体操、跳水……各种转圈的时候,运动员会睁眼吗?

果壳·2021-07-30
带你从运动员视角看空翻。

本文来自微信公众号“果壳”(ID:Guokr42),作者:代天医,36氪经授权发布。

今天在东京奥运会女子蹦床决赛中,朱雪莹夺金、刘灵玲摘银,包揽了该项目的冠亚军。比赛中,无论完成了几圈高难度转体翻腾,两位选手总能平稳地落回蹦床中心的红十字附近,定位非常精准。

除了蹦床,竞技体操和跳水等项目也常见旋转动作,高分标准包括空中翻转完美,以及最后稳稳落地或者压低水花。而保持竖直落准的关键,除了控制身体姿态的能力,视觉也是辅助选手在飞行阶段找准位置、准备精确着陆的重要条件之一。

那么,运动员们在空中翻腾的时候到底在看哪里?

视觉重要,但前半程不是重点

先来看看选手做最基础的后空翻时眼中的世界,也就是跳起后围绕身体横向轴线向后旋转360°后落地的过程。这个动作的平稳落地需要视力辅助,特别是在翻转的后半段。

一项研究用开灯和关灯来控制体操运动员的视觉,对比了不同条件下的后空翻动作。结果发现,相对于全程关灯看不到东西或仅前半程开灯,运动员在全程开灯及仅后半程开灯的情况下落地更加稳定。也就是在后空翻的后半段看到周围环境,可以帮助定位及准备着陆。

既然视觉重要,接着有研究者详细地记录了11名体操选手后空翻的姿态、头的位置,以及目光注视的方向。从起跳到落回蹦床上,运动员前额处摄像机记录下的景象是这样的:

1-5依次是从起跳到落回的过程,上排为侧方摄像机记录图像(蓝线表示视线方向),下排为选手前额摄像机记录图像(红点表示注视位置)丨参考文献[1]

在前半段,从起跳到身体基本平行地面的过程中,体操运动员的眼球运动有所不同(上图1-2)。其中4名运动员在起跳后眼睛立即向上看,注视着天花板;4名运动员在动作前半段一直向下看;还有3人起跳后立即闭上了眼睛。

结合之前的研究,后空翻前半程的视觉对于控制动作可能不那么重要。

后半程紧盯落点前方

但到了后半程,所有运动员的眼球移动形式非常类似,全都紧盯在蹦床上的某一个固定点,并保持注视直到着陆。

也就是到达上图位置3之后,运动员眼球会明显向上移动,直到找准蹦床上的固定注视点,这通常发生在整个后空翻动作完成了60%的时候(上图4)。此时,运动员额前摄像机中出现的是下图最左侧画面。

从找到注视点到落回蹦床,固定于运动员前额的摄像机记录下来的画面,红点表示注视位置丨参考文献[1]

接下来随着身体逐渐转回到竖直姿势,头部也向后旋转,摄像机中的图像从蹦床转向前方的垫子。同时,运动员的眼球向着与头部相反的方向转动,目光不断下移,使注视位置始终停留在上图的红点处,直到重新降落回蹦床上。

在整个后空翻过程中,运动员目光停留在红点上的时间超过300毫秒,这是用眼球向下转抵消头部旋转来实现的。至于这个固定点的位置,平均位于着陆点的前方143厘米。虽然每次的着陆点稍有区别,但多数运动员都会紧盯在蹦床中间红十字和床的前缘之间。

这项研究中,国家级别的体操运动员在后空翻完成47.1%时开始紧盯固定点,而更高水平的国际级别选手于完成52.9%时开始,延迟了78 毫秒。这可能是因为顶尖运动员需要的视觉定向时间更短,而且动作比较稳定,需要进行的调整更少。

当然,实际比赛中的动作比单独一个后空翻复杂很多,但运动员们通常也会试图将目光固定在特定位置,例如蹦床、体操场地上的地板或跳水水池的水面,利用视觉提供的信息来调整身体姿态,更好地完成空中动作并定位落点。

更复杂转体时的视线方向(黑色线)丨参考文献[4]

盯得紧,是天生的还是练出来的?

上面这种移动眼球来抵消头部运动的现象,类似于与生俱来的前庭-眼动反射,这是保证人们活动时眼中景象稳定的重要反射之一。

如果走路时将摄像机固定在前额,你会发现记录下来的画面非常摇晃,分辨不清眼前的物体。实际眼中景象基本稳定的原因是人体自动开启了“防抖功能”:利用内耳里面的感受器分辨运动方向和幅度,把这些信息通过反射通路传递到眼睛周围的肌肉,让眼球与头部运动方向相反,抵消走动带来的晃动。

头向一侧转动时,眼睛自动转向另一侧 | Solvelearningdisabilities

另外,还有很多其他调节系统连接着眼睛、头部和身体,帮助人们在各种运动中维持眼前景象平稳清晰、平顺地追踪感兴趣的物体,以及定位身体和调整姿态。

眼球运动不是一个简单反射或大脑指令所能控制的,而是经过多个感官输入、计算和复杂处理后得出的综合结果。有些情况下,各个系统对眼球的作用方向是互相矛盾的,这时还需要主动控制来决定起主导作用的功能。

因此,做简单动作时人体天生的功能就足以维持视觉协调,但对于后空翻等复杂动作的控制,还需要长期多次重复的练习来磨合各个系统,才能最终达到完美的效果。 

参考文献

[1] Natrup J, Bramme J, de Lussanet MHE, Boström KJ, Lappe M, Wagner H. Gaze behavior of trampoline gymnasts during a back tuck somersault. Hum Mov Sci. 2020;70:102589.

[2] Davlin CD, Sands WA, Shultz BB. The role of vision in control of orientation in a back tuck somersault. Motor Control. 2001;5(4):337-46.

[3] Natrup J, de Lussanet MHE, Boström KJ, Lappe M, Wagner H. Gaze, head and eye movements during somersaults with full twists. Hum Mov Sci. 2021;75:102740.

[4] von Laßberg C, Beykirch KA, Mohler BJ, Bülthoff HH. Intersegmental eye-head-body interactions during complex whole body movements. PLoS One. 2014;9(4):e95450.

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