逢友分析-射击运动的生物力学分析与精细训练

射击运动是一项极度依赖精准性和稳定性的竞技项目,运动员需要在极短时间内完成瞄准、扣动扳机并击中目标。这不仅考验其心理素质和专注力,也对身体的静态与动态稳定性提出了极高要求。

谢瑜获得巴黎奥运会射击男子十米气手枪决赛金牌丨图源@央视新闻

现代生物力学技术的引入,为射击运动的科学分析和训练优化提供了强有力的支持。运动捕捉、表面肌电、压力分布等生物力学设备的综合应用,使我们能够深入理解射击运动员的动作模式、肌肉激活情况以及身体与地面的相互作用,从而优化训练策略,提高射击精准度和稳定性。

射击运动主要分为步枪射击、手枪射击和霰弹枪射击三大类。步枪射击包括50米步枪三姿、10米气步枪等项目,要求运动员具备极高的稳定性和控制能力;手枪射击包括10米气手枪、25米手枪速射等,强调射手的快速瞄准与精准发力;霰弹枪射击则涉及飞碟双多向、飞碟双向等项目,需要运动员在高速移动目标中精准射击。

图源@新华社

射击运动的技术特点主要体现在静态稳定性和动态控制能力上。

在步枪和手枪射击中,射手需要保持身体稳定,尽可能减少不必要的颤动和晃动,以确保瞄准精度。而在霰弹枪射击中,射手不仅要稳定持枪,还需具备良好的动态反应能力和身体协调性,以精准锁定目标。科学的射击训练不仅需要心理素质,还需要对身体运动的精细控制。

射击运动中的生物力学原理

射击运动高度依赖生物力学精细控制,它不仅要求运动员具备极高的肌肉稳定性、良好的平衡能力、精准的视觉控制,还需要运动员能够在高压力环境下保持生理与心理的高度协调。

北体科技攻关与服务团队进行qualisys测试丨图源@北京体育大学

在射击运动中,运动捕捉技术可以精确记录运动员的全身姿势、枪支轨迹以及扣动扳机的动态过程。高水平射击运动员在射击过程中通常表现出极小的身体晃动和枪支移动轨迹,而初学者往往存在不稳定的枪支控制问题。通过高精度的光学运动捕捉系统,可以分析运动员在不同射击阶段(站位调整、瞄准、扣动扳机、后坐力管理)的姿态变化。

北体科技攻关与服务团队进行qualisys测试丨图源@北京体育大学

经验丰富的射击运动员在扣动扳机的瞬间,手部的运动轨迹更为平稳,能够有效减少额外的枪口偏移。此外,运动捕捉系统还可以结合虚拟现实(VR)或增强现实(AR)技术,构建虚拟射击环境,让运动员在不同情境下训练,并通过实时反馈优化技术动作。

瑞典Qualisys是全球领先的高精度运动捕捉和3D位置追踪系统供应商,旗下光学运动捕捉设备可应用于工业、生物力学、影视动画、虚拟现实、机器人和运动科学等多个领域。

Qualisys各型号适用于各种天气情况,Qualisys防护式型号防尘防水,可以在任何环境和测试场景中运行。摄像机结合了内置的主动滤波技术、阳光滤镜和比之前型号提高50%的大功率频闪仪,即使暴露在阳光之下也能从背景中精确地区分出标记点。

Qualisys三维运动捕捉系统能够详细采集射击运动员的每一个动作细节,包括关节角度、手指触发速度、枪支运动轨迹等关键参数。这些数据为射击运动员的技术动作分析提供了有力支持,帮助找出存在的问题并进行针对性改进。通过持续捕捉和分析,教练和运动员可以不断优化技术动作,提升运动表现。

同时,该系统还能揭示一些肉眼难以察觉的细微动作,射击运动员可以更好地掌控枪械,减少射击时的误差。

在立姿射击项目中,运动员必须保持稳定的站姿,以确保枪支的稳定性和瞄准精度。Bertec测力台能够实时记录射击运动员在各类姿势和动作中的地面反作用力(Ground Reaction Force, GRF)、压力中心(Center of Pressure, COP)以及力矩(Moments)等动态参数。

研究发现,高水平射击运动员在射击前能够主动减少COP的摆动幅度,使身体保持更稳定的状态。

Bertec测力台还可以用于分析运动员如何调整支撑点的受力,以优化姿势稳定性。结合测力台数据,教练可以为运动员制定个性化的平衡训练方案,例如加强核心稳定性训练、调整站姿宽度,甚至优化射击靴的设计,以减少身体晃动,提高射击精度。

在所有体育项目中,顶级运动员要想在比赛中取得成功,必须具备长时间保持高度专注、排除内外干扰的能力。而对于射击、射箭等依赖精确控制且由技术与心理素质共同主导的项目而言,卓越的专注力更是决定胜负的关键因素。高水平射击运动员通常表现出较长时间的稳定注视,他们的视线较少在瞄准过程中发生无序跳动。

PupilLabs Neon眼动仪消除了传统上与眼动追踪相关的障碍,无需设置,无需校准,即使在苛刻的条件下也能为提供前所未有的数据质量,以评估运动员在射击前的注意力集中程度。

研究发现,在高压力比赛环境下,运动员的瞳孔直径可能会增大,表明交感神经系统的激活程度上升,这可能影响其射击稳定性。此外,眼动仪还可以用于分析射击运动员在不同光照条件下的适应性,帮助优化训练方案,例如通过低光环境训练提高夜间射击能力。

射击运动虽然看似静态,但运动员需要长时间维持枪支稳定,这对肩部、手臂、核心肌群以及下肢肌肉都提出了较高的要求。高水平运动员通常能够以最低的肌肉激活水平维持枪支稳定,避免不必要的震颤。

Motion Lab表面肌电信号采集系统可以量化运动员在射击过程中肩部和上肢肌肉的激活情况,并分析长时间射击训练下的肌肉疲劳。基于sEMG数据,教练可以为运动员制定更科学的肌肉训练计划,例如增加等长肌力训练(isometric training),以增强肩部和核心肌群的耐力,提高射击稳定性

随着科技的发展,未来生物力学技术在射击运动中的应用将更加广泛和深入。人工智能和机器学习技术结合生物力学数据,能够自动分析射击运动员的技术动作,提供个性化训练方案。未来,通过大数据分析,AI可以预测射手在不同疲劳状态下的射击精度,并制定最优的训练和比赛策略。

图源@疯狂体育人

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术将与生物力学设备深度融合,为射击运动提供更具沉浸感的训练环境。运动员可以在虚拟场景中模拟各种复杂射击条件,并通过实时生物力学反馈优化自己的射击动作。此外,可穿戴生物传感器的应用,将使射击运动员能够随时监测自身状态,包括心率、肌肉疲劳度和身体稳定性,提供更加智能化的训练指导。

生物力学技术在射击运动中的应用,为科学训练提供了强有力的支持。随着科技的不断进步,射击运动员将能够借助更先进的生物力学分析工具,实现更高水平的竞技表现,同时推动射击运动整体发展,迈向更加智能化和精准化的新时代。