孟進(jìn)蓬,劉應(yīng),于波

(陸軍炮兵防空兵學(xué)院 軍事體育教研室，安徽 合肥 230031)

單個(gè)軍人齊步行進(jìn)是軍人步態(tài)諸元中最為基礎(chǔ)的構(gòu)成單元，也是軍人最為常見(jiàn)的步態(tài)之一，盡管隊(duì)列條令和相關(guān)書(shū)籍較詳細(xì)地描述了齊步動(dòng)作的基本技術(shù)，但目前為止，從動(dòng)作角度分析齊步動(dòng)作各個(gè)關(guān)節(jié)內(nèi)在聯(lián)系的研究并不多見(jiàn)。因此，本文在現(xiàn)代體育運(yùn)動(dòng)科學(xué)理論指導(dǎo)下，以各大關(guān)節(jié)角度的變化與隊(duì)列條令對(duì)受試者的齊步動(dòng)作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，獲取了齊步動(dòng)作五大關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間運(yùn)動(dòng)變化的數(shù)據(jù)，有助于對(duì)齊步動(dòng)作技術(shù)進(jìn)行合理客觀的評(píng)定，為隊(duì)列條令以及動(dòng)作技術(shù)描述提供科學(xué)的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。出于以上考慮，本研究選擇齊步動(dòng)作過(guò)程中五大關(guān)節(jié)角度在三維空間中隨時(shí)間的變化進(jìn)行研究。期待能夠找到齊步動(dòng)作的特征與關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和動(dòng)作的一般規(guī)律，進(jìn)一步挖掘整理隊(duì)列理論研究，進(jìn)而在實(shí)踐教學(xué)中正確地分析齊步動(dòng)作關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)關(guān)系。無(wú)論是發(fā)揚(yáng)軍事隊(duì)列動(dòng)作風(fēng)格，還是提高隊(duì)列動(dòng)作教學(xué)和訓(xùn)練的水平，都有一定的研究和借鑒價(jià)值。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選擇3名被試對(duì)象，年齡(27.29±2.22)y，身高(175.00±3.87)cm，體重(69.88±5.63)kg；所有參加測(cè)試的人員均能夠高標(biāo)準(zhǔn)的熟練完成齊步與立定(4步以內(nèi)的行進(jìn)與停止連貫)動(dòng)作。

1.2 研究方法

1.2.1 器材與過(guò)程

實(shí)驗(yàn)儀器：采用瑞典Qualisys AB公司生產(chǎn)的Qualisys Motion Captu Sreystem-ProReflex MCU500高速紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用互成60度角的六臺(tái)MCU，它們依次串聯(lián)進(jìn)行同步測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地布置：采用6個(gè)Qualisys紅外高速攝像頭串聯(lián)起來(lái)與計(jì)算機(jī)相連，各個(gè)紅外高速攝像頭擺放的高度約1.9～2.0m，采集時(shí)間設(shè)為20 s，采集頻率為100 Hz。三維坐標(biāo)系定義為：左右方向?yàn)閅軸，前后方向?yàn)閄軸，上下方向?yàn)閆軸。所有鏡頭和測(cè)試空間均通過(guò)標(biāo)定，符合實(shí)驗(yàn)要求。

身體標(biāo)志點(diǎn)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，本實(shí)驗(yàn)選取頭部2個(gè)(頭前：額前發(fā)髻線中點(diǎn)；頭后：顱骨后中點(diǎn))。上肢8個(gè)(左右肘外：左右肱骨外上踝；左右手腕外：尺骨莖突與橈骨莖突之間；左右手：左右手中指第二指節(jié)中點(diǎn)；左右肩：左右肩峰)。軀干5個(gè)(第七頸椎：第七頸椎棘突；第2腰椎：第2腰椎棘突；第5腰椎：第5腰椎棘突；左右骨盆前：左右髂前上棘)。下肢10個(gè)(左右股骨大轉(zhuǎn)子；左右膝內(nèi)：左右股骨內(nèi)上踝；左右膝外：左右股骨外上踝；左右外踝：左右脛骨外踝最高點(diǎn)；左右腳跟：左右跟骨；左右腳尖：左右第二跖趾關(guān)節(jié))共計(jì)27個(gè)紅外反射標(biāo)志點(diǎn)固定在受試者身上。

1.2.2 測(cè)試動(dòng)作與指標(biāo)

測(cè)試動(dòng)作：采用齊步與立定的連貫動(dòng)作，即4步內(nèi)完成齊步行進(jìn)與立定動(dòng)作。依據(jù)齊步動(dòng)作技術(shù)特征與研究的需要，將該動(dòng)作過(guò)程劃分為12階段即：立正姿勢(shì)→預(yù)備期→左腿擺動(dòng)期→雙支撐期→左單腿支撐前期→左單腿支撐后期→雙支撐期→左腿擺動(dòng)前期→左腿擺動(dòng)后期→雙支撐期→靠腳→立正姿勢(shì)。具體過(guò)程為測(cè)試者在測(cè)試范圍內(nèi)完成3～5次齊步與立定連貫動(dòng)作，選取效果最好的3次動(dòng)作進(jìn)行保存。一名受試者進(jìn)行測(cè)試，下一名受試者換衣并進(jìn)行測(cè)試準(zhǔn)備活動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)指標(biāo)：本研究的主要目的在于探討齊步動(dòng)作各關(guān)節(jié)空間角度特征，結(jié)合隊(duì)列條令等方面的要求選取的指標(biāo)主要有肘、肩、髖、膝、踝五大主要關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度在三維空間運(yùn)動(dòng)變化值(有關(guān)指標(biāo)定義按運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)通常使用的關(guān)節(jié)角定義方法定義)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

選取動(dòng)作質(zhì)量最好，以及拍攝過(guò)程中丟點(diǎn)最少、數(shù)據(jù)最完整的一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行分析，并進(jìn)行丟失數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。用系統(tǒng)自帶的QT軟件獲得各個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)和各個(gè)關(guān)節(jié)隨時(shí)間變化的角度。利用Excel、Origin 、SPSS17.0軟件對(duì)相關(guān)標(biāo)志點(diǎn)和對(duì)關(guān)節(jié)角度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、平滑與分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

按照隊(duì)列條令的齊步行進(jìn)動(dòng)作要領(lǐng)：左腳向正前方邁出約75 cm，按照先腳跟后腳掌的順序著地，同時(shí)身體重心前移，右腳照此法動(dòng)作；上體正直，微向前傾；手指輕輕握攏，拇指貼于食指第二節(jié)；兩臂前后自然擺動(dòng)，向前擺臂時(shí)，肘部彎曲，小臂自然向里合，手心向內(nèi)稍向下，拇指根部對(duì)正衣扣線，并高于春秋常服最下方衣扣約5 cm(著夏常服、水兵服時(shí)，高于內(nèi)腰帶扣中央約5 cm；著作訓(xùn)服時(shí)，與外腰帶扣中央同高)，離身體約30 cm；向后擺臂時(shí)，手臂自然伸直，手腕前側(cè)距褲縫線約30 cm，行進(jìn)速度116～122步/min[1]。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表1。

表1 齊步關(guān)節(jié)角度測(cè)試結(jié)果/度

2.1 肘關(guān)節(jié)角度變化分析

通常在齊步行進(jìn)技術(shù)要求中，僅僅講到擺臂定位時(shí)前臂肘關(guān)節(jié)自然微屈，后臂略直。具體操作時(shí)則憑感覺(jué)而定，因此，基本沒(méi)有什么標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：齊步行進(jìn)中肘關(guān)節(jié)角度在157～179°之間變化。如圖1和圖2，其中右臂在3、9階段與左臂在6、7階段前擺“定位”瞬間臂“微屈” 的角度在(159.70±1.76)°；右臂6、7階段與左臂3、9階段后擺臂“略直”的角度在(175.70±2.76)°；從曲率變化頻次和表1數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在相同階段的時(shí)間內(nèi)，右肘關(guān)節(jié)變化頻次較左肘關(guān)節(jié)變化明顯，這說(shuō)明在一個(gè)周期的齊步上肢協(xié)同動(dòng)作中，右肘肘關(guān)節(jié)變化動(dòng)作的掌握十分重要，在教學(xué)訓(xùn)練中給予重要關(guān)注。

圖1 右肘關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線圖

圖2 左肘關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線圖

2.2 肩關(guān)節(jié)角度變化分析

與隊(duì)列條令要求“向前擺臂時(shí)，……拇指根部對(duì)正衣扣線，并高于春秋常服最下方衣扣約5 cm(著夏常服、水兵服時(shí)，高于內(nèi)腰帶扣中央約5 cm；著作訓(xùn)服時(shí)，與外腰帶扣中央同高)，離身體約30 cm；向后擺臂時(shí)，手臂自然伸直，手腕前側(cè)距褲縫線約30 cm”的比較，從圖3和圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，右臂在3、9階段與左臂在6、7階段前擺“定位”瞬間肩關(guān)節(jié)的角度為(15.070±1.16)°；右臂6、7階段與左臂3、9階段后擺臂到位時(shí)肩關(guān)節(jié)的角度為(22.870±2.76)°；從實(shí)測(cè)結(jié)果看，肩關(guān)節(jié)角度在齊步行進(jìn)中前后擺的角度相差5°～8°。形成這一差別的原因主要是前擺時(shí)肘關(guān)節(jié)“微屈”與“上體保持正直，微向前傾”的身體形態(tài)有關(guān)，這與5、8、11擺臂經(jīng)過(guò)垂直地面瞬間肩關(guān)節(jié)角度為(4.870±1.23)°相吻合。說(shuō)明這個(gè)過(guò)程中肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度在前后(20.690±1.44)°，是前后協(xié)調(diào)一致的。從曲率變化頻次和表1數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在相同階段的時(shí)間內(nèi)，肩關(guān)節(jié)變化頻次相同，這說(shuō)明在一個(gè)周期的齊步肩部協(xié)同動(dòng)作較容易掌握，僅為前擺角度較后擺的大。

圖3 右肩關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線

圖4 左肩關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線

2.3 髖關(guān)節(jié)角度變化分析

在齊步行進(jìn)中髖關(guān)節(jié)主要繞額狀軸轉(zhuǎn)動(dòng)。測(cè)試結(jié)果顯示，齊步行進(jìn)中髖關(guān)節(jié)角度在163°～187°變化，如圖5和圖6可見(jiàn)右髖關(guān)節(jié)角度在4、10階段與左髖關(guān)節(jié)在6、7階段及腳尖即將蹬離地面時(shí)的角度最大為(185.690±1.04)°；右髖關(guān)節(jié)角度在第5階段與左髖關(guān)節(jié)在3、8階段及擺動(dòng)腳通過(guò)支撐腳正上方時(shí)的角度最小為(164.390±0.84)°。從曲率變化頻次和表1數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在相同階段的時(shí)間內(nèi)，左髖關(guān)節(jié)變化頻次較右髖關(guān)節(jié)明顯，突出左髖關(guān)節(jié)在齊步動(dòng)作中是邁好第一步的關(guān)鍵。

圖5 右髖關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線圖

圖6 左髖關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線

2.4 膝關(guān)節(jié)角度變化分析

條例中要求“腿要直及腳著地時(shí)，腿部自然伸直；腳落地后，腿要保持挺直”。試驗(yàn)證明，齊步行進(jìn)中膝關(guān)節(jié)角度在123～179°變化，其中右、左膝關(guān)節(jié)除了在右、左腳擺動(dòng)經(jīng)過(guò)支撐腳時(shí)的圖7的第5和圖8的第8階段角度最小為(125.690±1.24)°與右、左膝關(guān)節(jié)在右、左腳蹬離地面時(shí)的圖7的第10和圖8的第2階段角度最次小為(146.690±1.24)°外，其他階段均在(178.390±1.05)°。從曲率變化頻次和表1數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在相同階段的時(shí)間內(nèi)，右膝關(guān)節(jié)變化頻次與左膝關(guān)節(jié)相同，這說(shuō)明在一個(gè)周期的齊步下肢協(xié)同動(dòng)作中，兩膝關(guān)節(jié)變化相同，僅為前后次序有別。

2.5 踝關(guān)節(jié)角度變化分析

在隊(duì)列條令中對(duì)于踝關(guān)節(jié)沒(méi)有明確要求，但在長(zhǎng)期教學(xué)訓(xùn)練中，要實(shí)現(xiàn)落地腿的相對(duì)較直與腳著地滾動(dòng)前進(jìn)的要求，實(shí)踐中就突出了落地腳主動(dòng)翹腳尖的動(dòng)作要領(lǐng)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，齊步行進(jìn)中踝關(guān)節(jié)角度在66～110°變化，其中圖9的第6階段與圖12的3、9階段正是右、左腳觸及地面時(shí)，其角度最小為(68.390±1.05)°；圖9和圖10的峰值為(107.220±2.05)°看出，此時(shí)正是右腳或左腳蹬離地面時(shí)為踝關(guān)節(jié)角度最大。從曲率變化頻次和表1數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在相同階段的時(shí)間內(nèi)，右踝關(guān)節(jié)變化頻次與左踝關(guān)節(jié)相同，這說(shuō)明在一個(gè)周期的齊步下肢協(xié)同動(dòng)作中，兩膝關(guān)節(jié)變化相同，僅為前后次序有別。

圖7 右膝關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線

圖8 左膝關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線

圖9 右踝關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線

圖10 左踝關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化曲線

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

由高速紅外運(yùn)動(dòng)捕捉及三維運(yùn)動(dòng)采集系統(tǒng)檢測(cè)出的圖形和數(shù)據(jù)，對(duì)隊(duì)列條令齊步動(dòng)作描述進(jìn)行量化解析：向前擺臂到位時(shí)肘關(guān)節(jié)角度為(159.70±1.76)°、肩關(guān)節(jié)角度為(15.070±1.16)°；向后擺臂到位時(shí)肘關(guān)節(jié)角度為(175.70±2.76)°、肩關(guān)節(jié)角度為(22.870±2.76)°。齊步行進(jìn)間髖關(guān)節(jié)角度在(185.690±1.04)°到(164.390±0.84)°變化；膝關(guān)節(jié)角度在(125.690±1.24)°～(178.390±1.05)°變化；踝關(guān)節(jié)角度在(68.390±1.05)°～(107.220±2.05)°變化，從而發(fā)現(xiàn)提高隊(duì)列教學(xué)訓(xùn)練科研等質(zhì)量與水平的新方法。

3.2 建議

一是利用直觀角度概念進(jìn)行隊(duì)列教學(xué)訓(xùn)練，更加科學(xué)合理，如“手臂前擺肘關(guān)節(jié)微屈”變個(gè)提法“手臂前擺肘關(guān)節(jié)角度為(159.70±1.76)°”表述更加準(zhǔn)確；二是利用角度衡量動(dòng)作的規(guī)范性，更能表達(dá)“整齊劃一、協(xié)調(diào)一致”的內(nèi)涵，如“手腕前側(cè)距褲縫線約30 cm”換成“前擺時(shí)肩關(guān)節(jié)角度為(15.070±1.16)°” 描述更加有利于身高差異較大者的協(xié)同配合和個(gè)性化區(qū)別對(duì)待訓(xùn)練；三是利用“角度”進(jìn)行隊(duì)列教學(xué)訓(xùn)練，更符合軍事訓(xùn)練要求，不受軍兵種與時(shí)間對(duì)著裝的限制，如“……高于春秋常服最下方衣扣約5 cm”等。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)人民解放軍總參謀部軍訓(xùn)部.軍事技能(上冊(cè))[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2012：109.