中日优秀女子高尔夫球员刘钰与畑冈奈纱一号木杆技术三维运动学对比分析

2023-01-06展更豪王泽峰赵紫龙徐华雨朱鹏岳吴淑元何文捷

河北体育学院学报 2023年1期

展更豪，王泽峰，赵紫龙，徐华雨，朱鹏岳，吴淑元，何文捷

(1.首都体育学院，北京 100191；2.国家体育总局体育科学研究所，北京 100061；3.河北体育学院，石家庄 050041；4.国家体育总局信息中心，北京 100061)

1 问题的提出

一号木杆是高尔夫球比赛远距离开球的首选，对选手成绩影响重大[1]，但其全挥杆动作较难稳定发挥，需要选手通过全身肌肉协调爆发性用力，以实现更精准、更远的开球距离[2]。目前学者们对挥杆技术的研究主要是实验性的二维三维技术分析，虽然有对比赛现场职业选手的技术分析，但仍停留在二维分析[3]，研究的深度和广度不足，很多细节没被捕捉到。三维技术分析大多是在室外练习场和封闭的高尔夫模拟室进行，缺少对现役顶级运动员在重大比赛现场的三维技术分析[4]。为此，本研究通过对刘钰与畑冈奈纱两位现役顶级选手在重大比赛中的一号木动作进行三维分析研究，为中国女子高尔夫球项目开球进行有针对性地科学训练提供理论依据。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

刘钰与畑冈奈纱基本情况如表1所示。二人同为亚洲人体质，身体结构特点相近，均为右利手，技术具有一定的可比性。畑冈奈纱虽然身材矮小，但其一号木击球距离惊人，可见其挥杆方式必有可取之处，通过对二人的一号木杆挥杆技术的对比研究，可帮助刘钰进行技术改进。

表1 刘钰与畑冈奈纱基本情况表

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料法

以“高尔夫一号木”“高尔夫运动学”“高尔夫奥运”等为关键词，通过中国知网、万方数据库搜集整理相关研究成果，获得所需要的理论知识。登录LPGA官方网站、百度百科搜集球员及相关赛事资料，补充本研究所需数据，为研究提供理论支持和依据。

2.2.2 实地考察法

采用实地考察法，获取2019年10月上海LPGA别克锦标赛参赛球员数据。比赛前一天进入比赛场地进行实地勘测。在比赛期间，由2名技术员在该洞发球台对开球球员进行三维摄像，1名技术员负责记录与通讯，2名技术员于该洞一号木落点处记录位置数据。

2.2.3 三维录像拍摄法

采用2台高速摄像机，采样频率为1 000帧/秒，2台摄像机摆放在同一高度，分别位于距发球台的正前方、正侧方9.5 m位置，主光轴夹角接近90°。拍摄球员全挥杆技术，拍摄时间范围为球员瞄球到随挥动作结束。

2.2.4 录像解析法

采用Simi Reality motion进行三维解析，结合本研究进行三维框架标定，解析点在本课题组已有研究基础上设定身体关节数据，得到解析点的三维坐标数据，在此基础上运算解析，解析误差小于2 mm。

2.2.5 数理统计法

利用Simi Reality motion进行运动学数据解析和相关角度运算，运用Excel 2010和SPSS 23.0对相关运动学参数进行描述性统计，结果以平均数和标准差表示。

2.3 相关概念界定

2.3.1 各技术参数概念界定

全挥杆各阶段用时为两关键时刻之间的用时。站位宽度比为左、右踝关节之间距离与左、右肩部距离之比。球杆与手臂夹角为球杆与球员左手臂之间的夹角。髋部转动角度为两髋关节中心连线相对于准备时刻时转过的角度。肩部转动角度为两肩关节中心连线相对于准备时刻时转过的角度。肩髋相对旋转角度为肩部转动角度与髋部转动角度之差。杆头速度为击球前最快的杆头速度。球速为球开始移动的最快速度。起飞角度为球起飞时与水平面的夹角。重心为人体全部环节所受重力的合力的作用点。

以右利手球员为例，以选手准备时刻的髋、肩角度为零点，髋、肩往平行于球员双脚连线的出球方向转动的角度为正值，髋、肩往平行于球员双脚连线的出球反方向转动的角度为负值。重心在X轴的移动中，以选手准备时刻重心在X轴的位置为零点，正值为垂直于球员双脚连线指向球员面对方向，负值为垂直于球员双脚连线指向球员背对方向。重心在码轴的移动中，以选手准备时刻重心在码轴的位置为零点，正值为平行于球员双脚连线的出球方向，负值为平行于球员双脚连线的出球反方向。重心在Z轴的移动中，以选手准备时刻重心在Z轴的位置为零点，正值为垂直于水平面向上，负值为垂直于水平面向下。

2.3.2 一号木挥杆技术阶段划分

将高尔夫挥杆关键时刻分为7个，分别为准备时刻、上杆12点钟、上杆顶点、下杆12点钟、击球瞬间、送杆3点钟、随挥结束。挥杆阶段为6个，准备时刻到上杆12点钟为上杆第1阶段，上杆12点钟到上杆顶点为上杆第2阶段，顶点到下杆12点钟为下杆第1阶段，下杆12点钟到击球瞬间为下杆第2阶段，击球瞬间到送杆3点钟为送杆阶段，送杆3点钟到随挥结束为收杆阶段。挥杆过程为3个，上杆过程为准备时刻到上杆顶点，下杆过程为上杆顶点到下杆击球瞬间，收杆过程为击球瞬间到随挥结束。

3 结果与分析

3.1 刘钰与畑冈奈纱一号木基本数据对比分析

表2 刘钰与畑冈奈纱一号木实地考察数据情况表

在开球距离方面，刘钰一号木平均落点256.13码，远大于畑冈奈纱的247.75码，且停点267.17码，大于畑冈奈纱的263.75码。在平均滚动距离上，畑冈奈纱的16码远优于刘钰的9.24码。在3项数据中，落点的T值为0.034(P<0.05)，呈显著性差异。其他2项数据均未呈现显著性差异。整体来讲，刘钰的一号木平均落点距离优于畑冈奈纱，滚动距离相比畑冈奈纱稍差。

3.2 刘钰与畑冈奈纱一号木击球效果对比分析

表3 刘钰与畑冈奈纱一号木击球效果统计表

对最完整的一次视频解析显示，刘钰105.83 mph的杆头速度稍大于畑冈奈纱的105.78 mph，最终刘钰的球是以147.28 mph飞出，大于畑冈奈纱的144.13 mph，球速的差异导致刘钰的落点254.5码大于畑冈奈纱的241码。由于畑冈奈纱击球后的起飞角度11.6°小于刘钰的12.3°，使得畑冈奈纱的击球倒旋较小、滚动距离较远。因此，畑冈奈纱凭借28.5码的滚动距离远大于刘钰的15码，最终获得与刘钰一样的269.5码停点距离。

3.3 刘钰与畑冈奈纱一号木杆头速度对比分析

挥杆节奏即挥杆过程中各部分动作的时间比例，挥杆节奏会影响击球效果[4]。由图1可知，刘钰在上杆过程中的节奏是先慢后快，在上杆第1阶段用时较长，且达到上杆12点钟时的杆头速度较快，在上杆第2阶段用时较短。上杆第1阶段的动作，球员由双臂及双肩形成的三角形稳定结构在同一时间向上运动，挥摆至上杆顶点即躯干上部及肩旋转一般超过90°极限位置，这需要具备良好的柔韧素质及平衡素质，由于双臂挥摆带动躯干上杆运动，在这过程中维持躯干前屈角基本上无明显的变化是较难实现的，需要球员躯干核心区肌群足够强大以形成适当的屈肌力矩来拮抗伸肌力矩[2]。因此在上杆过程中，保持缓慢上杆十分重要，在上杆快到顶点时应逐渐减速，这样才会更容易实现顶点位置杆头速度归零。一旦在上杆第1阶段就开始发力，会导致上杆速度过快，上杆第2阶段的缓冲难度增加，使上杆顶点时动作产生变形，影响下杆的稳定性。畑冈奈纱在上杆过程中的节奏整体较慢，在上杆12点钟有较慢的杆头速度，且在上杆第2阶段用较多的时间使杆头速度归零，能够为下杆的稳定发力提供良好的条件。

表4 刘钰与畑冈奈纱不同时刻杆头速度情况表 mph

图1 刘钰与畑冈奈纱不同时刻杆头速度曲线图

在下杆过程中，刘钰下杆12点钟56.01 mph的杆头速度远超畑冈奈纱的50.44 mph，畑冈奈纱下杆第1阶段的用时也较刘钰长。计算结果显示，刘钰在下杆第1阶段杆头的平均加速度为177.6 m/s2远大于畑冈奈纱的99.5 m/s2。按照这样的加速度，刘钰在击球瞬间的挥杆速度将会远超畑冈奈纱。然而，在下杆第2阶段刘钰和畑冈奈纱用时相近的情况下，畑冈奈纱击球瞬间以105.78 mph的杆头速度与刘钰的105.85 mph几乎持平。原因在于畑冈奈纱在下杆第2阶段杆头的平均加速度为263.2 m/s2比刘钰大12.9 m/s2，下杆第2阶段用时0.094 s，从下杆12点钟50.44 mph的杆头速度迅速增加到击球瞬间的105.78 mph。击球瞬间杆头速度的高低取决于挥杆过程中运动链各部分是否依序遵从着由近及远(proximal to distal sequencing，PDS)[5-6]动作模式实现能量有效传递。下挥杆开始于骨盆旋转的逆转，接着是上半身旋转的逆转[7]，缩短下杆第1阶段时间的有效途径之一是：遵循“髋—肩—臂—腕—杆”的速度传递顺序，重视引导侧手臂的还原速度和桡腕关节外展的时机[8]。通过大肌肉群带动小肌肉群的顺序移动和加速运动而产生动力，球杆是被动的且最后的受影响者，这样才会充分发挥身体的旋转作用将力量传递到杆头，使挥杆的鞭打动作更加充分，以便在冲击球时获得最高的杆头速度[9]。而畑冈奈纱在下杆第1阶段和下杆第2阶段的挥杆加速度不同，在下杆第1阶段采取一个缓慢加速的下杆，下杆第2阶段是关键加速阶段，在极短的时间到达较大的杆头速度。畑冈奈纱在上杆顶点到击球瞬间出现2个加速度，证明她在下杆第1阶段是髋先转动，再带动肩和手臂，最后力量才传递到球杆杆头。因此在下杆第1阶段畑冈奈纱的球杆只是在被动的旋转，旋转的力还未完全施加到杆头上，所以加速度并不大。而在下杆第2阶段时，髋和肩已旋转到位，身体旋转的力量成倍施加到杆头上，产生了较大的加速度，从而击球瞬间达到较快的杆头速度。反观刘钰在上杆顶点到击球瞬间保持同样的加速度，没有一个加速度递进的过程，可以推断其在下杆过程中并未先转动髋部，因此未形成由下到上的旋转力量的加速传递，导致击球瞬间的杆头速度并未达到最佳。

在送杆阶段，畑冈奈纱的杆头速度下降得更快，说明杆头的转动惯量向球传递得较为充分[9]。这也从侧面解释了畑冈奈纱利用和刘钰相同的杆头速度却达到更高球速的原因。

总体来讲，刘钰的上杆过程用时较多，但是在上杆12点钟杆头速度相对较快，影响上杆顶点身体的稳定性。刘钰的下杆过程平均加速度较为一致，在击球瞬间未达到相对较快的杆头速度。畑冈奈纱的上杆过程用时较少，上杆至12点钟杆头速度较慢，有利于上杆顶点时身体保持稳定。畑冈奈纱的下杆过程平均加速度不一致，在下杆第2阶段远大于下杆第1阶段的平均加速度，最终在击球瞬间的杆头速度与刘钰相近。

3.4 刘钰与畑冈奈纱一号木全挥杆技术髋、肩转动情况对比分析

表5 刘钰与畑冈奈纱髋转动角度情况表 (°)

表6 刘钰与畑冈奈纱肩转动角度情况表 (°)

表7 刘钰与畑冈奈纱肩髋相对转动角度情况表 (°)

在下杆过程中，刘钰的髋共转动了75.37°，肩共转动了124.03°，肩髋相对转动了48.66°，畑冈奈纱的髋、肩分别转动了46.01°、150.97°，肩髋相对转动了104.96°。在挥杆击球过程中，是以髋部为主导，为了增大球杆的扭转力矩，获得较大的杆头速度，髋关节率先启动与加速，并引导肩部迅速向旗杆方向加速，直至击球瞬间上肢关节做类似挥摆鞭打动作完成击球[10]。由此可知，在下杆过程中刘钰的髋转动相对充分，然而肩的转动角度较少，击球瞬间较多的髋转动并没有高质量地传递到肩。畑冈奈纱的髋转动较少，肩转动较多，以少量的髋部转动带动大量的肩部转动，延迟释放做得较好。从图2可以看出在下杆过程中，下杆第1阶段两人的动作结构较为相似，下杆第2阶段的击球最关键时刻差别较大。

图2 刘钰与畑冈奈纱髋转动角度曲线图

图3 刘钰与畑冈奈纱肩转动角度曲线图

图4 刘钰与畑冈奈纱肩髋相对转动角度曲线图

在送杆阶段，刘钰的髋、肩转动均远大于畑冈奈纱。在收杆阶段，刘钰的髋、肩转动也远大于畑冈奈纱。选手如果在送杆和收杆的髋、肩转动过多，说明在下杆过程中髋、肩转动并不理想，没有做到身体的高质量旋转发力，会导致击球瞬间的延迟释放不够充分。

综上所述，刘钰在上杆过程中，肩髋相对转动较小，不利于为下杆击球积蓄较多的能量；在下杆过程中，髋转动较多，肩转动较少，肩髋相对转动较少，较多的髋转动并没有高质量地传递到肩，大大降低了击球瞬间的杆头速度；在送杆和收杆阶段，髋、肩转动较大，再一次说明在下杆过程中髋、肩并未旋转充分。畑冈奈纱在上杆过程中，髋、肩转动较大，有利于上杆的蓄力，为下杆的充分发力做好准备；在下杆过程中髋转动较少，利用髋的制动，充分带动肩的旋转，能在击球瞬间达到较大的杆头速度，充分弥补身高的不足；在收杆过程中，畑冈奈纱髋、肩转动较小，证明在下杆过程已经把髋、肩转动到位了，送杆与收杆只是其下杆的一个自然伴随动作。

3.5 刘钰与畑冈奈纱一号木全挥杆重心移动对比分析

表8 刘钰与畑冈奈纱重心在X轴上移动情况表 m

一般来讲，在球员上杆过程中，髋、肩、手臂及球杆均向右后方运动，为保持身体平衡重心会向后移动。但是刘钰在上杆过程中，身体重心整体往前移动，在上杆顶点位置相对准备时刻往前移动了0.005 m。而畑冈奈纱在上杆过程中，身体重心整体往后移动，在上杆顶点位置相对准备时刻往后移动了0.018 m。在下杆过程中，刘钰和畑冈奈纱的重心均是在下杆第1阶段先往前移动，在下杆第2阶段往后移动；下杆第2阶段刘钰的前后移动幅度为0.024 m大于畑冈奈纱的0.015 m，而刘钰在击球瞬间的重心相对于准备时刻在前0.007 m，畑冈奈纱则是在后0.006 m。在随挥过程，刘钰在送杆阶段的重心并没有产生太大的移动，畑冈奈纱则是在送杆3点钟位置回到了准备时刻重心位置；在收杆阶段刘钰的重心往后移动较多，其随挥结束的重心相对于准备时刻在后0.038 m。选手的身体重心在X轴重心变化幅度越小，击球效率就会越高。一方面是运动员身体重心前后移动过大，会造成更多的能量损失，势必影响击球的速度；另一方面，由于高尔夫球比较小，即便在击球瞬间有很小的位差，也会显著影响高尔夫球飞行的远度与落点的位置[11]。

整体来看，刘钰在上杆过程中出现了重心前移，在下杆第2阶段相对于畑冈奈纱前后的重心移动幅度较大，这些因素均可能造成击球的不稳定。

表9 刘钰与畑冈奈纱的重心在码轴上移动情况表 m

图6 刘钰与畑冈奈纱重心在码轴上移动曲线图

通过分析两位选手在全挥杆过程中，重心在码轴上的位置变化，发现两位选手在上杆顶点时相对于准备时刻，重心均会向出球方向的反方向移动，这是由向后引杆时肩部与髋部的旋转造成的。刘钰在上杆顶点位置相对准备时刻向右移动了0.063 m，畑冈奈纱则向右移动了0.039 m。在下杆过程中，刘钰和畑冈奈纱的重心均是在下杆第1阶段向左移动，两人的区别在于刘钰在击球瞬间的重心相对于准备时刻在左0.023 m，畑冈奈纱则是在左0.052 m。在整个下杆过程中，刘钰的重心从左至右移动了0.086 m，畑冈奈纱则是0.091 m，从两人下杆过程中重心左右移动的幅度来看，畑冈奈纱的身体重心移动幅度更大，其在身高处于劣势的前提下，仍能做出优于刘钰的重心移动，显示其充分拉伸了身体肌肉，提高了肌肉的弹性张力，利用增加重心的左右移动幅度来提升杆头速度。随挥结束两位选手的重心均保持在相对于准备时刻靠左的位置，有利于维持击球后的身体平衡。整体来讲，刘钰在上杆过程中重心相对于畑冈奈纱向右侧移动较多，但是在下杆过程中重心向出球方向移动的距离较小，而畑冈奈纱在下杆过程中重心往目标方向转移充分，有利于提高杆头速度。

表10 刘钰与畑冈奈纱重心在Z轴上移动情况表 m

图7 刘钰与畑冈奈纱重心在Z轴上移动曲线图

由于性别、年龄、体型不同，人体重心位置略有不同，上下肢的长短、身体的胖瘦都影响着重心的位置[12]。因此选手在准备时刻，重心高低的不同就客观存在了，计算得出，准备时刻刘钰的重心高度为0.89 m，畑冈奈纱为0.79 m。全挥杆过程中两位选手的重心在Z轴均有起伏，但幅度不同，在上杆过程中刘钰和畑冈奈纱的重心相对于准备时刻分别提高了0.035 m和0.053 m，畑冈奈纱重心上升的较多。值得关注的是在下杆过程中，刘钰在下杆第1阶段重心一直降低，身体下沉较多，移动了0.073 m，在下杆第2阶段重心位置几乎不变，相对于准备时刻向下0.040 m；畑冈奈纱在下杆第1阶段，重心先下降0.040 m，在下杆第2阶段重心出现上升，最终击球瞬间相对于下杆12点钟移动了0.035 m。整体上，刘钰在下杆第2阶段重心上下移动较少，且身体重心的最低点与击球点相一致，提高了击球的稳定性；反观畑冈奈纱在下杆第1阶段同样出现重心下沉，但是在下杆第2阶段出现了重心升高来提升杆头速度。