对乒乓球运动员合法发球研究方法的改进

刘国兵



对乒乓球运动员合法发球研究方法的改进

刘国兵

通过文献资料调研、专家访谈、运动学参数测量等方法，在继承前人研究的基础上，对其研究方法进行了改进和创新。1)对合法发球相关裁判法知识进行了更新。2)测试方法的改进。以往的研究是在赛场看台上拍摄或是收集电视转播的画面，采集频率是常速。本研究提出，在赛场内运用高速摄像机对比赛进行高速拍摄。3)计算方法的改进。运用Dartfish分析软件代替以往手工计算的方法。研究方法能够更加客观地反映运动员发球的实际状况，并在国家队队内比赛中检验了其效果，实践证明方法可行，并得到了国家乒乓球队的认可。

乒乓球；发球；合法性；研究方法

1 前言

2012年伦敦奥运会乒乓球女子单打决赛丁宁对李晓霞的比赛中，丁宁的发球被意大利籍主裁判失3分，又因其难以接受判罚，在比赛中哭泣而无法进行正常的比赛，先后被判延误比赛黄牌警告和红黄牌判失1分，即在决赛中，丁宁总计被判失4分。一般高水平运动员会有两套以上的发球，每一套发球都要具备相关的技、战术组合。丁宁的3套发球全部被判罚，导致其技、战术组合全部遭到破坏，从而无法在比赛中实施其技、战术套路。在水平非常接近的奥运会乒乓球单打决赛中出现这种情况，相当于间接地宣判了最终的比赛结果。此事件引起很大关注，中国国家乒乓球队更加重视了对运动员发球合法性的相关研究。

以往关于运动员发球的研究是选取国际比赛中的特征画面，这种方式在测量角度上存在很大的漏洞。高水平运动员的发球动作基本保持着较强的动力定型，据此特点，本研究选取中国国家乒乓球队正式队内比赛进行测试，既能保证运动员发球动作的自然真实性又从乒乓球国际级蓝牌裁判员(乒乓球裁判员的最高级别)的专业视角进行针对性拍摄，使研究具有很强的说服力和实用价值。

以往的研究从研究的可行性、研究的角度进行过创造性的论证，本研究在测试的精确度上有了进一步的改进和提高。关于发球的研究，一般研究人员在计算角度和高度时，采用确定特征画面后，手动测量。此类研究的缺陷是初始点不能自动持续跟踪，全部需要研究人员根据经验进行采点。而本研究运用Dartfish软件能够持续跟踪抛球点，在最后一幅特征画面确立后，不用再次确立发球抛起点，最后运用软件测量抛球的角度和高度，大大减少了测量的人为误差，对发球合法性的研究方法有了进一步的创新。

新的研究方法在中国国家乒乓球男队备战2014年东京世界乒乓球锦标赛中的封闭训练中投入使用。在撰写论文的基础上，制作相关运动员发球技术动作的视频文件，供教练员、运动员观看，并提供改进建议，为中国国家乒乓球队在改进发球合法性方面提供了较大的技术支持，取得不错的效果。考虑到研究的敏感性，本研究省去运动员的名字，并对图片中的面部轮廓做了一定程度的处理。

2 研究方法

2.1 文献资料调研

查阅有关乒乓球裁判法、合法发球方面的相关文献，以及中国国家乒乓球男队历年备战大赛前的封闭训练中有关主力运动员发球合法性诊断的相关报告，开拓了本研究的视野。

2.2 专家访谈

访谈国内一流的国际级乒乓球裁判员、国际级裁判长，获取有关合法发球规则的背景知识，以及在实际操作中所遇到的多种判罚案例。

2.3 运动学参数测量

运动学参数测量的方法主要是通过比赛录像画面分析的方法，对抛球角度、高度进行分析。

2.4 对比法

用改进后的方法进行对照实验，对比新、旧方法的优劣。

3 研究结果与分析

3.1 合法发球相关裁判法知识的更新

3.1.1 有关合法发球规则的更新

研究合法发球资料的时效性在于其所依据的裁判法知识是否是国际乒乓球联合会(以下简称“国际兵联”)的有关合法发球的最新资料，其中包括规则原文和技术官员操作手册。目前，国内使用的中文版最新规则仍旧是国际乒联2011年的规则。而国际乒联在其官方网站已经公布了最新的2013年乒乓球国际竞赛规则，并在2014年3月17日发布了最新的国际官员手册，其中，均有关于合法发球规则和判罚方面的信息更新，而这种资料国内并未相应跟进。本研究对更新信息作出提炼和总结，并以此作为本研究的判罚合法发球的依据。

最新的规则明确了一点：主、副裁判员均可对违例的发球进行判罚，而原有的规则对此条例没有明确说明。在此新规则之前，在国际赛场上一般均由主裁判员对发球进行判罚，副裁判员对运动员的发球可以不作为。新规则实施后，副裁判员对运动员发球的判罚也有了很大的压力。尤其是当发球运动员背对主裁判员时，副裁判员对于运动员发球的判罚有很大的责任。新规则的实施在一定程度上说明了国际乒联加大了对运动员发球判罚的力度。

3.1.2 国际技术官员手册有关合法发球的知识更新

最新的2014年国际技术官员手册解释了合法发球规则中关于抛球“几乎垂直”的概念。

图1和图2是国际乒联最新的第15版国际官员手册中关于裁判员判罚发球的主要依据。图1中，A、D的抛球斜度必须判罚；B、C的斜度在容忍值之内。抛球的角度不能在45°之内。图2中，A弧度必须判罚；B虽然与A为同一个起点(发球开始点)和终点(拍击球点)，但B抛的路线高，所以，B为合法发球。

图 1 乒乓球发球抛球路线图

图 2 乒乓球发球运行路线图

运动员有责任让对方运动员、主裁判员或副裁判员(运动员每局的站位和发球动作不同，主、副裁判员的观测点不同)看清其发球动作的全过程。如果运动员发球的合法性在规则的容忍值的边缘，该名运动员要承担被判罚的风险。该解释是国际级乒乓球裁判员判罚运动员发球违例的主要依据之一。

3.1.3 国际乒联加大了对合法发球的管理力度

乒乓球的国际竞赛规则是形成条文的、机械的，但是裁判员们的文化背景、个人性格以及对乒乓球的理解之间的差异却是一定存在的。国际乒联为了缩小此种差异，在国际级之上又设了国际级蓝牌裁判员，只有蓝牌国际级裁判员才能执法奥运会。普通的国际级乒乓球裁判员则统称为白牌，又因为蓝牌国际级不是终身制，基本上每年都需要参加国际比赛的考核并通过才能保持蓝牌的地位。所以，在不断的考核测评中，国际级蓝牌要比一般的国际级显得更敢于判罚(如果，在考核中，对有问题的发球不判罚，对教练员的非法指导不加以管理，都将会归为考核不合格)。一般世界锦标赛是考核蓝牌的重要赛事，还有些指定的公开赛也会考蓝牌(每年在国际乒联官方网站的比赛日程安排上会注明哪些站的公开赛将有蓝牌考试)。有蓝牌考核的比赛，一般对发球的判罚要更严格。是否敢于对有疑问的发球进行判罚是考核蓝牌的重要标准之一。

奥运会虽不考核蓝牌，但是这些裁判员是国际乒联从全世界的蓝牌中选取的，一般都比较敢于判罚。所以，才会有丁宁奥运会决赛中遇到意大利女裁判Paula的极致表现。事后，裁判长并未就此事召开全体裁判员会议。由于决赛是中国队之间进行的，很多裁判员没有亲临赛场观看比赛，有的甚至可能都不知道这件事的发生。随后，Paula依然能够执裁在利物浦举办的2012年的男子乒乓球世界杯赛，这种情况在国内不可想象。正是因为国际上对敢于判罚的裁判员有这样的较为宽松的环境，所以，其他国家的裁判员们要显得比中国裁判员更敢于判罚。

总之，蓝牌国际级裁判员的级别设置在一定意义上表明了国际乒联进一步管理运动员合法发球的力度和决心。

3.2 测试方法的改进

一般对于运动员发球合法性的研究来自于比赛中该名运动员发球动作的图片，因此，图片的选择至关重要。图片上要反映几个要素：发球开始时，球是否在运动员的手掌上，而不是指根；抛球的高度；抛球的弧线；整个发球动作是否均在球台的端线以外，水平面之上；是否存在遮挡动作。合法发球的要素不止以上所列条目，还包括抛球前球是否静止在手掌上；抛球的过程中球是否在空中旋转，而这些条目并不是裁判员目测运动发球合法性的核心要素，不在研究之列。

从拍摄方法来对比两种方法的不同：图3是原来的方法——从比赛录像中截取的画面，一般对于乒乓球运动员的发球动作的研究多来自于此种资料。由图3可以看出，摄像机位较高，俯视拍摄比赛场景，在计算抛球的高度、角度等敏感指标时，难免产生误差。而且仅从这个视角不能判定运动员的整个发球过程是否均在端线以外，水平面之上。用改进的测试方法能得出图4，图4的拍摄角度为发球运动员的端线延长线，在此位置能够清晰地看清运动员的整个抛球过程是否在球台的端线之外，水平面之上；发球开始时，球是否在该名运动员的手掌上，而非指根；发球是否遮挡；图4的摄像机位与球网基本在一个水平上，从而能够较精确计算抛球的高度和抛球的角度。从而定量分析运动员的抛球是否几乎垂直，是否在发球的过程中有遮挡。新的拍摄角度能够满足对运动员发球动作合法性判定的全部核心要素的评定。

从拍摄频率来对比两种方法的不同：从电视画面中截取的视频，拍摄频率为25 fps，即1 s能捕获25张画面；本研究采用的高速摄像机XGT-BAS-1S的拍摄频率为100 fps，肉眼直观辨别也能发现，前者在慢速播放时，有明显的拖影。拖影将会导致无法辨别运动员发球时的关节角度、动作幅度，因而，在测量抛球角度、抛球高度、选取特征画面等方面更容易出现误差；而高速摄像机的拍摄频率较高，拍摄同样的发球动作能比常速摄像机获取更多的画面信息，因而，在慢速播放时能清晰地看到球在空中运行的全过程和运动员的发球全过程。比较而言，用高速摄像机对研究运动员合法发球的特征画面——运动员拍击球的瞬间画面能清晰地捕捉到。总之，用高速摄像机在选取特征画面、测量等方面减少了人工采集的误差。

图 3 一般研究中运动员发球特征画面

图 4 本研究中运动员发球特征画面

3.3 计算方法的改进

目前，国际级乒乓球裁判员判定运动员发球是否违例，最重要的指标是观测其发球是否存在遮挡，抛球的高度是否在16 cm之上，抛球是否几乎垂直。图1、图2是国际乒联培训国际级裁判员时的学习教材，是裁判员判定运动员发球是否合法的主要参考依据。但是，这种依据中，个人的判断仍然占据相当一部分作用。比如，大多数的发球违例的抛球路线在路线A和路线B之间，或者在路线C和路线D之间。这时的判罚主要依据临场裁判员的个人判断。肖丹丹等人在发球合法性的研究领域中曾做出过开拓性的探索，首次将生物力学的思想和方法引入到乒乓球合法发球的研究中来。将此前只能定性研究的合法发球首创性地引入定量研究的范畴，使此类方向的研究更加科学、可信。本研究正是基于此种思维，进一步尝试Dartfish软件在合法发球方面的应用，使合法发球的科学化研究又向前迈进一步。本研究的一部分作用是提供给中国国家乒乓球队运动员学习观看，了解不同的临场裁判员在判罚标准上会存在差异。将发球的核心指标量化，并以更科学、更严格的标准提供给教练员和运动员观看，会有更强的说服力。在随队的科技攻关中，以科学化的数据提醒运动员在容忍值边缘的发球有可能被判罚，则更为运动员和教练员所接受。

关于发球的研究，一般研究人员在计算角度和高度时，采用确定特征画面后，手动测量。此类研究的缺陷是确定抛球的起始点后，该点不能在接下来的视频画面中持续定位，即画面继续播放后，起始点在最初的画面上，而不自动存在于接下来的画面中。第2步确定抛球的最高点时，仍然需要再次确定抛球的起始点，而抛球最高点的画面中其实并不能看到抛球的起始点，只能根据研究人员的经验大致估计一个点。最后，用量角器和尺子人工测量抛球的角度和高度(图5)。

图 5 一般研究中乒乓球运动员发球抛球角度计算示意图

用Dartfish软件对抛球角度的计算：第1步，从运动员发球技术录像中找到发球开始时球自然地置于不执拍手的手掌上，并向上抛起的最后一瞬间的画面，为抛球的起始特征画面1，对乒乓球的初始位置点进行标记；第2步，找到乒乓球被抛起至最高点的画面，为特征画面2，对乒乓球的最高点位置点进行标记；第3步，用Dartfish对抛球角进行测量，即可精确测得运动员的抛球角度(图6)。

图 6 本研究测量运动员发球角度示意图

本研究采用高速摄像机采集运动员队内比赛中真实的发球动作，运用Dartfish软件进行测试和计算。首先，确定发球抛起点，并设置“持久度”指标，该软件能够持续跟踪视频。即，在此后播放的每一幅视频画面中，都自动包含最初确立的发球抛起点。接下来，确定抛球的最高点，初始点不需研究人员再次确立。此环节可以在很大程度上减小测量的人为误差值。在测量抛球的角度时，Dartfish可以自动测量两个确定点的连线和水平线的夹角的角度，从而进一步降低了人工测量的误差；在测量抛球高度时，首先是确定抛球点和球台端线上边缘的点的垂直高度，并对这条线设置“持久度”，在随后的播放画面中将一直出现该连线。第二步，同理确定抛球的最高点和端线的垂直高度。两条垂直线段的绝对值的差值就是该运动员发球的抛球高度(图7)。由于在测量中尽可能地减少了人为因素造成的误差，因而能够更为科学客观地反映出乒乓球运动员发球是否“几乎垂直”，抛球高度是否达到至少16 cm，在研究方法上是一种创新。

图 7 本研究测量运动员发球高度示意图

3.4 改进后研究方法的应用及效果

在国家乒乓球男队备战东京世界乒乓球锦标赛封闭训练中，采用新方法对正式的队内比赛发球进行采集和分析。

3.4.1 测试方法

1.测试时间和地点

2014年4月3日，中国国家乒乓球男队备战东京乒乓球世界锦标赛封闭训练正式队内比赛，厦门。

2.测试仪器

(1)2台高速摄像机，型号：XGT-BAS-1S，拍摄频率为100 fps，采集发球动作全过程；

(2)2台索尼摄像机，型号：HDR-PJ600E，拍摄频率为25 fps，配合星高钛高速录像采集系统同步拍摄；

(3)日本蝴蝶牌乒乓球台、中国红双喜三星乒乓球和被测运动员不同种类的乒乓球拍。

3.测试过程

在中国国家乒乓球队正式的队内比赛中，运用高速和常速摄像机在被测试者的正背面和球台端线主裁判员椅子的外侧各放置一台高速和常速摄像机，在球台边线延长线的角度拍摄运动员比赛中的发球全过程。根据场地光线的强弱，调整高速摄像机和常速摄像机的曝光时间等参数。

3.4.2 测试结果举例

某运动员发球时抛球角度为45°，其逆选发球的抛球高度为27.21 cm。抛球高度可以，但是抛球角度过小，很有可能被判罚，建议其改进抛球角度。

图 8 本实验测试系统安置及测试现场示意图

3.4.3 应用效果

在撰写相关的分析报告的基础上，制作主力运动员发球视频。因高速摄像机拍摄频率高于常速摄像机，能捕捉到更多的画面信息，播放效果很有说服力。数据和影像资料相结合，为中国国家乒乓球男队主力运动员发球技术的改进指明了具体的改进建议。2014年4月12日，中国国家乒乓球男队的另一场正式队内比赛中，再次跟踪测试发球动作的合法性，测试运动员的发球合法性得到了明显改观。改进的研究方法和效果得到了中国国家乒乓球队总教练刘国梁的认可。

4 结论和建议

4.1 结论

1.采用高速摄像机在拍摄角度、特征画面捕捉、测量抛球角度、高度等方面比常速摄像机有更大的优越性。

2.在分析运动员发球合法性研究时，以国际级裁判员的视角从两个角度拍摄，能够更清晰、客观地反映运动员发球的真实路线。

3.用Dartfish软件对运动员的发球动作进行测量和计算，能够大大减小人工采集和计算的误差。

4.本研究的局限性在于高速摄像机不能在赛时放在最合适的拍摄位置。在观众席拍摄有可能出现一定的视觉误差。但在特征画面选取、测量等环节依然比采用常速摄像机更为严谨；在国家队内部的针对性规范发球的研究中也有着更好的效果。

4.2 建议

1.对于中国国家乒乓球队运动员来讲，合法发球的高度要求在16 cm之上，建议其抛球高度至少在20～25 cm之上，抛球的角度至少大于60°。只有这样更严格地操作，才能尽可能地降低中国运动员在国际比赛中发球被判分的风险。

2.为了在国际赛场上规避发球被判的风险，建议中国国家乒乓球队对运动员发球规范性的检验采用高速摄像机，并用Dartfish进行测量和计算，撰写有数据、有画面的分析报告。之后，制作主力运动员发球的完整视频。用两种方式互为补充，能够有力说服运动员修正其发球动作。

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Improvement on the Research Methods of Correct Service for Table Tennis Players

LIU Guo-bing

Through using the method of literature review,expert interview and kinematics parameter measurement and comparison,on the basis of predecessor’s study on the research of table tennis player's correct service,this paper makes improvement and innovation on research methods.1) Knowledge of correct service related judging rule was updated;2) The improvement of testing method.Previous research in the game is a collection of television broadcast and shooting from the stands,sampling frequency is constant speed.3) Improvement of calculation method.Using Dartfish analysis software instead of manual calculation.This study shows that this method can better reflect the actual status of athletes’ service scientifically and objectively,and its effectiveness have been tested in the national table tennis team matches.Practice has proved that the method was feasible and obtained the national table tennis head coach LIU Guo-liang recognition.

tabletennis;serve;logitimary;researchmethal

1002-9826(2015)01-0055-05

2014-04-08；

2014-12-12

刘国兵(1977-)，男，新疆人，讲师，硕士，主要研究方向为乒乓球训练与竞赛，E-mail:liuguobin@bjmu.edu.cn。

北京大学 医学部，北京 100191 Peking Univercity Health Science Center,Beijing 100191,China.

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