所选择采取的人体中心测量的方法结果分析2试验原理与应用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,运动生物力学实验,数字体育实验教学中心：钟亚平、于代峰等,目录,实验一 人体重心测量与分析,实验二 马格努斯效应实验,实验三 运动技术影片解析与评价,实验四 速度测量法,实验五 原地纵跳实验,实验一 人体重心测量与分析,1,实验目的与要求,1.1,实验目的,1.1.1,学习用一维重心测量板测定人体总重心的实验方法。分析影响人体重心位置的因素。培养学生查阅文献资料、独立思考创新思维、动手操作、分析问题和解决问题的能力，使学生基本掌握从事一般测定人体重心的方法。,1.1.2,掌握实验方案具体的制定程序，能针对选择对象的特点和要求实验。,1.1.3,掌握用人体重心位置的评定方法，为运动技术分析提供指导。,1.2,实验要求,1.2.1,重心的测定要简单、灵敏、具有可操作性,1.2.2,学生必须阅读一定的文献资料，在教师的指导下独立自主完成实验。,1.2.3,能对选择对象的具体情况客观分析，实验操作时要认真细致，注意安全,1.2.4,实验包括：所选择采取的人体中心测量的方法、结果分析。,2,实验原理与应用,2.1,实验原理,重心是地球对物体的引力。如将物体分为许多小块，则每块上都受到重力的作用，这些力组成一平行力系。而这一力系的合力通过的某个确定的点就称为重心。在研究中，常可用重心的轨迹来描述物和人的运动情况，所以确定人体或物的重心是各项研究的基础。依据静力学中的力矩平衡原理进行重心位置的测定。,图,11-1,为一维人体重心测量板，空板时秤读数为,N,0,，人体重为,W,，人躺在板上后（两族紧贴抵足板，组背屈）体重秤的读数为,N,，设人体总重心至,A,点的距离为,AD,，则根据力矩平衡原理有：,上式中,AD,为被试者标准站立姿势时的总重心的绝对高度，便于比较可计算人体重心的相对高度，其计算公式如下,:,重心相对高度,=,重心绝对高度,/,身高,100%,2.2,实际应用：在实际研究中，通常需了解人体重心的相对高度，即重心位于人体高度百分之几处。一般来说，重心高度受人体体型、性别、年龄的影响。长期从事体育锻炼也可引起重心位置的改变。,3,实验仪器设备,体重秤、一维重心测量板、身高仪、钢卷尺等。,4,实验内容,4.1,查阅文献，了解人体重心在体育运动研究中的意义，掌握实测重心的方法。,4.2,在教师的指导下确定所用的实验方法。,4.3,按照所选择的实验方案进行实验操作,4.4,在教师的指导下进行实验结果的分析与讨论,4.5,参考文献资料，书写实验报告。,5,实验程序,5.1,学生两人为一组,5.2,赤足测量每人的身高、体重。,5.3,如图,11-1,所示，被试者以标准解剖姿势平躺在测量板上，另一学生读出体重秤读书并记录在登记表内，。然后被试者分别作两臂平举和两臂上举，并记出体重秤读数。,5.4,依据上述原理和测量数据结果，分别算出不同姿势的重心高度和标准解剖位的相对高度。,5.5,根据测量结果写出实验报告。,6,注意事项,6.1,设计运动方案时，应注意检索文献资料，注意研究对象间的差异,6.2,严格按照实验方法与步骤进行操作。,6.3,做好实验数据的统计分析。,实验二 马格努斯效应实验,1,实验目的与要求,1.1,实验目的,1.1.1,学习马格努斯效应产生的原理，并能分析运动器械飞行中产生此效应的条件。设计并分析动作技术的要求与特点。,1.1.2,掌握实验方案具体的制定程序，能对这种实验仪器进行操作。,1.1.3,学习掌握马格努斯效应实验方法掌握马格努斯效应产生的原理。,1.2,实验要求,1.2.1,马格努斯效应的测定要简单、灵敏，具有可操作性设计方案要科学合理、要有实效性。,1.2.2,学生必须阅读一定的文献资料，在教师的指导下独立自主完成实验方案的设计。,1.2.3,尽可能利用现有的仪器、设备设计实验，并能对所选择对象的具体情况客观分析。实验操作时要认真细致，注意安全。,1.2.4,实验设计必须包括：所选择的测定马格努斯效应的方法、结果分析。,1.2.5,将整个实验内容写成小论文形式分实验小组进行报告。,2.,实验原理,足球和乒乓球等项目中，时常能见到旋转飞行的球描一条奇妙的轨迹运动。人们叉常称这种球为“香蕉球”球飞行时产生的这种效应是马格努斯最早指出的，故又称之为马格努斯效应。下面来分析一下它产生的原因。,一辆小车上装着一个能旋转的圆筒，当无风吹圆筒时，小车静止不动，如用,电扇从侧面吹圆筒，小车就会朝前或朝后运动，小车的运动必然有力的推动，这是怎样产生的呢,?,让我们来分析圆筒周围的空气运动情况。当筒旋转时，有一层空气附着在筒壁上与其一起旋转。这样，从侧面吹来的气流在,A,、,B,两侧遇到了朝不同方向运动的空气。在,A,侧，风吹气流的速度方向与附着圆筒周围空气的运动方向一致，使这里的气流速度加快，而,B,侧则相反，气流速度减小。根据伯努力方程：,速度大的一侧气压必减小。这就使圆筒,A,、,B,侧的压力不等，正是由于这一压力差的存在使小车产生了运动。如果圆筒速度不太大,(,小于气流速度的,4,倍,),。小车运动的压力可用下式求出：,上式中：,d,圆筒直径；,V,吹来气流的速度；,u,圆筒旋转的线速度；,f,介质密度,(,夺气密度,),；,t,圆筒的高度。,由于球在空中飞行的情况较复杂，故,只可用于定性描述球的运动情况。,3.,实验仪器设备,装有旋转筒的小车一辆，电池或稳压电源电扇一台，平板或平台一个。,4.,实验内容,4.1,查阅文献，了解马格努斯效应在体育运动研究中的意义，掌握实测马格努斯效应的方法。,4.2,在教师的指导下确定所用的实验方法。,4.3,设计实验方案。,4.4,按照所设计的实验方案进行实验操作。,4.5,在教师的指导下进行实验结果的分析与讨论。,4.6,参考文献资料书写论文。,5.,实验参考方案,5.1,学生,4,人为一组。,5.2,先检查小车的各部分是否牢固，旋转处应加些润滑油。,5.3,接通电源后让圆筒空转，看是否有偏心。如旋转时筒振动，说明有偏心，应重新安装。,5.4,将电扇打开，从侧面吹小车。观察结果，再将筒的转向改变，看会发生什么变化。,5.5,试设计一种方法测出小车所受压力的大小。,5.6,根据实验结果写出实验报告。,6.,注意事项,6.1,设计运动方案时，应注意检索文献资料。注意研究对象间的差异。,6.2,严格按照实验方法与步骤进行操作。,6.3,做好实验数据的统计分析。,实验三 运动技术影片解析与评价,1.,实验目的与要求,1.1,实验目的,1.1.1,学习并掌握运动技术影片解析的原理，掌握影片解析系统的使用方法。,1.1.2,了解和掌握运动图像解析方法在体育运动实践中的应用和意义，为体育教学和运动训练提供指导。,1.1.3,掌握和巩固运动解析系统各仪器的基本操作。,1.1.4,通过整个拍摄到解析运动技术的研究过程提高学生的学习兴趣，培养学生查阅文献资料、独立思考、创新思维、动手操作、分析问题和解决问题的能力使学生基本掌握从事一般科学研究的方法。,1.2,实验要求,1.2.1,每,45,人一组自由组合编组，选定一人担任小组长。,1.2.2,查找国内外近十年有关运动影片解析的文献资料并总结，以小组为单位进行讨论，拟定实验的内容与指标。,1.2.3,根据拟定要研究拍摄的技术动作，讨论确定摄像机具体的拍摄位置、高度与框架摆设等。,1.2.4,掌握实验中对框架的安装和拆卸的正确方法以及运动解析软件的正确操作方法。,1.2.5,详细制定实验步骤，严格按照实验步骤与要求进行实验。,2,实验原理,用电影摄影机对人体或物体运动进行拍摄，将影片进行数字化处理，然后进行分析。最常用的影片数字化仪器是影片解析仪。影片解析仪一般由控制器、显示器、游标键盘和数字化板组成。它的基本原理如图,112,所示。,影片数字化仪器是将电影摄影机拍摄的影片转换成统一的、可操作的坐标数值，它是完成模数转换工作的仪器。它首先用分析放影机将放大的图像投影到数字化板上，然后用游标键盘取出需要的坐标值,(x,，,y),，输入到计算机储存。要求该分析放影机具有可停、可慢放、可倒放的功能。影片数字化模数转换工作一般采用两种原理：一种是用超声检测原理。当光笔放在某点上接通开关后便发生超声信号，通过,x,轴和,y,轴传向坐标原点的时间与坐标成止比关系测得该点的坐标值,(x,，,y),；另一种是运用感应同步器原理在数字化板内有横向层及纵向层排列的金属微丝，两层之间绝缘，游标键盘的线圈发出,3000 Hz,正弦波电信号，在纵向层及横向层微丝中，可感应出相应的正弦波信号，原正弦波信号和感应正弦波信号之间的相位差与正弦波发源地的坐标位置有线性关系，于是便可检测出游标键盘十字丝处的,x,，,y,坐标同时以数字形式进行显示。数字化了的坐标数据直接进入计算机内储存。计算机分析软件具有建立人体参数模型、采集图像坐标点、多种数据平滑方法、三维信息计算,(,位移、速度、加速度、环节角度、角位移、角加速度、动贯、动能、能动量等,),及相关的数据、图表及图形显示与打印功能。,3.,实验仪器设备,摄像机、放映机、数字化板、计算机及解析软件、打印机、绘图仪等。,4.,实验内容,4.1,设计本次实验方案,4.1.1,本次实验拍摄的内容采用定点拍摄，所以运动技术动作主要是小范围的运动。根据实验的具体情况由小组自己来定。,4.1.2,采用实验室配置的视讯图像解析系统。,4.1.3,确定实验数据的统计学处理方法。,4.2,在教师的指导下准备各种仪器并进行实验。,4.3,对实验结果进行分析与讨论，写出实验报告或小论文。,5.,实验参考方案,5.1,实验拍摄内容，由实验小组自行决定拍摄什么技术动作，设计实验方案。,5.2,根据实验拍摄的现场情况，确定摄像机的机位摆放位置。确定后从拍摄开始机器就不能再发生任何移动。,5.3,在运动现场摆放立体辐射框架，并拍摄下来。,5.4,拿走立体辐射框架，开始拍摄所确定的技术动作。,5.5,对所拍摄的技术动作进行采集，确定所要解析的技术动作，存到电脑。,5.6,利用视讯解析系统对所采集的技术动作进行解析，得出有关拍摄动作的运动学参数。,6.1,所摄物体成像的大小与影响的清晰程度：在可能的条件下，尽量使成像的画面大一些，以提高解析精度。图像的质量与使用的镜头、摄影频率、光圈、快门、胶片、录像带质量等有关。,6.2,标定框架上标定点坐标的精度及标尺比例系数的误差。,6.3,影片解析与录像解析系统硬件的精度。,6.4,解析软件的功能：人体模型的选择，影片、录像带倾斜的修正，标定点的优化，影片、录像带同步修正，数据平滑的效果等。,6.5,拍摄场地的水平程度。,6.6,摄像机拍摄的拍摄频率误差。,6.7,光学镜头畸变造成的误差。,6.8,摄像机摄影震动造成的误差。,6.9,体测量点的估计误差：三维图像解析是从两个或多个不同的方向对同一物体进行拍摄，各个摄像机所得画面的人体关节采样点输入合成后应在关节中心位置，因此采样取点时应有立体空间的概念，用透视的方法观察画面上的人体关,节点位置，使合成后的关节点足真正的关节中心，若解析时判断有误，就会造成合成后的关节中心位置失真。,6.10,校准点,6.10.1,至少需要,6,个不共面的校准点，推荐,1224,个点。,6.10.2,校准点应该包含要分析的活动点。,6.10.3,活动范围应该在校准点定义的区域内。,7.,注意事项,7.1,镜头与焦距：采用中焦距镜头拍摄，尽量避免使用广角镜头或长焦镜头。在完成取景与调好焦距后，应固定镜头，以确保在整个拍摄过程中焦距不变。,7.2,取景范围：三维定点摄影适合于研究运动范围不大的运动，取景范围应比所要研究的运动范围略大。在确保拍摄范围的前提下，应设法使研究对象的成像尽可能的大，并处于胶片中间,2,3,的画面上。两,(,多,),台摄像机的画面中必须包括同一个参考体。,7.3,摄距：摄影机到拍摄的基本平面的距离一般应大于拍摄范围的,56,倍。,7.4,机高：以主光轴对准动作范围的中心为宜。