揮桿動作分段

本論文整理過專業教練的建議與指導^, 將教練對各關鍵點的解釋從物理特性的角度重新詮釋 ^, 並對應在量化的加速度與角速度數據上 。 只要可以辨認各關鍵點 ^,那麼依定義由關鍵點切割產 生的分段動作便可以很快地取得^,這麼一來就達成動作分段的目標了 。

圖 ₉ 為在足夠感測範圍下的一筆高爾夫揮桿中測得加速度計與陀螺儀讀值之波型^,這也是 本論文提到之動作分段方法的基本輸入資訊^,在圖中也標示了這些關鍵點可能在的時間點 ^,圖₉

(a)˜(e)依序分別標記了起始點 、 上桿中點 、 上桿頂點 、 下桿中點和擊球點 。 Top of swing

(a) (b) (c) (d)(e)

在起始點後^,啟動的桿頭帶動手腕的旋轉 ^,在上桿過程中達到上桿中點^,此時 ^,為了持續 拉升球桿 ^,球員會進一步於旋轉中的手腕發力 ^,使桿頭產生一個更明顯的轉動量^,根據 這個現象^, 上桿中點以角速度的讀值為判斷標準^,尤是垂直於揮桿平面的 z 軸的角速度 最為關鍵_{; ωz} 會在這個瞬間達到一個區域極大值。 另外原本和擊球方向平行 、 不受重力 作用的感測器座標的 y 軸會在逐漸達到上桿中點的過程中^,漸漸與地表垂直^,加上球員 持續對_-y 軸方向的施力^,使 _gy 在上桿中點達到一個不明顯的區域極小值^,而_gy 在該點 之後會增加 ^,僅是因為 ^y 軸又和重力方向產生夾角^,逐漸不受重力影響之故 。 上述兩個 判斷依據分別標記在圖^9-2與圖_9-3的圓框處^,也代表著桿頭已經準備繼續往上拉抬 、 桿 身平行於地面的瞬間的揮桿動作物理性質 。 而在演算法方面 ^,為了防止判斷錯誤^,本論 文將搜尋極大值與極小值的動作限制在起始點與上桿頂點兩個時間點之間。

• 上桿頂點:

經過上桿中點後 ^,球員持續將桿頭往上帶^,並開始旋轉腰部^,讓高爾夫球桿到達最高點 ^, 正是所謂的上桿頂點 。 為了儲備擊球時所需的力量^,此時的身體腰部旋轉也到極限 ^,且 上半身呈現略為緊繃的狀態。 由於在上桿頂點是一個力量轉換的關鍵點^,加上身體逐漸 延展 ^,在接近上桿頂點的過程中桿頭上的速度會放慢並有短暫的停頓^,因此感測器陀螺 儀三軸的讀值也會收斂到接近^{0 ,}如圖 _9-4的圓框標記所示 。

• 下桿中點:

在從上桿頂點開始進行的下桿過程中 ^,和上桿反方向^,學員將球桿往下揮動^, 並在此時 轉動在達到上桿頂點之際已經旋轉繃緊的腰身^,藉此加強桿頭的速度 ^,並達到下桿中點 , 與上桿中點不同的是^,在下桿中點之際^, 由腰部帶動的旋轉向量大小是相當強勁的^,而 在下桿時 ^,學員是以類似帶切的方式將下拉桿面轉正^,這部分的的轉動向量在短時間內 完成 ^,對 _y 軸產生的影響最大^,在下桿中點時^,桿頭已幾乎轉正^, 因此下桿過程中對 _y 軸的轉動都集中在下桿中點之前^,在下桿中點之後便會收斂 。 如圖 _9-5的標記所示^,此

時的 _ωy 會是一個區域極大值^,也是下桿中點所在 。

• 擊球點:

學員在下桿過程持續加速^,並開始將身體的重心轉移向擊球方向 ^,並在最後擊中球^,擊 球動作的瞬間會因與球的碰撞而在桿頭產生強烈的加速度^, 強烈的撞擊皆反應在感測器 加速度計的三軸上^,這樣的現象也決定了擊球點的瞬間 。 如圖 _9-6的標記所示 ^,在這裡 標記的是與擊球方向平行的 _y 軸上的最大值^,不過更精確地說^,本論文在這裡以加速度 的長度最大值⁽即三軸加速度的平方總和開根號⁾ 判斷擊球點的位置^,由波型可看到此時 在無論_gx 、

gy 、

gz ,產生的讀值都是之前揮桿和之後收桿動作都不會有的巨大數值。

七 、 特徵值擷取

本論文已分別在第 ₅章和第 ₆章介紹了高爾夫揮桿軌跡的重建和揮桿動作的分解^, 在這些研究 中我們皆著重於分析感測器資訊^, 並嘗試將之轉換為有意義的資訊 ^,而在這個章節^,我們進一 步靠以上介紹過的方法萃取出揮桿的特徵值^,做為更多供學習者參考的有用資訊 。 許多特徵值 如桿面角度 、 揮桿速度 、 揮桿長度 、 揮桿節奏等^,都是揮桿過程中特別的資訊^,這些資訊若能 大量並適當地統計與分析^,甚至能夠做為該次揮桿與擊球狀態是否理想的評斷依據^,正好切合 高爾夫學習系統在功能上的需求 。

在現今^, 專業教練口頭上的指導其實也包含著特徵值的資訊 ^,也讓所謂的特徵值資訊在學 習成效的評判上有一定的依據^,例如要求學員不要揮得這麼急 、 腰不要轉太快^,都隱含著揮桿 速度 、 感測器讀值啟動點判斷等含意。 但特徵值的範圍很廣泛^;若特徵值能影響學員的揮桿成 果^, 就代表它們是一種變因^,而在揮桿過程中 ^,除了感測器的讀值 ^,舉凡事前準備動作的雙腳 站位 、 桿面擺放 、 桿身握法 、 使用桿號^,甚至是當日天氣 、 風向^,都是影響擊球結果的因素 。 在這麼多的因素裡^,本研究選擇簡化變因^,單從目前可從感測器取得之資訊進行特徵值的萃取 ,取得一些較典型且對於我們在未來的研究上有幫助的資訊。

7.1 揮桿節奏

在高爾夫球學習中^,揮桿節奏(Tempo)是一個常用來判斷上下桿速度是否合適的特徵值^,它是 一個比值^,定義為上桿花費時間:下桿花費時間 。 國際暢銷的高爾夫學習教學手冊 《^{Tour Tempo}》

的作者John Novosel 是最早提出 ^,許多表現亮眼的職業選手的揮桿節奏都接近^{3 : 1}說法的人

之一^,也就是上桿花費時間理想應為下桿時間的三倍之多^,這是讓身體能夠最為順暢地進行揮 桿的比例 。

基於這個球界知識^,我們使用動作分段技術取得分別象徵上桿起點 、 上下桿分水嶺 、 下桿 終點的起始點 、 上桿頂點 、 擊球點資訊^,則可得

揮桿節奏 ₌ 上桿頂點₋起始點

擊球點₋上桿頂點^{. (17)} 從訓練肢體協調性的角度切入上^, 這個資訊對於學員的幫助在於讓他們得以認知自己是否 在上下桿的速度上過快或過慢 ^,在本論文的實作展示中 ^,將會計算該次揮桿的揮桿節奏資訊^, 若揮桿節奏與理想值偏差太多^,系統會基於原本的揮桿資訊 ^,提供一組合適的上下揮桿速度給 學員參考 。