运动技术分析诊断现状述评

王丽萍，张翔，刘鹏

运动技术分析诊断现状述评

王丽萍1，张翔2，刘鹏1

目的介绍运动技术分析诊断中运动学、动力学、肌电学测量的实践应用情况。方法文献资料法与逻辑分析法。结果和结论表明运动技术分析诊断的测量方法不仅应用于竞技与健身的体育活动中，而且在艺术创造与运动康复中也发挥积极作用。

运动技术分析诊断；艺术创造；运动康复；步态研究

运动技术分析诊断是运动生物力学学科中的一项重要内容。运动技术是指人体在运动时根据运动原理和运动规律合理有效完成动作的方法。运动技术分析诊断是对人体运动时的表现进行观察、测量、记录、评价，并在仔细分析诊断后找出运动中存在的问题，剖析原因并制定相应对策，最终达到最优化的运动技术［1］。

运动技术分析诊断的发展归功于测量技术的不断进步。运动学、动力学、肌电学测量方法不断完善在不同层次上反映了人体运动状况，之前运动技术分析诊断多运用于竞技与健身的体育项目中，随着科技水平的不断创新，运动技术分析诊断为激发艺术创造与促进运动康复的发展提供了便利条件。本文旨在归纳整理运动技术分析诊断在艺术与康复领域的应用。

1 研究方法

1.1 文献资料法

通过中国知网全文数据库检索从1958年1月-2016年02月的期刊，输入关键词“运动技术分析”进行检索共有4 436篇相关文献；在体育核心期刊检索从2000年2月-2015年8月的期刊，输入主题词“运动技术分析”进行检索共43篇相关文献。经过仔细认真的翻阅文献资料，查阅有关的信息，整理运动技术分析诊断的演变过程，并阐述其在艺术创造和运动康复中的应用，最终形成本论文的理论基础。

1.2 逻辑分析法

运用归纳与演绎，分析与综合等逻辑思维方法，对运动技术分析诊断现状进行述评。

2 运动技术分析诊断的测量方法

2.1 运动学测量方法的演变

运动学测量主要通过仪器设备采集人体运动时的时空特征，例如：人体运动时表现出的运动时间、运动速度、运动关节角度等，大多信息我们可以直接观察到，但通过仪器设备可以精确地测量到。

1877年，由麦布里奇开启的影片分析被应用于运动技术分析中，为运动学的测量方法奠定了基础［2］。从此，教练员通过影片分析对人体运动进行分析诊断，然后根据人体运动时表现出的具体问题提出相应建议，为运动员改进训练方法，获得技术进步创造了条件。

1900年以前，测量人员大多采用电影拍摄与影片解析的方法进行运动学测量。电影摄影主要是利用胶片在摄影机内逐片通过镜头的特点记录物体运动在形态上的时间—空间特征［3］。它在拍摄时进行间歇式运动，胶片在静止时进行曝光，渐渐移动一个画幅的距离后光路被遮挡，胶片由曝光变为不曝光，通过循环往复的变换就把物体运动逐幅记录在胶片上，为运动技术分析与诊断提供了源源不断的信息，也为科研人员对体育动作的分析提供了便利。

但是，电影拍摄与解析技术在进行运动技术分析诊断时需耗费很多时间和精力，因此成为了运动技术分析诊断的一个重大突破点，它激励科研人员不断探索与创新，为之后运动学测量的不断发展做出贡献。

1900年以后，高新技术不断发展，录像机拍摄开始代替电影拍摄与影片解析。录像拍摄条件要求低，操作过程简单便捷，使运动学测量的样本含量不断增加。在运动技术分析中录像分析以静态图片作为解析知识的基础，然后应用相关知识对逐幅的录像图片进行分析诊断，找到运动物体在运动中的特点，并针对其不足进行改进。此外，运动学测量方法在图像采集方面也应用录像机的停帧采集方法进行数据收集。

2000年后，经济与科技发展突飞猛进，三维捕捉系统成为一种准确描述运动物体在立体（x，y，z）空间中运动状况的高新技术。它主要是对人体运动时的反标记点进行三维捕捉，然后通过计算机系统获得运动时人体各个方位的具体数据，经仔细分析后，对运动细节进行全方位的评价，并找出存在问题［4］。

三维分析从人体垂直面，矢状面和额状面获得具体数据，然后得出人体运动时详细的数据，而一维解析只是从某一个平面去分析人体运动状态，不考虑交会问题，所以目前三维分析在运动分析与诊断中使用最多。

总之，运动学测量方法的不断演进为人体运动技术分析诊断提供了便利条件。

2.2 动力学测量方法的演变

动力学测量方法主要是利用力传感器对人体的动力学信息（人体运动时的内力与外力）进行采集，并反映人体运动规律的力学特征。

19世纪运动技术分析诊断以运动学测量为主要手段。为得到人体运动中的受力情况，费舍（德国解剖学家）完成了人体环节质量的测定。随后，阿玛尔研制了第一台二维测力台，在一定程度上解决了人体在运动中所受内力与外力的测定。此外，国际上kane、Roberson、Hazte和国内梁坤淼、周起钊、刘延柱等力学家在力学研究方面做出了很大贡献［5］。刘宇教授（上海体育学院）在运动控制与神经力学一文中阐述了人体运动时内力与内力矩的分析方法，并提出生物力学与测量方法之间的联系［5］。

21世纪以后，科技水平不断提高，动力学测试手段变得更加丰富多样，主要有等速肌力测试系统、三维测力台、足底压力测量仪和足底压力分布平板等，教练员可利用这些设备对人体运动能力进行安全、高效、直接的分析。其中等速肌力测试系统不仅可以测量人体运动时的关节角度、转动速度、运动范围，而且可以记录各个关节肌群的肌肉力量、爆发力和伸、屈肌发挥最大力量时所处的关节角度以及力量比例等一系列数据。通过得到的具体数据可使运动员清楚了解自己的力量情况与动作角度，有利于他们改进动作技术，调整动作的不足之处并接受教练安排。

三维测力系统从立体空间对人体运动进行受力数据收集，然后对运动时人体的各个动作力矩，转量等指标进行精确计算，最终形象表达出人体整个运动过程。

目前，动力学测量方法在运动技术分析诊断中与先进的科学技术相结合能对人体内在的力学特征进行准确全面的分析。

2.3 肌电学测量方法的演变

肌电学测量是现在测量技术中先进的一种方法，人体在运动时神经-肌肉系统会收缩产生兴奋（动作电位）发放生物电，通过肌电学测量可得到肌肉力学特性。1841年莱芒德确立了肌电测量方法；1849年Dubois Reymond发现人体肌肉自主收缩时能产生电信号；1922年Gasser等人研究了肌肉活动时的电变化1929年Adrian应用肌电图技术研究了不同运动单位的最低频率，随后，科研人员对人体肌群进行了肌电记录，它能提供关于哪块肌肉或肌群产生的肌力矩，或者分析对抗肌是否做功［2，8］。

表面肌电测量在肌电学测量中广泛使用，它是在预测肌肉的肌腹内放置电极，最终放大采集到的肌电信号，使肌电与肌力间的关系进行转化，从而探究人体运动时内部机制与外部性状之间的联系。

如今，在运动训练中已开始小范围内使用遥测肌电技术，例如：游泳、滑雪、投掷的项目。但是，由于人体在运动中会产生振动，要想使遥测肌电测量变得精确是目前一大难题，所以在跑、跳时用于运动员肌电的遥测的方法还很少。这成为运动技术分析诊断的一个重大挑战，需要科研人员不断努力，去探究肌电测量的先进方法。

3 运动技术分析诊断在艺术创造中的应用

人类运动是艺术创造与表现中必不可少的一种元素。随着科学技术的发展，运动技术分析可表达人体运动时迷人的方面。毫不夸张的说人类经验，包括运动在内是艺术创造与认知的先决条件。对于艺术家来说，在单独映像中基于时间特征去表达人体动作是一个特殊的挑战。从运动分析角度讲，身体姿态（动作停止）不能满足现实中运动状态的本质，但是从艺术角度讲，其影响是不需精确的。艺术作品仅仅是一种代表性的文化，它依赖于插图，文化负载和观察者的经验知识。从步态分析到人类运动与舞蹈，麦布里奇是第一个系统开发设备与技术去拍摄人类运动的科学家。

总之，科学发展对艺术创造产生了很大影响，尤其是麦布里奇摄影的影响和运动技术分析的影响，推动了运动分析与艺术创造的结合。

3.1 运动分析与绘画艺术

19世纪后，麦布里奇利用多相机拍摄动作静止的照片开创了研究人体运动的科学方法，为运动技术分析诊断奠定了基础。他拍摄的作品具有很高的科学性，即使是100年之后，他的摄影在表明科学事实时仍然具有价值。一项由哈佛大学科学家做出的研究成果在自然杂志上发表，其中麦布里奇拍摄的序列图片作为其自然杂志的封面。与此同时，艺术家将麦布里奇拍摄的照片作为热议的话题，使现实主义的画家开始意识到他们的作品不能表达真实的生活。

麦布里奇拍摄的照片不仅仅是人类运动定性评价的一种参照而且是一种艺术。在很早以前已表明麦布里奇的作品为艺术家的想法提供了新的素材。这些新的想法激发艺术家开始进行与众不同的艺术创造，并在艺术作品中描绘各种正常或不正常步态，从他们描绘的草图到拍摄的照片看都好像运用了麦布里奇拍摄技术的方法。

随着人类思想的进步，科学家对人体运动的分析由一维分析发展到二维分析。一个鲜明的例子就是在1912年由Marcel Duchamp拍摄下楼梯裸女的图片。从本质上讲它是艺术家（20世纪未来派的画家）将科技压缩多画像曝光的标准应用到力线、矢量形状和移动模式中所表达出来的。

在下楼梯裸女的图像中可明显表现出麦布里奇摄影的直接复制，其中舞者活动的艺术作品显得更为独立。但是，源于麦布里奇的一个想法是在单个视觉影像中它仍然是多个片段的组合，这就使艺术表现的方法结合传统观念中动作停止效果与麦布里奇多角度曝光技术相结合描绘出人体运动时间和空间特征，并能代表人类经验的种种表达。

许多艺术作品都根植于人类运动表现，这样的艺术作品被认为是人类经验的隐喻，同时也影响到我们的存在感与艺术创造。麦布里奇摄影技术影响的艺术创造可以理解为我们如何体验当前存在的时序表达。当运动技术分析诊断效果变得显而易见时，就可以解释这个极端的概念。

3.2 运动分析与动画艺术

科学分析早在影片分析之前就出现了，尽管有些图像看起来客观冷静，但它们有对情感的表达与对人类健康的追求，其动机很清晰。一个用多相机拍摄人类运动的方法，后来被画家画序列时放在一起作为移动体。除了绘画影响，影片分析在电影和动画中也引起了很大影响。

在动画中运用两种方法，一是视频跟踪，二是三维动作捕捉。第一种方法运用技术设备使动画制作运用多个摄像机跟踪人类生活活动。通常，在视频中可以看到动画组合元素的一个场景中插入多个动作角色，它是基于计算机产生真实动作的视频对象。跟踪之后，动画图片是彩色的，并集成各种背景层去创建最后的拍摄。好几部迪斯尼电影利用这种方法产生生动的场景，如白雪公主［6］。

第二种方法是三维运动捕捉，它主要利用数字输入，同时具有相似的视频跟踪过程，捕捉人类运动数据用做动画表现。而且三维运动捕捉技术需要更少后期处理与操作，就可以达到预期动画效果。三维运动捕捉原理是对人体标记点的运动进行跟踪，通过多个摄像机拍摄把三角标记的位置（通常是被动反光标记）放在稳定的解剖标志处（关节），然后使用先进的软件，精确测量可组合在三维视觉空间中的数据，为计算机动画过程提供真实的运动状态。三维技术最有优势的特点是捕捉标记，这可以用做建立人体运动的多个框架。因此，动画师可以利用三维运动捕捉技术去表达他们创建的人体运动特征。这样他们可以传输真实的人类运动在他们的艺术作品中。这种实践为我们提供了一种新的审美体验。

对于三维动画来讲，运动捕捉是有效的方法，它把艺术（通过艺术家表现的特征）和科学（通过科学技术表现的艺术特征）结合起来，可以预测艺术与科学组合的领域在不久的将来将建立更多科学艺术。

3.3 运动分析与视觉艺术

早在20世纪视觉文化就受到了摄影测试的限制。目前，存在的一个挑战是这些动态世界认知依赖于观众潜意识的观念，即把多个图像压缩成一个总结性经验的图像。三维动作捕捉可以让我们清晰记得视觉中的各个时项动作，并能精确记录人类的各种运动。从运动到艺术的表现，运动捕捉可以作为寻找人类运动轨迹的一种模式。这样的轨迹虽然抽象但能表达人类独特运动，就像一个动作特征可以用来识别一个人。

手势传达信息，这意味着一种经验积累，从本质上讲，基于时间特征上未展开的手势是随着人类运动功能产生的，这些关键是解释手势的审美阅历。试图在单个映像中表达人类手势活动的内容时，计算机合成必须产生，时间和姿态必须表现，这是观赏图片的关键。其实观众已经经历了基于时间特征中手势表达的过程，所以对其解释也是基于时间特征的一种表达。通过这些信息可得出交流必须与视觉文化联系在一起，使其图像、视觉分析和个人经验发挥作用。

运动捕捉轨迹可以帮助我们探索感知觉特征和人体运动抽象的美丽［6］。运动特征的客观本质为理解与分析人类手势提供了重要的线索，结果认为人类手势是文化交流和审美探索的表现。

总之，科学手段为艺术家的艺术创造奠定了基础。随着运动技术分析的进一步发展和理论创新（即科学与艺术的交融），将产生更多有创意的艺术作品来丰富我们的生活，激发人类的潜能。

4 运动技术分析诊断在运动康复中的应用

康复的主要手段有很多，其中运动是最经济最时效的一种。运动测量技术在不断更新，它可以对人类身体各部分进行分析，有诸多研究是对人体下肢运动的动态分析。科研人员通过对步态分析研究进行运动技术分析诊断，针对性的提出运动处方便于人体运动保持正确姿势，并尽可能避免受伤。

4.1 运动学测量在步态分析中的应用

支撑与摆动是步态周期的两个不同时期，可以采用高速摄像分析系统研究运动时步态变化特征。一般步行时会有着地与离地两个过程，着地时可分为前脚掌着地阶段、整足着地阶段。利用红外高速摄像机可以测量步行时的速度、摆动腾空时间和头-水平面前夹角等变异系数［7］。通过分析可以了解老年人容易摔倒的原因，并能帮助老年人降低跌倒风险。

赵芳曾对老年人进行过步态指标的分析，并在文章中表明老年人在行走时髋关节做伸的动作不够充分，摆动腿也摆的不充分，并且在着地过程中动作缓慢，双脚支撑时间越来越长，有明显的后坐现象［8］。

通过运动学测量我们可以了解到人体行走时各个姿态的时空特征，并能及时发现存在的问题，进而针对性的进行改进，减少人体损伤。

4.2 动力学测量在步态分析中的应用

步态是否合理将直接影响人体运动结果。所以在运动技术分析中特别重视评价人体步态的合理性。对人体平衡控制能力有影响的是起动步态和落地步态。国外学者将这两种步态作为评判人体平衡能力一种指标。起动时由较大着力面积过度到较小受力面积，由双脚支撑变到单脚支撑，而落地时的步态正好相反。通过平衡测力台可以反映研究对象重心移动范围，利用压力传感器可以获得人体重心、压力重心、压力面积、轨迹等指标参数和研究对象的偏移类型。

此外，通过三维测力台分析老年人行走时的步态，可以得出随着年龄的增大，老年人在行走时平衡力会下降，走路会变慢，尤其是肌力会下降。

动力学测量可以详细分析人体在行走时的各种力学特性，在运动康复领域可通过其分析制定运动处方，帮助人体纠正动作。

4.3 肌电学测量在运动康复中的应用

肌电生物反馈训练对人体损伤较小，它不仅可以放松肌肉而且可以训练肌肉。Nouwen等对18例因肌张力增高引起腰背痛的病人进行了松驰性反馈训练，训练后肌张力显著降降低，疼痛也随着训练时间延长而逐渐减轻［9］。表明肌电生物反馈可以帮助病人放松肌肉，进而缩短运动康复时间。Brundy利用肌电生物反馈训练了114例肌肉损伤的病人，经8-12周训练后这些病人在运动时肌肉力量都有所增强［9］。此外，随着科研人员的不断研究，肌电学测量还可以应用到运动康复的其他方面，如：机体本体感觉训练，增强肌肉做功训练等。

总之，肌电生物反馈训练在运动康复中发挥着非常重要的作用，通过肌电生物反馈可使人类形成正确的运动认识，但与此同时也出现了一些阻碍肌电反馈的因素，例如由跑步震动引起的肌电反馈误差增大等问题，还需科研人员不断探索，不断创新。

5 小结

运动技术分析诊断的发展逐渐逼近人的认识过程。随着各个领域的相互渗透，运动技术分析诊断不仅在竞技与健身中发挥积极的作用，而且广泛应用于艺术创造与运动康复中，为激发艺术创造与促进运动康复的发展提供了很大帮助。通过运动技术分析诊断可使人类建立正确的运动认识，形成正确的运动思想观念，但是目前运动技术分析诊断仍没有达到最理想的效果，还需不断改进创新，这样才能使其更好的与各个领域相结合，并在各领域发挥更大作用。

［1］李世明.运动技术诊断学的概论性研究［J］.鲁东大学学报（自然科学版），2010（4）.

［2］严波涛，吴延禧.运动技术分析研究发展历程考察和展望［J］.西安体育学院学报，2000（2）.

［3］刘志明.高速摄影在体育科研中的应用［J］.武汉体育学院学报，1989（1）.

［4］周宁，张翔，白银川，等.3D运动技术分析研究现状与述评［J］.当代体育科技，2014（6）.

［5］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）.

［6］Xiang Z，Muybridge，Motion Analysis and Art［J］.Nova Science Publishers，2008（2）.

［7］伍勰，陆爱云，庞军，等.健康老年人常速行走的步态分析［J］.上海体育学院学报，2000（2）.

［8］赵芳，周兴龙.老年人站立及行走稳定性的生物力学研究［J］.北京体育大学学报，2003（2）.

［9］马利华，沈步乙.肌电生物反馈训练及其在运动康复上的应用（综述）［J］.上海体育学院报，1988（3）.

Sports Technique Analysis and Diagnosis Status Review

WANG Liping1，ZHANG Xiang2，LIU Peng1

This paper introduces the practical application of kinematics，dynamics and muscle electrical measurement in the analysis and diagnosis of motor technology.By means of literature and logical analysis.It indicates that the method of sports technique analysis and diagnosis is not only applied to athletics and fitness，but also plays an active role in artistic creation and sports rehabilitation.

Motion analysis and diagnosis；Artistic creation；Rehabilitation；Gait study

G80-05

A

1003-983X（2016）12-1071-04

2016-10-26

山西省回国留学人员科研资助项目（2016-110）

王丽萍（1994-），女，山西太原人，在读硕士，研究方向：民族传统体育学。

1.陕西师范大学体育学院，陕西西安7100622.忻州师范学院体育系，山西忻州034000

1.School of Physical Education，Shaanxi Normal University，Xi’an Shaanxi，7100622.Dpartment ofPhysicalEducation，Xinzhou Teachers University，Xinzhou Shanxi，034000