王繼生，馬佳佳，王朝輝

（1.首都體育學院北京酷佩體育文化中心，北京 100191；2.中國人民大學附屬中學，北京 100080；3.首都體育學院武術與表演學院，北京 100191）

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以基于Kinect的武術基本功弓、馬步轉(zhuǎn)換的動作為研究對象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法通過中國知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫以“Kinect”“武術基本功”“弓、馬步轉(zhuǎn)換”“動作分析”為關鍵詞搜集相關的文獻資料并進行整理與歸納，為本文研究提供客觀、可靠的信息及理論基礎。

1.2.2 實驗法（1）實驗對象：實驗對象共計20人，分為標準組和測試組。其中標準組為首都體育學院武術與表演學院10名武術套路一級運動員，測試組為首都體育學院10名武術套路初學者（體育教育專業(yè)學生）。（2）實驗時間和地點：于2021年11月1日—12月30日在首都體育學院武術與表演學院進行實驗。（3）實驗采集環(huán)境：系統(tǒng)硬件及軟件環(huán)境為PC、Kinect V2深度傳感器及配套SDK包。實驗具體操作為Kinect V2放在距離地面90cm處，采集的最佳距離是實驗對象與Kinect V2深度攝像機1.5～3m的距離，人體與Kinect V2的相對角度不能超過45°，在捕捉數(shù)據(jù)過程中，角度轉(zhuǎn)動范圍可依據(jù)人體骨架在屏幕上的現(xiàn)實進行調(diào)整；最佳角度為實驗對象在Kinect V2的正前方。（4）實驗變量：實驗采集過程中對實驗者的年齡及距離Kinect的遠近距離進行控制，以減少實驗分析所產(chǎn)生的誤差。（5）實驗測試指標：身體重心、左膝關節(jié)角度、右膝關節(jié)角度、左髖關節(jié)角度、右髖關節(jié)角度。

1.2.3 專家訪談法通過對首都體育學院武術與表演學院從事武術教學工作的教師進行訪談，了解武術基本功弓、馬步轉(zhuǎn)換之間的技術特點及特征、提取方法與標準，完善實驗。

1.2.4 數(shù)理統(tǒng)計法運用Kinect V2三維動作捕捉系統(tǒng)以及Dartfish 10.0視頻分析軟件對關節(jié)角度進行分析，求得弓、馬步轉(zhuǎn)換動作關節(jié)角度變化重心等運動學參數(shù)，并運用ExceL對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Kinect的工作原理及骨架視頻采集

2.1.1 Kinect骨骼跟蹤技術原理Kinect的核心關鍵技術就是骨骼跟蹤技術，其功能是通過Kinect獲取的深度采集數(shù)據(jù)識別人體主要關節(jié)點位置的技術。通過Kinect實現(xiàn)骨骼跟蹤的原理可以分為以下3步：（1）去除背景。Kinect分析出人體可能存在的區(qū)域，然后利用邊緣檢測、噪音閾值處理等技術將人體從背景環(huán)境中區(qū)分出來。（2）人體基本部位分類。從深度圖中識別出人體各個部位，根據(jù)相對值進行分類。（3）人體部位識別關節(jié)。系統(tǒng)會根據(jù)跟蹤的25個關節(jié)生成一副骨骼架構(gòu)。通過這種方式，Kinect能夠識別出人體所處的精確位置。

2.1.2 基于Kinect弓、馬步轉(zhuǎn)換骨架運動視頻的獲取基于視頻分析的技術檢測可以通過計算機視覺技術的行為進行定位和識別，行為檢測可以廣泛地應用于很多場合。而Dartfish運動視頻有著操作相對簡單、成本低、易上手等特點，因此特選Kinect與Dartfish相結(jié)合運用作為實驗方法。通過Kinect采集運動骨架，在此基礎上運用Dartfish的運動視頻分析功能進行分析整理，最后獲取到本文研究的所需數(shù)據(jù)。

2.2 弓、馬步轉(zhuǎn)換技術特點及動作特征提取

2.2.1 弓、馬步轉(zhuǎn)換動作技術特點弓、馬步作為武術套路的基本步型，在武術套路的初學及日常練習中具有重要作用。弓步可以分為左弓步、右弓步，其基本技術特點為：前方腿為弓形、后方腿自然蹬直，弓形腿為90°、蹬直腿為180°，且膝蓋不能超過腳尖，前腿腳尖向前緊握抓地，后腿蹬直緊握抓緊。馬步基本技術特點為：雙腳平行開立至略寬于肩部，腳尖向前不可向內(nèi)撇或外撇。兩膝關節(jié)向外支撐且不能超過腳尖，半蹲，大腿與地面保持平行，挺胸立腰。

2.2.2 動作特征提取指標的選取通過專家訪談，本文研究確定了以下5個動作特征指標的變化：左膝關節(jié)角度、右膝關節(jié)角度、左髖關節(jié)角度、右髖關節(jié)角度、身體重心。所有實驗對象在實驗中，做出馬步變弓步蹬腿的動作，均為向左轉(zhuǎn)變5次，最終分析每個實驗對象5次中的最優(yōu)值。

2.3 基于Kinect不同水平練習者弓、馬步轉(zhuǎn)換的重心變化對比分析

在武術套路競賽規(guī)則中，明確強調(diào)了關于重心的重要性，如太極拳等競賽套路要求重心穩(wěn)定協(xié)調(diào)。而人體所受重力的合力稱為人體重心，站立時，人體重心一般在身體正中面上第三骶椎上緣前方7cm處，為更好地研究重心變化，本文研究實驗以兩髖之間連線的中點作為重心的測試點，初學者在學習武術基本功中不可忽略弓、馬步的重心變化這一要素。通過Kinect采集骨架影像后，經(jīng)過Dartfish運動視頻分析軟件加工分析，發(fā)現(xiàn)初學者在練習此動作時，從馬步向弓步轉(zhuǎn)換時重心幅度有起有伏，且起伏較大；而一級運動員在練習該動作時重心的起伏相對較小，且重心高度比初學者重心高度相比較低。

2.4 基于Kinect不同水平練習者弓、馬步轉(zhuǎn)換的關節(jié)角度對比分析

2.4.1 不同水平練習者弓、馬步轉(zhuǎn)換左膝關節(jié)角度對比分析膝關節(jié)變化是武術套路運動運用較多的一個動作，武術諺語中“胸不過膝，膝不過腳尖”這一說法，體現(xiàn)了膝關節(jié)在武術套路運動中存在較高的地位。初學者進行基本功的學練時若沒能掌握動作標準，可能會給膝關節(jié)帶來一些不好的影響，因此要注重初學者在學練基本功時膝關節(jié)角度的變化。而如何確定膝關節(jié)角度，可以由踝關節(jié)中心、膝關節(jié)中心及髖關節(jié)連線后所成的夾角來確定膝關節(jié)的測試點。通過專家訪談悉知，弓、馬步轉(zhuǎn)換時左膝關節(jié)角度的變化應從馬步靜止時的90°左右，到轉(zhuǎn)換為弓步靜止時的90°左右。通過Kinect采集骨架影像后，經(jīng)過Dartfish運動視頻分析軟件加工分析，發(fā)現(xiàn)初學者在進行該動作時，左膝關節(jié)角度起伏較大且參差不齊，從馬步轉(zhuǎn)換成左弓步時左膝關節(jié)的角度均值在124.16°，此動作的標準值為90°，初學者的實數(shù)據(jù)明顯高于此動作的標準值。通過轉(zhuǎn)換弓步過程之中逐漸在過多的上升或下降。當動作運動到弓步靜止時初學者的左膝關節(jié)角度的均值在114.58°，其數(shù)據(jù)明顯高于此動作的標準值。而一級運動員在進行該動作時，左膝關節(jié)角度的變化相對穩(wěn)定且差值不大，一級運動員在準備做馬步轉(zhuǎn)換弓步這一動作的馬步靜止時的左膝關節(jié)的角度均值在93.95°，僅略高于標準值。在變弓步的運動中并未出現(xiàn)較大起伏的角度變動，到最后弓步靜止時一級運動員的左膝關節(jié)角度均值在89.69°，整體而言數(shù)據(jù)接近于動作的標準值。

綜上，初學者和一級運動員在進行弓、馬步轉(zhuǎn)換動作時。從靜止開始到此動作的軌跡結(jié)束，初學者的左膝關節(jié)角度變化參差不齊，且角度高于標準值。而相比之下，一級運動員在完成此動作時顯得相對平穩(wěn)且角度幅度近于標準值。

2.4.2 不同水平練習者弓、馬步轉(zhuǎn)換右膝關節(jié)關角度對比分析通過專家訪談悉知，弓、馬步轉(zhuǎn)換時右膝角度變化應從馬步靜止時的90°左右，到轉(zhuǎn)換為弓步靜止時的180°左右。通過Kinect采集骨架影像后，經(jīng)過Dartfish運動視頻分析軟件加工分析，發(fā)現(xiàn)初學者從馬步動作靜止時的右膝關節(jié)角度均值在126.22°，已超過此動作標準值。隨著馬步轉(zhuǎn)成弓步的過程中初學者出現(xiàn)了起伏參差不齊、有高有低的現(xiàn)象。在到變換成弓步靜止時初學者右膝關節(jié)角度均值在157.72°，這樣的角度也明顯低于此動作的標準值。而一級運動員在習練此動作的右膝關節(jié)角度起伏變換，從馬步靜止時一級運動員右膝關節(jié)角度均值為94.6°，數(shù)據(jù)接近于此動作的標準值。隨著一級運動員在馬步變換為弓步的過程中，數(shù)據(jù)的起伏較初學者來講相對穩(wěn)定且動作軌跡較為明顯。到馬步變換至弓步動作靜止后一級運動員右膝關節(jié)的角度均值為178.66°左右，數(shù)據(jù)接近符合此動作的標準值。綜上，初學者與一級運動員在練習弓、馬步轉(zhuǎn)換時有明顯的差距。初學者在靜止時的馬步及轉(zhuǎn)換為弓步靜止時的數(shù)據(jù)均高于或低于此動作的標準值；轉(zhuǎn)換過程中起伏較大，無跡可尋。而一級運動在練習此動作的數(shù)據(jù)值均接近于此動作的標準值；轉(zhuǎn)換過程中數(shù)據(jù)變化相對較小。

2.4.3 不同水平練習者弓、馬步轉(zhuǎn)換左髖關節(jié)關角度對比分析髖關節(jié)角度的變化在武術套路運動中具有重要作用，如柔韌性、步型的支撐、跳躍的騰空等。而武術套路中的柔韌性更加強調(diào)了肩、腰、膝、髖等大關節(jié)柔韌性的重要性，而髖關節(jié)在下肢的步型中起到了關鍵的作用。如何確定髖關節(jié)角度，可由軀干與大腿之間的前夾角來確定髖關節(jié)角度的測試點。通過專家訪談悉知，弓、馬步轉(zhuǎn)換時左髖角度變化應從馬步靜止時的90°左右，到轉(zhuǎn)換為弓步靜止時的90°左右。

經(jīng)過Dartfish運動視頻分析軟件加工分析，發(fā)現(xiàn)初學者在馬步靜止時的左髖關節(jié)的角度均值為116.95°，高于左髖關節(jié)角度的標準值。隨著動作的變化，初學者在變化的過程中數(shù)據(jù)出現(xiàn)了起伏、有高有低，到馬步變成弓步時的靜止時左髖關節(jié)的角度均值在112.67°左右參差起伏，偏高于左髖關節(jié)角度的標準值。而一級運動員在馬步靜止時的左髖關節(jié)的角度均值為93.2°，接近于此動作的標準值。隨著馬步變向弓步轉(zhuǎn)換的過程中，數(shù)據(jù)顯示一級運動員左髖關節(jié)角度的變化幅度不大且有跡可循，到動作最后落成弓步靜止時的左髖關節(jié)角度來看一級運動員的角度均值為91.09°，接近于此動作的標準值。綜上，初學者與一級運動員在進行弓、馬步轉(zhuǎn)換時左髖角度的變化有較大差距。初學者左髖關節(jié)的角度明顯高于一級運動員左髖關節(jié)的角度，且一級運動員左髖關節(jié)的角度接近于此動作的標準值。

2.4.4 不同水平練習者弓、馬步轉(zhuǎn)換右髖關節(jié)關角度對比分析通過專家訪談悉知，弓、馬步轉(zhuǎn)換時右髖關節(jié)角度隨左髖關節(jié)角度的變化而變化，因此本文研究只對比初學者與一級運動員之間的右髖關節(jié)角度的差異。經(jīng)過Dartfish運動視頻分析軟件加工分析，初學者在馬步靜止時的右髖關節(jié)角度已經(jīng)出現(xiàn)了高低不同的現(xiàn)象，隨著動作的轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)出現(xiàn)了較大幅度的變化。而一級運動員在進行弓、馬步轉(zhuǎn)換時的右髖角度，在實驗開始的馬步可清晰看出一級運動員起始的角度基本是一致的，隨著動作的轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)高低的變化。綜上，初學者與一級運動員在進行弓、馬步轉(zhuǎn)換時右髖角度的變化有較大的差距。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

初學者與一級運動員在身體重心、左膝關節(jié)關角度、右膝關節(jié)關角度、左髖關節(jié)角度、右髖關節(jié)角度的變化5個方面有較大的差異。不同水平練習者的重心變化上，一級運動員的重心較為穩(wěn)定，而初學者的重心起伏較大；不同水平練習者的左、右膝關節(jié)角度變化上，一級運動員的左、右膝關節(jié)角度接近于此動作的標準值，而初學者的左、右膝關節(jié)角度高于此動作的標準值；不同水平練習者的左、右髖關節(jié)角度變化上，一級運動員的左髖關節(jié)角度接近于此動作的標準值，而初學者的左髖關節(jié)角度高于此動作的標準值，右髖關節(jié)一級運動員和初學者也有明顯的差異。

3.2 建 議

3.2.1 在身體重心方面，初學者學練武術基本功時，要注重弓、馬步的重心變化，設置循序漸進，由易到難的練習目標且通過系統(tǒng)科學的訓練提高初學者的柔韌性、協(xié)調(diào)性、持久性，最后使其在做此動作時的重心較為平穩(wěn)，起伏較小。

3.2.2 初學者學練基本功時要注重左、右膝關節(jié)角度變化，完成基本動作的動作規(guī)格要求。在步型與步型之間進行轉(zhuǎn)換時，弓、馬步應大腿蹲平，做到不起伏從始至終完成所學基本動作。

3.2.3 初學者學練基本功時要注重左、右髖關節(jié)角度變化。在步型與步型之間的轉(zhuǎn)換時，保持左髖的穩(wěn)定性。保持左腿蹲成90°，在轉(zhuǎn)換的過程中保持原有姿態(tài)做到不起伏。