防守情境中網(wǎng)球運動員眼動特點研究

張立敏，沈 欣， 查圣祥

(1.南京師范大學 體育科學學院 ，江蘇 南京 210024； 2.南京市雨花臺區(qū)體育局 ，江蘇 南京 210012；3. 江蘇第二師范學院， 江蘇 南京 210013)

1 問題的提出

人類的信息加工在很大程度上依賴于視覺，眼動是人類視覺系統(tǒng)探索外部世界的一項重要工具[1]。眼動確保個體可以對視野范圍內(nèi)的目標進行注視，從而進行進一步的精細加工[2]。在體育運動過程中，視覺信息的提取是基本的心理支持，運動員對比賽視覺信息的接收和處理能力是影響其賽場表現(xiàn)的關鍵因素[3-4]，視覺能力直接影響著運動員完成任務的能力和表現(xiàn)，視覺能力與運動成績之間的關系是競技體育中眼動研究的焦點[5]。

專家-新手范式是該領域最常見的研究范式，意在揭示不同項目、不同水平運動員視覺注意特征的差別[6]，結果發(fā)現(xiàn)，視覺信息提取的不同模式可能反映了選手之間運動能力的差異[7]。專家具有更多更合理的視覺搜索策略，表現(xiàn)為專家對比賽場景中信息的注視次數(shù)少，注視時間短，注視點多集中在與具體項目相關的關鍵興趣區(qū)，注視軌跡簡單集中，特別是注視順序上表現(xiàn)出較強的策略性[8]。因此，探索具體項目高水平運動員的視覺搜索特征，不僅可以為該項目的基礎教學和競技訓練提供可靠的理論依據(jù)，而且可以為專業(yè)運動員和業(yè)余愛好者提高競技水平提供實際支持。

以隔網(wǎng)對抗類運動項目為對象的研究來看，結果大都表明專家和新手在視覺搜尋策略和眼動特征上存在區(qū)別，專家優(yōu)于新手。例如，對專業(yè)羽毛球運動員的研究發(fā)現(xiàn)，其視覺搜索模式有效性及正確率更高[9]。不同水平排球運動員的眼球注視時間不同，專業(yè)組的眼跳距離、瞳孔直徑等變化較大，并且視覺的信息搜尋策略更合理，獲取信息注視的范圍更大，對信息的加工更迅速，做出的判斷更準確[10]。乒乓球運動員新手和專家在對進攻路線進行預測的過程中，做出判斷的時間差別不大，但是注視時間和注視點存在較大差距[11]。從眼動指標上來看，“靜眼搜索”模式被認為是一種最具經(jīng)濟效益的方式[12]，但有研究者[13]認為：“靜眼搜索”模式雖然具有一定經(jīng)濟性，并不適用于所有運動項目。李安民等人對乒乓球運動員的研究發(fā)現(xiàn)了與之相反的“平掃搜索”模式[14]。事實上，視覺搜索模式的差異并不反映運動員在視覺搜索方式上的經(jīng)濟性和有效性，而是運動員為了在運動情景任務中達到自身目標所需要的一種更為合理、有效的視覺搜索模式[15]。

以網(wǎng)球運動為對象的研究發(fā)現(xiàn)，專家似乎有著專屬模式。高水平網(wǎng)球運動員的擊球效果并不依賴于球的飛行軌跡，對手擊球時的站位、握拍方式、拍面角度、揮拍軌跡、身體動作、擊球類型等都是他們可以利用的線索[16]。專家組和新手組對對手的注視位置差異較大，專家注視點多集中在運動員身體中部位置，新手注視點則是運動員身體靠上部位[17]。優(yōu)秀網(wǎng)球運動員會根據(jù)不同動作發(fā)力順序的不同方向對材料進行加工，對關鍵部位反復注視，而新手的注視軌跡復雜，注視順序比較隨意，沒有任何的加工策略[18]。運動水平與決策正確率和反應時成正相關，水平越高正確率越高，決策速度越快。視覺搜索模式與年齡成正相關，隨著年齡的增長，視覺搜索更有效、更快速[19]。

縱觀當今網(wǎng)壇，進攻網(wǎng)球大行其道，隨著網(wǎng)球運動員們的進攻能力越來越強大，穩(wěn)固的防守愈發(fā)顯得重要。多拍回合、緊張對峙增加了比賽的觀賞性，長時間的緊張對峙或者受到壓迫被動防守時，往往一次準確的預判和精妙的回擊就足以逆轉局勢。準確的落點預判是防守能力中最重要的環(huán)節(jié)，具備優(yōu)秀的落點預判能力，就能在激烈的對抗中占得先機。

預判，即預測和判斷，預測強調(diào)預見性和及時性，判斷強調(diào)果斷性和預測的準確性，從心理學角度來說，預判是一個接收外界信息—信息加工—做出決策的過程[20]。在網(wǎng)球比賽中，落點預判起始于運動員自身擊球后，對手準備接球前，結束于自己根據(jù)有效信息搜索對對手擊球線路做出判斷的時刻[21]，屬于運動直覺的研究范疇。已有研究證實，在相持過程中，專業(yè)的高水平網(wǎng)球運動員在落點預判上的測試成績遠遠超出非專業(yè)運動員的表現(xiàn)，專業(yè)網(wǎng)球運動員具備高效完備的直覺決策模式[22]。

網(wǎng)球運動員想要在激烈的對抗中進退自如，就需要在受迫情境中依賴有限的線索，預測對手的擊球線路、球的落點并快速做出合理的反應。傳統(tǒng)的研究范式主要以反應時為基本指標，而反應時只是大腦加工的綜合結果，無法提供加工準確的時間進程及相應的神經(jīng)機制。因此，越來越多的研究開始采用眼動追蹤技術來進行考察。眼動技術是當前運動領域直覺決策研究的常見手段，常見的眼動指標有眼動時間(包括注視時間、眼跳時間、回視時間、總注視時間、單個平均注視時間、眼跳潛伏期、追隨運動的時間)、注視次數(shù)、眼跳距離、注視軌跡等，其中正確率和反應時常被選作運動決策的評價指標。

鑒于以往鮮有針對防守情境進行的研究，探討防守情境中網(wǎng)球運動員落點預判的眼動特點成為本研究擬解決的重點。根據(jù)以上文獻綜述，提出以下研究假設：

(1)專家組比新手組對落點預判的反應時更短；

(2)專家組比新手組對落點預判的正確率更高；

(3)專家組和新手組同樣重視興趣區(qū)，但在不同興趣區(qū)注視時間分配、注視熱點存在差異；

(4)在防守情境下，專家組的直覺決策模式比新手組優(yōu)秀。

2 研究方法

2.1 參與者

篩選專家組和新手組各10名選手作為參與者。專家組選取具備國家一級或以上運動等級的專業(yè)網(wǎng)球運動員，有國際比賽經(jīng)驗。其中，男受試者8名，女受試者2名，平均年齡23.7歲；新手組選取球齡5年以上，有業(yè)余比賽經(jīng)驗的資深網(wǎng)球愛好者。其中，男受試者6名，女受試者4名，平均年齡23.2歲。所有受試者優(yōu)勢手均為右手，健康狀況良好，無遺傳病史，視力或矯正視力正常，無色盲色弱，自愿參加本實驗。

2.2 測試工具

(1)眼動儀：北京飛宇星電子科技有限公司制造的Hi-speed型眼動記錄設備及其配套電腦(顯示器分辨率為1024*768)，眼動儀的采樣率為1250HZ。

(2)聯(lián)想臺式電腦：用于運行E-prime2.0實驗程序(顯示器分辨率為1024*768)。

2.3 測試材料

運動直覺的眼動研究中，進行時空遮蔽是一種重要的研究手段。不同的遮蔽方式提供的信息量不同，生態(tài)學效度不相同，受試者所采取的視覺搜索策略也會有所不同。常見的遮蔽方法可以劃分為時間遮蔽、空間遮蔽和完整無遮蔽。空間遮蔽情況下，對手的身體信息和運動軌跡信息不充分，從而加大了預判的難度。本研究采取空間遮蔽法，完全遮蔽防守方運動員的身體信息，僅呈現(xiàn)進攻方運動員的圖片信息和防守方的場地信息，請受試者模擬防守方的運動員，對進攻方隊員的擊球落點進行預判。

防守是受到對方壓力而采取的狀態(tài)，對進攻方而言則是“施壓”的過程。因此，本研究將選手進攻得分前的最后一次擊球作為施壓情境，將接球一方對該情境的狀態(tài)定義為“受迫”情境，將接球運動員定義為防守方。從2014和2015年澳網(wǎng)女單比賽的比賽視頻中選取了30張視頻截圖作為實驗刺激材料備選，甄選選手進攻得分前的最后一拍圖片，征詢專家意見后，最終篩選出15張成為刺激材料。所有視頻均為高清視頻，刷新率同為25幀每秒，圖片中遮蔽一方運動員，視頻截取的時間定格點分別為球員擊球前200毫秒，球拍擊球時，擊球后200毫秒三種，每種5張。

面對進攻對手進行模擬的第一視角，最能體現(xiàn)受迫情境中防守運動員的眼動特點，考慮到圖片選自于實際比賽的轉播畫面，第一視角的圖片少之又少，加之擊球者第一視角時的站位對本方的場地信息亦有遮蔽效果，影響落點的選擇，對研究結果產(chǎn)生干擾，因此選擇“觀眾視角”，請受試者對進攻方運動員的擊球落點進行預判。

2.4 測試指標

(1)反應時：受試者看到圖片到做出判斷按下反應鍵之間的時間。

(2)正確率：將網(wǎng)球半場分割為6個區(qū)域(見圖1)，受試者預判的落點所在區(qū)域與實際落點相吻合的次數(shù)占所有判斷次數(shù)的比例。

1區(qū)2區(qū)3區(qū)4區(qū)5區(qū)6區(qū)

圖1 落點預判區(qū)域圖

(3)注視點數(shù)量：受試者從開始觀察圖片到做出判斷的時間段中的注視點的總數(shù)量。

(4)興趣區(qū)注視時間：受試者判斷過程中注視點落在興趣區(qū)中的時間。

(5)興趣區(qū)注視時間百分比：受試者判斷過程中注視點落在興趣區(qū)中的時間占總注視時間的比例。

興趣區(qū)即研究者感興趣的區(qū)域，研究者根據(jù)自己的研究目的和實驗假設，人為定義和劃分興趣區(qū)[23]。在利用眼動分析軟件的時候，研究者可以在刺激材料中依據(jù)自身需要劃分興趣區(qū)。興趣區(qū)的大小、形狀等都可以根據(jù)研究者的研究需要進行操控。對于動態(tài)的刺激材料，也可以設置動態(tài)的興趣區(qū)。在數(shù)據(jù)處理時，眼動分析軟件就可以自動將劃分好的不同興趣區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進行分類整理和統(tǒng)計[24]。例如，在對乒乓球運動員落點判斷過程中視覺搜索特征研究的文章中，研究者將刺激材料的興趣區(qū)劃分為運動員頭部、球拍、手腕、球臺以及其他[25]。

本研究中，實驗的刺激材料是靜態(tài)的圖片，利用Begaze軟件共設置了A、B、C三個興趣區(qū)，選擇的興趣區(qū)為A(網(wǎng)球和球拍附近區(qū)域)、B(選手的軀干)以及C(落點判斷區(qū)域)，將這三部分以外的區(qū)域視為非興趣區(qū)D。這樣，整個材料就被分為了兩大區(qū)域，即興趣區(qū)(A、B、C)和非興趣區(qū)。結合實驗進行中的實際情況，興趣區(qū)和刺激材料可以用下圖關系表示(見圖2)。區(qū)分目的在于觀察受試者在實驗過程中各興趣區(qū)的注視點分布和眼動軌跡等眼動數(shù)據(jù)。

圖2 興趣區(qū)關系圖

3 測試過程及數(shù)據(jù)處理

3.1 實驗調(diào)試

調(diào)整好實驗室環(huán)境，保持教室干燥舒適，溫度適宜。

打開E-prime軟件，向受試者簡要說明實驗目的，受試者明白后，稍作休息，關閉門窗，遮蔽光源，屏蔽噪聲，受試者狀態(tài)穩(wěn)定后立即開始預實驗。

實驗指導語為：實驗開始前請將下巴放在U型托上，額頭頂著儀器的前端坐好，一只手放到反應鍵(空格鍵)上，實驗開始后在屏幕中心會出現(xiàn)一個黑色十字注視點，請注意，一旦按下反應鍵(空格鍵)即代表可以開始實驗，數(shù)據(jù)記錄就會進行，可以看到網(wǎng)球比賽的圖片，其中一方的運動員已經(jīng)被我們屏蔽，假設你自己就是這名被屏蔽一方的運動員，此時對方正進行著兇狠的擊球企圖得分，而你需要做的是根據(jù)已有的信息判斷圖中對方運動員擊球的落點進行回擊，當判斷完成后，請注視那個“落點”并按下空格鍵。通過預實驗目檢測實驗程序，保證實驗數(shù)據(jù)能夠得到完整的記錄。

3.2 正式實驗

實驗安排在專業(yè)心理學實驗室進行，環(huán)境幽靜，無光線和噪聲干擾。

受試者到來后，首先向受試者介紹本次實驗，說明實驗注意事項以及要求，填寫實驗知情同意書和受試者基本情況調(diào)查表。

受試者端坐于實驗臺前，調(diào)整座椅高度，使之平視時視線匯聚于觀測屏幕的中心，眼睛距屏幕60cm，下巴置于U型托上以穩(wěn)定頭部。雙臂自然放置于實驗臺上，左手置于反應鍵上，完成準備工作后，主試再次詳細介紹實驗流程后，由受試者獨立在操作間完成實驗任務，全部流程由主試監(jiān)控。具體操作流程為：受試者準備好后開始實驗，給受試者閱讀指導語，進行13點定標，完成后再次閱讀指導語，進行兩個Trial的練習實驗，同時屏幕呈現(xiàn)注視點“+”的圖片，受試者準備好后按反應鍵空格鍵開始正式測試。

3.3 具體實驗流程

正式實驗開始后，施測者念完指導語，如果受試者已經(jīng)做好接受測試的準備，按下反應鍵(空格)，此時顯示器呈現(xiàn)“+”，800ms后呈現(xiàn)刺激圖片，完成判斷后再次按下反應鍵(空格)，表示該階段測試完成。當受試者做好接受下一張圖片測試的準備時，再次按下反應鍵(空格)，此時顯示器呈現(xiàn)“+”，800ms后呈現(xiàn)刺激圖片，完成判斷后再次按下反應鍵(空格)，表示該階段測試完成。如此往復，直至所有測試任務完成。

圖3 具體流程

3.4 數(shù)理統(tǒng)計

利用E-DataAid和眼動數(shù)據(jù)分析軟件Begaze，以及spss22.0對實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析與統(tǒng)計。

4 結果與分析

4.1 專家—新手組預判反應時的比較

根據(jù)表1描述統(tǒng)計結果可知，專家組在前200ms、擊球瞬間、后200ms三個環(huán)節(jié)上的預判反應時均少于新手組。以不同擊球時機的反應時為因變量，以組別和擊球時機為自變量，進行方差分析，結果發(fā)現(xiàn)，組別的主效應顯著(F=21.54，p<.01)，專家組的反應顯著快于新手組。專家和擊球前200ms，擊球瞬間，擊球后200ms三個環(huán)節(jié)的反應時均顯著少于新手，尤其在擊球后200ms，專家的預判優(yōu)勢最為明顯。擊球時機沒有主效應(F=0.29，p>.05)，分組與擊球時機沒有交互作用(F=0.01，p>.05)。

表1 新手/專家組不同擊球時機預判反應時描述統(tǒng)計結果(單位：ms)

擊球時機組別M±SD 新手組6229.20±3330.29前專家組3643.20±839.80 新手組5652.20±3094.73中專家組3189.32±666.63 新手組6042.52±2248.37后專家組3391.24±806.95

張怡關于網(wǎng)球運動員相持階段落點預判的研究同樣支持了專家在反應時上的優(yōu)勢[22]。專家反應時更短，原因可能在于進行落點預判時，專家不僅能高效地收集、處理有效信息，過濾無用信息，還能利用自身的經(jīng)驗進行直覺決策，減少判斷的反應時間，而新手則需要花費更多的時間篩選有效信息，并且因為沒有自己的直覺決策模式或是直覺決策模式還不成熟，從而在判斷的時候更加審慎，需要經(jīng)歷更多的比較和思考。

4.2 預判的正確率

4.2.1 專家—新手組預判正確率比較

表2 新手/專家組不同擊球時機預判正確率描述統(tǒng)計結果

擊球時機組別M±SD 新手組.20±.16前專家組.50±.24 新手組.40±.27中專家組.68±.19 新手組.58±.18后專家組.86±.19

以實驗刺激材料中運動員擊球的不同時間點(擊球前200ms，擊球瞬間，擊球后200ms)為變量，對專家—新手組的正誤信息進行統(tǒng)計，將受試者正確的判斷記做“1”，錯誤的判斷記做“0”。以預判的正確率為因變量，以組別和不同擊球時間作為自變量，進行方差分析，組別的主效應顯著(F=28.74，p<.01)，擊球時機主效應顯著(F=15.96，p<.01)，組別與擊球的交互作用不顯著(F=.12，p>.05)，結合表2描述統(tǒng)計結果可見，專家組的落點預判正確率顯著高于新手組。

4.2.2 各組不同擊球時機的預判正確率比較

由表2描述統(tǒng)計結果觀察可見，專家和新手有一個共同的規(guī)律，即擊球前200ms的判斷正確率最低，在擊球后200ms的判斷正確率最高，擊球時的判斷正確率居中。為明確各組不同擊球時機預判正確率的差異，以下進行進一步的比較。

以各組正確率為因變量，擊球時機為自變量進行方差分析，并進行事后(Post-Hoc)比較，結果發(fā)現(xiàn)，新手組對擊球前200ms和擊球時、擊球時和擊球后200ms這兩個擊球時機的落點預判正確率沒有顯著差異(p>.05)，擊球前200ms和擊球后200ms兩個擊球時預判正確率存在顯著差異(p<.01)。專家組的結果亦是如此，即后200ms的預判準確率顯著高于前200ms。

表3 新手組不同擊球時機預判Post-Hoc比較結果

組別前200msvs擊球擊球vs后200ms前200msvs后200ms p值p值p值新手.17.26.00專家.22.14.01

從正確率來看，專家組的正確率顯著高于新手組，這一結果與此前其他運動項目的研究結果類似，如優(yōu)秀排球運動員對扣球落點的預判[26]、優(yōu)秀羽毛球運動員對落點的預判[27]等。至此，研究假設1和假設2得到了支持，即專家組比新手組對于落點的預判正確率更高，所用反應時更短。這些都是專家具備針對防守情境的直覺決策模式的佐證，而大型比賽經(jīng)驗、訓練量和訓練質(zhì)量則是運動員信息處理方式建立與更新的重要影響因素[28]。

4.3 專家—新手組注視點總數(shù)比較

通過BeGaze對眼動數(shù)據(jù)進行分析，統(tǒng)計兩組受試者在每個刺激材料上的注視點數(shù)量，根據(jù)描述分析可知，專家組受試者的注視點平均值為86.40±14.13個，新手組受試者的注視點平均值為96.47±27.67個，以注視點為因變量，組別為自變量進行方差分析，組別效應不顯著(F=1.58，p>.05)因此，專家組和新手組在注視點數(shù)量上不存在顯著差異。

注視點的數(shù)量在一定程度上反映了任務復雜程度以及受試者在單位時間內(nèi)搜集信息的能力。以往有研究表明，專家組和新手組的注視點數(shù)量存在著顯著差異[18]。本次實驗沒有得到與以往研究一致的結果，一方面可能是由于專家組和新手組(二級運動員)的技能水平差距相對較小，且樣本數(shù)量有限，另一方面也可能與興趣區(qū)的劃分標準有一定關系。

4.4 注視時間的比較

4.4.1 專家—新手組興趣區(qū)與非興趣區(qū)注視時間的差異

根據(jù)本實驗中興趣區(qū)的劃分規(guī)則，由于A(球和球拍區(qū)域)、B(運動員軀干)是運動員判斷來球信息的重要來源，且在圖片分析時經(jīng)常重疊，因此合并為興趣區(qū)加以考察，興趣區(qū)和落點區(qū)(C)以外的區(qū)域作為非興趣區(qū)(D)，以注視時間占總體時間的百分比作為因變量，組別作為自變量，進行描述統(tǒng)計(結果見表4)和方差分析檢驗。結果發(fā)現(xiàn)，專家組和新手組在興趣區(qū)(F=3.50，p>.05)和非興趣區(qū)(F=0.67，p>.05)的差異均不顯著。

表4 不同組別注視時間描述統(tǒng)計結果(單位：%)

區(qū)域組別M±SD興趣區(qū)新手29.94±12.05 專家24.26±11.52非興趣區(qū)新手6.71±5.00 專家8.17±4.75

4.4.2 專家—新手組注視時間熱點圖

利用眼動熱點圖對兩組受試者的注視情況進行進一步探究。

圖4 熱點圖示意(左列為新手，右列為專家)

熱點圖是以顏色暖色度來顯示注視點的時間和位置的動態(tài)變化，即越接近深紅的暖色，證明注視該區(qū)域的時間越長。根據(jù)對15組刺激材料熱點圖的觀察分析可知，在A、B興趣區(qū)，即有效信息搜索區(qū)域一側，C興趣區(qū)(落點的判斷區(qū)域)異側，專家組更加關注B興趣區(qū)(運動員的軀干)，而新手組更加關注A興趣區(qū)(球和球拍的區(qū)域)。結果發(fā)現(xiàn)，專家組更關注對方運動員的身體信息，而新手組更加關心球的信息。

結合興趣區(qū)、非興趣區(qū)時間分配以及熱點圖可以看出，假設3得到了部分支持，即專家和新手對于興趣區(qū)具有同等的重視程度，但是在興趣區(qū)注視的分配時間上沒有顯著差異，對無效信息的過濾和抗干擾能力也沒有顯著差異，說明專家和新手在信息搜索的注意分配上有著相似特征。由于專家更多地借助對手身體的信息，而不是球的信息，因此專家組對于落點判斷的“預判”成分更加明顯，這或許是專家組判斷更快、更準確的原因之一。綜合以上反應時、預判正確率、注視時間、注視熱點等信息，研究假設4基本得到支持，即在防守情境下，專家組的直覺決策模式比新手組更加優(yōu)秀。網(wǎng)球初學者或業(yè)余選手可以借鑒專家組的眼動特點，在實踐中有意識地加以練習。

5 結論

在網(wǎng)球防守情境中，專家跟新手相比，具備獨特的、高效的直覺決策模式。體現(xiàn)在專家對于落點的預判用時更短、更準確，對手擊球后是專家進行信息搜索從而做出預判的最有效時刻，專家和新手同樣重視興趣區(qū)，但專家更關注對手的身體信息，新手則更關注球的信息。