本研究動運學及動力學資料使用 Nexus 1.7.1 軟體進行個反光求標記後匯出 c3d 檔,利用 Visual 3D(C-Motion, Rockville, MD, USA)建立 3D 人體模型,將 人體分為 15 個肢段,並將各肢段視為均質鋼體,各肢段間是無摩擦的鉸鏈結構。
反光球軌跡以 Butterorth Fourth-Order 濾波公式進行資料修勻,以 10Hz 進行低通 濾波(low-pass filter)去除雜訊,測力板資料以 40Hz 進行低通濾波去除雜訊。
各關節角度參數依照 Carden angle 旋轉順序 XYZ 求得,並透過測力板收集側向
骨盆(Pelvis)以左右 ASIS 與 PSIS 四點定義出;大腿(Thigh)以 TRO、
KNE 及 mKNE 定義出;小腿(Shank)以 KNE、mKNE、ANK 及 mANK 定義 出;足部(Foot)以 ANK、mANK、MP1、MP5、HEEL 及 TOE 定義出。
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大腿以 TRO、mKNE、KNE、ASIS 及 THI 定義而成,計算出髖關節中心為 原點,利用 mKNE 與 KNE 計算出膝關節中心,膝關節中心往原點為 Z 軸,原點 往大轉子(TRO)連線為 X 軸,利用 Z、X 軸外積得到 Y 軸。
(五)小腿座標定義
小腿以 mKNE、KNE、mANK、ANK 及 TIB 定義而成,mKNE、KNE 計算 出膝關節中點,將膝關節終點作為原點往 KNE 連線定義出 X 軸,再以 mANK 與 ANK 計算出踝關節中點往原點方向定義為 Z 軸,再由 Z、X 軸外積得到 Y 軸。
(六)足部座標定義
足部以 mANK、ANK、HEEL、TOE、MP1 及 MP5 定義而成,利用 mANK 與 ANK 計算出踝關節中點作為原點,從原點到 MP1 與 MP5 中點定義出 Y 軸,
原點到 ANK 定義出 X 軸,再由 X、Y 軸外積求得 Z 軸。
二、運動學分析
以 Vicon 紅外線高速攝影機拍攝反光球資料,拍攝頻率為 300 Hz,利用 viconNexus 1.7.1 軟體進行 3D 影像重建及反光球標誌後匯出 c3d 檔,利用 Visual 3D(C-Motion, Rockville, MD, USA)進行 Butterworth 4 階影像濾波公式進行影 像修勻,以 10 Hz 低通濾波去除雜訊,下肢各關節角度依照 Carden angle 旋轉順
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三、動力學分析
使用 Visual 3D(C-Motion, Rockville, MD, USA)軟體分析,測力板所得地 面反作用力資料,以逆動力學方式計算側向躍殺動作落地時下肢髖、膝、踝關節 力矩情形,因體重差異力矩計算時皆以體重對原始資料進行標準化,所得數值以 倍體重表示。
(一)地面反作用力(ground reaction force)
實驗參與者擊球落地後與地面接觸而產生的地面反作用力,其力量大小與作 用力相同方向相反。地面反作用力將探討兩個方向,垂直分力與左右水平分力。
(二)關節力矩(joint moment)
本研究使用 Visual3D(C-Motion, Rockville, MD, USA)軟體計算力矩值,以逆 動力學方式計算力矩,將遠端肢段相對近端旋轉座標,配合地面反作用力求出內 力矩值(internal moment),力矩方向分別為矢狀面(X)、額狀面(Y)、水平面
(Z)。
圖 3-10 下肢關節力矩算計方式
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四、資料分析與特徵點截取方法:
圖 3-11 垂直地面反作用力
本研究使用 kislter 三軸測力板,主要探討垂直地面反作用力分力及水平(左 右)地面反作用力峰值,垂直地面反作用力分力將用於判斷落地瞬間及離地瞬間 進行標誌,並截取落地瞬間到垂直分力峰值計算所需時間。
圖 3-12 地面反作用力峰值
本研究將探討垂直地面反作用力峰值及水平地面反作用力峰值。
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圖 3-13 水平地面反作用力與膝關節額狀面角度
上圖為水平地面反作用力分力,下圖呈現為左腳膝關節內翻(-)、外翻(+)
情況,本實驗將利用水平地面反作用力分力峰值截取膝關節額狀面角度。
圖 3-14 身體質心垂直位移圖
本實驗動作設計上選手會先向左一個墊步後雙腳起跳落地後快速移動回球 場中心,因此我們可以利用全身反光球所建立的全身 15 個肢段計算出身體質心 位置,透過身體質心垂直方向數據可以發現起跳前的墊步,跳躍最大高度及落地 後的下蹲情形,上圖所示為起跳前質心最低點(ST)。
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圖 3-15 上為垂直地面反作用力下膝關節矢狀面角度
落地過程中膝關節會從落地瞬間開始增加膝關節屈曲角度進行能量的吸收,
本研究比對過去研究將膝關節屈曲最大值進行標記,將落地瞬間至膝關節最大屈 曲角度為下蹲期,本研究將截取膝關節最大屈曲時下肢關節的角度進行探討,並 計算落地瞬間至膝關節最大屈曲所運用的時間。
圖 3-16 下蹲期下肢關節角度
下蹲期下肢關節活動度,利用測力板數據定義落地瞬間為 0%,並配合反光 球數據定義膝關節最大屈曲為 100%,透過軟體計算匯出下蹲期下肢關節變化情 形,將 16 名大專公開組羽球選手下蹲期下肢關節角度平均後繪製角度與下蹲期 百分比圖,圖為右往左、由上往下分別為踝、膝、髖,上排為矢狀面角度,下排 為額狀面角度。
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