摘要：采用文献资料法、逻辑分析法,对运动生物力学、研究方法及测量手段进行回顾总结。根据现代运动生物力学发展的规律与特点,对现代运动生物力学、研究方法及测量手段进行一定层次的归纳分类,简述生物力学在运动训练中的应用，并对今后运动生物力学研究方法的发展进行展望。
关键词：运动生物力学；研究方法；测量手段
前言
从二十世纪八十年代开始，我国的运动生物力学学科飞速发展，凭借研究方法和技术手段的不断进步，我国在运动生物力学许多方面的研究取得了丰硕的成果。近些年来，随着国际交流的持续增加，我国运动生物力学研究领域也渐渐和国际接轨，研究水平也有所提高。目前，运动生物力学研究中主要采用运动学、动力学、肌电等测试方法和手段对人体在进行运动时的力学问题进行探讨。由于人体运动是一个非常复杂的过程，对人体运动中力学参数的测试技术难度相当大。所以，为了确保测试的精准度与可靠性，测试时需要严格遵守测试方法的流程和要求，在提高测试精度和减少误差方面不断进行新的探索和研究。
1.运动生物力学的研究方法
1.1运动学研究方法
目前，获取人体运动过程中运动学参数的方法，主要包括摄像与影像解析（二维和三维）、红外光点运动捕捉与分析、电磁感应式运动捕捉与分析、惯性技术运动捕捉与分析等，人体运动三维摄像与解析的方法目前已广泛应用于运动员的技术分析与研究中。在这里需要指出的是：摄像及影像解析（二维和三维）一直是我国运动生物力学研究的主要测试手段。然而，影像拍摄和解析过程中的系统误差、随机误差和粗大误差仍旧是影响分析结果与结论的一大重要因素。因此，为了提高运动技术生物力学的分析水平能力，就一定要减少和校正误差。在误差分析的基础上制定拍摄和解析方案，并严格执行方案，能够有效降低二维和三维摄像与解析过程中的误差。因此，对拍摄和解析过程中的误差来源和影响误差的因素进行研究具有重要意义。例如，图像边缘处的镜头畸变误差、水下三维坐标的重构精度分析、三维跟踪扫描拍摄与解析等研究结果，为今后获得更高精度的运动学数据提供了依据和参考。除三维摄像和红外光点动作捕捉系统外，价格低廉的惯性技术动作捕捉系统也逐渐开始应用于人体运动学参数的测量研究中。惯性传感器中包括陀螺仪、加速度计、电磁传感器、数字信号处理器等，将传感器固定在肢体特定位置，可测量描述人体运动的主要参数。其优点是成本低、没有光点遮挡和丢失的问题，而且由于加速度和角速度是直接测量的，所以数据精度较好。其缺点是很难获得绝对坐标系下的数据，所得数据容易受到外界磁场干扰。目前，在我国主要应用于动画制作所需要的人体动作捕捉，近年来也开始应用于对体育动作的研究。
1.2动力学研究方法
通过力学传感器测量人体在运动中与环境或器械间的相互作用力，进而计算并分析力对人体运动的影响。在运动技术分析和运动损伤机制研究中，动力学测试有助于分析动作改变的原因和损伤危险机制，越来越受到研究者的重视。将运动中的人体运动学和动力学数据结合起来分析，可以更好地了解和揭示人体运动的生物力学机制。目前，应用于动力学参数的测量手段主要有三维测力平台、分布式足底压力测量系统、等速肌力测量系统、测力跑台、各种专用测力设备等。近年来，我国运动生物力学研究者主要应用测力平台数据对跳跃能力、落地技术、专项动作技术、人体姿态控制、平衡能力、步态等进行测量、分析和评价。需要指出的是，逆向动力学是目前研究关节力和力矩的主要方法，但误差较大。随着红外光点运动捕捉系统的应用，人体运动学数据的精度得以提高，逆向动力学数据的误差也随之降低。因此，近年来我国学者越来越多地运用测力平台和红外光点动作捕捉系统同步测量、计算和评价关节力矩和受力，进而对人体运动能力和关节损伤预防进行分析和研究。
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1.3表面肌电测试与分析方法
目前，国际主要品牌的表面肌电测试设备均已实现信号无线传输，极大提高了测试的方便程度和应用范围，越来越多地被我国研究者应用于探讨人体完成体育动作时的肌肉收缩特征。因此，采用肌电测试与分析方法对人体运动过程中的肌肉工作特征进行研究的文章有所增加。近年来，应用表面肌电研究主要集中在三个方面：一是了解和评价不同专项运动员完成动作时的肌电特征；二是对比不同训练条件或专项训练与比赛动作下的肌肉工作特征，以确定更有效和更有针对性的训练手段；三是应用表面肌电信号评价或监测肌肉的疲劳状态。
1.4人体运动模型模拟方法的应用
人体运动模型模拟方法属于运动生物力学理论的一种研究方法。采用模型模拟方法的研究主要分为两大类：一是建立人体多刚体或骨骼肌肉模型，模拟人体运动形式，估算骨骼、关节和肌肉在运动过程中的负荷；二是结合流体力学、刚体力学、生物力学等理论，建立船、艇、自行车等运动力学模型，应用数值模拟计算获得不同环境情况下的最佳运动方案，或对船艇等设备进行设计与改进。近几年较流行的商业软件主要有Lifemod、Anybody、SIMM等。另外，还有免费软件OpenSim。以上软件能够根据研究目的，较方便地建立不同形式的人体模型，结合动作捕捉测量得到的人体运动数据，进行人体系统的动力学分析和肌肉力计算，同时还可以通过建立外界环境，分析人体运动过程中人体与环境之间的作用力关系。但是，模拟所得到的结果，还需要其他实验数值进行验证。国内进行人体运动力学分析时，采用一定的方法对模型模拟的结果进行了验证。
2.运动训练的生物力学应用
2.1运动生物力学在制定训练方案与训练效果评价中的应用
在运动训练学领域中，大量基础研究和应用研究中的科学定量分析数据都来自运动生物力学的方法和技术手段。因此，运动生物力学也是运动训练学本身不断发展与完善的一个重要学科支撑。身体训练方法只有在动作结构和肌肉工作方式上与比赛动作相接近，才可以最大限度地发挥训练的作用。通过运动生物力学方法可以分析训练方案对比赛中技术发挥的影响，在一定程度上预测训练方法或训练设备的有效性。此外，还可以通过对比训练前后运动员技术和能力上的差异，判断训练手段的有效性，了解训练提高专项能力和比赛成绩的可能机制。
2.2运动生物力学在训练器械的研制与开发中的应用
设计与改进运动装备和训练器械，使之符合生物力学原理，既可有效地避免运动损伤，又可为提高运动成绩提供条件。例如，刘宇等鉴于当前传统的训练方法无法完全满足神经肌肉系统的多样性适应要求，针对性地开展了基于神经肌肉功能训练理论与方法的新型训练器械的研发这些训练器械的引入，对于提升运动训练过程中神经肌肉力量及功能的训练效果将产生积极的作用。
2.3运动生物力学在运动训练监控中的应用
运动生物力学在运动训练监控中的应用，主要变现在专项技战术诊断与监测系统的研究和建立。目前，我国的许多奥运会项目已建立了相应的专项技战术诊断与监测系统，为这些项目的科学训练提供了有力的科技保障。
3.结语
通过以上的论述不难得出,现如今，随着运动的竞技水平不断提高和运动训练的科学化程度持续加强,更加需要运动生物力学研究方法的不断改进与创新,从而形成定量与定性分析方法的有机结合,加强研究方法的实用性，为人们的研究带来方便。
参考文献
[1]李林,纪仲秋.便携式肌肉等张收缩关节功率曲线测试系统的研制及等速肌力测试验证[J].成都体育学院学报,2014(09):72-76.
[2]邹煜,李涛,严波涛.基于双手抛接球动作的运动协调形成与调节的肌肉工作特征研究[J].天津体育学院学报,2013(06):489-492.
论文作者:刘巍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：力学论文; 方法论文; 生物论文; 人体论文; 误差论文; 肌肉论文; 运动学论文; 《基层建设》2019年第17期论文;