运动生物力学中确定性模型的应用探究

□李正宜（河南大学体育学院河南开封475000）

运动生物力学中确定性模型的应用探究

□李正宜（河南大学体育学院河南开封475000）

对于确定性模型来说，主要指的是不涵盖任何随机成分的一类模型。确定性模型属于一类建模范式，能够对运动项目测量结构与对应测量结果的生物力学因素之间的关系加以明确。本文在分析确定性模型的界定及运动表现的基础上，进一步对运动生物力学中确定性模型的应用进行探究，希望以此为相关研究的完善提供有效凭据。

运动生物力学确定性模型应用

进入21世纪以来，计算机技术及通信传感等技术发展迅速，这些技术的迅速发展使运动生物力学数据的采集更具方便性及快捷性。我国对运动生物力学作出了许多研究，但是与国外比较起来还存在较为明显的差距，主要是因为我国对运动生物力学方面的研究仅停留在理论层面上，实践研究环节薄弱。由于确定性模型能够为生物力学研究报告中实验误差率的控制及理解提供有效便利，因此本文对“运动生物力学中确定性模型的应用”展开讨论具有较为深远的意义。

1、确定性模型的界定

对于确定性模型来说，在数学领域中，则是由给出的函数关系所确定的，能够借助各类手段完成求解，将函数解的模型寻找出来，便属于确定性数学模型。对于确定性模型来说，主要指的是不涵盖别的随机成分的模型，只需将输入及各个输入间维系的关系进行设置，那么它的输出也可以加以明确，和实验的次数是不存在相关性的。将铅球作为例子，通过对投掷远度进行测量，能够将其成绩求解出来。将铅球质视为一个点，以力学原理为依据，铅球质点飞行距离的运算公式如下：

S＝VoVoSin2α/g

其中，铅球飞行距离（S），即为远度；铅球出手初速度（Vo）；铅球出手角度（α）；重力加速度（g）。

将α设为固定值，那么Vo便决定了S，Vo越大，那么S便越大。世界优秀铅球运动员的出手角度通常维持在38°至42°之间。所以，α值的变化范围是能够确定的。因此，Vo与α决定了S。

2、确定性模型与运动表现分析

对于运动表现分析来说，主要涵盖了两方面的内容：其一为标注分析，其二为运动技术分析。通常情况下，对运动表现进行分析，通常适用结构化模式。运动表现分析主要有三类方法，即为半定量分析、定量分析以及定性分析。各类分析间并无显著界定。在通常情况下，大多数研究者将把把半定量分析归为定量分析的领域。下面重点对这三类分析方法进行论述：

2.1、半定量分析

在运动生物力学当中，半定量分析通常要比标注分析多，主要对动作的数量加以关注，同时关注在运动表面所产生的不同动作，还包括了运动员动作及位置的结合。

2.2、定量分析

基于运动生物力学当中，对于定量分析来说，通常是对所获取的详细运动学及其参数进行量化，当然量化需要以动作关键特征为依据，对于定义优化的表现参数来说，主要所用到的方法为模型化方法，比如统计模型及计算机仿真模型等，利用这些模型对运动表现进行分析过程中，通过对目前运动表现和标准化运动表现之间的差异进行对比，进一步优化当前运动表现。

2.3、定性分析

对于运动生物力学当中的定性分析来说，主要在于观察，例如对运动技术进行观察，进一步作出评价，评价过程侧重技术的正确性，并找出错误，进而加以纠正。定性分析遵循“准备——观察——评价及诊断——干预”循序渐进的模式。在上述步骤当中，准备阶段属于起始阶段，也属于基础阶段。主要对运动表现相关影响特征完成鉴别。要想实现对运动技术细节进行定性分析，通常会使用到两类模型，一类为层次模型，还有一类为确定性模型。对于确定性模型来说，能够从更深的层次中对定性生物力学的内容进行考量，进而对对表现结果造成影响的相关因素加以辨识，在和支撑运动的生物力学理论原则构建联系的基础上，确定性模型便能够使定性分析中的一些缺陷实现有效避免。基于运动表现分析过程中，通产把定性分析与确定性模型相融合，然后投入适用，以此使运动表现分析效果得到有效增强。

3、运动生物力学中确定性模型的应用探究

以确定性模型在应用过程中所遵循的基本原则为基础，有国外学者针对跳远这一运动项目的运动表现进行了实质性的分析。（1）第一步：对表现标准进行定义为确定性建模的初始步骤，在跳远项目当中则称之为跳远距离。（2）第二步：细分表现标准，跳远距离可细分为三点，即为起跳距离、腾空距离与落地距离。（3）第三步：对运动表现造成影响的关键特征加以明确，同时做好影响相关距离的关键特征的分析工作。基于三大距离当中，最为主要的是腾空那个距离，属于运动员基于空中质心水平距离，相关影响因素诸多，如起跳高度、角度及速度等，这些因素均是由起跳的水平速度及垂直速度及角度所决定的。如图1，为腾空阶段确定性模型。

图1 腾空阶段确定性模型

对于起跳水平速度来说，存在具备触板情况下水平速度，同时还包括损失于板上的水平速度。其中，损失于板上的水平速度能够借助“功—能”关系得到。对于“功”来说，主要表现为平均力与力矩的乘积，属于跳远运动员力学能量的根本性变化。主要与运动员两方面存在密切关系：其一为运动员的体重；其二为运动员速度变化。确定性模型的确定需要具备的相关内容诸多，如最小化平均水平约束力及最大化平均水平加速度等。对于起跳的垂直速度来说，是较为简单的，现将触板情况下的初始垂直速度设为O，基于垂直方向会受到加速的影响，由于确定性模型构建之前有冗余存在，因此需要将冗余消除，以此使模型更加清楚，同时将对跳远身体动作造成影响的关键特征获取出来。

对于起跳距离＝起跳时运动员质心的距离－起跳板至起跳板前沿的距离。上述两个距离可以通过测量求解出来。在起跳的情况下，质心处于脚前，起跳脚需靠近踏跳板，在此状况下，便需要合理地对助跑速度进行控制，如图2所示，为起跳距离确定性模型。

图2 起跳距离确定性模型

4、结语

通过本课题的探究，认识到运动表现分析主要有三类方法，即为半定量分析、定量分析以及定性分析。对于运动生物力学确定性模型来说，能够使定性分析得到有效提升，为了使学者对运动生物力学理论及原则的兴趣得到有效提升，在确定性模型研究过程中，进行定性分析确定性模型与其他模型对比便有着实质性的作用。基于整体层面而言，确定性模型在运动生物力学中应用价值显著，业内人士需对其进行“理论＋实践”研究，进一步为运动生物力学的发展奠定坚实的基础。

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