赛璐珞乒乓球与新型无缝塑料乒乓球速度和角速度对比分析

常 鸣，刘 成，桂 蓉

1 前言

速度、力量、弧线、旋转(即角速度)和落点是乒乓球的五大要素。其中速度与角速度是乒乓球五大要素中较为重要的两个因素。对于乒乓球运动来说，器材的创新与改变会对竞赛产生很多的影响。[1]国际乒联随着乒乓球运动的不断发展也在不断完善与合理改变乒乓球的竞赛规则。纵观乒乓球的整个改革历史，球体材料、体积和结构的改变对项目发展产生了重要的影响。2000年10月，国际乒联对当时的乒乓球进行了改革，将原本38mm的赛璐珞乒乓球的球体直径增大至40mm。虽然赛璐珞乒乓球具有弹性，耐油、耐水、耐酸等优点，但同时它又是高热易燃的材质，所以很多国家都将其列为禁止使用的材料之一。之后针对赛璐珞乒乓球所存在的安全隐患这一缺点，国际乒联在2011年5月的代表大会上通过了在伦敦奥运会之后全面禁用赛璐珞乒乓球的决议。[1]2014年5月落下帷幕的世乒赛中，新型塑料球(即无缝乒乓球)的首次亮相无疑也是整届比赛的亮点之一。新型塑料球的产生使整个乒乓运动的发展开启了新的篇章。新型塑料球的材质是一种绿色环保的材质。赛璐珞乒乓球的球体会有一道连接缝，而新型塑料球采用的是一种全新的工艺，整个球没有连接缝，所以又称为无缝塑料乒乓球。新型塑料球与赛璐珞乒乓球除了其材质的不同以外，最大的问题是直径的变化，新型塑料球的直径上调到40mm～40.6mm。球体体积的增大，材料工艺与直径的变化也意味着速度、角速度、弧线、落脚点等重要参数都发生了改变。

现如今，乒乓球的速度与角速度的争论依然是最为突出的矛盾。通过对一些运动员、教练员及身边乒乓球业余爱好者的走访发现，大部分人认为与赛璐珞乒乓球相比，新型塑料球存在速度较慢，角速度较弱的问题。但是经验认识与实际情况有时不一定完全一致，不少问题还有待于通过定量研究来深入认识。查阅近几年的相关文献不难发现对于新型塑料球的相关研究较多，大多数的研究较为系统。关于乒乓球速度、角速度以及其旋转特性的相关研究，国内乒乓球界从经验上和理论上已做出了一些定性分析，获得了一些规律性的认识。部分学者只是文字性的说明了新型乒乓球与赛璐珞乒乓球两者在速度与角速度方面有差异性。在2014年，有学者为了更深层次地了解新型塑料球的基本特征，对其进行了速度与角速度的影响测试。对新型塑料球的弹跳、落点准确性、击球速度与旋转等方面进行了实验分析。采用PD- 1型乒乓球动态侧转仪进行测量，并得出了赛璐珞乒乓球与新型塑料球推挡后的平动速度与拉前冲弧旋球的转速的数据，并进行了差异性分析。[1]实验结果表明新型塑料球直径的增大，对乒乓球角速度的影响大于速度的影响。虽然现有文献已经研究赛璐珞乒乓球和新型塑料球速度与角速度的平均速度与转速，但采用图像分析的方法将会使数据更精确。

本研究试图采用SkillSpector运动分析软件对赛璐珞乒乓球与新型塑料球进行速度和角速度的实验与分析，以探索赛璐珞乒乓球与新型塑料球更为精确的速度与角速度的数据并将数据进行比对，为未来进一步研究新型塑料球的性能与技战术发展提供理论依据及数据参考。

2 研究对象及方法

2.1 研究对象

赛璐珞乒乓球与新型塑料的球速度与角速度。

2.2 研究方法

2.2.1文献资料法通过中北大学图书馆、中国知网等多种途径查阅了关于乒乓运动改革、运动生物力学、统计学等相关知识的国内外文献，为问题的提出提供更多的理论依据与学术研究背景。

2.2.2访谈法对山西师范大学体育学院、中北大学的小球教研组、山西省长治市体校男队等单位的教练员、运动员、学者、教授和乒乓球爱好者进行了访谈，为研究提供更多的认知与参考。

2.2.3实验法在了解乒乓球速度与角速度的理论基础上，利用设计好的实验步骤进行实验操作。让1名乒乓球一级运动员分别使用新型塑料球和赛璐珞乒乓球进行推挡和前冲弧旋球的练习，并运用高速摄像机进行拍摄，并对拍摄采集的图片进行选择与记录。

2.2.4数理统计法运用Skill Spector运动分析软件和SPSS19.0统计软件对采集到的结果进行分析。

2.3 实验设计

2.3.1实验器材实验用球：赛璐珞乒乓球与新型塑料球；工具材料：白板笔标定后的赛璐珞乒乓球与新型塑料球、标准乒乓球桌1台。

2.3.2实验时间2016年3月18日～3月19日。

2.3.3实验地点中北大学乒乓球馆。

2.3.4仪器设备

(1)高速相机：选用MC1362面阵CMOS相机。分辨率1024×1280PPI；像元尺寸为14μm×14μm；可测试速度范围为5m/s～40m/s；角速度范围：240rad/s～720rad/s；设置相机幅率500fps，光圈f4，镜头的焦距为70mm，曝光时间为3 994μs，增益为2。

(2)桌上便携式IPONG发球机：

供球旋转：上旋球：每分钟55次；下旋球：每分钟60次。

供球频率：上旋球：55个/min；下旋球：40个/min。

供球落点：定点左半台上旋长球；定点右半台下旋长球。

(3)乒乓球球拍：亚萨卡YASAKA- YEO直板 套胶：39°红双喜狂飙3。

(4)辅助照明光源：选取Guang Bao DH- 500卤素灯。

(5)校准框架：一个长36cm、宽12cm、高24cm的长方体作为实验的校准框架。

摆设校准框架的目的有两点。第一，为后续照片的处理的准确性建立三维坐标系；第二，为了减少图片畸变带来的空间位置误差。

2.3.5实验内容

实验1：新型塑料球与赛璐珞乒乓球的击球速度实验。

实验目的：通过实验测量赛璐珞乒乓球与新型塑料球的平均速度并进行对比，找出两者之间的差异。

实验2：新型塑料球与赛璐珞乒乓球的旋转速度实验。

实验目的：通过实验测量赛璐珞乒乓球与新型塑料球的平均转速并进行对比，找出两者之间的差异。

3 研究结果与分析

采用发球机发球，现场测试的方法进行操作。校准框架长边和宽边分别和乒乓球台的两台边缘平行放置，框架最下面平面的中心大概与乒乓球落点的位置重合(如图1)。乒乓球校准框架的摆放位置，距离乒乓球台边缘为35cm，两个相机正交摆放，间距为1m，其连线距离校准框架的中心距离为297cm。之后选取1名一级水平以上的男子运动员进行赛璐珞乒乓球和新型塑料球的击球测试(受试人员为右手直板)。运动员采用推挡与前冲弧旋球的方法击球(为提高实验的准确性，采集球拍区击球的样本进行分析)，落在标定框内的球算一个数据，推挡和前冲弧旋球各采集10颗球的数据进行分析。利用高速摄像机和工控机对新型塑料球和赛璐珞乒乓球采集到的图片进行选择采集并记录(如图2)，运用SkillSpector运动分析软件对采集到的结果进行分析。

为了便于数据处理，分别选择第236幅图像和第246幅图像进行比对分析。由以上两幅图像可以看出，软件打开图像视频界面低栏的右侧分别有X，Y，Z的坐标位置。鼠标在软件主界面移动的过程中，底栏的X，Y，Z代表的坐标位置也会相应移动，而且在实验过程中我们选用的乒乓球均是符合国际乒乓球联合会标准的赛璐珞和新型材料球，因而乒乓球的大小是固定的，而软件界面的分辨率为1280×1024PPI，因此在乒乓球的运动过程中，固定大小的乒乓球所占的分辨率的大小是一定的，而坐标代表就是分辨率的位置，因此可以用像素来表示乒乓球的大小来进行相关计算。

图1 实验装置及装置摆放

图2 高速摄像机下被标定的乒乓球

图33D坐标系

通过乒乓球上面的两条正交圆周线可以读出平面图上圆直径上面两个点的坐标。第236幅图像时乒乓球直径两个端点坐标分别为(X1，Y1)，(X1，Y1)，沿平面直径上面的点定义为up1，下面的点定义为down1，因而可以计算出乒乓球中心的坐标(Xa，Ya)，定义为midpoint 1；第246幅图像时，同样选取直径两个端点的坐标(X3，Y4)、(X7，Y8)，沿平面直径上面的点定义为up2，下面的点定义为down2，此时计算出乒乓球中心的坐标为(Xb，Yb)，定义为midpoint 2。高速摄影相机拍摄乒乓球的幅率为500fps，即1秒钟拍摄500幅图像，因此，10幅图像时间间隔为20ms，可计算出x轴方向速度为

y轴方向速度为

因此合速度为

图4速度位置曲线图

3.1 速度测试数据分析

由图5和表1可以看出：赛璐珞乒乓球的速度区间为6.85m/s～7.08m/s，而新型塑料球的速度区间主要在6.87m/s～7.04m/s。新型塑料球的速度比赛璐珞乒乓球的速度有所降低，新型塑料乒乓球的平动速度相比赛璐珞乒乓球减少了约1.87% ，经检验P>0.05，速度下降不显著。

通过对图波动的分析可以看出，新型塑料球在稳定性(即变动的幅度方面)方面更优于赛璐璐乒乓球。由此可知，新型塑料球与赛璐璐乒乓球在速度方面的变化不明显，但是在稳定性方面，新型塑料球却得到了增强。

图5 赛璐珞乒乓球与新型塑料球的速度统计图

3.2 转速测试数据分析

由表2和图6可以看出：测试采用的赛璐珞乒乓球的角速度区间为126r/s～129r/s，而测试用的新型塑料球的角速度区间主要在122r/s～124r/s。赛璐珞乒乓球的角速度要明显高于新型塑料球的角速度。赛璐珞乒乓球拉前冲弧圈的平均角速度为 128.34 r/s，无缝塑料乒乓球拉前冲弧圈的平均角速度为 121.92r/s，减缓了约6.42%。结果显示存在显著性差异(P<0.05)。

表2 前冲弧旋球数据统计表

图6赛璐珞乒乓球与新型塑料球的角速度统计图

4 结论及建议

实验结果表明，新型塑料乒乓球的更替使运动员击球时的速度和角速度都发生了变化：在不同程度上都有所下降，其中速度变化不明显、角速度所受到的影响较大。因此，运动员和教练员在日常训练和技战术安排过程中，要针对此改变进行合理的训练安排。首先注意器材的改变所带来的心理上的影响，根据新球的特征结合自身的打法，找到合理的应对方法；其次是加强自身的体能训练，针对性地进行训练并合理安排技战术。比如采用增强下肢的蹬转力量训练、增强躯干的扭转训练等核心力量集中训练的方法。

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