跳 遠 場 地 跳 遠 場 地 跳 遠 場 地 跳 遠 場 地

第參章第參章

第參章第參章、、、、研究方法與步驟研究方法與步驟研究方法與步驟研究方法與步驟

本研究方法與步驟可分別七個節數來說明之，一、研究對象，二、實驗時間 與地點，三、實驗儀器與設備，四、實驗場地佈置，五、實驗說明與流程，六、

資料收集與分析處理，七、統計分析來加以詳細陳述。

第一節 第一節 第一節

第一節、、、、研究對象研究對象研究對象 研究對象

本研究以 7 名優秀跳遠選手及 8 名短跑選手（非跳遠專長）為受試者對象受 試者資料如表 3-1 所示。

表 3-1 受試者基本資料

組 別 年 齡(yrs) 身 高(cm) 體 重(kg) 跳遠選手(n=7)

短跑選手(n=8)

20.8±1.2 16.8±0.8

178.4±3.9 174.0±6.8

70.7±4.6 66.0±9.1

研究對象尋找及募集標準如下：短跑選手（非跳遠專長）以現役短跑選手，

但沒有訓練過的跳遠技巧為主要受試者，年齡介於 16-20 歲之間，且無任何身心 系統性疾病；優秀跳遠選手為跳遠專項的選手，且有在全國性賽中得牌並且大會 公布比賽成績在七公尺以上為主要受試者，年齡介於 17-22 歲之間，也無任何身 心系統性疾病。

第三節 第三節 第三節

第三節、、、、實驗儀器與設備實驗儀器與設備實驗儀器與設備 實驗儀器與設備

本實驗儀器與設備經過研究者校正確定無誤，而實驗儀器與設備分為資料收 集、資料處理與其他部分。

（一）資料收集：

Redlake 高速攝影機一部。

JVC9800 數位攝影機一部及 SONY 數位攝影機一部。

一塊 Kistler9281B 型測力板(長 60 公分*寬 40 公分)，包括一部個人電腦、放 大器、傳輸線、接合器 16channels、A/D Board。

1m*1m 之平面比例尺一個。

（二）資料處理：

Kwon3D 3.1 影像分析軟體。

Redlake camera 影像擷取軟體。

Kwon3D GRF 分析軟體。

（三）其他部分：

號碼座一組。

水平儀一個。

皮尺二個。

木製踏板，(長 60 公分*寬 40 公分*厚度 0.7 公分)一個。

鏟子一個。

腳架三個。

光球一個。

螺絲六個。

數位錄影帶二個。

第四節 第四節 第四節

第四節、、、、實驗場地佈置實驗場地佈置實驗場地佈置 實驗場地佈置

如圖 3-1 至 3-4 所示為實際跳遠實驗場地佈置圖，圖 3-5 所示為實驗場地佈 置圖，跳遠跑道旁放置皮尺以利於受試者助跑之起跑點，Redlake 攝影機架設在 跑道上與跳遠跑道平行距離為 8.16 公尺，鏡頭高度與地面 1.34 公尺，鏡頭光軸 必需垂直跳遠跑道，並與地面平行，攝影機拍攝範圍以踏板起跳動作為主，並以 畫面速度 125 張/秒、快門速度 1250 張/秒來拍攝動作，SONY 數位攝影機拍攝範 圍以助跑最後二步動作為主，並以畫面速度 60 張/秒，JVC9800 數位攝影機拍攝 範圍以起跳至落地動作為主，並以畫面速度 60 張/秒。測力板則架設於跳遠沙坑 前 0.65 公尺，並在於測力板上放置一個木製跳板充當起跳板，模擬比賽情境，

以利於受試者踏板起跳。

圖 3-1 實驗運動剖面 圖 3-2 實驗運動方向

測力板測力板測力板

測力板

跳 遠 場 地 跳 遠 場 地 跳 遠 場 地 跳 遠 場 地

運 動 方 向 運 動 方 向運 動 方 向 運 動 方 向

Redlake Redlake Redlake Redlake KwonKwonKwon

Kwon3333D GRFD GRFD GRFD GRF電腦電腦電腦電腦

高速攝影機 高速攝影機 高速攝影機 高速攝影機 光球 光球 光球 光球 Kwon

Kwon Kwon

Kwon333D GRF3D GRFD GRF轉接器D GRF轉接器轉接器轉接器 同步盒 同步盒 同步盒 同步盒

放大器 放大器放大器 放大器 類比類比類比 類比 訊號 訊號訊號 訊號

數位 數位數位 數位 訊號訊號訊號 訊號

Extra Extra Extra Extra trigger trigger trigger trigger inin inin Biovision Biovision Biovision Biovision

trigger trigger trigger trigger

trigger trigger trigger trigger

60cm 60cm60cm 60cm

40 cm 40 cm 40 cm 40 cm

JVC 9800 JVC 9800 JVC 9800 JVC 9800 數位攝影機 數位攝影機數位攝影機 數位攝影機 SONYSONYSONY

SONY數位攝影機數位攝影機數位攝影機數位攝影機

12..67M 12..67M 12..67M 12..67M

65cm65cm 65cm65cm

8.16M 8.16M8.16M 8.16M

4.38M 4.38M 4.38M 4.38M 4.05M

4.05M 4.05M 4.05M 8.72M 8.72M 8.72M 8.72M

JVC 9800 JVC 9800 JVC 9800 JVC 9800 數位攝影機 數位攝影機 數位攝影機 數位攝影機 1.36M

1.36M 1.36M 1.36M 1.34M

1.34M 1.34M 1.34M 1.39M

1.39M1.39M 1.39M

SONY SONY SONY

SONY數位攝影機數位攝影機數位攝影機數位攝影機

高 高 高 高 速 速 速 速 攝攝 攝攝 影 影 影 影 機 機 機 機

圖 3-5 實驗場地佈置圖

第五節 第五節 第五節

第五節、、、、實驗說明與流程實驗說明與流程實驗說明與流程 實驗說明與流程

（一）動作要求

本實驗在最後一步是以慣用腳完全踏到測力板起跳為動作要求。

（二）實驗設計

在測試之前，每位受試者先做充分熱身，並且每位受試者都事先確定起跑點 經過助跑距離是否可踏到測力板，尤其是短跑選手，再來試驗本實驗。

（三）實驗流程 如圖 3-6 所示

步驟一 實驗前預先將測力板架設於起跳位置，並且架設攝影機拍攝範圍以踏板 起跳動作為主，其餘器材皆準備完畢並在實驗之前並做多次的測試確認 無誤。

步驟二 實驗前先登錄受試者基本資料表，並告知研究目的及整個實驗過程需注 意事項與配合地方。

步驟三 簽寫受試者同意書，告之受試者不舒服可隨時退出實驗。

步驟四 在試驗之前，受試者完成熱身及了解動作的要求，並給予多次試跳的機 會。

步驟五 將 1m*1m 上平面比例板放置踏板起跳拍攝範圍中。

步驟六 每位受試者以抽籤決定達到平衡次序，並依編號順序測試。

步驟七 每位受試者以試跳成功三次為資料收集，並且記錄成績。

步驟八 最後，再次將 1m*1m 上平面比例板放置踏板起跳拍攝範圍。

儀器多次測試確認無誤 儀器多次測試確認無誤 儀器多次測試確認無誤 儀器多次測試確認無誤 登錄受試者基本

登錄受試者基本 登錄受試者基本 登錄受試者基本

資料表資料表 資料表資料表

架設實驗儀器及設備 架設實驗儀器及設備 架設實驗儀器及設備 架設實驗儀器及設備 簽寫同意書

簽寫同意書 簽寫同意書 簽寫同意書

拍攝平面比例板 拍攝平面比例板 拍攝平面比例板 拍攝平面比例板 告之研究目的

告之研究目的 告之研究目的 告之研究目的

及實驗過程 及實驗過程 及實驗過程 及實驗過程

充分熱身 充分熱身 充分熱身 充分熱身

確定全腳掌踏上測力板動作要求 確定全腳掌踏上測力板動作要求確定全腳掌踏上測力板動作要求 確定全腳掌踏上測力板動作要求

記錄跳遠成績 記錄跳遠成績 記錄跳遠成績 記錄跳遠成績

儲存影像檔及測力板資料 儲存影像檔及測力板資料 儲存影像檔及測力板資料 儲存影像檔及測力板資料 決定試跳順序

決定試跳順序 決定試跳順序 決定試跳順序

圖 3-6 實驗流程

第六節 第六節 第六節

第六節、、、、資料收集與分析處理資料收集與分析處理資料收集與分析處理 資料收集與分析處理 起跳運動學參數資料收集分析方法：

本實驗主要應用 Redlake 高速攝影機進行矢狀面的影像收集，擷取頻率為 125Hz，針對跳遠之起跳動作來進行運動學分析，SONY 數位攝影機進行矢狀面 的影像收集，拍攝範圍以助跑最後二步動作為主，並以畫面速度 60Hz，JVC9800 數位攝影機進行矢狀面的影像收集，拍攝範圍以起跳至落地動作為主，並以畫面 速度 60Hz，所有拍攝的動作影片經過 Kwon3D3.1 版動作分析進行數位化處理並 獲得各關節點原始坐標資料，以 Butterworth4^th-order Zero Lag Digital 程式（cutoff frequency：6Hz）對原始資料進行修勻而獲得運動學參數資料。

起跳動力學參數資料收集分析方法：

在本實驗測力板上裝置一木製起板當起跳板，並使高度和周圍地面同高，在 木製起板上方放參考光球以便知道壓力中心位置。收集跳遠起跳之前後和垂直方 向之地面反作用力，主要使用 Kistler9281B 型測力板(長 60cm*寬 40cm)收集並與 放大器和一部個人電腦連線，訊號擷取頻率為 1250Hz，收集時間為 5 秒，由測 力板所測得資料，將使用 Kwon3D GRF 分析軟體進行所有動力學參數的分析。

運動學和動力學同步方法：

本研究運動學和動力學同步方法，主要利用同步的方法是經由測力板啟動瞬 間的訊號，透過 16 channels、放大器、數位、類比訊號至 Kwon3D GRF 轉接器 連接 Kwon3D GRF 分析軟體電腦及同步盒，在同步盒外接頻道 trigger 傳出訊號 給 Redlake，進行同步。

肢段參數的資料：

如圖 3-7 所示，採用肢體分解法(segmental method)將人體由頸、肩、肘、腕、

髖、膝、踝等部分分成 14 各肢段 21 各關節點，以 Dempster 等人(1955)研究肢體 部位百分比與重心位置百分比之資料。

1 1 1 1

7 77 7

2 22

2 3333

4 4 4

4 8888

1717 1717 1212

1212 55 55 66

66

13 13 13 13

14 1414 14

16 16 16 16

15 15 15 15 18 1818 18

19 19 19 19

2121 2121

202020 20 99 99

1010 1010

1111 1111

圖 3-7 14 各肢段 21 各關節點

研究架構：

如圖 3-8 所示 研究動作 研究動作 研究動作

研究動作 研究對象研究對象研究對象研究對象 階 段階 段階 段階 段 運動生物力學參數運動生物力學參數運動生物力學參數運動生物力學參數 統計方法統計方法統計方法統計方法

跳 跳 跳 跳 遠遠 遠遠 踏 踏 踏 踏 板板 板板 起 起 起 起 跳 跳 跳 跳 階 階 階 階 段 段 段 段

優優優 優 秀 秀秀 秀 跳 跳跳 跳 遠 遠遠 遠 選選選 選 手 手手 手

優 優優 優 秀 秀秀 秀 短短短 短 跑跑跑 跑 選 選選 選 手 手手 手

起起 起起 跳 跳 跳 跳 腳 腳 腳 腳

踏踏 踏踏 板 板 板 板 起起 起起 跳 跳 跳 跳 階 階 階 階 段 段 段 段

踏板階段 踏板階段 踏板階段 踏板階段

支撐瞬間 支撐瞬間 支撐瞬間 支撐瞬間

起跳階段 起跳階段 起跳階段 起跳階段

起跳腳之髖 起跳腳之髖 起跳腳之髖 起跳腳之髖、、、、膝膝膝、膝、、、 踝關節各淨力 踝關節各淨力 踝關節各淨力 踝關節各淨力、、、淨、淨淨淨

力矩 力矩力矩

力矩、、、淨功率、淨功率淨功率淨功率。。。。 踏板瞬間

踏板瞬間 踏板瞬間 踏板瞬間

起跳瞬間 起跳瞬間 起跳瞬間 起跳瞬間

獨 獨 獨 獨 立立 立立 樣 樣 樣 樣 本 本 本 本 tttt 考考 考考 驗驗 驗驗 及 及 及 及 皮 皮 皮 皮 爾爾 爾爾 遜 遜 遜 遜 積 積 積 積 差 差 差 差 相相 相相 關關 關關 跳遠成績

跳遠成績跳遠成績 跳遠成績 起跳腳運動學參數 起跳腳運動學參數 起跳腳運動學參數 起跳腳運動學參數 起跳腳動力學參數 起跳腳動力學參數 起跳腳動力學參數 起跳腳動力學參數

圖 3-8 研究架構

髖、膝、踝關節之名詞解釋及計算過程：

1. 模型建立與簡化

如圖 3-9 所示，將下肢段簡化為大腿、小腿與足部三個剛體環節，各環節之 間均以光滑鉸鏈連接，環節產生的運動認為肌肉收縮淨活動的作用，即忽略關節 周圍的韌帶、關節囊和其他軟組織作用因素。

在下肢段平面 OXY 坐標系上做平面運動。

Y Y Y Y

X X X X O O

O O 髖關節

髖關節 髖關節 髖關節 h(Hx,Hy) h(Hx,Hy) h(Hx,Hy) h(Hx,Hy)

膝關節 膝關節 膝關節 膝關節 k(Kx,Ky) k(Kx,Ky) k(Kx,Ky) k(Kx,Ky)

踝關節 踝關節 踝關節 踝關節 a(Ax,Ay) a(Ax,Ay) a(Ax,Ay) a(Ax,Ay) 大腿質心

大腿質心 大腿質心 大腿質心

Cl Cl Cl Cl (x (x (x (x

,y ,y ,y ,y

)) ) )

小腿質心 小腿質心 小腿質心 小腿質心

Cs Cs Cs Cs (x (x (x (x

,y ,y ,y ,y

) )) )

足部質心 足部質心 足部質心 足部質心

Cf(x Cf(x Cf(x Cf(x

,y ,y ,y ,y

)) ) ) 大

大 大 大 腿 腿 腿 腿

小 小 小 小 腿 腿 腿 腿 足 足 足 足 部 部 部 部

運動方向 運動方向 運動方向 運動方向

圖 3-9 下肢段簡化圖

2. 如何求出各髖、膝、踝關節之淨力、淨力矩、淨功率，如圖 3-10 至 3-12 所 示，首先求出以遠端的關節之淨力、淨力矩、淨功率至近端的關節之淨力、

淨力矩、淨功率得之關節的淨力等於該肢段體量與該肢度的質心加速度乘積：

ΣFx=m*ax

ΣFy=m*ay

關節的淨力矩(M) 等於該肢段近端的轉動慣量(I)與相對關節角加速度的乘積：

ΣM=I *α

關節的淨功率(P) 等於該關節的淨力矩(M)與絕對關節角速度的乘積：

ΣP= M*ω

STEP1：踝關節之淨力、淨力矩、淨功率

aaaa_fxfxfxfx

aaaa_fyfyfyfy

x xx x y

yy y

GRFGRF GRFGRF_xxxx

GRF GRF GRF GRF_yyyy m_fg

F F F F_ayayayay

F F F F_axaxaxax

Ma Ma Ma o Ma

oo o

足部壓力中心 足部壓力中心足部壓力中心 足部壓力中心

COPyCOPy COPyCOPy 至 至 至 至 Cfy CfyCfy Cfy 之之 之之 距 距 距 距 離 離 離 離

Cfy Cfy Cfy Cfy 至至 至至 Ay Ay Ay Ay 之之 之之 距 距 距 距 離 離 離 離 Cfx

CfxCfx

Cfx至至至至AxAxAx之距離Ax之距離之距離之距離

COPx COPxCOPx COPx至至至至CfxCfxCfxCfx

之距離之距離 之距離之距離

圖 3-10 足部簡化圖

ΣFx=m*ax

Fax+GRFx=mf*afx

移項後

Fax= mf*afx-GRFx……….(1)

ΣFy=m*ay

Fay+GRFy- mf*g= mf*afy

移項後

Fay= mf*afy- GRFy+ mf*g………(2) 將(1)(2)代入(3)

Fa=√(Fax²+ Fay²)………(3)

移項後

Ma= I^f*α-Fax*(Cfy 至 Ay 距離)+Fay*(Cfx 至 Ax 距離) -GRFx*(COPy 至 Cfy 距離)+

GRFy*(COPx 至 Cfx 距離)………(4) 將(4)代入(5)

ΣP= M*ω Pax= Max*ω^ax Pay=May*ωay

Pa=√(Pax²+ Pay²)=Ma*ωa………....(5)

STEP2：膝關節之淨力、淨力矩、淨功率

aaa a_ssssxxxx a

aa a_ssssyyyy

x xx x y

y y y

m mm m_ssssgggg

F F F F_ayayayay F

F F F_axaxaxax

Ma Ma Ma Ma o

oo o

MkMkMk Mk

F F F F_kkxkkxxx F

F F F_kkkkyyyy

Csy CsyCsy Csy 至 至 至 至 KyKy KyKy 之 之 之 之 距 距 距 距 離離 離離

Csx Csx Csx

Csx至至至Kx至KxKxKx之距離之距離之距離之距離 CsxCsxCsxCsx至至至Ay至AyAyAy之距離之距離之距離之距離 CsyCsy CsyCsy 至至至 至 Ay AyAy Ay 之之之 之 距 距距 距 離 離離 離

圖 3-11 小腿簡化圖

ΣFx=m*ax

Fkx-Fax=ms*asx

移項後

Fkx= ms*asx +Fax………(6)

ΣFy=m*ay

Fky-Fay-ms*g=ms*asy

移項後

Fky=ms*asy +Fay+ms*g………(7) 將(6)(7)代入(8)

Mk-Ma-Fax*(Csy 至 Ay 距離)-Fay*(Csx 至 Ax 距離)-Fax*(Csy 至 Ky 距 離)-Fky*(Csx 至 Kx 距離)=Is*αs

移項後

Mk=I^s*αs+Ma+Fax*(Csy 至 Ay 距離)+Fay*(Csx 至 Ax 距離)+Fax*(Csy 至 Ky 距 離)+Fky*(Csx 至 Kx 距離)………..(9) 將(9)代入(10)

ΣP= M*ω Pkx= Mkx*ω^kx Pky= Mky*ω^ky

Pk=√(Pkx²+ Pky²)=Mk*ωk………(10)

STEP3：髖關節之淨力、淨力矩、淨功率

a a a a

a

a a a

x x x x y

y y y

m m m m

g g g g

F F F F

F

F F F

Mk Mk Mk Mk o

o o o

Mh Mh Mh Mh

F F F F

F

F F F

Cly Cly Cly Cly 至 至至 至 Hy HyHy Hy 之之之 之 距 距距 距 離 離離 離

Clx Clx Clx

Clx至至至至HxHxHxHx之距離之距離之距離之距離 ClxClx至ClxClx至至Kx至KxKx之距離Kx之距離之距離之距離 ClyClyClyCly 至 至 至 至 Ky Ky Ky Ky 之之 之之 距 距 距 距 離 離 離 離

圖 3-12 大腿簡化圖

ΣFx=m*ax

Fhx-Fkx=ml*alx

移項後

Fhx=ml*alx+Fkx……….(11)

ΣFy=m*ay

Fhy-Fky-ml*g=ml*aly

移項後

Fhy=ml*aly+Fky+ml*g………..(12) 將(11)(12)代入(13)

Mh-Mk-Fhx*(Cly 至 Hy 距離)-Fhy*(Clx 至 Hx 距離)-Fkx*(Cly 至 Ky 距離)-Fky*(Clx 至 Kx 距離)= Il*αl

移項後

Mh= I^l*αl+Mk+Fhx*(Cly 至 Hy 距離)+Fhy*(Clx 至 Hx 距離)+Fkx*(Cly 至 Ky 距 離)+Fky*(Clx 至 Kx 距離)……….(14) 將(14)代入(15)

ΣP=M*ω Phx= Mhx*ω^hx Phy= Mhy*ω^hy

Ph=√(Phx²+ Phy²)=Mh*ωh………..(15)

第七節 第七節 第七節

第七節、、、、統計分析統計分析統計分析 統計分析

本研究使用以 SPSS 13.0 版統計軟體對每位受試者試跳 6 次，取其最佳成績 進行獨立樣本 t 考驗（α =.05），並以每位受試者試跳成功 3 次(n=45)與跳遠成積 進行皮爾遜積差相關。