張彤彤，支二林

(1.山東理工大學體育學院，山東淄博255000;2.東北師范大學體育學院，吉林長春130000)

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羽毛球殺球動作眼動特征研究

張彤彤1，支二林2

(1.山東理工大學體育學院，山東淄博255000;2.東北師范大學體育學院，吉林長春130000)

為了解羽毛球運動員視覺搜索特征，采用ASL Eye Tracker 6000型眼動記錄儀，以18名高水平羽毛球運動員和18名羽毛球初學者為被試者，以殺球動作為素材，將殺球動作分為三個階段10張圖片。比較兩組被試者在觀察殺球動作時的眼動特征。實驗結果表明：(1)在觀看圖片材料時，高水平者動作判斷的正確率明顯高于新手；(2)高水平者首注視時間及平均注視時間顯著短于新手，注視點個數(shù)顯著多于新手，瞳孔直徑顯著大于新手，表明高水平者具有更高效的信息加工能力；(3)高水平者采用了更合理的視覺搜索策略，注視點更集中，主次更分明，信息提取效果更好；(4)殺球隊員的軀干、持拍手臂、球拍是決定殺球方向的主要注視點。

羽毛球；殺球；視覺搜索；眼動

一、 引言

觀眾在觀看羽毛球比賽時不禁感嘆，運動員為什么反應如此迅速，在零點幾秒的時間里就能快速判斷來球并進行應對。對這種現(xiàn)象科研人員也給予關注。經(jīng)過分析，科研人員提出兩種推測：一種為先天因素，運動員具有超出常人的視覺；另一種為后天因素，即運動員視覺搜索及分析能力比普通人更有效。通過對兩種假設的研究發(fā)現(xiàn)，運動員與普通人的視覺系統(tǒng)在生理結構方面沒有差異，所以研究更多的關注后天因素，即運動員的運動認知和視覺搜索特征。眼動儀是非常有效的視覺認知研究工具，是探索人在各種不同條件下視覺信息加工機制的儀器。眼動技術通過對眼動軌跡的記錄從中提取各種眼動數(shù)據(jù)，從而研究個體的內(nèi)在認知過程。眼動的時空特征反映了視覺信息提取過程中的生理和行為表現(xiàn)，它與人的心理活動有密切關系。在各種體育活動中，視覺信息是運動員信息來源的主要途徑，視覺認知高度依賴眼睛對外界信息的選擇，通常我們只能高清地看到落在視網(wǎng)膜中心凹區(qū)域的信息，眼睛通過眼球的運動來實現(xiàn)與信息的在線聯(lián)系[1]910。羽毛球作為速度最快的球類運動，運動員在高速激烈的對抗中能進行多個回合較量，應該與運動員多年系統(tǒng)的專項訓練密切相關。本研究采用“專家—新手”范式研究羽毛球?qū)I(yè)運動員視覺搜索特征，從而了解專業(yè)運動員視覺搜索的認知規(guī)律。

二、 研究對象與方法

(一)研究對象

研究對象包括高水平的專家組和新手組。專家組選取某省羽毛球?qū)I(yè)隊運動員18人，平均訓練年限8.3年，平均年齡21.4±2.08歲，其中男9人，女9人。新手組選取某高校羽毛球普修課的大學生18人，平均年齡為20.8±1.32歲，其中男9人，女9人，所有被試視力或矯正視力均正常。被試者事先了解實驗內(nèi)容，并積極配合實驗，實驗結束后給予一定報酬。

(二) 研究方法

1.實驗儀器。本實驗采用ASL Eye Tracker 6000型眼動記錄儀，兩臺電腦，一臺電腦向被試者呈現(xiàn)刺激材料，另一臺電腦用于主試觀察和記錄眼動數(shù)據(jù)。要求被試者的眼位與顯示器中心位置等高，眼睛距顯示器60cm，實驗的屏幕為三星19英寸液晶顯示器，分辯率為1024×768，刷新率為90Hz，整個實驗在光線適度的隔音實驗室內(nèi)完成，無外界環(huán)境干擾。

2.實驗材料。用每秒120幀的高速攝影機拍攝羽毛球運動員正面殺球動作。示范隊員有10年專業(yè)訓練經(jīng)歷，具備準確完成殺球動作的能力。拍攝的殺球動作包括兩種：一種為正手殺直線球；另一種為正手殺對角線球，直線和對角線各拍攝三組視頻。拍攝完成后用Ulead VideoStudio10.0軟件對拍攝錄像進行截圖，將錄像以每10幀截圖一次的方式完成圖片采集，錄像截成10張圖片。這10張圖片包括殺球動作的三個階段：起跳階段3張、擊球準備階段4張、擊球階段3張。按照羽毛球殺球動作要領，起跳階段為運動員屈膝下降重心、側身、往右上方提肩帶動上臂、前臂和球拍上舉這一連貫動作；擊球準備階段為運動員起跳后、身體后仰挺胸成反弓形、右上臂往右后上擺起、前臂自然后擺手腕后伸、前臂帶動球拍由上往后下?lián)]動這一系列動作；擊球階段為凌空轉(zhuǎn)體收腹帶動右上臂往右上擺起、肘部領先、前臂全速往前上揮動、擊球時前臂內(nèi)旋、腕前屈微收、閃腕發(fā)力這一系列動作。

根據(jù)人體解剖學特征，將被試注視動作圖示的興趣區(qū)域劃分為：運動員的頭部Head(H)；運動員的軀干Trunk(T)；運動員的持拍手臂Arm(A)；運動員的下肢Low Body(LB)；球拍Racket(R)；球Shuttle(S)。

3． 實驗程序。主試先向被試說明實驗的相關要求及流程，然后被試坐在桌子前，頭放在U型托架上，調(diào)整托架高度保證被試的眼位與顯示器中心等高，眼睛距離屏幕60cm，保持被試不動。主試給被試帶上頭盔，識別瞳孔，打開Fixation Analysis軟件，進行定標。然后向被試呈現(xiàn)預備實驗材料，確保被試正確理解實驗要求后，實驗正式開始。被試注視顯示器，眼動儀開始對被試的各項眼動指標進行記錄。一共6組圖片，每組圖片10張，每張圖片在顯示器上停留1秒，一組圖片呈現(xiàn)結束后顯示花崗巖圖片5秒再呈現(xiàn)下一組圖片，在每組圖片間隔期對上一組圖片球的落點進行判斷。

4．數(shù)據(jù)處理。使用Eye-Tracker 6000 Data Analysis數(shù)據(jù)處理軟件導出眼動數(shù)據(jù)，運用SPSS15.0軟件采用t檢驗這一統(tǒng)計學方法進行數(shù)據(jù)處理。

三、 結果與分析

(一) 不同水平被試注視特征的眼動分析

表1 不同水平被試者眼動特征對比分析

注：*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001

從表1可知，不同水平被試動作判斷正確率差異顯著，專家動作判斷正確率達到90.7%，新手只有59.3%。不同水平被試首注視時間差異不顯著，專家的首注視時間比新手首注視時間更短。不同水平被試平均注視時間差異非常顯著，專家的平均注視時間比新手的平均注視時間更短。不同水平被試者在注視圖片時瞳孔直徑差異顯著，專家的瞳孔直徑較新手大。不同水平被試的注視點個數(shù)差異顯著，專家的注視點個數(shù)多于新手。對注視點個數(shù)進行分階段t檢驗，發(fā)現(xiàn)三個階段注視點個數(shù)差異都非常顯著，見表2。

表2 不同水平被試分階段注視點個數(shù)對比分析

注：*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001

(二)不同水平被試同一期段不同興趣區(qū)注視點特征比較

1． 起跳期不同興趣區(qū)注視點個數(shù)變化特點。可見表3。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)在起跳階段專家與新手除對LB的注視點個數(shù)差異不顯著，其他興趣區(qū)的注視點個數(shù)差異都非常顯著。在H和S兩個興趣區(qū)，專家注視點個數(shù)少于新手；在T、A、R這三個興趣區(qū)專家注視點個數(shù)多于新手。

表3 不同水平被試起跳期注視點數(shù)量對比分析

2.擊球準備期不同興趣區(qū)注視點個數(shù)變化特點?？梢姳?。統(tǒng)計結果顯示，擊球準備期專家與新手各興趣區(qū)注視點個數(shù)差異都非常顯著。在H、LB、S三個興趣區(qū)新手注視點個數(shù)多于專家。在T、A、R三個興趣區(qū)專家注視點個數(shù)多于新手。

表4 不同水平被試者擊球準備期注視點數(shù)量對比分析

3.擊球期不同興趣區(qū)注視點個數(shù)變化特點?？梢姳?。統(tǒng)計結果顯示，擊球期專家與新手除

表5 不同水平被試擊球期注視點數(shù)量對比分析

對T的注視點個數(shù)差異不顯著，對其他興趣區(qū)注視點個數(shù)差異都顯著。在H、LB、S三個興趣區(qū)新手的注視個數(shù)多于專家；在A、R兩個興趣區(qū)專家的注視點個數(shù)多于新手。

四、分析與討論

(一)兩組被試視覺信息加工效率對比分析

視覺信息加工效率主要體現(xiàn)在動作判斷正確率、注視時間、注視點個數(shù)及瞳孔直徑四個方面。對動作判斷正確率的分析顯示，專家顯著高于新手，這可能是專家具有優(yōu)秀的選擇性注意能力，這種能力可以引導視覺的加工偏向，使其能夠在眾多信息中排除無關信息干擾，更有效地提取關鍵信息，并將這些信息與長時記憶中的模式進行匹配，所以做出較準確判斷。新手由于沒有工作記憶可以匹配，所以提取關鍵信息的能力弱，因此判斷的正確率低。

注視時間包括首注視時間和平均注視時間。首注視時間是被試在觀看實驗材料形成的第一個注視點所用時間[2]59。以往研究表明，首注視時間是注視加工的重要初始階段，它可以形成對圖像的初始表征，為隨后的視覺搜索提供有效線索。首注視時間反映視覺搜索早期階段注意的自動偏向，反映了被試信息加工的初級階段，與視覺搜索早期階段的注視引導效應關系密切。有研究發(fā)現(xiàn)，任務難度對首注視時間有顯著影響，簡單任務的信息整合可以即時進行，相對較難的任務信息，被試無法在首注視點上實現(xiàn)好的信息加工，必須迅速轉(zhuǎn)移注視點到更有效的圖像位置進行視覺搜索。本研究的任務難度較大，被試需要搜索其他線索來完成任務，所以在首注視點停留的時間較短，兩組被試都意識到了這一點，所以首注視時間差異不顯著，這也說明在注意的初始階段，運動水平的高低對注意引導效應的影響不顯著。

平均注視時間是在一個注視點持續(xù)的平均時間，反映了被試的信息加工能力。對不同被試者來說，平均注視時間越長，表明信息加工速度越慢[2]60。已經(jīng)公開的一些研究對專家與新手的平均注視時間存在分歧。黃宏遠的研究結論是專家比新手的注視時間短；王恒的研究結論是專家比新手的注視時間長。本研究與黃宏遠的研究結果一致。注視時間研究結果不同的原因可能來源于兩方面：第一，實驗材料；第二，項目特點。視頻材料比圖片材料呈現(xiàn)的信息量大，有用、無用信息參雜在一起，要想做出正確判斷必須對大量信息進行整合、加工，所以對每一個注視點的加工時間更長。手持器械項目和無器械項目也存在差別。本研究與黃宏遠的研究分別為羽毛球和網(wǎng)球，王恒研究的是排球，所以研究結果不同。本研究的結果表明專家使用了更為經(jīng)濟有效的視覺搜索方式，在有限的時間內(nèi)得到更多線索，這是因為專家技能已經(jīng)趨向自動化，并且儲存了豐富的技術、戰(zhàn)術知識，在這些知識中，特定模式將激發(fā)某一固定系列的反應[3]13。觀看殺球動作圖片有效地激發(fā)了運動員的專業(yè)反應，所以信息加工速度快；新手無法快速發(fā)現(xiàn)圖片中有效線索，更做不到對信息進行有效加工，所表現(xiàn)出的結果就是加工時間長，加工效率低。

注視點個數(shù)能反映被試對動作的理解能力和信息加工特征，還反映了被試的信息加工熟練程度、注視加工策略和材料的難易程度[2]61。注視點越多表示收集到的信息越多，專家具有豐富的專業(yè)知識，并且這些知識已經(jīng)形成結構化特點，所以，在動作判斷時專家對一些重要的視覺信息進行了更精細加工，這可能也是專家與新手動作判斷正確率差異的又一原因。在動作的不同階段專家與新手的注視特征也存在差異。專家從動作的開始階段視覺就進入高速搜索模式，在起跳期和擊球準備期注視點個數(shù)多是為了收集大量的信息，為擊球期信息的深入加工奠定了基礎；在擊球期運動員的注視點個數(shù)減少，加工深度增加，動作判斷的準確率大大提高。新手的注視點個數(shù)是隨著動作的深入不斷提高，說明新手并沒有在動作的開始階段收集到足夠信息，為了能夠?qū)幼鬟M行判斷，不斷地增加注視的范圍，這反而增加了信息加工的負荷，由于沒有專業(yè)知識和儲備的工作記憶，無法在短時間內(nèi)處理大量信息，反倒影響了動作判斷的準確率。

瞳孔直徑是測量認知加工活動中資源分配和加工負荷的靈敏指標[4]304[5]276。瞳孔直徑的變化是信息加工時心理負荷的量化指標[6]133，與進行信息加工時的心理努力程度密切相關。已有的一些運動領域里關于專家與新手在觀察運動圖片時瞳孔直徑差異的研究并未達成一致。黃宏遠在研究網(wǎng)球運動員觀看靜態(tài)圖片時得出專家組的瞳孔直徑顯著小于新手組。王恒在研究不同水平男大學生觀察排球扣球視頻的眼動特征得出，高水平男生的瞳孔直徑顯著大于低水平男生[7]77。本研究的結果與王恒的研究結果一致，說明專家在觀看動作圖片或視頻時更認真，由于他們工作記憶中有大量與圖片內(nèi)容相似的動作結構，所以更多地喚起了他們的注意，而且專家由于長期的訓練已經(jīng)建立了自己的動作編碼模式，對信息加工注意力更集中，所以瞳孔直徑更大。在不同研究中，瞳孔直徑之所以有差別，可能與不同項目有關，也可能與個體差異有關，希望在以后研究中進行深入探討。

(二)兩組被試視覺搜索策略分析

視覺搜索策略是被試注視圖片時采用的信息搜索方式，主要指注視點的分配，它反映了被試的專項認知水平。對重要區(qū)域注視點越多，說明對動作的認識越深刻。

起跳期是運動員蹬地起跳以獲得盡可能高擊球點的階段。羽毛球是手持器械的隔網(wǎng)對抗性項目，下肢所傳遞動作信息相當有限，兩組被試對下肢的注視點個數(shù)差異不顯著，說明專家和新手對羽毛球動作的基本認識沒有差異，對動作判斷的差異更多來源于對細節(jié)的精細加工。專家對軀干、持拍手臂、球拍的注視點個數(shù)顯著多于新手，說明運動員的視覺注意更多集中在線索豐富的位置，對球拍的注視點個數(shù)較少，因為在起跳期球拍能夠提供的信息并不多，所以高水平組對球拍的注視較少。新手對運動員的頭部和球的注視較多，對頭部的注視更多集中在對運動員眼睛的關注，這是新手經(jīng)常采用的思維方式，他們覺得運動員眼睛注視的方向應該就是殺球的方向。專家的運動經(jīng)驗使他們知道眼睛具有欺騙性，運動員身體傳遞的的信息才是最準確的，所以對軀干及持拍手臂注視較多，對頭部注視較少。

根據(jù)對注視軌跡的觀察發(fā)現(xiàn)，新手的注視點比較分散，沒有哪個部位能夠被集中注視，這主要是因為他們對技術動作不熟悉，無法抓住關鍵的信息點；專家則不同，他們將大部分注視集中在軀干和手臂這些能夠傳遞重要信息的部位。在擊球準備階段，運動員身體呈反弓形，殺球力量的積蓄主要通過此階段完成。專家的注視位置更加集中，將58.8%的注視點都落在軀干和持拍手臂位置，對頭部、下肢、球的注視點都較少。新手組被試雖然也將注視點集中在手臂、軀干，但沒有專家那樣突出，新手將47.6%的注視點集中在軀干和手臂。根據(jù)Desimone和Duncan提出的偏向競爭模型，當前保持在工作記憶中的表征會以自上而下的方式增強視覺皮層中與之相似的知覺表征的激活程度，從而使得視場中與工作記憶內(nèi)容相似的物體取得競爭優(yōu)勢，并最終獲得注意[8]193。工作記憶是執(zhí)行任務過程中用于信息暫時存儲和加工的資源有限系統(tǒng)[9]1899。注意是對有關信息的選擇，對無關信息的抑制，工作記憶可以有助于有關信息的保持及無關信息的抑制[10]139。專家記憶中被工作記憶激活的部分通過偏向競爭，將注意力更多集中在能夠提供信息的關鍵區(qū)域。

擊球期是殺球動作的最后環(huán)節(jié)，殺球線路的確定就是在這個階段確定的。此階段專家將注視點集中在軀干、持拍手臂以及球拍這三個部位，這三個區(qū)域占據(jù)注視點的80%，對頭部與下肢的注視點個數(shù)急劇減少。低水平組的注視點依然比較分散，對每個身體部位的注視點都在一個以上，說明低水平組的視覺圖片加工沒有什么策略，只是對呈現(xiàn)在眼前的圖片進行了一般性視覺搜索。已有研究發(fā)現(xiàn)，專家的空間知覺判斷優(yōu)勢主要是因為視覺搜索策略來源于存儲在長時記憶中的特殊任務結構[11]305，本研究支持了這一結論，由于專家組長期的專業(yè)訓練使長時記憶中形成了特殊的動作編碼方式，這樣特殊的編碼方式使運動員在信息加工過程中可以根據(jù)需要合理分配注意，從而達到簡化信息加工過程，改善操作效率的目的。Williams等人指出，專業(yè)運動員比新運動員的視覺搜索策略更恰當和更有效率[12]55。這與本研究的結果一致。本研究的結果同時證實了以往研究中的觀點：在殺球動作中，軀干、持拍手臂及球拍三個區(qū)域包含運動員動作方向的大部分信息，是視覺搜索的重要區(qū)域。通過對專家與新手眼動特征的分析，發(fā)現(xiàn)長期專業(yè)的訓練可以有效提高運動員的專項視覺搜索策略。

但由于研究條件所限，本研究也存在一些不足，眼動記錄了視覺加工的外部特征，但無法了解內(nèi)隱的信息加工方式是否也對動作的判斷有影響。外部特征對揭示大腦對動作的分析解碼能力有限。所以后續(xù)的研究應盡量將眼動與大腦的內(nèi)部加工研究相結合，這樣可以得出更深層的研究結論。

五、結論

第一，在觀看圖片材料時，專家動作判斷的正確率顯著高于新手。

第二，專家首注視時間及平均注視時間顯著短于新手，注視點個數(shù)顯著多于新手，瞳孔直徑顯著大于新手，表明專家具有更高效的信息加工能力。

第三，專家采用了更合理的視覺搜索策略，注視點更集中，主次更分明，信息提取效果更好。

第四，殺球隊員的軀干、持拍手臂、球拍是決定殺球方向的主要注視點。

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(責任編輯 魯守博)

2016-05-21

張彤彤，女，遼寧鐵嶺人，山東理工大學體育學院講師，教育學碩士。

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