自由Liberty案例研究：美國(guó)奧運(yùn)體操研究中的POLHEMUS跟蹤技術(shù)

案例研究：美國(guó)奧運(yùn)體操研究中的POLHEMUS跟蹤技術(shù)

本研究的目的是提供一些關(guān)于跳板的初步信息。這些初步結(jié)果是正在進(jìn)行的對(duì)體操器械行為的更大研究的一部分。Polhemus LIBERTY被用于精確的運(yùn)動(dòng)測(cè)量是必要的。

該跳板用于跳高起跳，練習(xí)和技巧的翻滾和跳高，以及其他器械安裝。它對(duì)其行為進(jìn)行了有限的審查。然而，跳板與體操運(yùn)動(dòng)員之間的相互作用幾乎沒有得到解決。以下信息主要是描述性的，旨在描述跳板在跳高起飛期間的移動(dòng)行為，以及我們目前在研究跳板方面所做的初步努力。

采用高速視頻和磁運(yùn)動(dòng)跟蹤兩種主要手段對(duì)跳板行為進(jìn)行了分析.采用高速視頻(NAC HSV 400)，以每秒200幀的速度對(duì)拱頂板的行為進(jìn)行視頻分析。四個(gè)反射標(biāo)記被放置在板上，如圖1所示。反射標(biāo)記被錄像，然后通過(guò)匹克性能技術(shù)軟件呈現(xiàn)到x-y坐標(biāo)(二維分析)。

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了位置、位移和速度信息的分析。圖1顯示了一名年輕男子體操運(yùn)動(dòng)員在跳馬臺(tái)上表演手翻跳馬時(shí)發(fā)生的跳板反應(yīng)。請(qǐng)注意，板的響應(yīng)表示板上表面的中間反沖和復(fù)雜的波狀運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板從一邊到另一邊的傾斜，以及最前方板標(biāo)記的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

圖1：請(qǐng)注意附加在跳板邊的白色標(biāo)記。這些標(biāo)記允許在起飛時(shí)自動(dòng)數(shù)字化跳板的移動(dòng).請(qǐng)注意，撞擊導(dǎo)致跳板的側(cè)傾和前后復(fù)雜的波狀運(yùn)動(dòng)。下面的圖片顯示了這四個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)軌跡。左上角的標(biāo)記對(duì)應(yīng)于跳板的上前角，顯示中間的后坐力。2D原始坐標(biāo)展開顯示每個(gè)點(diǎn)，同時(shí)順序地將圖像移動(dòng)到右邊，以防止標(biāo)記位置被繪制在對(duì)方上面。擴(kuò)展顯示最清楚地顯示了跳板左上角標(biāo)記的中間后坐力。

除了跳板運(yùn)動(dòng)的高速視頻外，后來(lái)的工作還利用了磁運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。自由?磁運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)由Polhemus提供，軟件由高級(jí)運(yùn)動(dòng)測(cè)量公司提供。8個(gè)磁傳感器被嚴(yán)格地綁在跳板的頂部和底部的側(cè)面。

這些傳感器提供六自由度傳感，這意味著傳感器能夠記錄x、y和z平面上的位置；傳感器還以滾動(dòng)、俯仰和Azmuth格式提供角度位置和位移信息。這些傳感器提供亞毫米精度和240赫茲采樣.

當(dāng)體操運(yùn)動(dòng)員接近時(shí)，由于體操木地板的變形，傳感器檢測(cè)到體操運(yùn)動(dòng)員最后幾步跑步的精度。圖2顯示了傳感器配置。

磁運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是重要的，因?yàn)樘S安全墊問(wèn)題，將用于Yurchenko型跳躍。反光視頻制作者將被安全墊模糊，使得傳統(tǒng)的視頻手段無(wú)法檢測(cè)板的運(yùn)動(dòng)(圖3)。

圖2：磁傳感器顯示在跳板的上、下表面的側(cè)面。注意，磁傳感器的發(fā)射機(jī)顯示在跳板左側(cè)的三腳架上。感測(cè)由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，由膝上型計(jì)算機(jī)記錄傳感器的相對(duì)位置。圖4和圖5顯示了磁傳感器提供的數(shù)據(jù)類型的一個(gè)例子。

這兩幅圖都顯示了高級(jí)運(yùn)動(dòng)測(cè)量軟件的屏幕圖像和傳感器三叉圖，以及8個(gè)傳感器中的6個(gè)傳感器的Z方向(上、下)傳感器位置圖。圖4顯示了一種類型的跳躍板的起飛結(jié)果。

圖3：與體操運(yùn)動(dòng)員的圖片顯示，跳板與安全墊圍繞著板的三面。圖4和圖5顯示了磁傳感器提供的數(shù)據(jù)類型的一個(gè)例子。這兩幅圖都顯示了高級(jí)運(yùn)動(dòng)測(cè)量軟件的屏幕圖像，其中傳感器三叉圖和Z方向(上下)傳感器位置圖為八個(gè)傳感器中的六個(gè)。圖4顯示了一種類型的跳躍板的起飛結(jié)果。

圖4：傳感器配置和傳感器移動(dòng)如上圖所示。圖中顯示了傳感器1到6的移動(dòng)情況。請(qǐng)注意，從這個(gè)板子起飛時(shí)，在體操運(yùn)動(dòng)員最初撞擊跳板期間，在磁傳感器的初始下降過(guò)程中出現(xiàn)了中間的反沖。

圖5顯示了傳感器在不同類型的跳板上的移動(dòng)情況。請(qǐng)注意，從這個(gè)板起飛沒有顯示一個(gè)中間的后坐力。圖4和圖5是同一個(gè)運(yùn)動(dòng)員使用相同的彈簧跳馬的結(jié)果。傳感器配置和移動(dòng)(見圖)如圖5所示。

圖6顯示了Yurchenko跳馬的跳板響應(yīng)。從跳板上起飛的Yurchenko跳馬通常會(huì)受到離跳臺(tái)較高端更近的起飛沖擊(即離跳馬表更近)。

這種類型的起跳是在一輪比賽結(jié)束后進(jìn)行的，這將使體操運(yùn)動(dòng)員從跑中轉(zhuǎn)180度，因此運(yùn)動(dòng)員在與板接觸時(shí)面臨著向后的問(wèn)題。

圖6. Yurchenko起飛。請(qǐng)注意，跳板的運(yùn)動(dòng)更加微妙，位移模式顯示，體操運(yùn)動(dòng)員的起飛有一個(gè)更長(zhǎng)的接觸時(shí)間與板子。

為了結(jié)束對(duì)跳板行為的初步討論，圖7和圖8顯示了由傳感器描述的跳板反沖模式。請(qǐng)注意，對(duì)于相同類型的跳馬，兩個(gè)被測(cè)量的跳板的后坐力動(dòng)作是完全不同的。其中一個(gè)板(圖7)顯示傳感器幾乎直接垂直上升。圖8顯示傳感器最初垂直上升，然后傾斜向后移動(dòng)。目前尚不清楚一種運(yùn)動(dòng)是否優(yōu)于另一種運(yùn)動(dòng)。

圖7.一種類型的跳板的垂直后坐力動(dòng)作。注意，在反沖過(guò)程中，傳感器幾乎直接垂直上升。

圖8：注意，在主板反沖的早期，三位一體垂直移動(dòng)，但在后坐力的后期，三位一體向后移動(dòng)，向上移動(dòng)。

圖9顯示了在Yurchenko跳躍以多圖像格式起飛時(shí)傳感器的位移.請(qǐng)注意，板(傳感器1)的最前端(最右邊)是偏轉(zhuǎn)最遠(yuǎn)，這與起飛沖擊板的前端對(duì)應(yīng)。

這一偏轉(zhuǎn)模式與典型的碰撞模式形成了鮮明的對(duì)比，當(dāng)體操運(yùn)動(dòng)員執(zhí)行手彈簧式跳馬時(shí)，板接觸發(fā)生在板的后面或最左邊的地方(例如，傳感器3和4)。

圖9：Yurchenko跳躍，初步影響。請(qǐng)注意，傳感器1比其他傳感器下降得更遠(yuǎn)、更快。這表明了體操運(yùn)動(dòng)員與棋盤接觸的腳的位置。

結(jié)語(yǔ)

這份初步報(bào)告表明，這兩種類型的跳躍板分析到目前為止的行為不同。此外，研究還表明，個(gè)別運(yùn)動(dòng)員在跳板運(yùn)動(dòng)方面往往有明顯不同的影響簽名。

為了確定運(yùn)動(dòng)員和跳板動(dòng)作的這些差異是好的還是壞的，還需要進(jìn)一步的分析。此外，結(jié)果表明，董事會(huì)的行動(dòng)，體操運(yùn)動(dòng)員對(duì)這些動(dòng)作的印象，以及由此產(chǎn)生的行動(dòng)，往往是違反直覺的，可能違背傳統(tǒng)教練的智慧。這些分析技術(shù)將應(yīng)用于自由體操器械和平衡木。這些測(cè)量技術(shù)的能力看起來(lái)很有希望。