优秀跳高运动员王宇腾空过杆技术的三维运动学分析

闫 慧，刘双恩

Institute of Physical Education of Jinzhong University，Yuci Shanxi 030619

男子跳高曾是我国田径运动的优势项目，曾有两人4次打破世界纪录，创造了我国男子跳高的辉煌历史。但是，近20多年来，我国男子跳高运动水平出现了较大的滑坡现象，与世界先进水平有了较大的差距。近年来，我国又出现了张国伟、王宇等一批优秀的男子跳高运动员，让我们又看到了希望。在2013年第12届全运会上，王宇以2.29m获得冠军;在2014年仁川亚运会上，张国伟以2.33m的成绩获得银牌。目前，研究集中于跳高的助跑技术或跳高的起跳技术，对跳高运动员的腾空过杆技术研究相对较少。为此，本研究通过对王宇在第12届全运会男子跳高决赛现场的技术录像，就其越过2.29m的技术动作进行三维运动学研究，找出王宇的过杆技术的运动学特征，为教练员、运动员的技术训练提供一定的量化参考指标。

1 测试对象

王宇，生于1984年，身高1.91m，体重72kg，清华大学运动员，最好成绩2.33m。2013年国际田联挑战赛(北京站)冠军获得者，第12届全运会男子跳高冠军获得者。

2 研究方法

2.1 图像采集

在比赛现场采用两台日本SONY NEX-VG20E高速摄像机对第12届全运会男子跳高决赛的12名运动员跳高技术进行录像。A机置于跳高左侧立柱杆后延13m处，B机置于横杆的垂直位置15m处，两台摄像机的主光轴成90°，摄像机高度为1.20 m，拍摄频率为200 Hz，分辨率为640×480，两台摄像机采用同步定点、定焦拍摄，拍摄范围从运动员起跑开始到过杆落地结束。

2.2 图像解析

采用SIMI Motion运动图像解析分析系统，对王宇的过杆技术进行解析。同时，应用辐射式PEAK框架对王宇跳高动作的空间进行标定，坐标系的原点定义在王宇起跳的位置。其身体、环节重心计算采用汉纳范(Hanavan)模型，对原始数据进行数字低通滤波平滑处理，截断频率为8Hz。

3 结果与分析

3.1 王宇腾空阶段身体各环节的时间特征分析

为便于分析运动员在腾空阶段身体各环节的时间与空间特征，将运动员在腾空阶段分为7个时相和6个阶段。即:起跳脚离地瞬间、头顶最高点、肩最高点、重心最高点、髋最高点、膝最高点、踝最高点。

当跳高运动员蹬离地面进入腾空阶段，身体重心就会沿纵轴旋转过渡到背向横杆，身体重心开始沿其横轴进行旋转，而且身体各个环节必须按照一定的时间顺序依次通过横杆。因此，运动员的身体各个环节都具有规律性的时间间隔达到最高点，从而形成一定的时间节奏［1-3］。

表1 王宇腾空阶段的时间特征比较(单位:s)

从表1中可以看出，王宇身体各环节在腾空阶段的时间特征。其中，在起跳离地瞬间到头顶点最高时所用的时间最长，为0.19s;因为起跳离地瞬间，身体重心的合速度正处于一个加速的起始阶段，运动员腾空上升结束时所需要的时间必然较长。头和肩部到达最高点的时间间隔最短，为0.06s。这可能因为一是头顶点与肩部的距离较短;二是王宇在起跳过程中可能有过早的“倒杆”现象。

3.2 王宇腾空阶段身体各环节的空间特征分析

表2 王宇腾空阶段的空间特征比较

从表2可以看出，身体各环节在腾空阶段的空间特征。其中，在起跳离地瞬间左踝角、左膝角和髋角分别为 151.3°、178.3°和 175.3°，王宇在蹬离地面瞬间踝、膝关节伸展的都比较充分，说明王宇在起跳蹬离地面瞬间，起跳腿蹬伸充分，踝关节蹬伸有力，这不仅能够使身体重心获得较大的腾起初速度，而且增大了H1的高度。此时，王宇右膝、髋角分别为46.9°、68.7°，两个角度相对都较小，说明王宇的摆动腿摆动积极主动，这对提高其调效果具有十分重要的意义。在头顶点时，身体左侧各环节都相对比较伸展，右髋角有所变大，起到了提肩拔腰之效果。在肩最高点时，身体已经完全背向横杆，左右踝关节都比较放松;左膝角和髋角减小，右膝角和髋角变大，为过杆做准备，颈角明显减小，这是仰头引肩，为后续的积极过杆奠定基础。在身体重心和髋最高时，踝角基本处于90°左右，左右膝角基本一致，大约为130°左右，处于放松状态，逐渐减小，为了能够形成“拱桥”姿势，以减小H3的高度;左右髋角趋于最小值76.3°、77.9°，说明王宇在身体重心过杆瞬间身体能够形成“拱桥”姿势，提高H2，减小 H3;此时，颈角减小到最小值 86.7°、88.5°，通过向后仰头达到挺髋的目的。在膝最高点时，踝角明显减小，主要是通过勾脚尖、提小腿，以加速身体向后的旋转，促使身体快速过杆;此时，身体的重心已经通过了横杆，因而左右膝角达到了最小值 82.3°、80.9°，左右 髋 角 变 大，颈 角 增 大(179.1°)，主要是要求运动员低头含胸，为落地做准备。在踝最高点时，左右膝角、髋角都变大，身体各环节都已通过了横杆。从上述这些角度变化来看，王宇在整个过杆过程中，能够形成反弓动作，从而减少了H3的高度，提高了过杆的效率。而且，王宇身体重心最高点瞬间能够积极向后仰头，加大了髋关节伸展的幅度，髋角达到最小值(76.3°)，而髋关节的伸展充分又能提高身体重心在空中的高度，从而增加了H2的高度，提高了腾空阶段的利用率。因此，王宇在过杆过程中的挺髋动作幅度大，背弓弯曲度大，能够充分利用自己良好的柔韧性与灵活性，顺利地完成过杆动作。

3.3 王宇H2的利用率分析

根据跳高技术的原理可知，跳高成绩(H)H=H1+H2-H3。其中，H1是起跳脚离地瞬间身体重心的高度;H2是身体重心从H1的高度腾起到最高点的高度;H3是身体重心在过杆瞬间的高度与横杆之间的高度差［1］。那么，根据上述公式可知，要提高跳高运动员的有效成绩，就必须不断加大H1和H2，而又减小H3，这是最为理想的效果。但是，由于在腾空过杆中，运动员身体重心轨迹最高点往往不能完全出现在横杆的正上方，这就会在一定程度上降低了H2的利用率。因此，为了更有效地利用H2的高度，就是尽可能地使运动员身体重心轨迹的最高点处于横杆的正上方。

由于人体在腾空过杆过程是一个三维立体的空间过程［4］。因此，著名学者杨津森又提出了4H理论体系，他认为3H理论不能适应具有三维空间的跳高运动，只有当H4=0时，3H公式理论才可以适用。但是，在实际跳高过杆过程中，运动员身体重心不可能完全处于横杆的正上方。为此，把3H体系中的相关运动学指标腾起高度(H2)、腾起角(θ)、身体重心过杆夹角(β)(起跳点与身体重心落地点之间的连线与横杆投影所形成的夹角;运动员起跳位置与横杆的垂直面越接近，该角度越大;反之越小［5］)和起跳距离(L)置于三维坐标系中，通过4H理论将这些运动学参数有机地联系起来，当H4=0时，L/sinβ=H2/tgθ=S/2(S代表着身体重心腾空的远度)［5］。同理，我们将王宇的腾空过杆技术运动学指标参数置于三维空间中进行诊断与分析，以便更能够反映王宇在腾空过杆过程中对H2值的利用率。

在4H体系中将H3定义为“运动员身体重心腾空抛物线在横杆正上方时的瞬时高度至横杆的垂直距离”［5］。因此，要分析王宇对H2值的利用率以分析H4所代替。这是因为跳高运动员身体重心腾空后只受到一个重力的作用，身体重心的运动轨迹是一个无支点的抛物线运动，只有通过身体自身的补偿性运动以提高高度。但是，不管身体在杆上怎样做补偿运动，身体重心腾起的抛物线运动轨迹的最高点都应该是在横杆的正上方，只有这样才能最大限度地利用身体重心腾起的最大高度，而此时的H4=0。假如H4≠0时，就是跳高运动员身体重心轨迹的最高点就在横杆的前方或横杆的后方，也就是说如果运动员的起跳点比较远或腾起速度比较快，运动员腾空阶段身体重心轨迹就可能会出现在横杆的前方;反之，如果运动员的起跳点比较近或腾起速度比较慢，运动员腾空阶段身体重心轨迹就可能会出现在横杆的后方。不论哪一种情况都会造成H2的浪费，而在实际比赛过程中，H4=0的可能性一般较少。为此，我们可以利用身体重心腾起最高点与横杆的水平距离作为诊断与评价H2值有效利用率。也就是说运动员身体重心腾起最高点与横杆的水平距离越大，H4就越大，那么反映出H2值的利用率就越低。

表3 王宇起跳距离、腾起角、身体重心过杆角和身体重心距横杆的水平距离

从表3可以看出，王宇的起跳距离为0.98m，大多数跳高运动员的起跳点应距横杆投影线61-107cm［4］，王宇的起跳点在此范围;王宇的腾起角度为56.2°，该腾起角度比较理想。因为根据抛射公式的要求，在跳高过程中如果单纯地去追求最佳的腾角度，就会极大的限制助跑水平速度的发挥和利用;王宇的身体重心过杆角度为43.1°，根据公式L/sinβ=H2/tgθ的要求，该身体重心过杆角度也比较合理;王宇身体重心最高点与横杆的水平距离为6.6cm，说明王宇的身体重心的最高点并不在横杆的正上方，而是在横杆后上方，致使不能很好地利用H2的高度。当然，王宇可以通过调整起跳点的距离以促使身体重心最高点尽可能处于横杆的正上方。但是，起跳点的距离与运动员起跳离地瞬间的水平速度又有密切的相关性。因此，应该将起跳点的距离、助跑速度、腾起角度和身体过杆夹角等因素综合起来进行考虑，才能保证运动员身体重心的最高点处于横杆的正上方。这也是为什么对跳高运动员的技术动作进行评价不能仅仅以某一个运动参数进行评价，而是要把各个运动参数以及它们之间的相互关系进行综合评价［6-8］。假如在H2值和β值不变的情况下，追求H2值的最大利用率，如何科学合理的搭配出起跳点的距离和身体重心的腾起角才能体现出经济性和实效性。因此，当运动员的起跳技术相对稳定，身体重心腾起的高度H2值不变时，要求H4=0时，根据公式:L/sinβ =S/2=H2/tgθ来确定起跳点的距离与腾起角最佳的参数组合。当然，这种组合仅仅是一种理想化的组合，还需要在运动实践中不断改进与完善运动员的过杆技术，力争使各个过杆技术的运动学参数都能达到理想化的效果。

3.4 王宇H3值的分析

根据H=H1+H2-H3，H3是跳高运动员腾空后身体重心的最高点与横杆之间的高度，它主要由运动员过杆时的身体姿势和过杆动作决定的。根据运动生物力学原理，人体在腾空之后身体重心的轨迹在没有外力作用下是不会发生改变的。但是，人体可以利用内力的作用以改变身体各环节之间的位置。跳高运动员可以利用运动生物力学原理做相向的“补偿运动”，以可以减小H3值，提高其运动成绩。对H3值来讲，运动员的头部、髋部、背部和臂部的动作显得尤为重要，因为运动员通过头后仰，挺髋，背弓和双臂下伸，使其身体姿势形成一个“拱桥”，而这种“拱桥”姿势就会使身体重心的位置移向躯干的边缘，甚至会出现在躯干的下方，从而减小了身体重心与横杆之间的高度，即减小了H3值。

王宇在成功越过2.29m高度时的三个H值分别为 H1(1.29m)、H2(1.03m)、H3(0.45m)以及身体重心的最大高度Hmax(2.365m)。王宇的身体重心越偏离横杆6.6cm，高出横杆4.5cm。研究表明，世界优秀男子跳高运动员H3值多小于4cm［4］，说明王宇的过杆技术动作还有待于进一步完善，王宇的颈部伸肌群、髋部的伸髋肌群以及脊柱伸肌群的力量都需要进一步加强，使其能够在完成过杆动作时发挥积极的作用。

王宇的左、右侧肩髋连线与髋膝连线的夹角分别为21.3°与6.2°。髋角越小，说明背弓越充分，也就是说运动员的“拱桥”姿势越充分。运动员在完成过杆过程中，头、肩、腰、髋等部位依次通过，这就要求运动员的肩、颈、髋、腰、胸等关节的柔韧性与灵活性比较好，而且要求这些部位的伸肌群主动收缩，使运动员的背弓做的更加充分;同时，还需要预先拉长腹直肌、屈髋肌、股四头肌，为大小腿得顺利过杆打下良好的基础。

4 结论与建议

王宇在起跳结束瞬间，摆动腿的摆动比较积极主动;腾起角度与身体重心过杆夹角比较合理;腾空过杆阶段身体重心的轨迹最高点不在横杆的正上方，没有最大限度地利用H2的高度;王宇的H3值接近于世界优秀运动员的H3值，髋轴与横杆的夹角比较小，背弓充分，但过杆技术还有待于进一步完善。建议王宇进一步加强身体各部分力量、协调与柔韧性的练习，特别是摆动腿的摆动与起跳腿的蹬伸之间的协调配合。同时，要求王宇注意起跳距离、助跑速度、腾起角度和身体重心过杆夹角之间的相互关系，使这些运动学指标参数能够达到一个最佳的组合。可以根据自身的身体条件、运动素质和技术特点结合各运动参数之间的相互关系，不断改进与完善王宇的过杆技术，真正体现过杆技术的经济性与实效性。

［1］刘建国.田径［M］.北京:高等教育出版社，2012.

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