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運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中確定性模型的應(yīng)用探究

2015-12-13 02:42李正宜河南大學(xué)體育學(xué)院河南開封475000
文體用品與科技 2015年14期
關(guān)鍵詞:鉛球確定性距離

□李正宜(河南大學(xué)體育學(xué)院河南開封475000)

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中確定性模型的應(yīng)用探究

□李正宜(河南大學(xué)體育學(xué)院河南開封475000)

對(duì)于確定性模型來說,主要指的是不涵蓋任何隨機(jī)成分的一類模型。確定性模型屬于一類建模范式,能夠?qū)\(yùn)動(dòng)項(xiàng)目測(cè)量結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)測(cè)量結(jié)果的生物力學(xué)因素之間的關(guān)系加以明確。本文在分析確定性模型的界定及運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對(duì)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中確定性模型的應(yīng)用進(jìn)行探究,希望以此為相關(guān)研究的完善提供有效憑據(jù)。

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)確定性模型應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)以來,計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信傳感等技術(shù)發(fā)展迅速,這些技術(shù)的迅速發(fā)展使運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)的采集更具方便性及快捷性。我國(guó)對(duì)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)作出了許多研究,但是與國(guó)外比較起來還存在較為明顯的差距,主要是因?yàn)槲覈?guó)對(duì)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)方面的研究?jī)H停留在理論層面上,實(shí)踐研究環(huán)節(jié)薄弱。由于確定性模型能夠?yàn)樯锪W(xué)研究報(bào)告中實(shí)驗(yàn)誤差率的控制及理解提供有效便利,因此本文對(duì)“運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中確定性模型的應(yīng)用”展開討論具有較為深遠(yuǎn)的意義。

1、確定性模型的界定

對(duì)于確定性模型來說,在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中,則是由給出的函數(shù)關(guān)系所確定的,能夠借助各類手段完成求解,將函數(shù)解的模型尋找出來,便屬于確定性數(shù)學(xué)模型。對(duì)于確定性模型來說,主要指的是不涵蓋別的隨機(jī)成分的模型,只需將輸入及各個(gè)輸入間維系的關(guān)系進(jìn)行設(shè)置,那么它的輸出也可以加以明確,和實(shí)驗(yàn)的次數(shù)是不存在相關(guān)性的。將鉛球作為例子,通過對(duì)投擲遠(yuǎn)度進(jìn)行測(cè)量,能夠?qū)⑵涑煽?jī)求解出來。將鉛球質(zhì)視為一個(gè)點(diǎn),以力學(xué)原理為依據(jù),鉛球質(zhì)點(diǎn)飛行距離的運(yùn)算公式如下:

S=VoVoSin2α/g

其中,鉛球飛行距離(S),即為遠(yuǎn)度;鉛球出手初速度(Vo);鉛球出手角度(α);重力加速度(g)。

將α設(shè)為固定值,那么Vo便決定了S,Vo越大,那么S便越大。世界優(yōu)秀鉛球運(yùn)動(dòng)員的出手角度通常維持在38°至42°之間。所以,α值的變化范圍是能夠確定的。因此,Vo與α決定了S。

2、確定性模型與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析

對(duì)于運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析來說,主要涵蓋了兩方面的內(nèi)容:其一為標(biāo)注分析,其二為運(yùn)動(dòng)技術(shù)分析。通常情況下,對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)進(jìn)行分析,通常適用結(jié)構(gòu)化模式。運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析主要有三類方法,即為半定量分析、定量分析以及定性分析。各類分析間并無(wú)顯著界定。在通常情況下,大多數(shù)研究者將把把半定量分析歸為定量分析的領(lǐng)域。下面重點(diǎn)對(duì)這三類分析方法進(jìn)行論述:

2.1、半定量分析

在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)當(dāng)中,半定量分析通常要比標(biāo)注分析多,主要對(duì)動(dòng)作的數(shù)量加以關(guān)注,同時(shí)關(guān)注在運(yùn)動(dòng)表面所產(chǎn)生的不同動(dòng)作,還包括了運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作及位置的結(jié)合。

2.2、定量分析

基于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)當(dāng)中,對(duì)于定量分析來說,通常是對(duì)所獲取的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)學(xué)及其參數(shù)進(jìn)行量化,當(dāng)然量化需要以動(dòng)作關(guān)鍵特征為依據(jù),對(duì)于定義優(yōu)化的表現(xiàn)參數(shù)來說,主要所用到的方法為模型化方法,比如統(tǒng)計(jì)模型及計(jì)算機(jī)仿真模型等,利用這些模型對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)進(jìn)行分析過程中,通過對(duì)目前運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間的差異進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

2.3、定性分析

對(duì)于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)當(dāng)中的定性分析來說,主要在于觀察,例如對(duì)運(yùn)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觀察,進(jìn)一步作出評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)過程側(cè)重技術(shù)的正確性,并找出錯(cuò)誤,進(jìn)而加以糾正。定性分析遵循“準(zhǔn)備——觀察——評(píng)價(jià)及診斷——干預(yù)”循序漸進(jìn)的模式。在上述步驟當(dāng)中,準(zhǔn)備階段屬于起始階段,也屬于基礎(chǔ)階段。主要對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)相關(guān)影響特征完成鑒別。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行定性分析,通常會(huì)使用到兩類模型,一類為層次模型,還有一類為確定性模型。對(duì)于確定性模型來說,能夠從更深的層次中對(duì)定性生物力學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行考量,進(jìn)而對(duì)對(duì)表現(xiàn)結(jié)果造成影響的相關(guān)因素加以辨識(shí),在和支撐運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)理論原則構(gòu)建聯(lián)系的基礎(chǔ)上,確定性模型便能夠使定性分析中的一些缺陷實(shí)現(xiàn)有效避免。基于運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析過程中,通產(chǎn)把定性分析與確定性模型相融合,然后投入適用,以此使運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析效果得到有效增強(qiáng)。

3、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中確定性模型的應(yīng)用探究

以確定性模型在應(yīng)用過程中所遵循的基本原則為基礎(chǔ),有國(guó)外學(xué)者針對(duì)跳遠(yuǎn)這一運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性的分析。(1)第一步:對(duì)表現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義為確定性建模的初始步驟,在跳遠(yuǎn)項(xiàng)目當(dāng)中則稱之為跳遠(yuǎn)距離。(2)第二步:細(xì)分表現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),跳遠(yuǎn)距離可細(xì)分為三點(diǎn),即為起跳距離、騰空距離與落地距離。(3)第三步:對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)造成影響的關(guān)鍵特征加以明確,同時(shí)做好影響相關(guān)距離的關(guān)鍵特征的分析工作。基于三大距離當(dāng)中,最為主要的是騰空那個(gè)距離,屬于運(yùn)動(dòng)員基于空中質(zhì)心水平距離,相關(guān)影響因素諸多,如起跳高度、角度及速度等,這些因素均是由起跳的水平速度及垂直速度及角度所決定的。如圖1,為騰空階段確定性模型。

圖1 騰空階段確定性模型

對(duì)于起跳水平速度來說,存在具備觸板情況下水平速度,同時(shí)還包括損失于板上的水平速度。其中,損失于板上的水平速度能夠借助“功—能”關(guān)系得到。對(duì)于“功”來說,主要表現(xiàn)為平均力與力矩的乘積,屬于跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員力學(xué)能量的根本性變化。主要與運(yùn)動(dòng)員兩方面存在密切關(guān)系:其一為運(yùn)動(dòng)員的體重;其二為運(yùn)動(dòng)員速度變化。確定性模型的確定需要具備的相關(guān)內(nèi)容諸多,如最小化平均水平約束力及最大化平均水平加速度等。對(duì)于起跳的垂直速度來說,是較為簡(jiǎn)單的,現(xiàn)將觸板情況下的初始垂直速度設(shè)為O,基于垂直方向會(huì)受到加速的影響,由于確定性模型構(gòu)建之前有冗余存在,因此需要將冗余消除,以此使模型更加清楚,同時(shí)將對(duì)跳遠(yuǎn)身體動(dòng)作造成影響的關(guān)鍵特征獲取出來。

對(duì)于起跳距離=起跳時(shí)運(yùn)動(dòng)員質(zhì)心的距離-起跳板至起跳板前沿的距離。上述兩個(gè)距離可以通過測(cè)量求解出來。在起跳的情況下,質(zhì)心處于腳前,起跳腳需靠近踏跳板,在此狀況下,便需要合理地對(duì)助跑速度進(jìn)行控制,如圖2所示,為起跳距離確定性模型。

圖2 起跳距離確定性模型

4、結(jié)語(yǔ)

通過本課題的探究,認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析主要有三類方法,即為半定量分析、定量分析以及定性分析。對(duì)于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)確定性模型來說,能夠使定性分析得到有效提升,為了使學(xué)者對(duì)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)理論及原則的興趣得到有效提升,在確定性模型研究過程中,進(jìn)行定性分析確定性模型與其他模型對(duì)比便有著實(shí)質(zhì)性的作用?;谡w層面而言,確定性模型在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中應(yīng)用價(jià)值顯著,業(yè)內(nèi)人士需對(duì)其進(jìn)行“理論+實(shí)踐”研究,進(jìn)一步為運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]肖曉飛,郝衛(wèi)亞,李旭鴻,吳成亮.確定性模型在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的應(yīng)用[J].天津體育學(xué)院學(xué)報(bào),2013,04.

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[3]馬逢伯.運(yùn)動(dòng)影像測(cè)量方法的發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].體育科技文獻(xiàn)通報(bào),2012,04.

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[5]張念坤,黃志剛.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革及效果分析[J].南京體育學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,05.

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