人体4自由度模型与华尔兹舞技术的动力学分析

唐远志

（湖北汽车工业学院机械工程系，湖北 十堰 442002）

人体4自由度模型与华尔兹舞技术的动力学分析

唐远志

（湖北汽车工业学院机械工程系，湖北 十堰 442002）

以人体4自由度模型为基础，结合动力学原理分析身体姿势、反身动作、摆荡动作、升降动作技术。

华尔兹；人体4自由度模型；动力学

如果把人体看成质点系，那么从力学角度讲，华尔兹舞蹈就是质点系在力系作用下的运动，摩登舞蹈技巧应符合动力学原理，只有遵从力学原理的舞姿才能自然优美，否则产生不悦之感。以往的摩登舞蹈研究很少涉及动力学问题，为了提高华尔兹舞蹈的水平，为中高层次的舞者提供理论支持，以提高他们的技术水平，本文首先建立人体4自由度模型，结合动力学原理对身体姿势、反身动作、摆荡动作、升降动作技术进行分析研究。

1 人体4自由度模型

人体质量可分解如图所示几大质点：上身、胯部、大腿、小腿，质点之间由弹簧阻尼装置联接。胯部是主动件，其他均为从动件，其驱动力支撑腿提供的。跳舞时胯部首先运动，然后带动上身和大腿，大腿带动小腿。人体4自由度模型对摩登舞技术分析理解有很大帮助，对许多疑难问题可以进行合理的解释。（图1）

2 身体姿势

身体姿势贯穿整个跳舞过程中，这里叙述一下起舞前的身体姿势，由人体4自由度系统模型可知上身是一个整体，但如何实现的，下面将进行分析。

根据材料学中体积不变原理，纵向拉伸时横向产生挤压，反过来横向产生挤压会产生纵向拉伸。当舞者骨骼纵向拉伸，肌肉横向则收紧，反过来肌肉收紧产生骨骼延伸，两种情况兼而有之。身体收紧会使围绕身体中轴线的转动惯量最小，身体转动时就不需消耗过大的体能，另外身体迎风面积缩小也减少空气阻力，使身体处于灵活、轻捷、柔韧、有活力状态。身体的延伸不是直线的，而是上身从中线形成向后伸展的弧线。

男士舞者颈部往后挺，背部肌肉处于收缩状态，胸部、上背肌肉处于压缩状态，形成稳定的三角形。身体弧线后倾也平衡了悬伸的手臂质量，保证了身体重心通过脚掌中部，单纯的挺直是不对的也是僵化的。

女士身体背部肌肉收缩，胸部、上背肌肉处于压缩状态（图2），打开胸腰，从胯部起产生柔和向上的弓形弧线，此弧度将她的腰与臀部带向男士的胯部，且上身从中线形成向略偏左展的弧度。女士的臀部必须向上且向前凸出，与男士的腹部接触。这里注意的是，女士造型时其重心要在脚掌中心，在无外力作用下仍保持平衡，否则会失重或将重力转嫁给男士，影响舞蹈的发挥。

3 反身动作

反身动作是摩登兹舞最重要的动作之一，也是完成转动作最基本的要求。反身动作被定义为身体相对侧的转动，从脚踝开始，经过臀部到肩膀，朝着移动脚转动90°，或把正在前进或后退的脚与相反一侧的上身（肩、腰）一同向动力脚一侧方向移（转）动。

反身动作旋转前身体应处于延伸、收紧状态，头部及上身端直，让身体的转动惯量最小，这样所需转动力矩小。反身动作的转动动能是由站立状态的势能转变而来。以华尔兹左转步为例，反身同时左脚小步迈出、左脚全脚触地、右脚脚尖触地、屈膝。这里屈膝降低重心高度以释放势能，一部分势能变成转动动能，其余转变为腿部肌肉的弹性能，以备下摆荡动作使用。反身动作可以说是为摆荡动作的前提准备，包括能量准备、体位准备。

加强体能训练增加肌肉比例，提高肌肉刚度可以储存更多的弹性能。

4 摆荡动作

摆荡是指舞者在身体上升做斜向或横向移动时，像倒钟摆似地把身体摆动起来。

4.1 受力分析

以华尔兹右转步为例，摆荡前支撑腿屈膝，摆荡时右脚蹬地，右脚从满脚到脚尖，跨部带动左腿横向摆荡，左脚内侧轻微擦地作为辅助支撑。左脚到位后，右腿内侧轻微擦地向左腿并拢，将身体重心转到左脚。（图3）

根据力学原理的突变力会产生刚性冲击，右脚从满脚到脚尖是个由面到点的过程，逐渐完成的，避免了刚性冲击，提高了平稳性，做到不留痕迹。摆荡时，各力作用方向、大小、作用点随时间变化，且在不同时段出现而非贯穿始终，如摩擦力、地面反冲力。处理力介入、退出时的平稳性好坏可反映出舞者水平高低。推广到一般，跳摩登时出去的脚和收回的脚都不离开地板，在地板上擦。向前或横向出去的脚尖擦地，向后收回的脚脚跟擦地。

4.2 功能分析

摆荡前支撑腿屈膝，积蓄肌肉弹性能，蹬地后弹性能变成动能，升起后动能转变成势能。这里存在三次能量转换，弹性能→动能→势能。要动作优美协调，能量转换一定要彻底，不可提前终止。在摆荡到最高点时，动能全部转变为势能，动能趋于零，身体有一瞬间的停顿，此时，上体拔起，整个身体应充分得以展示。华尔兹右转步为三步，但移动两个步距，前一个步距要小，后一个步距要大。前步距小的目的是减少移动功耗，增加弹性能，这样下一步距才能大，具有爆发力。

摆荡过程身体倾斜。作为主动件的胯部直接受到来自支撑腿源动力F，身体的其余部分包括腿脚和上半身，都是从动件。作为主动件，胯部自然突出，上身随动则倾斜。身体倾斜呈半流线型，空气阻力小。倾斜动作反映出身体是一个质点系统，另外反映出舞者是在大气层内跳舞，具有风吹柳叶的艺术效果，从而增加舞蹈运行中身体的表现力。（图4）

5 升降动作

上升运动时，应先脚跟逐渐离地到脚尖承力，逐渐伸直膝盖，整个身体上挺，使上升动作达到理想的高度。脚尖立起，将动能完全转变成势能。上升速度应从零起始，增速、减速、零速。

下降运动时，则应用膝盖放松的技术，让膝盖、踝关节同时弯屈，承重脚从脚尖到全脚，以脚跟的落地为止。肌肉看成弹簧，弹性刚度随位移增加的，下降速度也应从零起始，增速、减速、零速。

松膝将势能转变为腿部肌肉的弹性能，以备下一个动作使用。承重脚满脚触地、移动脚尖触地，其意义是将能量储存在承重腿上而不能浪费在移动腿上。

身体立起、松膝过程是将动能转变成势能在转变成弹性能，这里完成了两次能量的转换，上升时动能转化为势能，下降时势能转化为弹性能。每种能量转化应彻底后才能进行下一个动作，能量转化的最大化使选手显得有力度、速度。

在一小节三拍的舞步，第一拍出步时应屈膝降重心。从最低点起步，第一拍的后半拍开始上升，整个第二拍身体应继续上升，到了第三拍上半拍时升至最高点，然后第三下半拍时又下降。

舞蹈过程是个用最小的能量完成动作，要提倡节能。舞场经常看到有的舞者过分用力跳舞并没有带来美感，就是没有利用好能源舞蹈效率低。

6 结束语

6.1 华尔兹舞蹈就是质点系在多种力作用下的运动，而各力作用方向、大小、作用点随时间变化的除重力外其均力在不同阶段出现而不是贯穿始终，其运动规律复杂多变。处理好力介入、退出时的平稳过渡是舞者面临的重要问题。

6.2 人体可分解为几大部分：上身、胯部、大腿、小腿几大部分。运动时胯部是主动件其他均为从动件。

6.3 舞蹈过程存在三种能量的转换。能量转换一定要彻底才能动作优美协调，不可提前终止或滞后。

6.4 加强体能训练增加肌肉比例、提高肌肉刚度可以储存更多的弹性能。舞蹈过程是个用最小的能量完成最大的运动过程，也要提倡节能。

[ 1 ]何忠，试析国标舞华尔兹的舞蹈技巧[ J ].湖北体育科技，2004，23（7）.

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投稿日期：2010-11-12

唐远志（1957 ～），高级工程师，副教授。研究方向：机械制造及理论教学。