本研究以 20 名一般組大專武術運動員(女性 7 名,男性 13 名)為研究對象,依性 別以及拳齡比例隨機分配至實驗組(TRAIN)與對照組(CON)。所有受試者在實驗前 皆由實驗者詳細告知前後測與訓練介入之內容,並須填寫受試者同意書。若有符合以下 情形者,將排除參與實驗及訓練介入:
一、實驗時間起算之過去六個月內發生過影響骨骼、神經及肌肉功能之傷害或病症。
二、過去一年內曾接受過系統性的核心訓練。
三、實驗及訓練介入期間進行其他核心訓練課程或自行訓練。
第二節 實驗及介入時間與地點
一、實驗及訓練介入時間:於 2013 年 03 月進行前測,04 - 06 月進行訓練介入(註,見 本章第七節末),於 06 月介入結束之後進行後測。
二、實驗地點:於國立台灣師範大學公館校區之運動生物力學實驗室進行實驗之前測與 後測。
三、訓練介入地點:於國立台灣大學綜合體育館進行訓練介入。
第三節 實驗流程
整體實驗流程見下頁圖 1。
一、整體實驗流程
圖 1 實驗流程示意圖 1. 對受試者統一說明實驗流程、測驗方法、訓練內容
2. 讓受試者閱讀同意書,並說明排除規範,之後請符合實驗規範者簽寫同意書 3. 按性別、拳齡比例隨機分派至實驗組、對照組
前測
出拳、爆發、平衡之測試
後測
出拳、爆發、平衡之測試 訓練介入(六週)
實驗組 核心訓練
對照組 休閒運動
資料處理與分析
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第四節 實驗儀器與設備
一、資料收集
(一)Vicon 三維動作分析系統(Motion analysis system)
1. Vicon 動作分析系統之紅外線高速攝影機(Motion Capture System, MX13+, UK)十台,擷取頻率為 250 Hz,收集黏貼於身體肢段的反光 求在座標系統中的軌跡。
2. T-Wand 校正棒(390 mm),用作影像擷取前之動態校正;L-Frame 校 正架,用於定義運動空間之三維座標軸向。
3. 反光球。黏貼位置如圖 2,共使用 51 顆反光球。
圖 2 反光球黏貼位置圖
(二)動力學
1. 三軸測力板四塊,含一塊 Kistler 9287(90*60 cm),與三塊 Kistler 9281
(60*40 cm),擷取頻率為 1000 Hz。
2. 兩台訊號放大器。
(三)其他
桌上型電腦一台,內搭載 Vicon Nexus 1.8.2 版軟體,用於擷取紅外線 攝影機以及測力板之資料。軟體本身已在資料收取的同時,將十台紅 外線攝影機,以及測力板進行了同步。
二、其他
(一)雙面膠帶
(二)透氣膠帶
(三)游標卡尺
(四)捲尺
第五節 前/後測流程
一、 場地佈置、儀器架設及校正。
二、 向受試者說明測驗內容。
三、 請受試者進行熱身。
四、 進行反光球之黏貼。
五、 向受試者說明動作注意事項,並讓受試者練習踩在測力板上進行抝步衝拳、騰空 飛腳落地於測力板上等。
六、 進行實驗資料收取。本研究中共有四個測驗動作,所有受試者皆統一以如下之順 序漸次執行:(一)垂直下蹲跳(CMJ)、(二)單腳獨立平衡、(三)騰空飛腳後 獨力平衡、(四)抝步拳。每位受試者反覆執行動作,直到收取到三次成功的動 作,再換下一個動作進行收取。每次動作執行之間約休息 30 秒。
動作執行及成功動作的定義如下:
(一) 垂直下蹲跳:受試者兩腳分別踩於一塊測力板,雙手叉腰、兩眼直視 前方,盡最大所能跳到最高;落地後可以微蹲方式稍作緩衝再回到站直平視 狀態,但不可蹲過深或過久。若有在跳躍過程中頭部、軀幹歪斜,或是小腿 向後勾起的情況則算失敗;落地時若有站不穩、腳踩出測力板外、緩衝蹲得 過深或過久之情況也算失敗。
(二) 單腳獨立平衡:受試者雙手插腰、雙腳站立於一塊測力板內預備,實 驗者指示開始後,受試者將右腳抬起成左腳單獨站立,抬起之右腳髖關節屈 曲 90 度,並盡可能維持平衡,持續 20 秒;過程中雙眼維持睜開。由於此動
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作目的是為了測驗 20 秒期間的靜態平衡能力,因此若有身體輕微搖晃歪斜、
雙手為了平衡而暫時離開插腰狀態等情況,不算失敗;若抬起之右腳落地,
或是身體嚴重失去平衡,才算失敗。
(三) 騰空飛腳後獨力平衡:受試者右腳在前、右手舉於頭前端站在測力板 外緣預備,以起跳後能讓左腳單腳落於測力板內之位置即可;開始後向前躍 起踢出右腳,以左腳單腳落地於測力板內、右腳不落,盡可能保持平衡,並 維持三秒鐘(由實驗者計時);動作盡可能維持平時訓練時的自然執行方式
(跳高、用力踢擊、踢擊時右手拍踢擊腳之腳背)。落地後如站立之左腳有 跳動、挪動等情況,則算失敗;計時三秒完成前失去平衡(因為慣性而使身 體倒向一邊、右腳落地等)的話,也算失敗;必須落地後無彈跳、挪動等情 形,並維持穩定到三秒計時完成才算成功。
(四) 拗步拳:受試者兩腳各踏於一塊測力板,實驗者喊預備時,受試者右 手抱拳於腰、左手掌向左(實驗室之+X 方向)伸出成採手勢,兩腳彎曲下 蹲馬步至大腿與地面水平(肉眼判定),此時軀幹面向實驗室之-Y 方向、頭 面向+X 方向;指示動作開始後,受試者將軀幹左轉向+X 方向,左腳保持彎 曲而腳尖外開向+X 方向、右腳撐直、成左弓箭步,左手握拳收回腰並打出 右拳(向+X 方向)。要求受試者盡最大努力完成動作;如有過程中或動作完 成後腳踏出測力板之情形,則算失敗;動作完成時後(右)腳如腳跟離開地 面,也算失敗。
受試者全程穿著武術鞋進行所有測驗動作。原黏貼於足部之反光球,以在鞋外 摸出該黏貼位置、貼於鞋子上之方式進行黏貼。
第六節 參數處理與分析
本節說明四個測驗動作經過儀器擷取後所進行的資料處理,以及如何分期、定義成 所測量之參數。
一、資料處理與分析
以 Vicon Nexus 軟體擷取資料後,同樣利用 Vicon Nexus,將資料中受試者身上之所 有關節點(marker)進行命名(labeling),並儲存成為.cmo 檔。
接著以 Visual3D v5 軟體,依據來自 Vicon Nexus 之靜態檔中命名完成的關節點位置,
建置人體動作模型,再匯入動態檔案作分析。分析的動作共有如下幾點:
(一) 資料的濾波:運動學資料以 6 Hz 之低通濾波(lowpass filtering)進行處理;
動力學資料以 12.53 Hz 之低通濾波進行處理(S. E. Ross, Guskiewicz, & Yu, 2005)。
(二) 時點的標記:利用軟體內建的資料處理工作站(pipeline workshop)中之 Event Creation 功能,進行時點標記。
(三) 資料匯出:將濾波、標記完成之所需運動學與動力學資料匯出成為.txt 檔,
以進行後續運算。
將從 Visual3D 匯出後之檔案以 Microsoft Excel 2010(簡稱 Excel)開啟,並進行所 需的運算。
二、動作分期與參數定義
本研究中共收取了四個動作的資料,在此將四個動作,分為出拳、穩定、彈跳爆發 等三部分進行解說。
(一) 出拳部分:以拗步拳進行評估。
1. 動作分期
(1) 動作開始(Start):以 Visual3D 之 Event_Threshold 定義全身質心速度 在 X 方向上超過.01 m/s 時作標記。
(2) 後(右)腳最大推蹬瞬間(Peak propelling):匯出一號力板(右腳所 踩 踏 的 那 塊 , FP1 ) 三 軸 方 向 之 地 面 反 作 用 力 , 用 Excel 以
√𝑋2+ 𝑌2+ 𝑍2計算出合方向之值,並找出最大值,在該點作標記。
(3) 最大全身質心速度瞬間(Peak COM velocity):匯出 Visual3D 計算出 之 受 試 者 全 身 質 心 速 度 在 三 個 方 向 的 資 料 點 後 , 用 Excel 以
√𝑋2+ 𝑌2+ 𝑍2計算出合方向之值,並找出最大值,在該點作標記。
(4) 最大(右)手部質心速度瞬間(Peak hand velocity):匯出 Visual3D 計算出之受試者右手手部肢段質心速度在三個方向的資料點後,用 Excel 以√𝑋2+ 𝑌2 + 𝑍2計算出合方向之值,並找出最大值,在該點作 標記。
由以上四個瞬間,劃分出如下三個階段(圖 3):
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(1) 最大出拳速度(Peak punch velocity):右手手部肢段質心之合方向最 大速度,單位為 m/s。
(2) 最大質心速度(Peak COM velocity):全身質心之合方向最大速度,
單位為 m/s。
(3) 最大推蹬力量(Peak propelling force):後(右)腳之合方向最大地面 反作用力,單位為 BW(body weight,以體重進行標準化)。
(4) 推蹬期時間(Time 1):從動作開始到最大推蹬力量之時間,單位為
(1)-1. 最大質心高度瞬間:以 Visual3D 之 Event_Global_Maximum 功能,找
推蹬期
(Peak propelling)
最大質心速度
(Peak COM velocity)
最大手部質心速度
(Peak hand velocity)
出騰空飛腳起跳後全身質心達到的最高點作標記。
(1)-2. 最大踢擊速度瞬間:匯出 Visual3D 計算出之受試者右腳足部肢段質心 速度在三個方向的資料點後,用 Excel 以√𝑋2+ 𝑌2+ 𝑍2計算出合方向之 值,並找出最大值,在該點作標記。
(1)-3. 落地瞬間:因騰空飛腳落地後,地面反作用力在所有受試者皆會超過 1000 N,因此以 Visual3D 之 Event_Onset,定義測力板在 Z 方向上,數 值基準線(baseline)原本在 0、開始數值上升後超過 1000 N 之閾值
(Threshold)的條件符合之點作標記。
(1)-4. 動作結束:從落地瞬間開始後 3 秒;以輸出之資料點,從落地瞬間起 算,第 3000 點即為目標(因測力板擷取頻率)。
僅定義此四個時點,不另為各時點間作階段的命名。
單腳獨立平衡部分,定義
(2)-1. 動作開始:因抬起右腳時,會產生一速度的上升,因此以 Visual3D 之 Event_Onset,定義右腳足部質心速度在 X 方向上,數值基準線(baseline)
原本在 0、開始數值上升後超過.03 m/s 之閾值(Threshold)的第一個條 件符合之點作標記。
(2)-2. 動作結束:動作開始後 20 秒;以輸出之資料點,從動作開始起算,
第 20000 點即為目標(因測力板擷取頻率為 1000 Hz)。
2. 參數定義
(1)-1. 垂直方向到達穩定時間(vertical time to stabilization, TTS Fz):由落地 瞬間起算,直到 Z 方向的地面反作用力值到達且停留在體重值為基準線 的上下 5%體重值內,且後續的資料點未再超出此範圍,則定義此資料 點為達到穩定,並定義從落地瞬間起算到此點之時間,為垂直方向之 TTS(圖 4)。
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圖 4 垂直方向到達穩定時間示意圖
上頁圖中曲線為濾波後之 Z 方向 GRF,箭號指出資料點到達且停留在 體重基準線±5%體重值之時間點(911 msec)。
(1)-2. 前後方向到達穩定時間(TTS Fx)
其運作方式如下:
a. 計算平均值序列:將落地瞬間至動作結束的 3000 點資料,逐點作 平均,形成一序列:序列的第一點,為落地瞬間 GRF 的第一點;
序列的第二點,為 GRF 前兩點的平均;序列的第三點,為 GRF 前
序列的第二點,為 GRF 前兩點的平均;序列的第三點,為 GRF 前