运动生物力学研究方法现状与简明运动生物力学书名对比

1.理论研究方法

运动生物力学理论研究方法的关键是建立人体运动的力学模型。理论研究方法主要是探索人体运动的规律,它的研究对象、研究目的、研究方法和研究成果均不同于实验方法。理论研究方法的研究对象是抽象的人体模型,目的是揭示运动的规律,核心是经典的数学力学的推导运算,结论是揭示运动的内在机理。人体运动的数学模型法是理论研究方法中常用的主要方法。20世纪80年代后,数学模型法有了许多新的突破和进展,近年来随着计算机仿真研究方法的推广应用,我国体育科学研究及运动训练的数字化程度得到了全面提升,逐渐改变了体育科学研究与训练的模式。一些人体肌肉骨骼仿真运动理想模型的研究也成为目前运动生物力学的热点,借助目前流行的运动标记点捕捉系统(如VICON、MOTION等红外捕捉系统)提供的三维运动学数据,转换成不同仿真系统数据,继而转化成不同的数学模型,模拟运动神经肌肉系统的协调工作,为期望的研究目的服务。Kim Nolte等运用LifeModeler研发有模拟三维人体胸椎训练器,并对安全性和有效性进行了研究,LinYi-Chung等利用三维跟踪捕捉技术,采用OpenSim-MATLAB交互平台,实现模拟计算12个环节66块肌肉最佳动态人体运动模式的研究,如研究人体最佳运动模式等的模拟仿真模型的研究。模拟仿真系统的不断升级对人体神经、肌肉、骨骼等的模型越来越真实,不同仿真模型系统的研究存在差异,OpenSim已经从2015年的1.0升级为2017年的4.0,这些开放模拟仿真系统都会影响研究的结果。

目前,运动生物力学主要研究人体内部运动器系和表现于外部的人体整体机械运动特征。为了便于研究,运动生物力学理论研究方法的关键是建立人体运动的模型来描述运动。大体有两种方法:第一种方法是人体系统仿真研究方法,其代表人物是南非的力学专家Haze;第二种方法是应用多刚体系统动力学理论建立人体力学模型,代表人物是美国的力学专家Kane。在运动生物力学研究中,大多数力学系统的运动都受牛顿运动定律控制,建立的模型都是牛顿经典力学系统的数学形式。但牛顿力学对活体显然是不适合或不完全适合的,这已被理论或实践所证实。牛顿力学对肌肉、骨骼、关节系统的力学特征以及在解决人体运动器系和整体运动之间的因果关系、把握人体运动行为生物力学规律的体质方面还有一定的困难。模型建构是指对数学力学分析所研究的问题进行的模型建构。建构模型的基本标准是代表性、简单性和实效性。模型按其功能可分3个层次:描述性模型、解释性模型和预测性模型。数学模型目前有:①Hanavan的人体测量数学模型;②Santschiw L等的环节集合分布模型;③Zatsiorsky的数学模型;④中国人体模型;⑤人体二维转动惯量数学模型。(www.xing528.com)

2.实验研究方法

比较成熟的测量方法有两种:一种是在实验室条件下,采用各种类型的测力计和先进的多功能肌力测量系统,对与运动有关的主要肌群进行定量测量,此法可简称为“实验室测量法”;另一种是在运动场上通过训练器械或反映运动员专项力量的训练手段,测定运动员的专项力量训练水平,此法可称为“运动测量法”。实验研究方法与理论研究方法相比,前者略显成熟,它主要有以下特点:①在检测手段上随着工程技术的进步,手段越来越多样化。从“传统”的摄影摄像技术发展到三维立体摄影摄像,已经能更精确地反映事物的运动特征,许多新的现代化技术装备也被应用到运动生物力学研究上,如激光瞄准测试分析系统、爱捷运动图像分析系统、六维测力平台SAEMS-T、四导遥测肌电仪、万能材料试验机等。②实验室测量方法与运动场测量方法相结合。例如,为研究自行车运动员前面风力的变化情况,研究人员运用3-D扫描、风洞实验与计算机液体模拟三者结合的综合性研究方法,大大提高了研究的精度与可靠性。三轴运动传感器的应用,为正确描述运动器械的运动轨迹提供了可能。