球拍头、杆头的速度到底从哪来?这一页拿真人动作捕捉的一拍当基准,用物理仿真一次只改一个地方,比如髋转一半、腿晚半拍、手腕早放,看拍头或杆头的速度、拍面朝向和球打到哪里会怎么变。现在有高尔夫一号木,网球正手、双手反手和正手截击。
怎么用
- 点卡片换一种打法。灰色淡影是真人原来的动作,实色的是你选的那张卡。
- 进度条可以拖到任何一刻,0.05x 是二十分之一慢放;画面可以拖着转,左下角三个按钮切换视角。
- 右上角可以切换右手、左手。镜像不改物理,读数不变。
- 专业视图(手机上是"图表"和"如果……"两个标签页)里有每段身体转得多快的曲线、球的落点,以及自己调髋、腿、躯干的滑块。
- 颜色:骨盆红、躯干绿、手臂蓝、球拍或球杆深色,越亮表示转得越快。画面右下角的图例里都有。
它算出了什么
- 标准动作对得上:仿真出的拍头、杆头速度,和动捕标记直接量的相差不到 3%。高尔夫的球速、转速、飞行距离,和 TrackMan 统计的巡回赛平均相差在一成以内。
- 改一处,后果和研究文献的方向一致。网球改身体的那几张卡,拍速只慢 5% 到 30%,但拍面也跟着变,球大多打不进。速度不是唯一要紧的。
- 真人的标准动作并不是"最快"或"最稳"的那一个,而是落在两者之间。只为拍速优化的正手快了 9%,但只要发力时机差 10 毫秒,在最坏的情况下一拍都打不进。
- 高尔夫球起飞的方向主要跟着杆面走(约八成半),往哪边弯看杆面和挥杆路线差多少,和 D-plane 的说法一致。
是怎么做出来的
- 数据是光学动作捕捉:人和球拍、球杆上贴反光标记,记录每个点的三维位置,不是视频。
- 把骨架按每个人的身材缩放,一帧一帧对准标记,连"拍柄或球杆在手里怎么握"也从标记算出来。
- 然后用多刚体动力学重新算一遍这个动作:关节越过正常活动范围时会被柔和地拉回,上臂碰到胸口会被推开。卡片改的就是这一步里的发力时机或幅度。
- 击球用碰撞模型,球的飞行用空气阻力和旋转升力,系数都来自实测。
- 全部在你的浏览器里算,不用 AI 模型,同样的设置每次结果一样。时机优化和容差分析是离线做好的。
简化和估值
- 网球和高尔夫各只有一名选手的一次动作当基准,换一个人结果会不同。
- 身体的质量分布和肌肉力量用的是文献里的平均值;高尔夫球员的身高体重没有公开,是估的。
- 没有测力台,地面的力是推算的;模型里没有肩胛骨,踝少一个转动方向。
- 为了贴住动捕标记,网球持拍手腕和高尔夫前手腕有几处角度超出常见的活动范围。
- 高尔夫的杆面倾角是假设的,杆身当成不会弯的硬杆,所以起飞角偏低;准备时杆面摆正也是假设,所以标准这一杆到底是直球还是右曲定不准。卡片都是和真人这一杆比较。
- 网球的来球按典型数据算,不是这名选手当时接到的球;截击不画球。
请注意
- 这是帮助理解发力原理的演示,不是教练的技术指导,也不是给你的处方。
- 也不是医学或伤病方面的建议。关节角度、用力大小都是模型推算,身体有不适请找专业人员。
- 模型是简化的,实测只来自少数选手和器材,真实情况会有出入。本页按现状提供,不作任何保证,对据此做出的决定不承担责任。
数据和模型
- 3DTennisDS
- Skublewska-Paszkowska M., Powroznik P., Lukasik E., Smolka J., Tennis patterns recognition based on a novel tennis dataset – 3DTennisDS, Advances in Science and Technology Research Journal 18(6):159–176 (2024)
- UpstreamDrift (D-sorganization), tour-average driver swing,
C3D_TA_Driver.c3d - OpenSim models: bone shapes
- Rajagopal A., Dembia C.L., DeMers M.S., Delp D.D., Hicks J.L., Delp S.L., Full-body musculoskeletal model for muscle-driven simulation of human gait, IEEE Trans. Biomed. Eng. (2016)
研究文献
数值取自这些研究并注明出处,没有转载其中的图和文字。
- de Leva P., Adjustments to Zatsiorsky-Seluyanov’s segment inertia parameters, J. Biomech. 29:1223 (1996)
- Anderson D.E., Madigan M.L., Nussbaum M.A., Maximum voluntary joint torque as a function of joint angle and angular velocity, J. Biomech. 40:3105 (2007)
- Delp S.L. et al., OpenSim: open-source software to create and analyze dynamic simulations of movement, IEEE Trans. Biomed. Eng. 54:1940 (2007): passive joint limits
- Norkin C.C., White D.J., Measurement of Joint Motion; AAOS normal ranges of joint motion
- Kwon S. et al., Influence of tennis racquet kinematics on ball topspin angular velocity and accuracy, J. Sports Sci. Med. 16:505 (2017)
- Landlinger J. et al., Key factors and timing patterns in the tennis forehand of different skill levels, J. Sports Sci. Med. 9:643 (2010)
- Reid M., Elliott B., Crespo M., Mechanics and learning practices associated with the tennis forehand: a review, J. Sports Sci. Med. 12:225 (2013)
- Genevois C. et al., Performance factors related to the different tennis backhand groundstrokes: a review, J. Sports Sci. Med. 14:194 (2015)
- Cross R., Effects of friction between the ball and strings in tennis, Sports Eng. 3:85 (2000); Cross R., Lindsey C., Measurements of drag and lift on tennis balls in flight, Sports Eng. 17:89 (2014)
- Choppin S., Goodwill S., Haake S., Impact characteristics of the ball and racket during play at the Wimbledon qualifying tournament, Sports Eng. 13:163 (2011)
- Carson H.J., Richards J., Mazuquin B., Examining the influence of grip type on wrist and club head kinematics during the golf swing: benefits of a local co-ordinate system, Eur. J. Sport Sci. 19(3):327 (2019)
- Sweeney M., Mills P., Mankad A., Elliott B., Alderson J., Wrist kinematics during the golf drive from a bilaterally anatomical perspective, ISBS conference proceedings (2012)
- Chu Y., Sell T.C., Lephart S.M., The relationship between biomechanical variables and driving performance during the golf swing, J. Sports Sci. 28:1251 (2010)
- Nesbit S.M., Serrano M., Work and power analysis of the golf swing, J. Sports Sci. Med. 4:520 (2005)
- TrackMan PGA Tour averages (2014); D-plane after Jorgensen T.P., The Physics of Golf (1999)
- King M.A., Yeadon M.R., Optimisation of tumbling and diving take-offs with constraints and timing perturbations, ECCOMAS (2008); Felton P.J., Yeadon M.R., King M.A., Optimising the front foot contact phase of the cricket fast bowling action, J. Sports Sci. (2020)
- Hansen N., The CMA Evolution Strategy: a tutorial, arXiv:1604.00772 (2016)
署名和许可
- 网球动作来自 3DTennisDS。按数据集的使用条款:The used tennis motion capture dataset was obtained from https://tennisdb.cs.pollub.pl at the Lublin University of Technology. 介绍它的文章列在上面。
- 高尔夫动作来自 UpstreamDrift 的巡回赛平均一号木挥杆(MIT 许可)。
- 骨头的形状来自 OpenSim 的 Rajagopal 等 2016 全身模型(SimTK 发布,MIT 许可),按其要求引用 Rajagopal 等 2016 和 Delp 等 2007。
- 页面用 three.js(© 2010-2026 three.js authors,MIT 许可)和 Vite 做成。完整许可文本见 第三方声明。
与 3DTennisDS、OpenSim、TrackMan 以及被引用文献的作者和机构都没有关系,引用不代表对方认可本页。
我们做的部分
动捕是公开的,把它变成能仿真的动作是 LifeVen LLC 自己的工作:
- 处理动捕的方法:手上没有标记时,用整个挥杆标定球拍、球杆在手里怎么握;只有外侧标记、没有关节中心时,从另一个数据集借偏移比例;改骨盆时双脚不离地;越压越硬的关节限位;上臂和胸口的接触。
- 处理好的动作、按身材缩放的骨架,以及每张卡的发力时机和幅度。
- 时机优化和容差分析的结果。
这些数据和参数按 CC BY-NC 4.0 提供:研究和教学里可以用,请注明「发力之鞭(The Kinetic Whip by LifeVen)」并附上本页链接;商业使用请先写信到 hello@lifeven.com。动作所依据的原始录制仍按上面各自的条款。
版权和分享
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