基于Vicon三维运动捕捉系统对三人制篮球运动员投篮训练的效能分析

文 / 李云镔，郝玮，徐川傲

1 前言

三人制篮球是一项基于篮球发展出的全新的运动项目。与五人制篮球相比，三人制篮球具有组织更容易，人员和场地数量限制更少，规则更加精细灵活的特点，因此深受各国各级水平的篮球参与者的喜爱。2021年东京奥运会首次举办了奥运会三人制篮球比赛，在此之前，2021年中国第十四届全国运动会中，也首次将三人制篮球比赛列入正式比赛项目，由此可见三人制篮球运动已经迅速发展成为了一个新的世界级运动项目。

三人制篮球运动相对于五人制篮球，有着对抗性更强，攻防速度更快，动作精细度要求更高，远投性价比更高等特点，而投篮动作的优劣直接影响着投篮命中率的高低。本研究从投篮姿势入手，采用Vicon三维运动捕捉系统，该系统可以通过9台高速相机，将运动员的投篮动作捕捉并且建模，形成数字化具象模型，结合命中率分析出该名球员的最优投篮动作(习惯)；在运动员每天练习过程中通过精细化的分析、监控运动员投篮练习的训练效能，尝试优化三人制篮球运动员日常投篮训练效能，从而提升三人制篮球员的投篮能力及整体竞技水平，为我国三人制篮球运动员在今后的比赛提供训练指导，也为今后我国三人制篮球对参加重要赛事备战过程中精细化训练监控提供理论依据。

2 研究对象方法及方法

2.1 研究对象

本实验以4名参加全运会三人制篮球比赛的现役球员为研究对象。所有实验对象均为篮球一级运动员及以上，运动员平均年龄为27.3±1.78，平均运动年限为14±1.58。随机分为实验组及对照组。

姓名 年龄 身高 体重 运动年限 组别徐＊＊ 25 192 105 12 实验组游＊＊ 29 198 108 15 实验组赖＊＊ 26 186 88 13 对照组李＊＊ 29 190 90 16 对照组

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料法

本研究通过中国知网、万方数字化期刊网、西安交通大学图书馆电子资源平台等搜索文献资料，读秀网等获取外文文献资料，主要以“三维捕捉技术”、“单手肩上投篮技术”、“三人制篮球训练”、“投篮命中率”等为关键词进行搜索，收集、归纳、整理了国内外30余篇相关文献。还通过西安交通大学图书馆、西安交通大学体育中心阅览室等借阅了《运动训练学》《球类运动— 篮球》《运动生理学》《篮球运动教程》《三人制篮球》等书籍，整理并分析训练理念和方法，为实验研究打下理论基础。

2.2.2 实验法

本次实验以丰富训练手段、提高三人制篮球队员投篮水平为主旨，通过使用Vicon三维动态捕捉系统建立队员最优投篮方案设计，探究投篮训练效能，提高投篮命中率。实验选取4名现役三人制篮球队队员作为实验对象，将实验对象随机分为实验组和对照组。实验组进行模仿最有投篮动作投篮训练，对照组进行常规投篮训练，在为期4周的实验后，从实验组队员的投篮命中率、投篮出手速度的角度，结合所测得的实验数据进行分析总结。

2.2.3 数理统计法

运用独立样本T检验方法，实验组与对照组投篮命中率的差异，所有数据处理均采用SPSS 16.0统计软件处理，定义差异显著性水平为P＜0.05。

3 实验设计及实施

3.1 实验目的

目前国内三人制篮球运动员投篮训练相对缺乏科学完善的训练原则，缺乏完善的科学训练方法，训练方式具有单一性和传统性，运动员对自身投篮动作了解不足，对确定自身最优投篮动作的认知度低。本实验以三维动作捕捉系统对我国三人篮球队员的单手肩上投篮技术进行捕捉，对比命中率分析出其最优投篮动作，并以该动作为模拟对象进行为期两周的投篮练习，探索针对我国三人制篮球队员的投篮技术训练的训练效能，旨在不断完善投篮技术训练原则，丰富投篮训练方法，推广运动员确立最优投篮动作在投篮技术训练中的重要性。

3.2 实验时间及地点

实验时间：2021年6月20日下午15:00-17:00进行第一次测试，确定实验组最优投篮动作；2021年6月21日-7月10日为期3周投篮练习时间，每次投篮训练每名队员需投进200次2分远投，训练时间不少于1小时；2021年7月12日下午15:00-17:00进行第二次测试。

实验地点：初测及后测地点位于西安运动健康实验室篮球场，投篮练习地点为陕西省体育场训练中心篮球馆。

3.3 实验测试方法

采用由Oxford Metrics Group公司生产的Vicon红外高速摄影仪，在三人制篮球场地布置9台高速相机，根据三维成像使其能准确捕捉到各个Mark点。将35个Mark点贴放在4名受测运动员的头部(4个)、躯干(3个)、上肢(14个平均分布两侧)、下肢(14个平均分布两侧)，每人进行投篮测试。四名受试者测试前进行充分热身活动及充分的场地适应，等确定测试人准备完成后开始测试。

初测对实验组和对照组4名运动员分别进行2分投篮(五人制中的3分)测试，点位自选，每人投篮50次，每人测试2组作为初测数据。由三维动作捕捉系统抓取受测人的投篮动作及出手时间。测试规定采用原地单手肩上投篮，运动员旁边有专人喂球，保持喂球的连续性。

初测完成后，将实验组的投篮动作数据化，并抓取投篮出手时间，进行3D建模处理，分析其投进球的投篮动作对比不进的投篮动作，分析其投篮不稳定因素，建立三维模型，结合是否投中，在分析软件中分析出最优投篮动作。将分析出来的最优投篮动作告知实验组运动员，帮助其认识自身通过何种姿势出手投篮及常用细节动作可以获取最高的投篮命中率。将其最优投篮动作制作成3D动图，并提供给实验组队员在后期集训投篮练习中进行模仿练习，对照组队员不告知。

开始为期3周(一周7练)的集训，每天保证每名队员完成投篮专项训练，投中200次以上的2分远投，时长不少于1小时。练习过程中，实验组队员投篮时尽量模仿分析出的自己最优投篮动作来投篮，对照组队员无要求，正常自主投篮练习。

集训结束后第二次测试时间、地点、天气等外在因素尽量模拟初测情况。4名运动员分别在自己初测点位进行投篮测试，每人投篮50次，测试2组作为第二次测试数据，由三维动作捕捉系统抓取受测人的投篮动作及出手时间。

4 实验结果

4.1 实验前实验组及对照组单手肩上投篮命中率及出手时长分析

根据实验测试方法和标准，在实验开始前对实验组和对照组的4名三人制篮球队员进行2分远投测试，测试人在充分热身的情况下在圆弧线外自选位置，有专门人喂球，尽可能贴近自己常规出手的节奏下投篮50次，记录中次及出手时间，测试2组。

通过表1可以看出，几名运动员远投能力都较为出色，命中率皆高于60%，出手时长较稳定。但对于三人制篮球运动项目来说，本次测试的投篮方式强度不大，在比赛过程中的高强度防守下，应尽可能提升出手速度的同时提高低强度时的命中率，而根据第一次测试数据，各位运动员都有提升的空间。

表1 第一次测试4名运动员投篮命中率及出手时长

4.2 投篮训练后实验组及对照组单手肩上投篮命中率及出手时长分析

经过为期4周的专项投篮训练，第二次对实验组和对照组的4名三人制篮球队员进行2分远投测试，测试人在充分热身的情况下在圆弧线外自选位置，有专门人喂球，尽可能贴近自己常规出手的节奏下投篮50次，记录中次及出手时间，测试2组。

通过表2可以看出，几名三人制篮球运动员通过投篮集训，远投能力更加优异，命中率都接近70%，这在全国三人制篮球运动员中都是一个很优秀的成绩；但出手时长是一个较为常规的数据，在同级别运动员中没有优势。

表2 第二次测试4名运动员投篮命中率及出手时长

4.3 干预前后投篮命中率对比

表3 两次测试4名运动员投篮命中率对比

将实验组实验两次投篮测试测得的定量分析数据归纳整理后导入SPSS 16.0软件进行配对样本T检验，得出上表。实验组两名队员经过为期三周的“最优投篮动作”模拟投篮，命中率分别提升了8%和11%，有显著提升(P＜0.05)；对照组两名队员命中率也有所提升，都提升了5%，但提升不明显(P＞0.05)。由此可见，在告知队员自身最优投篮姿势的情况下，让队员更好的了解自己后进行投篮练习，对于三人制篮球运动员远投投篮命中率的提升效果更加明显，侧面说明投篮训练效能更高。

4.4 干预前后投篮时长对比

表4 两次测试4名运动员投篮出手速度对比

通过红外捕捉系统捕捉两组队员的出手时间，记录时间起于投篮出手前举球动作，结束于球离开手指为准。通过统计发现经过为期四周的投篮练习，仅有实验组一名球员出手速度有0.05秒的提升且提升不显著，剩余无论是对照组还是实验组队员投篮出手速度无提升。由此可见，“最优投篮动作”模拟投篮练习对于三人制篮球运动员的投篮出手速度无正相关敢于，训练效能接近于无。

5 结论

经过为期三周每天2分投篮投中200次，投篮时间不少于1小时的投篮专项训练，实验组与受试组四名三人制篮球运动员远投投篮命中率都均有不同程度的提高。实验组运动员训练前后两次测试投篮命中率提高具有显著性差异，对照组运动员训练前后两次测试投篮命中率有提高但差异性不显著；由此可见，基于“三维红外动态捕捉系统”构建的最优投篮动作训练方法对于提升三人制篮球运动员投篮命中率的训练效能更加显著。

经过投篮专项训练，实验组和受试组四名三人制篮球运动员的单手肩上投篮出手速度都没有显著提升，说明无论是最优投篮动作训练还是常规投篮训练，对于成年运动员的投篮出手速度没有很好的干预效果，对于要提高出手速度的运动员，还需寻找新的训练方法。

使用“三维红外动态捕捉系统”构建的最优投篮动作训练方法，不仅能快速有效地提高投篮命中率，还能更好的帮助运动员了解自己，更好的找的自己的投篮节奏，提升训练的积极性，同时丰富教练员训练内容和方法，提高训练的效果和效率。

6 对策

目前“红外线捕捉系统”在我国的运动训练领域应用不多，运用其软件分析出的最优投篮动作训练方法在三人制篮球训练上应用更是少之又少；对于运动员来说，对于自己习惯动作了解不足，绝大多数运动员不能直观了解到自己的最佳投篮动作和节奏。在三人制篮球投篮训练中，应加强科学训练的多样性，有效的帮助运动员了解自己的运动习惯，建立模仿机制，可以有效的提升投篮训练的训练效能。

对于成年三人制篮球运动员来说，常规的投篮训练或者模拟投篮训练可以提高投篮命中率，但对于出手速度来说提升不大；在三人制篮球运动中，因为其高强度的防守，快速的出手速度是一项重要的竞技指标。教练员与运动员应当积极探索提升出手速度的训练方法，在维持常规命中率的情况下尽可能的提升运动员在比赛中的出手速度，这样对三人制篮球队的战力提高较为有效。