费德勒温网发球数据分析及特征研究

田国辉，周 曙，王 伟，李 军

网球的五大基本技术只有发球技术较少受对手影响，一个高质量的发球能够直接得分或者占据主动。对发球质量的解读，一般是看发球攻击性（球速、落点）和发球稳定性（动作连贯性、成功率）。发球攻击性是指运动员发球利用主观能动性破坏对方回击的能力，即根据对手站位而发出球的速度和落地点位置使对方容易失误［1］。发球稳定性是指运动员发球动作动力定型的能力，即运动员在实战中高质量重复再现训练中发球技战术的能力［2］。

费德勒在职业男子网坛里参赛二十多年，取得了优异的竞技成绩，尤其是在其步入职业生涯后期时，排名仍保持在世界前十。一方面是科学的训练与后勤保障使其状态保持在巅峰；另一方面在于其各项技术不断调整优化。据表1可知费德勒的发球数据全面领先于德约科维奇。费德勒的发球落点精准、稳定、变化，是其与其他优秀运动员最明显的差别［3］。其发球技术经过多年的雕琢，简洁实用、动作优美、稳定性极强，在比赛中能够直接得分或占据优势。因此，选取费德勒在2019年温网决赛的发球视频片段进行解析获得运动学参数，通过运动学参数对其发球技术进行研究，期望能够研究出其在发球各阶段的身体特征，为网球运动员改进发球技术、提高发球质量提供参考。

表1 2019年温网决赛运动员发球数据对比

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

本研究以2019年温布尔登网球公开赛男决赛选手费德勒的发球动作技术为研究对象，表2是费德勒的基本信息。

表2 费德勒基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

本文对中国知网、万方数据库以及国外期刊进行信息检索，在认真查阅大量有关网球发球技战术研究方面的文献资料的基础上，对费德勒的发球技战术进行研究分析。

1.2.2 录像观察法

将2019年温网球男单决赛视频回放，选取费德勒的相关发球片段（要求发球成功）进行剪辑、慢动作播放，选取合适的发球片段导入3D－Signa1Tec三维录像解析系统进行视频解析，通过解析出来的运动学数据对费德勒的发球技术进行研究分析。

1.2.3 数理统计法

查阅温网官网及ATP官网，对2019年温网男单决赛选手费德勒在比赛过程中的相关发球数据进行整理和汇总，将研究所需要的数据导入excel软件中，采用平均数＋标准差的方式进行研究分析。

1.2.4 逻辑分析法

在查阅大量文献资料以及对费德勒的发球数据进行整理之后，运用逻辑法和归纳法对研究数据进行分析、归纳和总结，从而得出相应的结论。

2 研究结果与分析

不同的研究对发球阶段有着各自的划分标准。严波涛、李早将发球分成抛球引拍、“挠背”、挥拍击球及随挥四个阶段［4］；MARTIN C等则是通过对视频帧率进行详细的分析以划分发球阶段［12］。表3是对费德勒发球动作阶段的划分。

表3 费德勒发球相应阶段划分

2.1 抛球引拍阶段

2.1.1 站位姿势分析

网球发球站位分为上步式和平台式。平台式站位技术可获得较高的稳定性和较大的地面水平反作用力［10］。费德勒在发球时选择的站位方式为平台式，具体做法为：左脚距底线约40°，右脚几乎与底线平行，双脚位置固定且两脚间距约为一个肩膀的宽度。费德勒选择该站位能够获得更多的地面反作用力，提高发球的稳定性、隐蔽性，从而提高发球攻击性。不同发球站位是造成球离手时刻左肩关节角不同的原因之一，托米奇与弗格尼尼采用不同站位方式，发球过程的动作技术有一定的差异，使得托米奇左肩关节角比弗格尼尼左肩角大15.9°［1］。费德勒在球离手时刻的左肩关节角为142.8°，符合其研究结果。

2.1.1 抛球的运动学分析

合理的抛球位置应该在身体的右前上方［5］。向右是因为在躯干旋转身体面对球网向前挥拍击球时，球能落在球拍的正前方；向前是因为向前挥拍击球时，身体能够产生向前水平位移，加长球拍的工作距离。据表4可知，在抛球球离手时刻，费德勒的左肘角为176°，球离手高度为1.915m，说明其在抛球时左肘伸展比较充分，做到了从大腿位置将球水平托至眼睛位置，保证了抛球的稳定性。同时，球离手速度和球在最高点高度两参数的标准差较小，也充分说明了其抛球的稳定。

表4 抛球的运动学参数

2.1.2 屈膝引拍阶段的运动学特征

费德勒在完成抛球动作的同时，双腿膝关节屈曲，髋部前顶；持拍手以肩关节为轴，肩膀及大臂发力，带动手臂走“C”字形的运动轨迹，将球拍从下向侧后方拉至头顶上方位置，完成整个抛球引拍的动作。此时费德勒的持拍手大臂远离身体，与身体成85.3°夹角，右肘角为65.4°，有利于调转拍头，完成接下来的“挠背”动作。网球发球力量的直接来源是下肢的向上蹬伸。通过下肢伸肌群在离心收缩状态下的拉伸，增大肌肉收缩的初长度，并储备弹性势能［13］，为后续动作提供良好的动能支持。据表5所示，费德勒在这一过程，左膝关节屈曲的角度为119°，右膝关节屈曲的角度为133°，通过下肢膝关节的屈曲，使下肢肌肉处于预先拉伸的状态，便于之后的双脚蹬地发力。左右膝关节屈曲的角度表现为左膝大于右膝，表明在屈膝时身体稳定的保持主要依靠左腿。

表5 屈膝引拍的运动学参数

2.2 “挠背”阶段

2.2.1 蹬伸过程中的运动学分析

将蹬伸过程划分为从膝关节最大屈曲时刻到双脚离地时刻，在这一过程中，采用作用力与反作用力的力学运动原理，前脚掌蹬地后，通过地面给予的反作用力产生向上的速度使身体腾空，身体向击球点位置快速扭转。据表6可知，费德勒在双脚离地时刻的右髋角速度为252.3°·s－1。对比于一般网球运动员，费德勒更快的右髋速度更有利于身体向击球位置转动，增加向上挥拍的幅度和击球力量。蹬伸过程中，膝关节蹬伸幅度反映的是膝关节蹬伸角度的大小。在双脚离地时刻，费德勒的左膝蹬伸幅度为55.6°，右膝蹬伸幅度为44.3°，有利于获得更快的向上的重心速度（1.92m／s），从而增加起跳高度和击球高度，提高发球的成功率和攻击性。在蹬伸过程中，费德勒的左膝蹬伸幅度明显大于右膝，表明主要的发力腿是左腿。

表6 双脚离地时刻的下肢和重心的运动学参数

2.2.2 球拍在最低点时刻的运动学分析

在完成双腿向上蹬伸动作后，持拍手在重力的作用下带动球拍自然下垂，右肘和小臂反向运动，右肘向前上方移动，持拍手小臂和球拍向下移动使球拍拍头处于最低点，形成“超越器械反弓”动作。据表7可知，在球拍处于最低点时刻的右肘角为47.6°，拍头最低点高度为1.223m，此时的身体重心高度为1.197m，拍头最低点高度低于重心高度一方面可以使肩关节和腹部肌群充分拉长，以提高肌肉爆发式收缩力［6］；另一方面可以加长球拍的做功距离，通过更长的加速距离来获得更快的挥拍速度。

表7 球拍在最低点的运动学参数

2.3 挥拍击球阶段

2.3.1 击球姿势的运动学分析

在击球的过程中，费德勒的上下肢做相向运动，身体从“超越器械反弓”动作过渡至持拍手手臂的鞭打动作，持拍手以肩关节为轴带动大小臂、手腕、拍头向前上方挥拍击球，各关节部位的速度依次叠加，将全身的力量集中于拍头，使球拍获得最快的拍头速度，最后在击球点位置以最快速度完成对球的击打。在这一过程中，费德勒身体的各关节部位角度逐步增大，下肢充分蹬伸，从而实现躯干的向前向上伸展，使得持拍手手臂对球的鞭打动作得以完成。费德勒身体的各关节部位角度逐步增大，下肢能够充分蹬伸，从而实现躯干的向前向上舒展，使得持拍手手臂的鞭打动作得以完成。由表8可知，费德勒在击球时的左膝角为173.6°，右膝角为175.4°，两参数均较大，说明下肢蹬伸充分，有利于下肢关节部位力量逐级向上传递。右肩角为171.3°，右肘角为178.5°，表明其在击球时的持拍手手臂伸的较直，有利于在高点位置将球击出，从而能够提高发球的成功率与攻击性。

表8 击球时的主要关节部位角度的运动学参数

2.3.2 击球点的运动学分析

击球点是决定发球质量的关键因素之一，身高较高者发球成功率较高，增加击球点高度有助于提高发球成功率［11］。同一个人的身高及最高击球位置是固定的。在身体正上方击球时，击球点最高［7］。由表9可知，费德勒的击球高度为2.608m，球在最高点与击球位置的垂直距离为0.513m，一方面提高了身体腾空高度，有利于下肢的充分蹬伸；另一方面为球拍从最低点至击球时刻的加速过程提供了足够的时间与距离，有利于提高拍头速度，增加击球的速度以提高球速。抛球点与击球点的水平距离为0.357m，球拍击球的位置固定在甜区，既能够充分释放出身体快速转动时的最大力量，又能在左下方位置至右上方位置的刷球过程中给球足够的包裹以保障球的旋转，从而提高发球的成功率与攻击性。

表9 影响击球点的主要运动学参数

2.3.3 击球时发力顺序的运动学分析

网球发球最合理的发力顺序是各关节速度逐渐成递增顺序［8］，从“挠背”阶段的双腿蹬伸时刻开始，直到完成对球的鞭打，费德勒各环节发力顺序为：踝→膝→髋→肩→肘→腕→拍头→球速（见图一），相对应的关节部位产生的动量依次传递，通过鞭打动作完全作用在球上，使球爆发出极快的速度飞向发球区。符合相关研究的研究结论：理想的发力时序为膝—髋—肩—肘—腕，各环节速度叠加越大，表明鞭打效果越好［5］。

图一 击球阶段各环节发力顺序

2.4 随挥阶段

实验得出在击球时刻躯干和上肢产生了相当于0.50～0.75倍身体重量的力，甚至更多［14］；而在随挥阶段，腾空的身体快速着地，身体也会产生一定的能量；此阶段需要将身体产生的高速能量及时缓冲，便于落地后快速恢复身体平衡，减轻左膝膝关节承受的负荷。据表10可知，费德勒在落地后左膝关节的缓冲幅度为44.9°。该缓冲幅度既能做到及时消除身体能量、减轻左膝关节负荷；又能够缩短调整身体姿态的时间，便于脚下积极调整站位，为下一拍击球做准备。由于在击球阶段身体向前上方运动，随挥阶段需要缓冲击球后的身体动能，在整个发球过程中，费德勒的重心向前移动了0.41m的距离。

表10 随挥阶段的运动学参数

3 结论

发球过程中费德勒在不同时刻的单个技术结构合理、简洁高效。组合后的发球技术尤为强大，使得其发球能力尤为突出，发球质量极高，在比赛中经常直接发球得分或占据优势。在发球各阶段表现为：1）抛球引拍阶段：抛球高度合理，抛球后双腿膝关节屈曲，使下肢与发球有关的肌肉处于预先拉长状态，有利于肌肉储存弹性势能；2）“挠背”阶段：两脚蹬地发力，膝关节充分蹬伸，产生很快的重心速度和右髋角速度带动身体向击球位置转动，持拍手手臂放松，整个身体形成“超越器械反弓”动作；3）挥拍击球阶段：整体的发力顺序表现为蹬腿→转髋→转体→手臂绕肩→肘关节伸→小臂外旋→转腕，发力顺序合理，身体各关节部位的动量依次叠加后作用于球上，产生极快的发球速度。4）随挥阶段：身体向前下方移动，落地后膝关节快速缓冲，脚下积极调整，为发球后的下一拍做好充分的准备。