专家运动员视觉运动追踪特征的差异：调节变量的潜在作用

孙金月

（上海体育学院，上海 200438）

视觉运动追踪是个体获取外界信息的重要方式，是指个体在面对客观运动的物体时采用一系列短暂的视觉定位，通过快速眼跳使视觉定位点散步到物体各处收集有效信息，其实质是注意集中能力和抵抗外界干扰能力的具体表现［1-3］。 在瞬息万变的竞赛中，运动员必须集中注意力于比赛任务，通过视觉搜索提取、判断、分析视觉信息情报，排除无关信息，深度加工有利信息，形成合理优化的预判决策。自20 世纪80 年代以来，国内外运动心理学专家持续关注运动员视觉运动追踪特征，采用“专家-新手”范式或“专家-中间-新手”范式研究不同水平运动员视觉运动追踪能力的专长差异，探讨高水平运动员专长优势的视觉信息加工机制［4-9］。 大量研究证明，专家运动员决策效率显著高于新手， 其视觉运动追踪特征与新手存在显著性差异，具体表现为采用注视少且短、眼跳距离短的追踪策略［10-12］。然而该领域研究存在分歧，李安民［13］、Willams［14］、王文静［15］、解缤［16］等对不同项目不同水平运动员预判决策任务下的眼动特征进行研究，得出相反的结论。相关研究对眼动指标解读认为，注视次数和注视时间反映运动员注视客体环境的总时长，它们的乘积等于预判反应时［17］。运动员一次注视获得信息的多少称为知觉广度，知觉广度越大，越能在客体环境中获得更多的有效信息［18］。 注视时间反映运动员提取信息的难易程度，提取时间越长就意味着信息加工越困难；注视时间也反映运动员对注视内容的认知加工情况，注视时间越长，则信息加工程度越深，需要结合具体任务进行分析。眼跳距离是视觉运动追踪有效性的重要指标，眼跳距离越大，说明运动员一次注视所获得的关键信息越多。 基于以上眼动指标的解释和相关研究文献，提出假设H1：专家运动员的注视次数显著少于新手，注视时间显著短于新手，眼跳距离显著长于新手。

有效的视觉运动追踪是进行正确预判决策的前提，那么专家运动员的视觉运动追踪究竟是何特征？哪些因素造成了专家运动员的视觉运动追踪特征的差异？ 回顾以往文献，认为运动项目、目标数量、刺激材料、遮蔽方式可能是造成研究结果分歧的来源。1）运动项目：崔运坤［19］、孙文芳［20］通过元分析得出专家运动员的视觉搜索特征受到运动项目的影响调节作用。各项研究划分运动项目的方式不尽相同，Mann［21］将运动项目分为阻截、策略和其他 3 类项目，Vater［22］将运动项目划分成区域性、隔网类、击打性、格斗性和其他项目，均得出运动项目造成专家运动员注视次数和注视时间的差异性。以上对运动项目的划分存在疏漏，单纯将足篮排划分为策略类项目，乒羽网和排球划分为隔网类项目，然而运动情景决策任务眼动特征和足球防守点球、篮球罚篮的眼动特征具有差异性，乒羽网和排球运动员视觉运动追踪目标数量不同也会对眼动特征造成影响。 因此，本研究将两种划分方法结合， 将所有运动项目划分为5 种类型：区域阻截类（防守点球、篮球罚篮）、区域策略类（足球、篮球运动场景）、隔网阻截类（乒羽网）、隔网策略类（排球）和其他类（定向运动、击剑、柔道），检验运动项目对视觉运动追踪特征的调节作用。 2）目标数量：刘洋［3］根据刺激物的数量，将视觉运动追踪目标划分为单目标（防守点球、篮球罚篮、乒羽网）和多目标（运动情景下的足篮排）。 在单目标视觉追踪任务中，追踪目标缓慢、单一且平稳，运动员通过选择性注意将追踪目标从客观环境中剥离，启用平滑眼动追踪将眼动速度与目标速度维持一致［23-25］。 在多目标视觉追踪任务中，目标信息含量丰富且复杂，需要运动员对于目标的身份特征、空间位置、运动速度、运动轨迹进行加工，当追踪目标的速度或轨迹突然转变，运动员的眼动速度则明显慢于目标速度，要求运动员匹配追赶性眼跳进行补偿［26］。 3）刺激材料：主要有二维静态（图片）、二维动态（视频）和三维动态（现实场景）3 种形式。 刺激材料生态学效度一直是心理学家关注的问题。Johansson［27］认为图片具有运动信息的基本内容，能够被运动员用来进行视觉信息加工及预判决策；而Tayler［28］认为图片的呈现阻断了运动信息的完整性，无法展现运动情景的动态属性， 严重影响运动员真实的眼动特征。录像视频在视觉信息的呈现形式上无法使材料呈现1：1 的画面，生态学效度仍然较低。 章建成［29］、王丽岩［30］、Marcus［31］采用现实场景和实验室场景材料对不同水平运动员的眼动特征进行比较，得出运动员在现实场景下表现出更加经济简洁的搜索策略。4）遮蔽方式：包括3 完整法（无遮蔽）、时间遮蔽和空间遮蔽3 种。 完整法保证了信息的完整性，运动员根据自身自身认知情况控制目标信息的呈现量；时间遮蔽是指追踪目标在运动过程中的某个时间点突然停止，以研究运动员的时间知觉优势；空间遮蔽是指追踪目标运动过程中，对追踪目标的某个部位或整体进行遮蔽，探讨运动员的空间知觉预判优势。 不同遮蔽方式提供的信息量不同， 其中完整法的信息量最为完整，时间遮蔽导致运动情景的时间序列信息丢失，空间遮蔽导致追踪目标的空间特征不完整，所以运动员视觉系统对信息的提取加工存在差异［3，19，31］。 基于以上理论，提出假设 H2：专家运动员的注视次数、注视时间和眼跳距离受到运动项目、目标数量、刺激材料、遮蔽方式的调节作用。

上述研究结果的分歧限制了运动专长领域知觉预测理论的发展， 限制了该领域专家运动员视觉运动追踪能力的剂量——效应证据积累，不利于该研究在运动员选材、运动训练与监控的推广与发展。 所以亟需对该领域研究结果进行整合分析，鉴于此，本文梳理国内外专家运动员视觉运动追踪能力特征的各项研究， 采用元分析方法对各项研究的眼动指标进行合并分析，探讨调节变量对运动员视觉运动追踪的影响，为该领域的研究提供新思路和新方法。

1 研究方法

1.1 文献检索

采用中英文检索方式进行检索。 中文文献检索：采用高级检索形式，以“视觉搜索”或“视觉运动追踪”或“眼动”并含“运动员”为检索主题词在中国知网进行检索，检索年限为数据库建立至2019 年8 月，共检索出293 篇中文文献；英文文献检索：以“visual search”“ eye movement”“eye tracking”“gaze feature”并含“athlete”“player”为主题词进行检索，检索数据库为 Web of Science、EBSCO、PsychINFO，共检索出 227 篇文献。

1.2 文献纳入与排除

纳入标准：1）原始研究为运动员眼动实验研究；2）专家需为二级运动员以上水平，新手为非运动员；3）结局变量包括注视次数、注视时间、眼跳距离3 项眼动指标的任意一个、部分或全部；4）文献详细报告了实验数据，包含专家组和新手组的样本量以及各项指标的平均值、标准差。 排除标准：1）会议摘要、综述类文献；2）重复发表；3）实验未划分专家水平，且被试为非运动员；4）实验数据不完整，无法进行合并分析。 具体文献筛选过程见图1。

图1 文献筛选流程图

1.3 文献质量评估

眼动研究按照运动员的等级或训练年限将运动员分为专家和新手两个水平，为非随机对照实验研究，因此本研究采用非随机试验性研究的方法学质量评价工具——MINORS量表［32］（满分为 24 分）对纳入的 37 篇文献从 12 个条目进行评价，评价结果显示文献质量总体较高，适合进行元分析。 文献评估结果见表1。

1.4 纳入文献特征

元分析总共纳入38 篇文献，其中中文文献24 篇，英文文献14 篇，共纳入495 名专家运动员和558 名新手的眼动追踪指标的数据。 对运动项目、目标类型、刺激材料、遮蔽方式进行编码，编码结果见表1。

表1 元分析纳入文献的基本特征及方法学质量评估结果

1.5 统计学方法

按照编码格式录入Excel 表格， 后以.xls 格式导入Stata12.0 软件，采用Meta-analysis 模块进行统计分析。 通过异质性检验结果选择合并效应模型； 通过Egger 回归判断是否存在发表偏倚；通过亚组分析检验运动项目、目标数量、刺激材料、遮蔽方式对眼动指标的调节作用。采用Q 检验确定研究间异质性，p＞0.1，I2＜50%，可认为多个同类研究具有同质性，选用固定效应模式进行分析；若p＜0.1，I2≥50%，可认为多个同类研究具有异质性，则选择随机效应模型进行分析［64-65］。

2 研究结果

2.1 主效应检验

异质性是指纳入元分析各项研究效应量的变异程度。 采用Q 和I2统计量监测是否存在异质性， 结果显示3 项结局变量的各项研究间存在异质性（p＜0.1，I2＞50%），采用随机效应模型进行主效应检验。 表2 主效应检验结果显示：注视次数Z=3.64，p＜0.001，SMD=-0.956，95%CI=［-1.471，-0.441］， 专家运动员的注视次数显著少于新手；注视时间（Z=0.27，p=0.785）和眼跳距离（Z=1.29，p=0.198）效应量不显著，说明专家运动员和新手之间注视时间和眼跳距离不存在显著性差异， 研究假设H1注视次数变量得到支持。另外，I2值在75～100%范围内即认为存在很大异质性［66-67］，而注视次数、注视时间和眼跳距离的I2值分别为87.7%、87.1%、90.5%， 说明可能存在调节变量的潜在作用，亟需对此进行检验。

元分析结果的可靠程度取决于纳入研究间是否存在发表偏倚。 采用Egger 回归对结局变量的发表偏倚情况进行分析，以标准化的效应量为Y 变量，以效应估计量的精确性为X 变量，构建线性回归方程，回归方程的截距为偏移量，其越接近0，说明存在发表偏倚的情况就越小，若p＞0.01 则说明不存在发表偏倚［20，68］。表 2 显示：注视次数、注视时间和眼跳距离均不存在发表偏倚（p＞0.01），说明元分析结果相对可靠。

2.2 调节变量的调节效应检验

2.2.1 调节变量对注视次数的调节作用

表3 显示：运动项目对注视次数的调节作用显著，其中区域阻截类（Z=2.05，p=0.040）和隔网策略类（Z=2.66，p=0.008）项目的合并效应量显著大于区域策略类、 隔网阻截类和其他类项目（Z＜2.00，p＞0.05），说明区域阻截类和隔网策略类项目专家运动员的注视次数显著少于新手，而区域策略类、隔网阻截类和其他类项目专家和新手之间无显著性差异； 目标数量对注视次数的调节作用不显著， 单目标追踪和多目标追踪专家运动员的注视次数均显著少于新手； 刺激材料对注视次数的调节作用显著，其中二维静态刺激材料（Z=2.82，p=0.005）和三维动态刺激材料（Z=2.02，p=0.044）的合并效应量显著大于二维动态刺激材料（Z=1.74，p=0.082），说明二维静态刺激材料和三维动态刺激材料专家运动员的注视次数显著少于新手，而二维动态刺激材料专家和新手之间无显著性差异； 遮蔽方式对注视次数的调节作用显著，完整法（Z=4.33，p＜0.001）的合并效应量显著大于空间遮蔽（Z=0.91，p=0.363）和时间遮蔽（Z=0.98，p=0.326）， 说明完整法专家运动员的注视次数显著少于新手，而空间遮蔽和时间遮蔽专家和新手之间无显著性差异。研究假设H2部分获得支持。

表3 调节变量对注视次数的调节效应检验

2.2.2 调节变量对注视时间的调节作用

表4 显示：运动项目对注视时间的调节作用显著，其中区域策略类项目（Z=2.24，p=0.025）的合并效应量显著大于区域阻截类、隔网阻截类、隔网策略类和其他类项目（Z＜2.00，p＞0.05）， 说明区域策略类项目专家运动员的注视时间显著短于新手，而区域阻截类、隔网阻截类、隔网策略类和其他类项目专家和新手之间无显著性差异；目标数量、刺激材料和遮蔽方式对注视时间的调节作用不显著， 专家和新手在注视时间上均不存在显著性差异。 研究假设H2部分获得支持。

表4 调节变量对注视时间的调节效应检验

表2-1 注视次数、注视时间和眼跳距离的异质性检验和主效应检验

表2-2 Egger 线性回归检验结果

2.2.3 调节变量对眼跳距离的调节作用

表5 显示：运动项目对眼跳距离的调节作用显著，其中隔网阻截类项目（Z=3.06，p=0.002）的合并效应量显著大于区域策略类、隔网策略类和其他类项目（Z＜2.00，p＞0.05），说明隔网阻截类项目专家运动员的眼跳距离显著短于新手， 而区域策略类、 隔网策略类和其他类项目专家和新手之间无显著性差异；目标数量、刺激材料、遮蔽方式对眼跳距离的调节作用不显著，专家和新手在眼跳距离上均不存在显著性差异。 研究假设H2部分获得支持。

表5 调节变量对眼跳距离的调节效应检验

3 讨论与分析

3.1 专家运动员视觉运动追踪能力特征

专家运动员预判反应时快、 决策正确率高的知觉预测优势，与其高效简洁的眼动搜索策略密不可分［69-70］。 本研究采用元分析的方法， 对国内外运动员视觉运动追踪的相关研究进行量化综述，研究结果显示：专家运动员的注视次数显著少于新手，而在注视时间和眼跳距离上不存在显著性差异，研究假设H1部分获得支持。

在注视次数上， 专家运动员采用较少的注视便能够完成对场景信息的录入、关键信息的提取和深层信息的加工。 崔运坤［19］、孙文芳［20］等学者研究认为注视次数为大效应，表明专家和新手之间存在显著性差异，而本研究验证了这一点。 注视次数反映了运动员对场景信息加工的分析情况以及场景信息的提取加工难度。专家运动员相对于新手组能够较容易能够较容易定位关键信息并对其进行追踪，在较短时间内完成有关信息的提取加工处理，具有更高的视觉搜索效率。 有研究认为随着运动水平增高，运动员的注视次数就越少［38，43，46］。 研究认为，水平越高的运动员参与重大比赛的机会越多，在长期比赛过程中累积丰富的专项认知理论与实践经验，形成认知优势，可以引导自身对“看哪里”和“何时看”进行有效把控［71］。 实际运动中，复杂多变的信息不断进入运动员视野范围，而专家运动员依靠认知优势有效识别关键信息，因此减少了注视次数［20，72］。

在注视时间上，专家和新手不存在显著性差异，驳回专家运动员采用更短注视时间的视觉搜索策略的研究假设， 验证了孙文芳［20］等人研究结果。 注视时间的长短反映运动员对注视内容的认知加工情况， 注视时间越长， 则信息加工程度越深，专家运动员为提高决策准确率，会采用较长注视时间［73-74］。Jafarzadehpur［75］、Mann［21］、朱瑜［33］研究认为专家运动员的注 视时间显著长于新手；而解缤［16］重新解释注视时间的含义，认为注视时间反映了运动员对场景信息的提取加工难度。 专家运动员能够在极少个注视点间找出关键信息， 也体现了专家运动员的知觉预测优势。 在眼跳距离上，专家和新手不存在显著性差异， 驳回专家运动员眼跳距离短的视觉搜索策略的研究假设。 眼跳距离反映了信息提取情况，眼跳距离越大，说明运动员一次注视所获取的信息量越丰富， 视觉信息加工效率越高。 廖彦罡［34］、王恒［36］、付全［42］对排球、篮球不同水平运动员的视觉搜索差异进行分析， 认为专家运动员的眼跳距离显著长于新手。 刘阳［37］认为专家运动员采用缩短眼跳距离的手段将注视维持在关键信息上， 能够在决策前阶段完成对场景的预测和推演，无需对采用更大的眼跳去进行验证。

3.2 调节变量对运动员视觉运动追踪特征的影响

调节效应检验结果显示： 运动项目对3 项结局变量的调节效应显著； 刺激材料和遮蔽方式对注视次数的调节作用显著，对注视时间和眼跳距离的调节作用不显著；目标数量的调节作用不显著，研究假设H2部分获得支持。

3.2.1 运动项目影响运动员的视觉运动追踪特征

区域阻截类和隔网策略类项目专家运动员的注视次数显著少于新手。 区域阻截类和隔网策略类项目多为快速反应类项目， 需要运动员在非常有限的时间内完成足球防守点球任务或者判断排球发球方式、扣球落点、拦网特征。 专家运动员在高压环境下需要完成高效的预判决策， 通过采取较少的注视完成对关键信息的采集与加工， 而这种差异的来源恰恰是来源于基础相关记忆系统中的专项理论与经验， 引导视觉系统对目标信息进行有效追踪， 而新手基础相关记忆系统中相对缺乏运动场景，视觉搜索的注视点散乱［76］。 同为对时间限制要求较高的隔网阻截类项目（乒羽网）为何不具有这种显著性差异？ 研究认为，小球类项目隐蔽性较强，发球方式、持拍手型、击球力度和旋转特征复杂多样，为保证知觉预测效率，运动员需要运动员投入更多注意。 区域策略类项目专家运动员的注视时间显著短于新手。 区域策略类项目具有进攻节奏快、攻守转换速度快、场景信息复杂多变的特征，要求运动员不仅对双方球员、球等显性信息进行判断加工，还要对撕扯变化的空当等隐性信息进行预测。 专家运动员面对复杂变化的场景信息则采用较多的注视次数对不同区域的信息进行搜索，通过选择性注意筛选关键信息， 在较多注视次数的基础之上缩短每次注视的时间，以提高决策速度［77］。 隔网阻截类专家运动员的眼跳距离显著短于新手， 乒羽网等小球类运动项目运动员所面临的时间压迫感最高，同时该类项目关键信息点集中，运动员需要对其进行深度加工，不需要采取较大的眼跳。

3.2.2 刺激材料、遮蔽方式影响运动员的注视次数

刺激材料对注视次数具有显著性调节作用， 且二维静态刺激材料和三维动态刺激材料下专家运动员的注视次数显著少于新手。 该研究结果与孙文芳［20］、崔运坤［78］、Mann［21］的研究结果有共性之处，认为在图片的刺激下，专家运动员采用更少的注视次数， 而上述研究认为真实场景下专家和新手的注视次数无显著性差异， 本研究对此产生质疑， 而与王丽岩［30］、Marcus［31］的研究结果一致。 研究认为，图片可获得的信息量较少， 发生信息干扰的可能性小， 专家运动员能够利用认知优势，仅用较小的注视次数便能够获取关键信息；而视频信息量丰富，追踪目标复杂多变，需要依靠较多的注视对追踪目标进行加工［4，78］。 有学者指出，图片和视频并不能反映运动员在真实运动中的反应， 在整体上不能反映真实运动情景的动力学特征［79-81］。 真实运动场景生态学效度更高，运动情景与大脑中的模式匹配度较高， 所以运动员获得视觉关键信息的效率更高，信息加工时间较快；而视频生态学效度相对较低，存在信息缺失的情况， 运动员需要采用较多的注视对运动场景预演加工，以保证高效的运动决策。

遮蔽方式对注视次数具有显著的调节作用， 且完整法专家运动员的注视次数显著少于新手。 不同遮蔽方式提供的信息量存在差异，其中完整法所提供的信息量最为丰富，运动员视觉加工的来源清晰。 空间遮蔽对运动场景中某一关键信息或整个运动场景进行遮蔽，阻断了运动的连贯性和完整性，存在信息遗漏的可能。 Williams 和 Davids［82］发现空间遮蔽对运动员的视觉搜索特征影响较大， 专家运动员需采用更多注视实现遮蔽信息的辨认和加工。 时间遮蔽阻断了运动场景的时间序列信息， 使运动员需要较多注视对运动情景进行心理推演［4，31］。 Williams［82］、王树明［83］认为不同时间点遮蔽造成了信息的阻断，造成了运动员各项眼动指标的差异性。

4 小结

运用元分析法对专家运动员的视觉运动追踪特征进行探讨，并进一步分析运动项目、目标数量、刺激材料和遮蔽方式对运动员视觉运动追踪能力的影响。 研究显示：专家运动员的视觉运动追踪特征存在显著性差异， 具体表现为专家运动员采用较少的注视次数对刺激信息进行录入、提取和加工，而在注视时间和眼跳距离上专家和新手无显著性差异。 运动项目对注视次数、注视时间和眼跳距离均具有显著的调节作用；刺激材料和遮蔽方式对注视次数具有显著的调节作用； 追踪目标数量的调节作用不显著。 后续研究可以将注视次数可以作为衡量专家和新手视觉运动追踪差异的重要指标， 可以作为运动员选材、训练监控的重要指标；期望加大对注视时间和眼跳距离指标的讨论， 并选取其他结局变量和调节变量进一步探讨专家运动员的视觉运动追踪特征。