三维影像解析在运动技术分析中的应用现状及对策研究①

史银斌

（陕西师范大学体育学院 陕西西安 710062）

对运动技术进行研究和诊断一直以来都是运动生物力学研究的一个重要领域，它在提高运动水平，促进动作创新，防治运动伤病等方面发挥着重要的作用。作为研究和诊断运动员运动技术基本手段的影像解析方法，正广泛运用于体育项目的研究之中。事实上，所有运动项目的技术动作，严格说起来都是在三维空间进行的。因此，一般的运动技术研究都应该用三维解析。同时，现代竞技体育，对在三维空间内进行的运动技术的分析，不断趋向于要求能够现场从所需角度及时反馈测试分析结果、提供详细测试分析报告，这就为运动技术的生物力学分析提供了发展空间。

然而，在这种广泛应用的过程中，出现的一些现象和问题，却不得不引起相关研究者的注意及重视。本文简要介绍影像解析中常见的方法性能并对其应用过程 做出分析，旨在引起我国相关的体育科学研究者的更多重视及参与，以更有力的推动其在运动实践中的应用。

1 三维影像解析在运动技术分析中的应用现状

从先后于2006年11月、2008年10月、2009年11月召开的近三届全国运动生物力学学术交流大会总入选的580篇科研报告论文中，可以看出：运动技术动作的生物力学分析，分别为37.17%（71/191）、46.5%（93/200）[1,2]、36.5%（69/189），其百分比数均处于前列，占到了主流地位。而且，在运动技术动作的生物力学分析类的报告论文中，利用三维影像解析作为分析方法和手段的，分别占到了73.24%（52/71）、75.27%（70/93）、59.42%(41/69)，其百分比数远远高于其他类，说明运用三维影像解析技术对运动技术动作进行生物力学分析，得到了越来越多的体育科研工作者的认可和参与。

运动技术动作的生物力学分析的图像采集与分析技术由于近期的不断突破，已经逐步趋于完善，这为运动生物力学走向体育实践，实现运动训练的可视化和快速反馈作好了准备。目前一些经济比较发达的国家，如美国、加拿大、德国、日本等，已在很多项目上实现了运动训练的可视化与快速反馈。美国科罗拉多州奥林匹克中心生物力学实验室为美国国家田径队进行现场图像采集与图象分析，帮助运动员增强运动本体感受并改进技术，已初步取得了良好的效果。德国、日本也分别运用现场录制图像和三维解析的方法为田径、举重、冰雪等项目服务，对于这些项目运动成绩的提高产生了较大的作用[3]。

国内的运动技术的生物力学分析，在经历了现场或实验室录像采集，实验室解析，运动后单人单个录像技术资料反馈阶段后，也正走向现场录像采集，现场录像技术解析、处理，及现场快速反馈阶段。

2 三维影像解析在运动技术分析应用中存在的问题

2.1 影像解析的方法与手段的发展相对滞后

与国外的快速发展相比，国内的运动技术的生物力学分析在应用三维影像解析的过程及发展中，始终处于相对滞后的状态。从视频图像的采集和处理手段来看，早期的胶片摄影、幻灯投影测量分析运动技术动作的角度、速度、距离和位移，以及人体重心的运动轨迹等，自20世纪80年代引进以来，较长时期内占据了人体及物体运动学指标检测解析方法的主要地位，即使该种方法存在“胶片消耗过大及不易保存、解析处理过程繁琐冗长、代价高昂”等缺点，但其仍以精确的理性效果而在较长时期内受到青睐。随着国外数字DV信号录像解析的出现，在进入21世纪之后，国内的运动技术的生物力学分析视频图像的采集和处理也开始快步迈向现场录像采集，现场录像技术解析、处理，现场快速反馈。从这一手段和方法的使用过程及发展来看，国内在此方面出现了相对滞后的情况。

2.2 运动员动作技术的特征性在比较过程中存在不足

从近三届，尤其是上一届全国运动生物力学学术交流大会总入选的科研报告论文中发现，在经历了从现场/实验室录像采集，实验室解析、处理，运动后反馈，到目前的现场录像采集，现场录像技术解析、处理，现场快速反馈，研究的对象仍然大部分集中在针对单独的个体上。以上一届全国运动生物力学学术交流大会总入选的科研报告论文为例，仅有5例运动技术的生物力学分析是以对比或比较的形式出现的，仅占7.25%（5/69）。其余大部分研究在录像解析反馈的方式上，多以单人单个录像技术的运动学特征反馈为主，较为明显的突出个性化技术特征，其具有的普遍性意义的广泛程度还亟待检验。

2.3 影像解析中人体模型特色存在出入

在三维影像解析中，人体模型的选择与应用，有着极其重要的意义，并对随后产生的数据以及数据分析起着决定性作用。人体模型选择不当，其后的运动学等各项参数都会发生质的改变。从现有文献资料来看，而正是在这一重要环节中，广大研究者所选取的人体模型，多以欧美的扎齐奥尔斯基、汉纳范人体模型为主，偶有日本松井秀治人体模型，与中国人体模型的特色存在着一些出入。如上一届全国运动生物力学学术交流大会入选的69篇关于运动技术的生物力学影像解析的科研报告论文中，仅有许翔等[4]的“程菲跳马‘踺子后手翻直体后空翻转体720度’动作的运动学分析”1例，是以中国女子青年人体模型建立的研究参数，另有李溪[5]的“我国优秀女子标枪运动员宋丹最后用力阶段躯干转动的生物力学分析”1例，是以松井秀治人体模型建立研究参数，其余多为汉纳范人体模型。现已证实，中国人体惯性参数与欧美人体惯性参数相比，在环节形状、质量分布及部分环节上，与外国人存在明显差异[6]，有着自己的民族特色。因此，在应用三维影像解析动作技术进行生物力学分析时，选取的人体模型必须符合本民族的人体惯性参数，以减少或避免参数特征的出入带来技术解析的误差。

2.4 图像解析结果的显示略显单调

对于动作技术的影像解析结果的显示，现有的文献大多仅表现为以数据和曲线为主的反馈形式，或简单的二维及三维的棍图、连续的动作图片。事实上，随着图像处理技术及移动便携图像采集系统的快速发展，视频图像技术的应用，如：视频多图像截取暂留于同一画面；视频叠加、视频图像的多重分屏同步比较；视频文件的仿真图像、图表和曲线的同步显示等极大的丰富了动作技术影像解析结果的表达。同时，再结合使用多媒体制作和图文混编输出系统，运动技术图片就可以以“一般连续动作技术图片；连续动作技术关键时相提取合成图片；动作技术图像的双图、多图比较；技术图片、关键参数和数据曲线的合成图片；三维运动技术仿真图片；运动技术关键点的轨迹展现”等多种形式直观的加以应用[7]。国内的爱捷系统以及美国Ariel Dynamics公司的APAS(A riel Performance Analysis System)系统和德国SIMI公司的SIMI°Motion等运动分析系统已经提供了这些颇具特色的运动生物力学影像解析分析方案。

3 建议

（1）在运动动作的生物力学分析中，仅凭某一项测试的数据来对研究对象的动作技术做出评价，易受多种因素的影响而产生误诊，这就要求必须根据研究目的的需要，探索和创造更多的方法和手段，加快技术手段和检测方法的快速发展，突破发展相对滞后的境况，充分利用现代计算机技术以及图像处理技术，重视多项目同步测试指标的综合评价，并向着多机同步、自动综合的方向发展。

（2）在运动技术的影像解析中，充分结合本民族的人体惯性参数特点，选择自有的人体模型参数，广泛开展多人多视频比较反馈，或扩大研究样本含量，在更大范围内进行单人单个运动技术的解析，以期找到具有普遍意义的规律，为以后的训练及科学研究提供参考依据。

[1]霍洪峰,赵焕彬,葛毕敬,等.中国运动生物力学研究发展现状[J].中国体育科技,2007(2).

[2]霍洪峰,赵焕彬,叶静,等.中国运动生物力学研究发展现状及发展趋势——第12届全国运动生物力学学术交流大会论文评述[J].中国体育科技,2009(3).

[3]柏开祥,罗赤平,时军霞.从第27届奥运会看运动生物力学研究的新变化[J].武汉体育学院学报,2001(2).

[4]许翔,龚铭新,黄勇,等.程菲跳马“踺子后手翻直体后空翻转体720度”动作的运动学分析[C].

[5]李溪.我国优秀女子标枪运动员宋丹最后用力阶段躯干转动的生物力学分析[C].

[6]《运动生物力学》编写组.运动生物力学[M].高等教育出版社,2005(3):84-98.

[7]李爱东,苑廷刚,李汀,等.视频图像技术的发展及在田径项目训练中的应用[J].体育科学,2005(6).