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研究生:張耀庭
研究生(外文):Yao-Ting Chang
論文名稱:武術發勁動作之電腦模擬最佳化分析
論文名稱(外文):Optimization of the martial arts 「Fa-Jin」 movement by computer simulation
指導教授:張家豪張家豪引用關係
指導教授(外文):Jia-Hao Chang
學位類別:博士
校院名稱:國立臺灣師範大學
系所名稱:體育學系
學門:教育學門
學類:專業科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:多體動力學多連桿衝量協調性
外文關鍵詞:multi-body dynamicsmulti-linkimpulsecoordination
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本研究採用電腦模擬最佳化分析法,對武術發勁動作進行分析,探討在經過最佳化計算後所產生的人體發勁動作的變化。研究以三維動作分析系統進行實驗,收集一位武術教練定步雙按發勁動作的運動學資料。再以AnyBody Modeling System建構簡易之二維人體肢段模型,匯入實驗所得運動學資料驅動模型後,給定腕關節水平加速度總和最大作為目標函數,同時限制肌力活化總和最大值小於100%的最大肌力為邊界條件,進行最佳化計算,探討該名研究對象在最佳化後之發勁動作所產生的關節動作改變。研究發現,經過最佳化計算後,腕關節的水平速度與加速度在峰值都增加,模型在動作前期呈現身體前移的動作,腕關節在短暫停頓之後,動作後期出現下肢蹬伸與上身放長的動作,使腕關節再前移,主動施力矩總和的最大值增加。同時,最佳化之後也提升了關節動作的協調程度。AnyBody軟體能經過最佳化計算產生數學上的最佳動作,然而此動作的可行性還需要受試者的實際驗證,此外,本研究僅從二維模型進行探討,若可以三維模型執行此一動作最佳化的預測,預期將有更佳之結果。
The study implemented the optimization of the “Fa-Jin” technique in martial art by computer simulation and discussed the change of human movement after optimizing. The kinematic data of one martial art coach in “Fa-Jin” movement were collected by a 3D dimensional motion analysis system. The study built a 2D simple human model by AnyBody Modeling System and drove the model by importing the kinematic data from the experiment. The optimized calculation was carried out by setting the objective function which was the maximal summation of forward acceleration of the wrist and setting the boundary condition which the summation of muscle activities was smaller than 100% of the force. The movement changes of the model were discussed. The results showed that the peak values of both forward velocity and acceleration of the wrist improved after optimizing. In the first half phase, the body segment of model moved forward and then made a very small pause in the wrist. In the second half phase, all segments extended to move the wrist forward again. Moreover, the maximum of the summation of torques in joints increased. The coordination of joints was also improved. AnyBody software predicted the optimal movement by mathematic methods, however, the reality of the optimal movement still needed to be verified in real experiment. Furthermore, the better result was expected by the establishment of 3D full-body model.
目 次
口試委員與系主任簽字之論文通過簽名表………….….……………………………………i
中文摘要…………………………………..…………………….……………………………ii
英文摘要……………………………………………………………..……………………..iii
謝誌……………………………………………………………………………………………iv
目次………………………………………………………………….…………...……………v
表次…………………………………………………………………………………..……vii
圖次…………………………………………………………………................……….……viii
第壹章 緒論…...………………………………………………………………1
第一節 前言…...……………………………………….………………………………1
第二節 問題背景…...…………………………………………………………………2
第三節 研究目的…...…………………………………………………………………2
第四節 操作性名詞定義解釋…...……………………………………………………2
第五節 研究範圍與限制…...…………………………………………………………4
第貳章 文獻探討…...…………………………………..……………………5
第一節 武術發勁之相關研究…...……………………………………………………5
第二節 電腦模擬之相關研究.....………………………………………………....……8
第三節 文獻總結…...….…………………………………………………...…………11
第参章 研究方法…...…………………………………..……………………13
第一節 資料收集與處理…...……………………………………………………13
第二節 電腦模擬最佳化分析.....………………………………………………..……16
第肆章 結果與討論...…………………………………..……………………20
第一節 AnyBody模型與V3D模型之比對………………………………20
第二節 最佳化前後之比對.....…………………………………………………..……33
第三節 發勁動作之人體運動鏈探討……………………………………...…………47
第四節 綜合討論………………………………………………………………….…..55
第伍章 結論與建議...…………………………………..……………………57
第一節 結論………………………………………57
第二節 建議.…………………………………………………..……58
引用文獻……………………………………………………………………….59
附錄I (主程式碼)……………………………………………….……...62
附錄II (關節角度設定)…………………………………………………….74

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