新浪潮 | 校刊《FLOW》

FLOW No.107

Profile: 盐川光久于1987年毕业于广岛大学教育学部学科教育系。1988年，他在同一所大学教育研究生院完成了健康与体育教育专业的学习。1990年，他在广岛大学教育研究生院完成了学科教育专业的硕士学位。1994年，在完成博士课程后，他退出了博士项目。在担任广岛大学助理教授和广岛县立大学副教授之后，他于2019年成为広島国際大学大学健康科学学院的教授。
他自 2020 年起担任现职。他来自鹿儿岛县。

今年夏天，奥运会和残奥会将在法国巴黎举行，有机会看到顶级运动员的成功。近年来，“运动生物力学”研究分析运动引起了人们对运动员技术改进的关注。我向健康体育系的Masahisa Shiokawa教授询问了它的效果和乐趣，他正在使用体育生物力学方法支持提高小学，初中和高中学生的运动能力并准备教材。

从力学的观点阐明生物体的运动

生物力学是一个由生物 (生物体) 和机械 (力学) 组成的术语，是一个从机械角度阐明生物体运动的学术领域。以体育为对象的生物力学称为“体育生物力学”。体育生物力学旨在阐明体育的“技术”，据说心脏，技术和身体都很重要。

运动向来重视“先试着做”，指导也往往依赖经验和诀窍。但是，与一般学习一样，通过学习理论并根据证据进行实践，您可以更快，更有效地提高技能。

生物力学从量化运动，姿势，力的反应，能量传递等开始。

使用“运动捕捉”或“高速相机”分析运动和姿势。动作捕捉是将动作转换成数字数据的技术，有光学式和惯性传感器式。光学类型使用多个红外摄像机，每秒可拍摄250帧至500帧，并按照预先附加在人体关节等上的标记进行拍摄。通过使用多个摄像头，您可以获取像人眼一样的三维数据。惯性公式从佩戴在身体上的传感器获取诸如上下左右运动，倾斜，方向等数据(照片1)。根据获取的数据，通过将其替换为个人计算机上的棒图片或分段模型 (显示人物形状的图或人体模型) 来测量身体的运动。

照片1:连接传感器并测量身体运动

力的反应使用嵌入在地板中的称为“力板”的测量仪器。如果你在上面行走或跳跃，你可以测量踢地面的力的反应，你可以看到着陆时的冲击程度以及身体重心的速度变化和位移。如果你让学生在板上自由行走并在安静行走和粗略行走时显示力波形的差异，那么对动态的理解将从数值变化和身体感觉的比较中立刻进行。

通过组合光学运动捕捉和测力板获取数据，可以可视化运动的工作原理。通过将数据应用于肌肉骨骼模型，可以预测肌肉活动量和关节周围的力(图1)。

测量记录动作电位的“肌电位 (EMG) ”，以检查肌肉力量的发挥。身体运动是由接受中枢神经指令的肌肉收缩引起的。通过记录肌肉收缩时产生的动作电位，可以知道哪些肌肉的动作幅度有多大。

图1上升的动作分析 (合作:古田诚朗)

对数据非常感兴趣的孩子

使用这些设备，我们专注于为学生制作视频，作为讲座前的准备工作，并为小学和初中以及高中的儿童和学生制作教材。

受中学社团活动和俱乐部团队的委托，从2022年开始测量U-14选手的弹跳力和肌肉力量。如果有孩子患有“我不能像我预期的那样跳跃”，请参考平均值模拟该人的未来数值。如果你显示具体的数值“即使现在做不到，身高长了0厘米的话，弹跳力也会增加这么多。”，你可以画出努力工作的感觉。从小学初中到初中中期的年龄被称为“黄金年龄”，被认为是生命中运动能力增长最快的时期。灵活运用数据的话，可以有效地提高体力。

针对中学棒球选手，进行击球动作解析。用多台红外线照相机拍摄球棒的挥杆，显示轨迹。根据三维标记的位置坐标计算上肢运动和腰部扭转(图2)。在传递数据时，我们反馈要注意的要点，例如捕捉球的单个形式和时间。

我把关于棒球投球和击球的生物力学论文交给了高中棒球队。当我抛出“文章的内容很难，不用看。看看照片和图表，作为练习的提示”时，我拼命地试图阅读句子，当我下次见面时，我收到了一个问题。

从高速拍摄的图像中分析球的速度和旋转轴，通过将传感器连接到球棒来测量速度和角度，以及分析数据的设备也在市场上销售我觉得孩子们对数据越来越感兴趣。

图2初中生的击球形式(合作研究:棒球评论员Kenjiro Nomura,合作:Shuji Oka)

从360度可视化舞蹈动作

我们还开发了可以学习舞蹈的教材。我让一位教师在我的身体上跳舞，并将身体的运动转换为三维位置坐标。使用数据创建CG模型，然后应用动画角色。由于它是3D图像，您可以向所有方向移动360度，并从正面，侧面和背面检查摆动。教师在屏幕的中央，动画排列在右侧，在左侧创建空间(照片2)。如果您使用计算机的相机功能拍摄自己，您可以并排拍摄并比较运动。

舞蹈影像是受中学委托的舞蹈专业教师和体育节的练习用。即使一位老师很难教30~40名学生，如果是视频，学生也可以集中学习他们想要记住的部分和方向。

图片2:舞蹈练习视频。你可以通过电脑摄像头在屏幕左侧的空地上拍摄你的身影

除此之外，还有使用运动分析进行训练的示例。比较棒球的投球形式和羽毛球与高速相机的扣杀，你可以看到球的释放和用球拍射击羽毛球的时间是共同的。在羽毛球中，通过大大抬起肘部来设置球拍，可以学习使用躯干的大扭曲投球姿势。

另外，通过共同研究开发了将身体运动能力视觉化的技术。当要求佩戴VR护目镜的受试者采取投掷和铅球的动作时，发现手臂的运动范围很宽，并且能够绘制大椭圆的人可以产生更大的力量(图3)。

图3 VR的操作反馈(合作研究:长崎大学田中良幸，名古屋大学青山忠义)

利用客观数据的体育指导

即使没有用于生物力学的成熟设备，我也希望更多地利用视频和数据进行儿童体育指导。在小学每年都进行体力测定。如果您将其与过去的数据一起传递，而不是仅通知孩子当年的记录，那么“我想变得更好”的感觉将会增长，意识到增长的增长。

进行球类比赛时，从斜上方拍摄也是一种方法，可以将整个球场拍摄出来。比赛后给孩子看让他回头看的话，也会成为孩子自己注意到位置好坏的契机。

我致力于以运动为对象的生物力学，身体动作的解明也可以应用于运动以外的领域。它与护理领域有很高的亲和力，我希望将来能够采取各种方法。另外，也担任硬式棒球部的顾问。由于该部从去年开始隶属于广岛六大学棒球联盟，我希望体育生物力学的方法也可以用于加强球员。