目 錄 摘 要 . . 1 2 研究 的目的 . 5 及運動生物力學(xué)的知識和方法 . 5 高課堂教學(xué)的有效性 . 6 我國基礎(chǔ)教育及質(zhì)量監(jiān)測提供依據(jù) . 6 放基層體育工作中的人力 . 7 文獻(xiàn)綜述 . 9 2010年國際運動生物力學(xué)學(xué)會年會論文收錄情況 . 9 . 12 . 13 頻解析系統(tǒng)應(yīng)用和教學(xué)應(yīng)用方面的研究 . 15 3 解析軟件的開發(fā) . 21 發(fā)環(huán)境 . 21 析軟件的主要功能和相關(guān)函數(shù)與實現(xiàn)方法 . 22 . 33 在的不足 . 33 究展望 . 33 . 35 頻解析的普及與現(xiàn)代教育技術(shù) . 35 系統(tǒng)在智能手機(jī)運用 . 35 結(jié) 語 . 37 致 謝 . 39 參考文獻(xiàn) . 41 I 摘 要 為 了 解決 在基層普及與推廣運動生物力學(xué) 中 客觀存在 的 “ 成本高 ” 和 “ 人才 少 ” 這 兩個根本性的問題 ， 在 綜合 分析了教學(xué)的實際需求和 國內(nèi) 外知 名 視頻 解析 軟件的基本功能 、 操作特性 ， 充分借鑒 前 人的研究成果和研究思想的基礎(chǔ)上， 利用 發(fā)平臺，研制了一 款 基于 常規(guī) 攝像機(jī)組成 的 視頻采集與解析 系統(tǒng) ， 并 設(shè)計了 “ 課堂學(xué)習(xí) 習(xí) ” 的應(yīng)用模式 。本系統(tǒng) 以 人體 運動學(xué)解析 為 主， 采用 逐 幀或固定時間間隔 “ 打點 ” 的方式獲取屏幕坐標(biāo)， 把 環(huán)境中已知的、或可測量 幾何 尺寸 的 體育設(shè)施 等 固定物體 為 參照 坐標(biāo) 系 的 數(shù)據(jù)來源 ，通過 與 攝像設(shè)備的像素值 、拍攝 距離 和 角度 、 焦 距 ， 以及顯示器的像素值和幾何尺寸之間的換算，計算出實測人體的運動學(xué)參數(shù) ，具有 使用簡便、成本低廉等特點 。 小范圍測試 的 結(jié)果表明： 該 系統(tǒng) 對 常規(guī) 解析度 和 幀 頻 的視頻 運動學(xué) 解析的結(jié)果與 與 實測 結(jié)果基本一致。 由此 ， 該 系統(tǒng)能夠 為初級用戶層面中的 體育教 研、運動 訓(xùn)練 和 體質(zhì)監(jiān)測提供運動技術(shù)、身體姿態(tài)、戰(zhàn)術(shù)演練等方面定性的實時 的視頻采集和解析服務(wù)，以及一般精度要求的二維定量分析的身體 姿態(tài) 參考 數(shù)據(jù) ，可以作為可視化體育教學(xué)、業(yè)余訓(xùn)練的輔助軟件和 教輔 演示 課件 使用。同時，也可以作為大學(xué) 體育專業(yè)運動生物力學(xué) 課程 的 教學(xué) 實驗和批量學(xué)生動手 操作 的 實 踐平臺 。 關(guān)鍵詞 ： 人才 培養(yǎng)， 基礎(chǔ) 教育， 學(xué)科 推廣 ， 軟件 開發(fā) ，視頻 解析 n to of at of in an of of of on of as a a x a is to by or a in as a it or by of of a to so of by is is to as of to IV in of of of of be as a or It be as at it be as at 面向初級用戶的視頻解析系統(tǒng)的研制 1 盡管 視頻 （圖像 ）解析 最早起源 于 “ 馬 ” ， 但一 直 以來 是運 動 生物力學(xué) 在對 人的運動研究中最常用 、 最直觀和最有效的方法 之一。 運動 生物力學(xué)作為生物力學(xué)的一個主要分支，把人體的運動作為 研究 對象， 由于 人體運動的多樣性和與各類器械相結(jié)合而產(chǎn)生了更加 多樣 的運動形式，進(jìn)一步豐富 了 生物力學(xué) 的內(nèi)涵。 當(dāng)前在我國， 就運動生物力學(xué)而言， 人們更多地在從事專業(yè)性更強(qiáng)， 更能體現(xiàn)個人或團(tuán)隊價值方面的工作 ， 這種功利性 傾向 對于運動生物力學(xué)的學(xué)科發(fā)展具有一定的不利影響。 “ 近利 ” 與 “遠(yuǎn)景”相當(dāng)于 圍棋盤上的 “ 實地 ” 與 “厚勢”，兩 者必須取得均衡， 才能 更加精彩 紛呈。 在 國防 、 軍事、競技體育、工業(yè)設(shè)計、航天科技和醫(yī) 療康復(fù)等 領(lǐng) 域 取得 的成果 就 相當(dāng)于 “ 實地 ” ， 而 “遠(yuǎn)景” 與 “厚勢” 則 必定寄望于 接受 基礎(chǔ)教育的 “ 下一代 ” 。據(jù)中國青少年研究中心“ 年中國青少年人口詳 數(shù)” 的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示 ， 截至 年， 我國小學(xué) 和 中學(xué)（含高中） 的 在校 學(xué)生人 數(shù)為 。如此 龐大的一個群體，其中超過以上的人 或?qū)?終身 與 運動生物力學(xué)學(xué)科失之交臂 ， 無論 對于學(xué)生的成 長需 求還是運 動 生物力學(xué)學(xué) 科本身 發(fā)展 的 需要， 都 未必不是一種無法 估量 的 重大損失。 但 更為令人憂慮的是， 盡管我國的競技體育在國際賽事中的成 1877 年麥布里奇（ 24 架照相機(jī)和控制開關(guān)拍攝了騎馬奔跑的連續(xù)動作照片，被視為影片解析的萌芽。 陳晨等發(fā)表于體育研究與教育年期的論中小學(xué)籃球文化的構(gòu)建與網(wǎng)友“ 陌路高” 2011 年 9 月 21 日發(fā)表于“中國廣播網(wǎng)” （ ）并被“人民網(wǎng)”教育頻道 （ ）全文轉(zhuǎn)載的博客文章校訊通、家校通黑幕重重 中小學(xué)生淪為利益工具 所共同引用的中國青少年研究中心“年中國青少年人口詳數(shù)”發(fā)布的數(shù)據(jù)，但中國青少年研究 中心的官方網(wǎng)站（ ）已查閱不到該數(shù)據(jù)。 高校教師在職碩士學(xué)位論文 2 績舉世矚目，但在背后支撐這驕人成績的卻不是全體國民的整 體體育素養(yǎng)。也就是說，國家代表隊的比賽成績與我 國 國民體育運動水平并不是成正比關(guān)系 ， 時任教育部體育衛(wèi)生與藝術(shù)教育司司長楊貴仁曾指出：“最近二十年，中國青少年的體質(zhì)在持續(xù)下降” 就是 典型的明證。原本 以促進(jìn)學(xué)生身心健康發(fā)展 為首要 任務(wù) 的 基層體育工作，既是高水平國家代表隊人才輸入的基礎(chǔ)，又是增強(qiáng)國民體質(zhì)和體育素養(yǎng)的重要途徑 ， 在 此 卻 出現(xiàn)了明顯的偏失。 在 探究 這種 “ 偏失 ” 深層次 原 因 的同時 ， 不 少學(xué)者著眼于 尋求 “ 糾偏 ” 的途徑和手段 ， 如 胡永紅 從 “ 構(gòu)成有效體育教學(xué)的理論基礎(chǔ) ”、“ 有效體育教學(xué)的內(nèi)涵 ” 、 “ 有效體育教學(xué)的特征 ”、 “ 有效 體育教學(xué)的影響因素 ” 和 “ 有效體育教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的研制 ” 個方面對 “ 有效 體育教學(xué) ” 進(jìn)行 了系統(tǒng) 構(gòu)建 和 闡釋 ， 并對廣東 省 和湖南省 不 同特點 的所 中學(xué) 進(jìn)行 了實證研究， 通過 對 教師、體育課堂等 信息 統(tǒng)計分析后，提出了提高 “有效體育 教學(xué) ” 的條策略 。文 中認(rèn)為 “有效體育教學(xué)的影響因素”包括 “ 體育教師因素 、 學(xué)生因素 、 教學(xué)內(nèi)容 、 體育教學(xué)環(huán)境 、 現(xiàn)代體育教學(xué)手段 和 自然條件因素等 6 大方面 ” 1， 但 沒有對 “ 現(xiàn)代體育教學(xué)手段 ” 進(jìn)行進(jìn)一步的 解讀 。 余 柏 青 在上世紀(jì)年代初 ， 把“ 培養(yǎng)學(xué)生運動生物力學(xué)意識 ”作為 “ 現(xiàn)代體育教學(xué)手段 ” 引入 常規(guī)體育 課堂 教學(xué)， 通過基本組和對照組在較少 教學(xué)學(xué) 時 內(nèi) 鉛球和跳遠(yuǎn)兩項成績的 統(tǒng)計學(xué) 分析， 發(fā)現(xiàn) 兩項成績對照組均好于基本組，且實驗前兩組兩項 均 無 顯 著性 差異 ，而實驗后，兩組兩項 均 存在顯著性差異，由此得出 結(jié)論 ： “ . 能使學(xué) 央視網(wǎng)新聞頻道 ,中國新聞 :中國青少年體質(zhì)二十年持續(xù)下降，年月日， 使課上得生 動活潑 ， 有利于提高教學(xué)質(zhì)量 ” 2。 王子 瑫 采用臺 高速 攝像機(jī)對名學(xué)生網(wǎng)球正手擊球技術(shù)進(jìn)行了拍攝和視頻解析，以 研究 運動 生物力學(xué)引入課堂教學(xué)的可行性 ， 最后得出結(jié)論： “ .，并能使學(xué)員在短時間之內(nèi)圓滿完成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，影像解析系統(tǒng)在體育教學(xué)當(dāng)中具有一定的發(fā)展前景 。 ” 3文中 對視頻 采集方案進(jìn)行了詳細(xì)說明，但對所使用的解析軟件和如何與學(xué)生進(jìn)行反饋等沒有提及。 岳 衛(wèi) 亞 研制了一款 基于自 研軟件和普通攝像機(jī) 的“ 影像解析教學(xué)系統(tǒng) ” 以 “ 拓展運動生物力學(xué)實驗教學(xué)新課程 ” ， 提出 將模擬視頻 通過“ 非 編 ” 軟件 高 保真采集 到電腦后， 利用 自研軟件 以 特 定 的時間間隔， 將 數(shù)字 視頻轉(zhuǎn)換 為連續(xù) 的位圖序列 ，并通過插 值將 位圖清晰度 提升 到 高速 攝像機(jī)的 圖像 水平 的 方法值得借鑒 ，在隨后 的解析時 “ .移和比例放大線性變換后 ,電腦坐標(biāo)系下的影像就和空間坐標(biāo)系下的同一影像實體大小完全 一樣 ,這就完成了從影像上的人體坐標(biāo)求得了真實的人體坐標(biāo) ” 4中的 “ 比例 ” 是如何確定的 沒有 詳細(xì)的論述 。 本 系統(tǒng) 同樣 由自研軟件與 普通 家用數(shù)碼攝像機(jī)或 像頭組成， 不 同之處在于： 運動 影像直接采集到臺式 便攜式 電腦 或遠(yuǎn)程媒體庫， 通過實時回放 和解析，被試 者 可現(xiàn)場及時得到 反饋； 創(chuàng)新 性 地 提出以測試環(huán)境中已知尺寸或可測量尺寸的固定體育器材或 其它 設(shè)施作為參照坐標(biāo)系， 從而 確定屏幕坐標(biāo)與空間坐標(biāo)之間 的 比例關(guān)系， 進(jìn)而 解析出被試 者 的運動學(xué)參數(shù)； 由于 基礎(chǔ) 教育層面的體育教學(xué) 以 學(xué)生 體驗為主 、 成績 以定性 評價 為主， 視頻 解析以 定性 的 運高校教師在職碩士學(xué)位論文 4 動學(xué) 解析 為主 且 對 解析 的 精度可適度降低， 因此 對原 視頻不做任何二次 加工 ， 對采集設(shè)備沒有特別要求，故可最大幅度降低 軟件 開發(fā)和 系統(tǒng) 使用成本； 所 解析的數(shù)據(jù)均可本地 或 遠(yuǎn)程存 儲 和 調(diào)用 ， 便于 被試者 間的橫向?qū)Ρ群蛡€人 的縱向?qū)Ρ?。 面向初級用戶的視頻解析系統(tǒng)的研制 5 2 研究的目的 及運動生物力學(xué)的知識和 方法 本 研究除研制了視頻解析 操作 平臺外，還設(shè)計了 “ 課堂學(xué)習(xí) 習(xí) ” 的應(yīng)用模式 ： A 課堂學(xué)習(xí) 教師 采集學(xué)生練習(xí)視頻 （ a） ； 教師現(xiàn)場解析 并 指導(dǎo)， 學(xué)生 觀看 后 繼續(xù)練習(xí) ； 解析 數(shù)據(jù) 與 相關(guān)視頻歸檔，并 遠(yuǎn)程 存儲 ； B 課后練 習(xí) 學(xué)生 （家長 、 同伴）采集 練習(xí) 視頻 （ b）； 學(xué)生 （ 低年級學(xué)生需家長參與） 家中 解析視頻 （ b）； 遠(yuǎn)程 調(diào)用視頻（ a） （ 或教師提供的參考視頻） 及解析數(shù)據(jù) 進(jìn)行比較 ； 學(xué) 生遠(yuǎn)程存儲 視頻（ b）及解析數(shù)據(jù)； 教師 查看視頻（ b）及解析數(shù)據(jù)，并做出評定。 該 模式的優(yōu)點在于： 課堂 教學(xué)直觀性強(qiáng)； 反饋 及時，針對性強(qiáng)； 家長 也能及時得到反饋。 如此 反復(fù)，一段時間后，學(xué)生甚至學(xué)生家長將熟練掌握 視頻 解析的基本方法， 了解 基本原理，從而實現(xiàn)運動生物力學(xué)知識和方法的普高校教師在職碩士學(xué)位論文 6 及。 由于本系統(tǒng)的廉價性和實用性， 在 學(xué)校和家庭普及推廣的可 接受性較大。 高課堂教學(xué) 的 有效性 綜合胡 永紅等諸多學(xué)者課堂教學(xué)有效性的研究， 本 研究涉及的 教學(xué) 有效性可以 歸納 為以下幾個要點： 時間 有效性 ： 指 教學(xué) 時間 的 利用效率 指導(dǎo) 有效性 ： 對 學(xué)生 練習(xí)的有效指導(dǎo) 練習(xí) 有效性 ： 達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的練習(xí)次數(shù) 本 系統(tǒng)及應(yīng)用模式要求教師對每個學(xué)生的練習(xí)至少進(jìn)行 1 次視頻采集， 對 達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的學(xué)生可安排其它活動，對低于預(yù)期目標(biāo)的學(xué)生進(jìn)行 解析 練習(xí) ，直至達(dá)到 或 接近預(yù)期目標(biāo)。 整個教學(xué) 過程時間緊湊， 時間 充分 用到 目標(biāo) 學(xué)生身上，從而最大效率地利用了教學(xué)時間 ； 指導(dǎo)有效性可以理解為指導(dǎo)的針 對 性 ， 由于 教師只對低于預(yù)期目標(biāo)的學(xué)生 所 存在的相同或不同的問題進(jìn)行指導(dǎo)， 顯然 針對性極強(qiáng)，指導(dǎo)效率高； 通過 視頻解析，學(xué)生能較直觀 觀察 到自己的 動作 與預(yù)期目標(biāo)的差距 ， 經(jīng)過教師的指導(dǎo)，容易 發(fā)現(xiàn) 問題之所在，指導(dǎo)后的 針對性練習(xí)， 有利于 提高動作質(zhì)量， 將 最大程度 減少 練習(xí)次數(shù) 。 我 國基礎(chǔ)教育及質(zhì)量監(jiān)測 提供依據(jù) 為了監(jiān)測、評估和促進(jìn)基礎(chǔ)教育和教育質(zhì)量， 歐美 、日本等教育發(fā)達(dá)程度較高的 國家 和 地區(qū) 均 建立了各自的監(jiān)測體系和組織。如美國面向初級用戶的視頻解析系統(tǒng)的研制 7 的 國的 本的 。 本系統(tǒng)和應(yīng)用模式 所 采集的視頻及解析數(shù)據(jù)， 能夠 為 我國的基礎(chǔ)教育 及 質(zhì)量監(jiān)測 和 青少年體質(zhì)監(jiān)測 提供 可靠的 分析 與 評價 依據(jù) 。 放基層體育工作中的人力 本系統(tǒng)具備一般性演示課件的所有功能和特性，也就是說，它是一個增強(qiáng)型的體育教學(xué)和訓(xùn)練演示課件，可在體育教學(xué)與訓(xùn)練中進(jìn)行技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)地直觀演練。對不同的運動項目、不同的訓(xùn)練水平等層面，具有良好的通用性和便捷性，將基層體育工作者從繁瑣的課件制作中解放出來，使他們更好地發(fā)揮特長，集中精力于日常工作中。 高校教師在職碩士學(xué)位論文 8 面向初級用戶的視頻解析系統(tǒng)的研制 9 文獻(xiàn) 綜述 010 年 國際運動生物力學(xué)學(xué)會 年會論文收錄情 況 從 年第 屆至 年第 屆， 國際運動生物力學(xué)學(xué)會論文報告會 依次在 奧地利薩爾斯堡（歐洲）、巴西歐魯普雷圖（南美洲）、韓國首爾（亞洲）、愛爾蘭利默里克（歐洲）和美國密歇根馬凱特（北美洲）等地舉行。年中所收錄的論文共分為大類，分 別 是 ： 中，“特邀發(fā)言”與“主題發(fā)言”的論文有其自然類屬，下面的統(tǒng)計將把它們歸結(jié)到其自然類屬中。 年共收錄論文篇，收錄最多的是 年在愛爾蘭的利默里克舉辦的第 屆，共收錄論文 篇，其它依次是 ： 年第屆 篇、 年第屆 篇、 年第屆 篇和 年第屆 篇；在所有個類別中，收錄論文最多的是“運動訓(xùn)練與體育活動”類， 一 共 篇 ，占總論文數(shù)量的，其它 則 依次為“肌肉骨骼力學(xué)” 篇，占比為、“方法學(xué)” 篇，占比為、“運動損傷與康復(fù)” 篇，占比為、“模型與仿真” 篇，占比為和“應(yīng)用、程序”篇，占比為，以及最少的儀器與設(shè)備篇，占比為。（ 見表 高校教師在職碩士學(xué)位論文 10 表 至 年年中收錄的論文類別與數(shù)量統(tǒng)計 類別 年份與數(shù)量 2006 2007 2008 2009 2010 合計 特邀發(fā)言 主題發(fā)言 方法學(xué) 模型與仿真 肌肉骨骼力學(xué) 運動損傷與康復(fù) 儀器與設(shè)備 運動訓(xùn)練與體育活動 應(yīng)用程序 合計 “特邀發(fā)言”和“主題發(fā)言”的論文通常都是那些 研究方法 比較新穎、 所使用的儀器設(shè)備較為先進(jìn)，或 具有其他特別意義 、對運動 生物力學(xué)的發(fā)展具有促進(jìn)或示范作用。年至年所 收錄的 “特邀發(fā)言”和“主題發(fā)言”的統(tǒng)計情況（見 表 表 至年特邀發(fā)言和主題發(fā)言的論文所屬類別 類別 年份與數(shù)量 2006 2007 2008 2009 2010 合計（） 方法學(xué) 0 2 1 2 0 5 型與仿真 2 0 1 0 2 5 肉骨骼力學(xué) 0 0 0 2 0 2 動損傷與康復(fù) 3 0 1 1 1 6 20 儀器與設(shè)備 2 0 0 0 0 2 動訓(xùn)練 與體育活動 1 0 0 2 1 4 用程序 0 0 2 0 4 6 20 合計 8 2 5 7 8 30 100 特邀發(fā)言和主題發(fā)言的論文 主要 來源于經(jīng)濟(jì)較為 發(fā)達(dá)的歐美 國家 ， 呈現(xiàn)“窮文富武”的顯著特點。（ 詳見表 面向初級用戶的視頻解析系統(tǒng)的研制 11 表 至年特邀發(fā)言和主題發(fā)言的論文來源分布 國家 時間與數(shù)量 合計 /（） 美國 / 英國 / 德國 / 澳大利亞 / 加拿大 / 意大利 / 葡萄牙 / 奧地利 / 新西蘭 / 日本 / 合計 / 由表 出， “ 特邀發(fā)言 ” 和 “ 主題發(fā)言 ” 的論文來源，以地域劃分從高到低依次為：歐洲篇，占 、北美洲篇，占 大洋洲篇，占 亞洲篇，占 以國家劃分，從高到低依次是：美國篇，占 英國篇，占 德國篇，占 澳大利亞和加拿大篇，各占 意大利篇，占 葡萄牙、奧地利、新西蘭和日本各篇，占比都是 其中 ， 年第屆“特邀發(fā)言”的 論文 作者 和年連續(xù)兩年都有論文被收錄，其他位在“特邀發(fā)言”前后均無論文被收錄。 年至 年 ，我國（含香港、臺灣地區(qū)）共 被 收錄論文 篇 ， 僅占 。 從多到少依次為：臺灣地區(qū)篇，大 陸篇，香港篇。 按 年度劃分，收錄最多的 是 2008年 ，共 篇，年 最少 ，為 篇， 其它 依次為： 年 為 篇， 年 為 篇，年 篇 （ 詳見表 。 高校教師在職碩士學(xué)位論文 12 表 至年 我國論文收錄情況 行政區(qū)域 年份與數(shù)量 合計 大陸 香港 臺灣 合計 從 國際運動生物力學(xué)研究的整體情況看 ，我國 運動 生物力學(xué)研究較為落后，大陸地區(qū)的研究水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于臺灣地區(qū)，表明運動生物力學(xué)在大陸地區(qū)的普及程度較低，開展研究的人員較少 、 對外交流少。 視頻解析精度的研究 柏開祥提出 了簡化傳統(tǒng)錄像分析的新思路，以求 操作 過程 的簡化和 數(shù)據(jù) 采集精度 的 提高 。 由于當(dāng)時可觸摸顯示屏價格 不 菲，整套設(shè)備的成本仍然較高 。 此外， 由 像素密度計算公式 ： 像素密度 = +( 長度像素數(shù) +(寬度像素數(shù) /屏幕尺寸 5可知， 通過 相對 面積較大的 手指觸摸 顯示屏以 獲取 屏幕 坐標(biāo) 的方式 而得到的運動學(xué)參數(shù) 會 產(chǎn)生較大誤差，且 誤 操作不可更改。 錢競光通過實驗 對 實際 操作中產(chǎn)生誤差 的 原因 和 大小，以及誤差產(chǎn)生后對 計算 人體重心的最終結(jié)果的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究，結(jié)果表明：實際操作中的誤差由于包含 “ 正 誤差 ” 和 “ 負(fù) 誤差 ” 及 體重占比較小的部分的誤差對 最終 結(jié)果的 影響 較小，因此， 一般 意義上的誤差對最終結(jié)果的精度影響可忽略不計。 6艾康偉 提出， 盡管 相對 于二維 運動 參數(shù)的數(shù)字解析 ，三維定點錄像分析法的 精度更高 ， 但該 方法由于 攝像機(jī)的位置面向初級用戶的視頻解析系統(tǒng)的研制 13 和焦距等物理參數(shù)均不能改變，對于運動過程超出 預(yù)定 標(biāo)定框架所能覆蓋的空間之外的項目（ 或過程） ，其所拍攝目標(biāo)的影像較小，造成后期 圖像解析的誤差仍然較大。為在 根本上 解決這一問題，對“三維跟蹤掃描影像分析方法” 進(jìn)行了深入研究 。該 研究主要包括兩個部分： ）運用德國 三 維數(shù)控轉(zhuǎn)臺 ，其中 “ 為 水平旋轉(zhuǎn) ， “ 為 垂直旋轉(zhuǎn) 或者 ，“ 為 縱向 縮放 )功能控制攝像機(jī)跟蹤運 動目標(biāo)來記錄運動圖像； ）通過專門的圖像解析系統(tǒng)解算得到運動目標(biāo)空間實際三維坐標(biāo)來實現(xiàn)錄像分析。通過與 廣泛用于軍事測量的 、 高精度的 全站儀在 同坐標(biāo)體系、同測試目標(biāo)、同 測試 場景所 測量 的結(jié)果 進(jìn)行了 統(tǒng)計學(xué)分析 ，結(jié)果表明 , 實驗 中 個點的三維空間絕對坐標(biāo)的平均相差值為 m ,相對誤差僅 為 。 由此得出結(jié)論： “ 這樣的測量精度可滿足運動技術(shù)分析的要求 ” 7。 以 上 表明 ，我國 關(guān)于 視頻解析精度的研究涉及的內(nèi)容與形式比較廣泛，但沒有超越性的成果。 龔銘新在 一 體育視頻圖像解析系統(tǒng)的研制與應(yīng)用、 育視頻圖象解析系統(tǒng)、 育視頻圖像解析系統(tǒng)的研制意義與結(jié)構(gòu) 等 一系列 論文中 ，通過 研制微型計算機(jī)與傳統(tǒng)錄像 放映 機(jī)之間的連接設(shè)備 和 計算機(jī)程序， 使 傳統(tǒng)的視頻（圖像）信號的 “ 模數(shù) ” 轉(zhuǎn)換簡便化 并有效 提高 精度 8。盡管 從整體看，仍然偏重于專門高校教師在職碩士學(xué)位論文 14 設(shè)備（設(shè)施）的 功能 組合 ， 在當(dāng)時而言仍然比較昂貴和操作復(fù)雜 ，且全文沒有 對 軟件系統(tǒng)進(jìn)行具體表述 ，如 關(guān)鍵代碼 （ 函數(shù)）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫 結(jié)構(gòu)等。 但 不可否認(rèn) 的 是， 該 研究 成果在 當(dāng)時來看，是 處于 較為先進(jìn) 的地位 的，對運動生物力學(xué)在我國的推 廣起到了一 定 的積極作用 。周興龍認(rèn)為，當(dāng)時無論國內(nèi)還是 國 外的錄像解析系統(tǒng)， 都 存在著因 價格昂貴不利于在國內(nèi)的普及 和 需要較多大型硬件 而 不適于移動使用，不 利于 進(jìn)行現(xiàn)場動作技術(shù)的反饋分析 且 軟件升級受硬件制約，限制了設(shè)備使用范圍的推廣、采集圖像時間受限制，不適用于要求長時間的場合和用戶的數(shù)據(jù)處理只能在專用機(jī)上進(jìn)行 , 不利于用戶的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交換 9。因此 ，自行研制了基于普通 奔騰 級（ 80586）、硬件 圖像 采集與解析系統(tǒng)。主要功能有： 圖像 采集 、圖像編輯 與 解析 和數(shù)據(jù) 處理。 運用 開發(fā)了豐富的人機(jī)交互 管理 “ 菜單 ” ， 以實現(xiàn)各種初始數(shù)據(jù)（信息）的錄入和各功能模塊的調(diào)用。 盡管 現(xiàn)在看來， 即便 在當(dāng)時，這套系統(tǒng) 也必然 存在 工作 效能 低下 、圖像解析誤差 較大 和沒有 建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來 存儲 和調(diào)用數(shù)據(jù) 等 重大不 足 ，但 仍然為我 國 運動生物力學(xué) 運用地 普及與提高 起到 了積極的推動作用 ， 為后來人們開展相關(guān)工作提供了良好的借鑒。 金考生 介紹了 影片解析的計算機(jī)系統(tǒng)的 基本架構(gòu)和相關(guān)軟件開發(fā)的流程，最為突出 的 是，詳細(xì)介紹了人機(jī)交互 “ 菜單 ” 的 框架 、條目和 各 模塊間的對應(yīng) 關(guān)系 。 劉 北湘認(rèn)為當(dāng)時的相關(guān)設(shè)備 存在 價格昂貴和 開發(fā)商 對使用 用戶 數(shù)量的嚴(yán)格 限制 ，為體育專業(yè)學(xué)生 、 研究生運動生物力學(xué)課程的學(xué)習(xí)、實驗等工作造成極大的不便 10，因此自行開 發(fā) 了 一套 能滿足 大批面向初級用戶的視頻解析系統(tǒng)的研制 15 學(xué) 生 學(xué)習(xí)、實驗 的 需 求 和 為 相關(guān) 學(xué)位 論文 地 撰寫提供便利。 岳衛(wèi)亞認(rèn)為，因為缺乏專用的實驗教學(xué)設(shè)備和器材，以往的運動生物力學(xué)教學(xué)基本上僅限于 理論課程 的 課堂 講解 ，幾乎無法進(jìn)行影像解析實驗教學(xué)和 臨場實踐 。盡管 有條件的學(xué)校 可以借用科研用的影像解析系統(tǒng)，但存在硬件設(shè)備價格昂貴、配套軟件操作復(fù)雜等 諸多 問題，極大 限制了學(xué)生的 使用 11。 而 運動生物力學(xué)是 一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科， 因此開發(fā)制作一個教學(xué)系統(tǒng)，為學(xué)生在運動影像的拍攝、采集、解析 及 后續(xù) 應(yīng)用這四個基本 環(huán)節(jié) 上動手操作的實踐能力 的 培養(yǎng)，提供了一個操作平臺。并 通過軟件將普通攝像機(jī) 幀 /攝頻率 技術(shù)性地 “ 提高 ”到 奈奎斯特定理所 要求的 幀 / 以 上表明，在實際應(yīng)用中，我國的學(xué)者發(fā)現(xiàn) “設(shè)備昂貴 ”和 “ 軟件限制 ”是影響我國運動生物力學(xué)推廣與普及的主要 制約 因素。 于數(shù)字化跑道、視頻解析系統(tǒng)應(yīng)用和教學(xué) 應(yīng)用 方面的 研究 為了提高訓(xùn)練效率，使教練員和 運動員 在訓(xùn)練過程中及時獲得運動信息反饋， 以 糾正技術(shù)動作的缺陷為 目的 ， 撖濤 設(shè)計 和研制 了一種“ 通過柔性陣列壓力傳感器獲取運動員與 跑道 的接觸信息 ” 12，并采用專用解析軟件集成化處理步長、步頻、速度、 力度 等運動學(xué)參數(shù)，來實現(xiàn)運動表象與內(nèi)在力學(xué)因素的綜合分析的數(shù)字跑道訓(xùn)練信息采集和反饋綜合系統(tǒng)。該 系統(tǒng) 所 獲得的 運動 生物力學(xué)參數(shù)是直接的 、 實時的第一手 信息 ， 且比 目前普遍采用的 “ 標(biāo)定 ” 方式所獲得的數(shù)據(jù)更真實和客觀，沒有人為誤差，是運動生物力學(xué)在運動訓(xùn)練當(dāng)中的高端高校教師在職碩士學(xué)位論文 16 運用 。 但設(shè)計、制作、安裝調(diào)試 、 基礎(chǔ)工程建設(shè) 以及 系統(tǒng)維護(hù) 等 綜合成本 高，是 該系統(tǒng)的 推廣 和普及 的 最大障礙。 阿英嘎為 了使 學(xué)生 在自主學(xué)習(xí) 時能夠得到技術(shù) 動作 掌握 情況 地 及時 反饋，運用運動生物力學(xué)中技術(shù)動 作圖像解析的方法和原理，設(shè)計出了由錄像識別技術(shù)、 參 照模型 數(shù)據(jù)庫和對照模型數(shù)據(jù)庫 組成的計算機(jī)技術(shù)評判系統(tǒng)， 并 對一 整個教學(xué)班的學(xué)生 ， 學(xué)習(xí)籃球單手肩上投籃技術(shù)的手臂動作情況進(jìn)行 了該 系統(tǒng) 評價 和人工評價的對比驗證 。 實驗證明 了該 系統(tǒng)評價的準(zhǔn)確性 ， “ 即使是用于體育專業(yè)籃球的教學(xué)也是可接受的 ” 13。盡管 該研究沒有就網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的具體實施方案和如何規(guī)避大量學(xué)生集中使用該系統(tǒng)時 可能 存在的網(wǎng)絡(luò)阻塞問題進(jìn)行闡述，總體而言是 對 體育專業(yè)和 公共 體育教學(xué)提供了較好的思路和開辟了 新 的渠道。 劉卉在實際 工作中 發(fā)現(xiàn) ， 國內(nèi)外解析軟件 在 定量描述人體 三維空間的運動時，所 采用的 “三點角”和“四點角”方法均難以解決手腕、前臂和肩 等 具有復(fù)雜運動的人體關(guān)節(jié)或 環(huán)節(jié) 的三維角度的計算問題。認(rèn)為人體運動過程中身體姿態(tài)的準(zhǔn)確描述與分析，首先必須結(jié)合 解剖學(xué) 的原理， 對 上述 關(guān)節(jié)或環(huán)節(jié)的角度和 姿態(tài) 進(jìn)行 準(zhǔn)確 定義與 測量 ，再對上 述 關(guān)節(jié)或環(huán)節(jié)分別在人體各基本切面上的投影與相關(guān)基本軸的夾角進(jìn)行空間解析幾何計算 ， 所 得到的結(jié)果才是 準(zhǔn)確的。并提出 和設(shè)計了 數(shù)據(jù) 采集方法 和 計算 公式 。 如肩 的 角度 ， 通過 在手腕處附著二橫一豎 標(biāo)志 桿的 方式 ， 以 獲取前臂的解剖學(xué)姿態(tài) 的 具體數(shù)據(jù)， 然后 通過 上臂矢量 公式：計算出 最終結(jié)果。 此 方法 在實際 操作中會出現(xiàn) 以下 問題 ： 首先 ， 身體 任何部位的附著物可能引起 測試 者L 上臂 = (x 肘 - x 肩 ) i + (y 肘 - y 肩 ) j + ( z 肘 - z 肩 ) k ) 面向初級用戶的視頻解析系統(tǒng)的研制 17 不適， 從而 影響技術(shù)動作或水平發(fā)揮； 其次 ， 在 運動中 附著 物 可能 會與身體其它部位發(fā) 生 觸碰， 而 改變附著狀態(tài)， 造成 數(shù)據(jù)采集失真， 進(jìn)而 使最終 結(jié)果 產(chǎn)生偏差。 此外 ， 該 文對 棒球 投 手 投球 的 技術(shù)動作進(jìn)行了 技術(shù) 驗證， 得出 結(jié)論 ： “ 內(nèi)旋動作的加速度的大小是影響棒球出手速度的關(guān)鍵 ” 14。該 結(jié)論值得 商榷 ，眾所周知， 棒球 投 手所 投 擲球 的出手 速度，與手臂的 “ 鞭打 ” 動作同樣密切。 余柏青 提出 ： 運動生物力學(xué)用 于分析和評價高水平運動員的運動技術(shù)已很普遍，但用于學(xué)校體育課教學(xué)則少見報道 ， 并將運動 生物力學(xué)知識 運用 于普通大學(xué)生的公共體育課教學(xué)，實驗 結(jié)果 表明，在教學(xué)時數(shù) （ 學(xué)時）不變的情況下 ，實驗 組的鉛球 平均 成績 由 提高到 ，提 高率為 ； 跳遠(yuǎn) 平均成績 由 提高 到 ，提高率為 。而對照組的鉛球平均成績由 提高到 提高率為 ；跳遠(yuǎn) 的 平均成績由 原來 的 則 提高到 ， 提高率為 。由此 得出結(jié)論： 將運動 生物力學(xué)知識運用 于普通大學(xué)生的公共體育課教學(xué) ， 能 提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，在學(xué)習(xí)上變被動為主動，從而提高體育課的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量 2。該文在論證過程中漏洞較多， 例如 ，通常情況下，實驗前后各一次測試，至少就需學(xué)時 ， 而跳遠(yuǎn)教學(xué)中，普通大學(xué)生能夠在全速助跑下準(zhǔn)確踏 跳，必須經(jīng)過一定學(xué)時地反復(fù)練習(xí) 。盡管 如此， 作者 卻是較早地將目光 聚 焦 到運動生物力學(xué)知識運用于 普通學(xué)生 的教學(xué) 實際 中 ， 而這與本研究課題的出發(fā)點是一致的。 王新通過對國內(nèi)、外當(dāng)時普遍使用的運動學(xué)、動力學(xué)等研究方法的優(yōu)缺點進(jìn)行了探討和綜合評述，并 在此高校教師在職碩士學(xué)位論文 18 基礎(chǔ)上 提出了將運動學(xué)和動力學(xué)兩種運動 生物力學(xué)基本 方法相結(jié)合進(jìn)行運動 技術(shù) 分析的 設(shè) 想和思路：通過等動測試獲得做功關(guān)節(jié)處的肌力矩大小，并利用錄像解析獲得做功環(huán)節(jié)的運動學(xué)數(shù)據(jù) 兩者結(jié)合來分析功率輸出情況 15。理論 上，這種方法能夠更準(zhǔn)確 、 真實地反饋 運動 過程的 相關(guān) 信息， 從而 為教練員和運動員提高訓(xùn)練效果提供極大便利。然而，許多運動項目和 大多數(shù) 運動場所對 肌電儀的 使用 具有 排斥性 。 因此 ， 通過技術(shù)重現(xiàn)所獲得的 動力學(xué) （或運動學(xué)）參數(shù)與前期獲得的運動學(xué)（或動力學(xué)）參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度 無疑 將會降低，從而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。 雷建和簡明 扼要地 闡明了 人體 運動生物力學(xué)信息獲取的意義、重要性 及 相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域， 歸納 了人體運動生物力學(xué)的關(guān)鍵 參數(shù) ， 總結(jié)了人體運動學(xué) 、動力學(xué)和 慣性參數(shù) 等 生物力學(xué)信息獲取的基本方式