了H2的利用率。因此，為了更有效地利用H2的高度，就是盡可能地使運動員身體重心軌跡的最高點處于橫桿的正上方。

由于人體在騰空過桿過程是一個三維立體的空間過程［4］。因此，著名學者楊津森又提出了4H理論體系，他認為3H理論不能適應具有三維空間的跳高運動，只有當H4=0時，3H公式理論才可以適用。但是，在實際跳高過桿過程中，運動員身體重心不可能完全處于橫桿的正上方。為此，把3H體系中的相關運動學指標騰起高度(H2)、騰起角(θ)、身體重心過桿夾角(β)(起跳點與身體重心落地點之間的連線與橫桿投影所形成的夾角;運動員起跳位置與橫桿的垂直面越接近，該角度越大;反之越?。?］)和起跳距離(L)置于三維坐標系中，通過4H理論將這些運動學參數(shù)有機地聯(lián)系起來，當H4=0時，L/sinβ=H2/tgθ=S/2(S代表著身體重心騰空的遠度)［5］。同理，我們將王宇的騰空過桿技術運動學指標參數(shù)置于三維空間中進行診斷與分析，以便更能夠反映王宇在騰空過桿過程中對H2值的利用率。

在4H體系中將H3定義為“運動員身體重心騰空拋物線在橫桿正上方時的瞬時高度至橫桿的垂直距離”［5］。因此，要分析王宇對H2值的利用率以分析H4所代替。這是因為跳高運動員身體重心騰空后只受到一個重力的作用，身體重心的運動軌跡是一個無支點的拋物線運動，只有通過身體自身的補償性運動以提高高度。但是，不管身體在桿上怎樣做補償運動，身體重心騰起的拋物線運動軌跡的最高點都應該是在橫桿的正上方，只有這樣才能最大限度地利用身體重心騰起的最大高度，而此時的H4=0。假如H4≠0時，就是跳高運動員身體重心軌跡的最高點就在橫桿的前方或橫桿的后方，也就是說如果運動員的起跳點比較遠或騰起速度比較快，運動員騰空階段身體重心軌跡就可能會出現(xiàn)在橫桿的前方;反之，如果運動員的起跳點比較近或騰起速度比較慢，運動員騰空階段身體重心軌跡就可能會出現(xiàn)在橫桿的后方。不論哪一種情況都會造成H2的浪費，而在實際比賽過程中，H4=0的可能性一般較少。為此，我們可以利用身體重心騰起最高點與橫桿的水平距離作為診斷與評價H2值有效利用率。也就是說運動員身體重心騰起最高點與橫桿的水平距離越大，H4就越大，那么反映出H2值的利用率就越低。

表3 王宇起跳距離、騰起角、身體重心過桿角和身體重心距橫桿的水平距離

從表3可以看出，王宇的起跳距離為0.98m，大多數(shù)跳高運動員的起跳點應距橫桿投影線61-107cm［4］，王宇的起跳點在此范圍;王宇的騰起角度為56.2°，該騰起角度比較理想。因為根據(jù)拋射公式的要求，在跳高過程中如果單純地去追求最佳的騰角度，就會極大的限制助跑水平速度的發(fā)揮和利用;王宇的身體重心過桿角度為43.1°，根據(jù)公式L/sinβ=H2/tgθ的要求，該身體重心過桿角度也比較合理;王宇身體重心最高點與橫桿的水平距離為6.6cm，說明王宇的身體重心的最高點并不在橫桿的正上方，而是在橫桿后上方，致使不能很好地利用H2的高度。當然，王宇可以通過調整起跳點的距離以促使身體重心最高點盡可能處于橫桿的正上方。但是，起跳點的距離與運動員起跳離地瞬間的水平速度又有密切的相關性。因此，應該將起跳點的距離、助跑速度、騰起角度和身體過桿夾角等因素綜合起來進行考慮，才能保證運動員身體重心的最高點處于橫桿的正上方。這也是為什么對跳高運動員的技術動作進行評價不能僅僅以某一個運動參數(shù)進行評價，而是要把各個運動參數(shù)以及它們之間的相互關系進行綜合評價［6-8］。假如在H2值和β值不變的情況下，追求H2值的最大利用率，如何科學合理的搭配出起跳點的距離和身體重心的騰起角才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性和實效性。因此，當運動員的起跳技術相對穩(wěn)定，身體重心騰起的高度H2值不變時，要求H4=0時，根據(jù)公式:L/sinβ =S/2=H2/tgθ來確定起跳點的距離與騰起角最佳的參數(shù)組合。當然，這種組合僅僅是一種理想化的組合，還需要在運動實踐中不斷改進與完善運動員的過桿技術，力爭使各個過桿技術的運動學參數(shù)都能達到理想化的效果。

3.4 王宇H3值的分析

根據(jù)H=H1+H2-H3，H3是跳高運動員騰空后身體重心的最高點與橫桿之間的高度，它主要由運動員過桿時的身體姿勢和過桿動作決定的。根據(jù)運動生物力學原理，人體在騰空之后身體重心的軌跡在沒有外力作用下是不會發(fā)生改變的。但是，人體可以利用內力的作用以改變身體各環(huán)節(jié)之間的位置。跳高運動員可以利用運動生物力學原理做相向的“補償運動”，以可以減小H3值，提高其運動成績。對H3值來講，運動員的頭部、髖部、背部和臂部的動作顯得尤為重要，因為運動員通過頭后仰，挺髖，背弓和雙臂下伸，使其身體姿勢形成一個“拱橋”，而這種“拱橋”姿勢就會使身體重心的位置移向軀干的邊緣，甚至會出現(xiàn)在軀干的下方，從而減小了身體重心與橫桿之間的高度，即減小了H3值。

王宇在成功越過2.29m高度時的三個H值分別為 H1(1.29m)、H2(1.03m)、H3(0.45m)以及身體重心的最大高度Hmax(2.365m)。王宇的身體重心越偏離橫桿6.6cm，高出橫桿4.5cm。研究表明，世界優(yōu)秀男子跳高運動員H3值多小于4cm［4］，說明王宇的過桿技術動作還有待于進一步完善，王宇的頸部伸肌群、髖部的伸髖肌群以及脊柱伸肌群的力量都需要進一步加強，使其能夠在完成過桿動作時發(fā)揮積極的作用。

王宇的左、右側肩髖連線與髖膝連線的夾角分別為21.3°與6.2°。髖角越小，說明背弓越充分，也就是說運動員的“拱橋”姿勢越充分。運動員在完成過桿過程中，頭、肩、腰、髖等部位依次通過，這就要求運動員的肩、頸、髖、腰、胸等關節(jié)的柔韌性與靈活性比較好，而且要求這些部位的伸肌群主動收縮，使運動員的背弓做的更加充分;同時，還需要預先拉長腹直肌、屈髖肌、股四頭肌，為大小腿得順利過桿打下良好的基礎。

4 結論與建議

王宇在起跳結束瞬間，擺動腿的擺動比較積極主動;騰起角度與身體重心過桿夾角比較合理;騰空過桿階段身體重心的軌跡最高點不在橫桿的正上方，沒有最大限度地利用H2的高度;王宇的H3值接近于世界優(yōu)秀運動員的H3值，髖軸與橫桿的夾角比較小，背弓充分，但過桿技術還有待于進一步完善。建議王宇進一步加強身體各部分力量、協(xié)調與柔韌性的練習，特別是擺動腿的擺動與起跳腿的蹬伸之間的協(xié)調配合。同時，要求王宇注意起跳距離、助跑速度、騰起角度和身體重心過桿夾角之間的相互關系，使這些運動學指標參數(shù)能夠達到一個最佳的組合?？梢愿鶕?jù)自身的身體條件、運動素質和技術特點結合各運動參數(shù)之間的相互關系，不斷改進與完善王宇的過桿技術，真正體現(xiàn)過桿技術的經(jīng)濟性與實效性。

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