生物力学与仿真技术范文

导语：如何才能写好一篇生物力学与仿真技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】仿真技术；体育教学；应用研究

随着计算机技术的进步，计算机模拟仿真技术在多个领域都取得较快的发展。仿真技术的大量应用，提高了生产和生活的效率。对于体育领域来讲，仿真技术的应用使体育科研人员对体育技术动作有了更科学的认识，对于发挥运动员最大的动作优势和训练结构提供了有益支持。它可以创造相似的模式训练或实战环境、模型化的物理环境与用户融为一体，使运动员产生身临其境的感觉。这种人机和谐的仿真环境的探索已广泛展开，诸如可视仿真、多媒体仿真、虚拟现实等等。在实际应用中，这些仿真技术互有偏重，又互为补充。在体育教学中，往往以多媒体仿真和虚拟现实技术的应用更为广泛。

1仿真技术概述

仿真技术是利用计算机技术建造被研究的真实系统的模型、进行模拟实验研究的一种方法。它是建立在系统科学、系统识别、控制理论、计算技术与控制工程基础上的一门综合性很强的实验科学技术。应用到体育领域，就是通过计算机模拟技术再现体育教师的教学经验、教练员的训练意图、管理者的组织方案和运动员的训练过程，从而达到对体育系统的解释、分析、预测、评价的一种实验技术学科。仿真技术的关键技术主要有数学建模和运动数据的获取。

虚拟现实及其仿真技术日益发挥出越来越大的作用，为高科技在竞技体育领域的应用提供了更加广阔的空间。作为大自然和人类社会的主宰，人体自身的建模处于一个非常重要的位置，已成为人类工程学、计算机图形学、人工生命及生物力学研究的热点。

国内外的很多学者进行了大量的研究和探索，建立了人体的数学模型，对人体运动分析提供了很大的帮助。代表人物有德国的R??Gawtonski和波兰的B??Macukow，他们采用经典的分析力学的理论基础，推导出人体的二阶非线性拉氏方程；美国斯坦福大学的Kane建立了一套新的建模理论，主要基于内坐标与外坐标转换的方法；美国的Roberson德国的Wittenburg采用了图论中理论，建立了树形多体系统的建模方法；南非的Hazte采用了优化结合同步测量方法，模拟了人体的运动。

1??1建立模型

建立仿真模型是一个复杂的过程，模型的有效性直接影响着仿真的效果。我们常见的有二维模型和三维模型。他们都是用抽象的数学方程来描述系统内部变量之间的关系，从而建立起来的模型。体育运动中运用较多是人体模型，要显示二维或三维的人体效果，首先要建立人体模型。用计算机进行三维建模是目前比较流行的，真实感和逼真度都较好，且可以多角度展示。

人体是由多个旋转关节组成的复杂形体，普通的三维摄像机量即多姿态角不能模拟真实的人体运动，完整人体仿真技术需要提供所有的关节数据。因此运动仿真技术要远复杂于一般的刚体。运动仿真的要素，首先利用相关设计软件建模，即建立三维人体模型，其次是根据生物力学和物理学相关知识产生模型各关节运动的驱动数据。

建模的类型根据不同的需要有不同的设计方案。以曲面建模为例，曲面是把人体骨架围绕起来，曲面由小平面组成，可以表现运动中关节处曲面的变化。曲面模型由于计算方便，运算规则较为成熟，显示三维效果较好。建模完成后，基本的仿真效果已经具备，但是，为了使三维图像看上去更加真实，最大程度地展现动作轨迹或模拟比赛、教学场景，还必须对教学环境进行设定，例如地理、气候、教学设备、场地等效果。

1??2运动数据的获取

运动仿真系统是将文字、图像、声音、动画和视频等素材进行综合分析，那么这么多的数据是如何获取的？那就需要专业的摄像设备和分析系统。专业的摄像设备是捕获运动数据的重要工具，它可以给我们提供第一手真实运动的数据资料，这些资料包含了丰富的时间信息，使得人体的运动变化更加逼真。一般都要先对相机参数进行标定，通过场景几何模型建立获取相机内部参数以及旋转矩阵、平移矩阵等外部参数。然后我们通过三维人体运动参数，根据人体关节点的三维位置信息，并经过数据转换，从而得到人体的关节在各个局部坐标系的旋转角度信息，人体姿态的关节角度数据可以直接输入到三维虚拟模型，进行行为驱动。

在人体图像运动过程中，关节点三维位置会跟随着运动，把这些点连接起来就会形成人体连续的、平滑的运动曲线。我们可以根据运动曲线的连续性和平滑性来预测和修改数据。如果捕获的数据帧中有关节点缺失，可以利用曲线的连续性对关节点位置进行估测，如果关节点位置偏移较大，在运动曲线上会表现为一个突变，可以根据运动曲线的平滑性对关节点位置进行调整。

2运动仿真技术在体育教学中的作用

运动仿真系统可以实现体育训练方法的进步和转变。即利用高精度视频捕捉设备与分析系统相结合，更精确地测量人体运动的轨迹，再利用人体运动仿真模拟分析改进运动的训练方法，使训练更加有效。运动仿真系统常见的功能主要有动作对比、动作分解和技术分析。

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水平仰泳运动员技术特征运动学研究现在主要有五个大的方向：1.水中阻力和仰泳技术；2.水中推进力和仰泳技术；3.动作对水方向；4.动作对水攻角；5.动作速度。下面从五个方面进行阐述。

一、仰泳技术

竞技仰泳作为仅次于自由泳的古老项目，从第二届奥运会开始就正式进入竞技游泳的舞台，但是早在18世纪就已有关于仰泳技术的记载。最初的仰泳是在游泳中仰卧漂浮作为水中休息，后来发展到利用两臂同时在体侧向后划水，两腿做蛙泳的蹬夹水的动作，亦称为“蛙式仰泳”或“反蛙泳”。自1902年出现爬泳技术后，就开始有人在游仰泳时，采用类似爬泳的两臂轮流向后划水的技术，然后再发展为将两腿改为上下踢水的技术。在此期间，双臂仰泳、蛙腿蹬夹水，仍在比赛中使用。

直到1912年第五届奥运会，美国运动员赫布湟尔采用爬式仰泳获得100米冠军，证实了爬式仰泳技术的优越性。其他姿势的仰泳才逐渐从竞技游泳中消失，成为实用游泳姿势来使用。以后，仰泳技术不断发展，经历了水下直臂划水到曲臂划水，不转肩到转肩。1986年民主德国运动员马特斯，采用大屈臂、深划水、强有力打腿、动作伸展、身体平而高、讲究流线型的技术，获男子100米仰泳冠军，并以58.7成绩破1分钟大关，成为仰泳技术发展的转折。由此，奠定了现代仰泳技术的基础。

二、流体力学原理在游泳中的运用

凡涉及水环境的运动项目，参与者都不可忽视水的一条最为重要的自然属性――水是可以产生力的一种流体。人在水中游泳时所受的垂直方向的力，有向下的重力和水作用于人体的向上的力。这种向上的力，可以看成是两部分组成：静水浮力与动水升力。如人体在静水中不动，只有静水浮力，人在水中游进时，既有静水浮力，又有动水升力。

在学习游泳技术的初期，我们首先要掌握的就是人体在水中的漂浮能力，也就是要学会利用水具有浮力的这一特性。根据人体密度平均值0.96～1.05克/厘米，可以得知我们人体的密度与水的密度是非常接近的。当身体的密度低于或等于水密度的时候，人可以很轻松的漂浮在水面上；而当身体的密度高于水密度的时候，人虽不能轻松实现漂浮，但可以通过肺呼吸来控制身体体积的变化，以影响自身的身体密度，实现漂浮；但仍有部分人是因为身体密度高于常人，所以即使充分吸气也无法使身体漂起。可是这也并不表示这一类人群就无法学习游泳技术，这时就需要利用动水升力，通过四肢稍作适当的动作，产生动水升力，再加上肺呼吸的配合，也可以使身体实现漂浮。

三、水中阻力与仰泳技术

在水中移动的任何物体都要受到水的阻碍作用，这个阻碍物体移动的力称为阻力。影响游泳运动成绩的阻力有三种，分别是形状阻力、波浪阻力和摩擦阻力。

形状阻力是游泳运动员在水中前进时身体形状引起的阻力。波浪阻力是水面的湍流引起的。人在游进时能够产生弓形波，这些弓形波向后推身体，使前进速度下降。摩擦阻力也称“附着力”。即游泳时粘附表体的水分子与相邻水层摩擦而产生递减身体运动的力。

四、世界游泳技术研究的现状

CFD计算流体力学（computational fluid dynamics），是一项流体力学研究的新技术，通过计算机仿真技术实现对流动的精细、定量、动态的研究和诊断。根据资料显示，目前在美国、德国、日本、法国、澳大利亚等国家都已大量使用了CFD技术展开了对游泳技术的模拟仿真研究，以便能够更深入地了解游泳流动过程及其产生的运动效果。

在配合游泳技术发展的同时，一些对游泳技术有较大帮助的游泳新技术设备也被发明和改进。20世纪末美国等国家已经在使用水中步测器（Aquapacer，类似于电子节拍器）、Matrix速度解析系统（解析比赛和技术动作等）和游泳之星反划水掌等设备来作为辅助运动提高运动成绩的工具。澳大利亚也被认为是目前世界上最重视应用新科技手段帮助运动员训练的国家，如“鲨鱼皮泳装”的问世，带动和推进了游泳运动成绩的快速提高。澳大利亚体育学院下设的生物力学、物理疗法和按摩、生理、运动心理、运动医学、运动营养和选材部门都配备了高水平的专家进行体育科学研究，他们的运动生物力学还利用“计算机驱动分析系统”为澳大利亚高水平运动员提供技术帮助。

进入21世纪，人们对体育科学理论知识和各种科学手段以提高游泳专项成绩的探索开展了更加广泛的研究。现在，游泳运动已经从对营养补剂在体育运动中的关注点又扩大到了对运动技术方面的革新上，同时，紧密设备的开发与研究也进入到能够操控记录运动训练的数据库系统并进行统一规划的水平。

五、我国游泳技术研究的现状

我国在开展游泳技术的理论研究方面起步较晚，20世纪80年代前，几乎没有系统地开展过这方面的实验性研究。80年代初，我国游泳界开始进行了一系列的游泳政策改革措施，通过“走出去，请进来”，引进国外最新的游泳技术研究方法和理论，初步形成了新的游泳训练指导思想，并总结了游泳训练的基本原则，从而带动我国游泳运动成绩的飞跃。

90年代以后，我国科研人员开始利用自行研制的仪器设备，对游泳运动员进行水下技术拍摄和辅助技术训练工作，近几年还跨行业与清华大学、北京航空航天大学合作，从生物动力学、流体动力学以及计算机流体力学和运动训练学等不同领域对游泳相关技术的力学原理展开深入的研究。

2002年以后，我国科研人员和清华大学以及北京航空航天大学计算机流体力学专家一道，对游泳运动员游进过程中减少阻力、增大推进力等方面逐步开展了实验性研究。

通过对文献资料的查找与阅读，发现我国关于仰泳技术研究的文献较少，并且大部分都是以少儿为主，有关高水平仰泳运动员技术研究的文献更是微乎其微。因此，对于高水平仰泳运动员的技术研究需要加强。在对资料书籍的阅读过程中发现，仰泳划水技术分为深划水和浅划水，推水技术分为宽推水与窄推水，虽然大部分文献都强调深划水与宽推水的技术会较好，可是个人认为，还是需要因人而议。深划水需要较好的柔韧性，同时还要具有较大的力量，而宽推水需要的则是核心力量，也与个人的动作习惯有关。另外，由于游泳规则对于仰泳出发进行了改动，也使得仰泳的出发技术发生很大的变化，今后的研究也可以向这个方向进行延伸。随着计算机领域与竞技体育之间的相互合作，现在的体育科学研究已经离不开计算机的帮助，因此如何开发出更加先进，并且适合我国游泳技术研究的软件及仪器设备，也是一项重大课题。

参考文献：

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科技奥运为虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）提供了一个大试验场。应用VR技术对奥运会各种场馆建设工程项目进行仿真，建立虚拟奥运村三维动画模型，在互联网上展示，从而真正做到对奥运会各项工程进行动态规划、建设、运行和管理。不但如此，VR技术还能将中华文明、奥运百年历史、精彩赛事等设计成三维动画，建立互联网上的奥林匹克虚拟博物馆，用户通过网络就可以在虚拟博物馆各个展厅中漫游。

【应用篇】

在竞技体育训练仿真中，利用虚拟现实技术能够用多种感知方式向参与者（教练、组织者和运动员）演示教练的训练意图和运动员的训练过程，并且参与者能够自然地与仿真系统进行交互。这类基于VR的竞技体育仿真系统能够提高运动员的科学训练水平。

团体操虚拟编排

图1 将一个方队变成了五个圆环。

图2 蹦床模拟系统生成的动作序列。

图3 虚拟网络马拉松中两人在赛跑。

图4 借助于虚拟技术，人们足不出户就可以游览瑞士洛桑的奥林匹克博物馆，还可以观看一些奥运展品。

图5 可以在虚拟奥运博物馆中展示中国古代的体育运动，如射箭（）。

团体操是一种体育和艺术高度结合、以体操动作为主的群众性体育表演项目。它是由几十人、几百人甚至成千上万人，在大的场(馆)中通过以体操为主体的各色各样的体育运动、文艺形式和队形变化、图案造型，配以音乐、道具、服装，乃至背景、场景(舞台)和灯光等艺术装饰所构成的体育艺术性的集体表演项目（见图1）。

团体操设计和排练是一件非常烦琐、耗时的工作。虚拟现实技术在体育仿真中具有很好的应用前景，将虚拟人群仿真技术应用于团体操设计和演练，可以提高设计和排练质量，提高设计人员和排练人员的工作效率。团体操编排和演练仿真涉及到大量的虚拟人群运动、动作及队列编排，其关键技术为大规模场景的实时绘制技术、运动建模、路径规划和避免碰撞等。

三维蹦床运动模拟

蹦床运动项目是一种技巧类体育运动项目，并于2000年悉尼奥运会首次被接纳为奥运比赛项目，该项目在训练中存在很高的难度和风险。中科院计算所开发的数字化三维蹦床运动模拟与仿真系统，可以很好地帮助蹦床运动员进行科学训练。

该系统以数字化三维人体运动的计算机仿真技术、人体运动生物力学数据和真实人体运动数据为基础，以三维方式逼真模拟、设计蹦床动作，模拟生成成套技术动作编排，并辅之以人体运动的动力学原理验证、分析技术动作，最后将模拟动作与实际训练动作同屏、同步对比，从而使之具有更强的指导意义(见图2)。

虚拟网络马拉松

在虚拟马拉松系统中，个人可以通过计算机网络和屏幕内的虚拟场景，借助跑步机或踏步机进行健身、娱乐和竞技。这样该系统就不仅仅用于辅助训练，更重要的是它可以成为一种娱乐的方式。

该系统有三个模式: 单机训练、网络漫游和网络竞技。单机训练模式可以通过跑步机等硬件设备与系统交互，而系统可以对训练时的速度心率等信息予以实时监测，同时可以存储用户的历史训练信息。漫游模式中，多个用户可以在场景中同时漫游，用户可以从一个场景切换到另一个，走到一些特定的物体前面可以选择查看物体的详细信息。竞技模式中，借助于网络，运动员还可以进行马拉松比赛，跑到终点后，系统将会根据用户所用的时间，给出一个排名(见图3)。

虚拟自行车比赛

自行车运动作为奥运项目在奥运会中占有一定的地位。但是，处于室外的场地赛和公路自行车项目的训练往往受制于天气等外界条件。比如，由于自行车运动特点，对其做测试或监控往往会受到一定的限制; 此外，还有诸如调时差训练等的特殊要求。因此，研制具有模拟实际场地信息，又能模拟运动员运动状况，还可以实时监测运动员做功情况的综合虚拟训练系统是很重要的，而虚拟自行车系统就可以满足这方面需求。

此系统的硬件部分是一辆自行车，它包含传感器或采集卡，能够实时地采集一些数据，如角度、角速度以及心率等， 然后将这些数据通过串口（或其他接口）送往PC机。软件模块根据接受到的这些数据，实现自行车在特定场景中的实时模拟。

为了更好地模拟训练和比赛，系统还可以提供分布式仿真的支持，使得多个运动员通过局域网或广域网在同一个场地参加训练和比赛，同时把运动员训练和比赛的数据保存下来，以备

统计分析，有利于指导员更好地指导运动员训练和分析对手。

数字奥运博物馆

当初在申办2008奥运会时中国曾提出建立一个“虚拟奥运博物馆”的创意，引起了国际奥委会的极大兴趣和关注，从而为中国获得承办权提供了很大的帮助。该计划得到了国家科技部、教育部、北京市科委的大力支持。 虚拟奥运博物馆将是世界上第一个全面介绍多元化背景下奥运历史和发展的系统。它将充分表现多元文化对奥运、生活等各方面的影响。2005年，国家自然科学基金将“虚拟奥运博物馆关键技术研究”和“远程沉浸式虚拟奥运博物馆关键技术研究”列为重点项目予以大力支持，这两个项目的依托单位分别为北京航空航天大学和浙江大学。

虚拟奥运博物馆的参观者既可以通过一个智能导游的引导来访问，也可以通过控制一个虚拟化身(avatar)在虚拟场景中随意漫游来参观虚拟奥运博物馆。虚拟奥运博物馆要实现包括奥运三维信息远程服务、奥运比赛项目的仿真模拟、虚拟奥运艺术作品展示、历届奥运历史再现、奥运比赛精彩回放、历届奥运场馆虚拟漫游等(见图4、图5)。

虚拟奥运博物馆是一个大规模的分布式虚拟环境，支持奥运知识的介绍、用户对体育项目的体验、奥运场馆的虚拟漫游等。它也是一个可以远程访问的系统，支持多种接入设备，可以是PC机，也可以是像PDA或手机那样的移动设备。不同的设备需要考虑支持不同的交互模式和绘制精度。

一般的博物馆通常是静态的展示，奥运博物馆则有所不同。奥运作为大型的体育运动会，其动态的元素居多，适合使用计算机技术进行动态的“活”的展示。

奥运场馆的规划

与一般的城市建筑规划类似，奥运场馆的规划关联性和前瞻性比较高，所以对可视化技术的需求也比较迫切。在场馆建设中，规划的决策者、设计者、管理者以及公众，分别扮演了不同的角色，他们的有效合作是场馆规划最终成功的前提。VR技术为这种合作提供了理想的桥梁，运用VR技术能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众从任意角度，实时互动地看到规划效果，更好地掌握场馆的形态和理解规划师的设计意图。这样，决策者的宏观决策就会成为场馆规划更有机的组成部分，公众的参与也能真正得以实现。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。

【技术篇】

从上面的介绍可以看到，将虚拟现实技术用到数字奥运中会使得数字奥运大放光彩。当然，这里面离不开相关技术的支持，如场景的建模与绘制、虚拟人技术、运动数据的捕获技术等等。

场景的建模与绘制技术

在一个虚拟现实系统中，建模与实时绘制往往是最基本的技术。比如在数字奥运博物馆中，就需要根据实际获得的大量多媒体数据进行建模和实时绘制。

基于几何的建模和绘制技术（IBMR）多年的研究历史，有很多现成的技术可以直接使用。为了加速绘制，通常使用多层次细节模型（LOD）。给定一个物体的不同细节层次后，必须决定绘制或者混合其中的哪个层次，常用的度量方法有基于距离的LOD选取和基于投影面积的LOD选取，在不同细节层次间来回切换，需要保持连续过渡。通常人们还希望绘制系统具有一个固定的帧率，使用多细节层次和可见性裁剪等技术可以对场景进行固定帧率的绘制。

基于图像的建模和绘制技术采用图像来替代几何建模，采用图像空间变换操作来代替传统的绘制过程，因此应用IBMR技术是实现实时图形生成的有效办法。

为了增强绘制效果，提高真实感，可以使用阴影技术。使用基于截锥体的方法可以把阴影作为一个纹理四边形来绘制，从而达到比较高的效率，但该方式的缺点是产生的阴影看上去像一系列点光源的叠加，而且在一些有限的灰度梯度之间阴影会被量化。研究人员引入分辨率不同的多个阴影图来解决透视走样，但算法无法映射到GPU上，并不适合于交互应用。

虚拟人技术

虚拟人运动与控制技术主要包括: 虚拟人的建模、运动控制、行为动画及虚拟人群仿真。虚拟人体的建模方法，主要有基于交互式的人体造型方法、基于三维测量的人体重建方法、基于图像的人体重建方法和人体变形技术等。在人体变形研究方面，从人体产生形变的原理出发，主要分为三大类: 由骨骼运动驱动而产生的变形、由人体肌肉收缩产生的变形、由人体尺寸（如围度、长度等）参数改变而引起的变形。

运动控制主要涉及到三个方面的内容: 赋予虚拟人运动，主要有关键帧动画、过程动画、运动捕捉等; 对虚拟人运动进行控制，主要内容包括运动修改、运动连接、运动合成、运动重定向、运动路径规划、运动风格等; 对运动数据进行保存。

在个体行为设计方面，可以使用行为集合选择的基本原则，即对每一个问题域来说，都存在使智能主体能够完成其目标的行为最小集――基本行为集合，其余的行为可以从这个集合导出。行为动画的研究是围绕行为设计、层次结构和行为选择决策机制三个方面的内容展开的。虚拟人群仿真的研究立足于人类的社会性。在虚拟环境中，群（Crowd）中可能包含多个组（Group），每个组可以有相同或者不同的行为模式；组中可能包含多个个体（Individual），而个体也可能有相同或者不同的行为模式。

运动数据的捕获技术

在对体育运动进行仿真时，往往离不开捕获一些相关的运动数据。对于人体的运动，可以由运动捕捉技术获得。运动捕捉技术(MotionCapture)是利用传感器以三维的形式记录真实人体的动作，然后由计算机根据所记录的数据驱动屏幕上的虚拟人。这种方法的最大优点是能够捕捉到人类(包括训练器械)真实运动的数据，由于生成的运动基本上是主体人(或器械)运动的“复制品”，因而效果非常逼真，且能保证训练的科学性。

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关键词： 力量训练 专项力量训练 理念

现代竞技体育运动的发展，极大地推动了现代科学技术成果应用于运动训练领域。人们越来越认识到运动训练科学化的重要性。几乎所有的竞技体育项目，无论是以力量为依托的体能类项目，还是以技术和灵巧为主的非体能类项目，以及那些以技、战术配合为特点的集体项目的教练员，均提高了对力量训练的重视程度。其中，“专项力量”是指运动员完成专项技术时神经――肌肉系统表现出的力量。但目前许多运动项目，尤其是一些周期耐力性项目的教练员经常采用增加阻力的方式增强运动员的专项力量，例如，田径投掷项目的投重物练习，赛艇的划重艇，游泳的牵拉阻力游，自行车的增加传动比骑，等等。这些练习已经被归类于专项力量训练。“专项力量训练”成了在负重情况下对专项技术的简单模仿。这显然是对力量训练理论和应用的研究不够，对力量训练发展的新动向缺乏深入了解，训练理念和方法陈旧，影响了力量训练的质量和效果。

1.力量训练及专项力量训练释义及其生物学背景

力量素质是指人体肌肉工作时克服阻力的能力，人运动时，会受到身体重力、空气和水的阻力、重物负荷、竞技对手的对抗等各种外力，以及肌肉的黏滞性、对抗肌的牵拉等内力的阻碍，这就需要人体肌肉收缩产生力量克服各种阻力，完成预定的体育活动。影响肌肉力量的生物学因素主要有：肌肉生理横断面积、肌纤维的类型、肌肉的初长度及拉力角、中枢神经系统的兴奋状态及其对肌肉活动的协调和控制能力等。力量训练属于身体训练的范畴，其与技术训练、战术训练一样是科学训练所涉及的内容之一。力量是一个复杂的、受多因素影响的素质能力，从生理机制上分析，力量主要受神经―肌肉系统和能量代谢系统的支配和影响，在人体的自然生长过程中，这种支配和影响又可分为先天遗传或后天训练两个方面；从力量素质的结构上分析，力量不仅与其他素质之间有着密切的联系，而且本身又被分为多种拥有相对独立结构的力量子能力，这些能力之间也存在复杂的相互影响和作用关系。目前认为力量训练提高肌肉力量改善肌肉功能主要是通过肌肉肥大、改善肌肉神经控制、肌纤维类型转变及肌肉代谢能力增强实现的。专项力量训练被认为是训练的核心内容，是指运动员完成专项技术时神经――肌肉系统表现出的力量。不同的专项对力量素质的需要不同，这种需求不仅体现在对某一种力量能力的优先需求方面，如快速力量或力量耐力，更多地体现在参与运动的肌肉和肌群的协调用力方面，各肌肉和肌群根据专项技术的用力特点和顺序在运动中枢的支配下形成特定的工作“程式”。力量训练的目的就是使那些参与专项运动的肌肉和肌群的力量得到有效发展，并使其在工作上符合专项技术的特点，形成以专项为核心的力量素质系统。

2.当前力量训练器械的发展特点

现代体育产业蓬勃发展，健身器械已不再是机械零件的简单组合，而是集电子、机械、光电、传感技术、计算机技术及自动控制技术等多学科知识于一体的新型运动器械。健身者在这些器械上运动，可使训练质量大大提高，但也存在着一些不足，主要有：阻力方向与运动形式基本上都是垂直方向；训练模式大都是身体某一环节在单个维度上的反复运动；新型力量训练器可以快速提高肌肉力量，但训练一旦停止，消退得也快，尤其是电刺激力量训练器；对身体动力链肌群的训练关注不够，器械设计大多关注于环节训练；虽然将人体工效学及生物力学等相关学科知识广泛应用于器械设计，但涉及个人训练时其参数不能因人而异地去设置改变，等等。依据器械设计中存在的不足，结合现代科技理论，力量训练器械将有如下变化：产品类型系列化，标准程度高，更加安全可靠；新材料、新技术、新工艺应用于健身器械的速度加快；训练及健身器械广泛的适用性与功能的针对性更加有机地结合；训练器械将是更多学科共同发展的结晶；力量训练系统仿真技术崭露头角。

3.专项力量训练存在的主要问题

3.1专项力量训练多与专项技术不吻合，不利于专项力量发展。

我国在跑、跳这类运动项目的体能训练中仍然缺乏对该问题的正确认识，偏重基础力量的发展，将“跑得快”、“跳得高”视为体能训练的唯一目标，而忽视甚至没有认识到专项力量对竞技运动水平的重要作用，以致我国运动员在专项力量上明显“失衡”。现实中很多教练员把“专项力量”的训练看成是在负重情况下对专项技术的简单模仿。低的负荷重量显然不利于肌肉横断面的发展，进而影响到“最大力量”乃至“快速力量”的提高。目前，力量训练的主要方式仍然是通常被称作“杠铃的训练”的负重力量训练。

3.2专项力量训练发展的新动向缺乏深入了解，训练理念和方法陈旧。

杠铃仍是我国运动训练中主要的力量训练器械。杠铃从二十世纪三十年代就传入我国，对我国体育发展起了极大的推动作用，几十年来杠铃训练方法在我国已形成了一套较完整的训练理论，教练员在实践中运用自如，得心应手。对于新器械训练的理论与方法，仍在研究探索之中，还没有形成实践中切实可行能出成绩的训练方法。在运动训练实践中，往往会出现实践的发展快于理论的进步，运动训练学的研究，特别是训练指导思想和方法方面的研究，总是忙于总结实践经验，缺乏前瞻性的研究。

4.专项力量训练的理念思考

4.1专项力量训练应通过特定训练形式发展主要肌群。

如前所述，专项力量是指直接参加完成专项技术动作的特定肌群和心理调控机制协同工作所产生的克服阻力的能力。因此，在训练过程中要满足几个条件：首先，专项中所工作的肌群是力量训练的靶肌群，应当在力量训练过程中，积极动员其更多的运动单位参与其中。无论采取哪一种运动练习形式，只要可以动员目标肌群的运动单位就可以考虑作为该专项力量训练的内容。目标肌群确定后，其收缩方式还必须与专项保持一致，即肌肉是等张收缩还是等动收缩，是向心收缩还是离心收缩，从训练的适应原理来看，肌肉力量应当通过“特定形式的负重抗阻训练”得到增强。例如，一般的杠铃卧推主要发展胸大肌等胸廓前部的肌肉，而坐式上推则重点发展背阔肌和肋间肌等胸廓后部及两侧的肌群，赛艇和皮划艇运动员就不能仅以卧推作为发展上肢力量的手段。

4.2专项力量训练强度应尽可能接近专项运动强度。

专项力量训练方案中所设计的训练内容的强度也是应该重点考虑的事情，运动强度在专项力量训练中实际上反映出来的是训练阻力的大小。在训练过程中如果一味地增加阻力，这个时候由于运动强度的变化就会导致运动速度降低，肌肉收缩中供能系统转变，即专项中所需的主要供能系统得不到发展。例如800米跑中发挥主要作用的供能系统是乳酸能系统，有的教练员在该项目的专项力量训练中采用800米负重跑，结果导致800米的速度急速下降，有氧化系统供能的比例增加，800米运动成绩没有得到预期效果。专项力量训练应该重视练习过程中肌肉之间和肌群之间的协作与配合。由于杠铃负重练习在练习形式和负荷上均不可能完全与专项技术一致，因此人们开始从肌肉工作的力度上寻求力量与专项技术的衔接。

4.3正确对待制约专项力量发展的先天条件。

力量主要取决于肌肉的生理横断面积、肌肉的初长度和肌肉的兴奋性。力量是肌肉紧张时所表现出来的一种能力。由于肌肉收缩时的不同情况，肌肉工作可分为动力性工作和静力性工作，而动力性工作又可分为克制性和退让性两种。肌肉力量的这些特点和分类，是我们进行力量训练时所必须考虑的因素。在训练中，要根据不同运动项目的要求对待先天制约条件，如一般运动项目中的运动技术要求存在关节角度效应。专项力量训练的动作设计也会出现关节角度效应，而划艇和游泳运动项目的核心技术没有存在关节角度效应，即等动收缩，所以其专项力量训练的要求就是等动练习。

四、结语

总之，力量训练在经历了许多变革后，无论从练习器械上，还是训练方法上都有了较大发展，这些发展大大促进了专项力量的发展。但是对于专项力量训练来说却存在一些共性。即专项力量训练主要有三个方面符合专项的特点：首先，只有参与专项运动的肌肉在力量训练时被调动起来，肌肉才有可能得到充分锻炼；其次，只有骨骼肌的工作方式与收缩速度和专项技术尽可能保持一致，才能够使肌肉力量朝着专项技术的方向发展；最后，只有肌肉或肌群之间的配合与专项技术特点一致，才能够将机体各环节的肌力整合，形成正确的“用力顺序”。

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