基于滑雪者-雪板-雪面相互作用模型的高山滑雪生物动力学分析
物理与社会
2024-11-14 v1 新兴技术
计算物理
摘要
本研究建立了一个滑雪者-雪板-雪面相互作用（SSSI）模型，该模型集成了三维全身肌肉骨骼模型、柔性雪板模型、雪板-雪面接触模型和空气阻力模型。我们开发了一种实验方法，利用惯性测量单元（IMU）、全球定位系统（GPS）和足底压力测量鞋垫来采集运动学和动力学数据，该方法成本效益高，且能在大规模野外条件下捕捉运动。雪板-雪面相互作用参数经过优化，以动态适应雪况和不同的转弯技术。仅以滑雪者的姿态作为模型输入，并保持骨盆与地面之间的平动自由度无约束，进行了正反向动力学仿真。通过将仿真结果与采集的GPS和足底压力数据进行比较，进一步验证了模型的有效性。仿真得到的雪板-雪面接触力与实测足底压力数据之间的相关系数为0.964，预测运动轨迹与GPS数据之间的误差为0.7%。通过提取不同技术水平滑雪者的运动学和动力学参数，定量性能分析有助于量化滑雪训练。带有雪板-雪面相互作用参数优化算法的SSSI模型能够描述不同雪况和不同转弯技术（如卡宾和搓雪）下的滑雪特性。我们的研究增进了对高山滑雪动力学的理解，为制定训练计划和设计设施以提升运动员表现与安全提供了信息。
引用
@article{arxiv.2411.08056,
title = {Biodynamic Analysis of Alpine Skiing with a Skier-Ski-Snow Interaction Model},
author = {Nan Gao and Huitong Jin and Jianqiao Guo and Gexue Ren and Chun Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.08056},
year = {2024}
}