本期关键词
#多模态生物力学测试 无标记动作捕捉；三维测力台；足底压力分布；测力跑台；多设备同步采集
#运动损伤预防 足底局部软组织过载；跟腱负荷评估；关节冲击吸收；足底压力集中缓解；抗反复冲击能力
#运动表现评估 纵跳最大高度；功率保持能力；运动后期稳定性；持续爆发力输出；耐力运动场景适用性
#三维运动捕捉 Qualisys光学系统；Z字形贴点方案；中底压缩量动态追踪；角速度与恢复角度计算；刚性与回弹速率测算
#跑鞋功能评估 缓震性能；回弹响应；支撑稳定性；速度维持能力；综合训练鞋适配性#跑步生物力学 支撑期压缩特性；缓冲行程与冲击衰减；回弹响应速率；推进角速度；能量恢复效率

本研究旨在探究跑鞋中底不同几何孔洞结构对跑步生物力学性能的影响。以昂跑（On）跑鞋四种典型中底结构（菱形、瘦菱形、椭圆形、六边形）为对象，采用Qualisys三维光学运动捕捉系统（10台红外摄像机，采样频率200 Hz）采集跑步过程中的运动学数据，并基于Z字形贴点方案获取中底压缩量、角速度、刚性等指标。同时结合地面反作用力（GRF）特征，综合评估各结构的缓震、回弹、支撑及速度表现。

结果表明：椭圆形结构缓震性能最优（压缩量12.46 mm），六边形结构回弹响应最快（压缩速率94.72 mm/s），瘦菱形结构能量恢复效率高（角度变化107.46°），菱形结构支撑性最强（压缩量4.46 mm，推进角速度588.15 °/s）。转向跑中GRF分析显示Cloudmonster 3综合性能较为均衡。研究证实几何结构设计可显著影响跑鞋力学特性，为跑鞋选型及功能优化提供了实验依据。

一、研究背景

既往研究表明，跑鞋中底的材料与几何结构共同决定着其缓冲性能、能量回馈效率、触地时间及运动稳定性。高回弹中底材料可有效改善跑步经济性（Running Economy），而支撑与稳定结构则有助于降低下肢负荷并提升动作控制能力。然而，现有研究多聚焦于材料改性，较少关注中底几何结构的独立影响。

昂跑（On）跑鞋以其独特的镂空孔洞中底设计著称，不同孔洞形状（菱形、瘦菱形、椭圆形、六边形）可能赋予鞋底差异化的力学响应。基于此，本研究以四种几何结构为变量，系统考察其对跑步支撑、缓震、回弹及速度相关指标的影响，以期揭示几何构型与功能特性之间的内在关联。

市面上的跑鞋种类

昂跑跑鞋六边形孔洞

二、实验流程

1、实验设备
采用Qualisys三维光学运动捕捉系统进行数据采集，包含10台Qualisys A12红外摄像机及1台辅助视频摄像机（见图1）。采样频率设定为200 Hz，有效采集区域位于实验场地右上侧（尺寸约15 m × 8 m × 3 m）。反光标记点直径为6.5 mm。

2、标记点布设方案
依据Z字形贴点方案，将反光标记点沿鞋底关键解剖位置呈“Z”形排列，覆盖前足、中足及后足区域。每更换一款测试鞋，均重新粘贴标记点，以确保各条件下标记位置的一致性。

昂跑跑鞋进行贴点（采用z字形贴点）

3、实验流程与技术路线

每位受试者穿着四种不同孔洞结构的昂跑跑鞋（菱形、瘦菱形、椭圆形、六边形）完成规定速度的跑步测试。利用QTM软件实时采集并计算标记点的三维坐标、速度及加速度。随后，通过自编程序提取压缩量指标（定义压缩量＞0.5 mm为压缩起始，＜0.5 mm为压缩结束），并计算最大压缩量、压缩速率、推进角速度及恢复角度等参数，验证四种结构形状是否体现了其对应的功能特性，技术路线图如下图所示。

技术路线图

三、实验结果

1、压缩量与运动学指标

不同形状所对应的指标提取
由下表可知，四种结构在压缩量、角度变化、压缩速率及刚性等方面呈现明显差异。具体而言：
· 菱形结构：压缩量最小（4.46 mm），推进角速度最大（588.15 °/s），表明其刚性最强，适合支撑性需求。
· 瘦菱形结构：压缩量较小，但角度变化较大（107.46°），且恢复效率高，有利于能量回传和速度维持。
· 椭圆形结构：压缩量最大（12.46 mm），缓冲行程最长，缓震效果最佳。
· 六边形结构：压缩速率最快（94.72 mm/s），显示出最迅速的回弹响应。上述数据表明，各结构的力学表现与其设计定位基本吻合：菱形侧重支撑，瘦菱形侧重速度，椭圆形侧重缓震，六边形侧重回弹。

通过上述表格计算出的各种指标数据

2、非线性差异
实验结果亦显示，四种结构在各项性能指标上呈现非线性分化，四种材料结构在支撑、缓震、回弹和速度性能上存在明显差异。菱形结构支撑和速度表现较好，瘦菱形各方面比较均衡，在速度指标推进时较好，椭圆形结构缓震性能最佳，六边形结构回弹能力较强。不同结构适用于不同运动需求。

3、地面反作用力（GRF）特征综合分析
进一步将各指标归一化后，对转向跑中X、Y、Z三个方向的地面反作用力（GRF）特征进行综合分析，发现Cloudmonster 3鞋款在缓震、回弹和支撑三项上表现较为均衡，未出现极端偏向，反映出其作为综合训练鞋的兼容性设计。

转向跑中，X Y Z 方向切向地面反作用力特征（不同跑鞋条件）

四、实验结论

本研究通过Qualisys光学运动捕捉与地面反作用力测试，系统评估了四种中底几何结构对跑步力学特性的影响。结果表明：椭圆结构缓震性能最好，更适合冲击吸收；六边形结构回弹与稳定性较好；瘦菱形结构能量恢复能力较强，有利于速度提升；菱形结构支撑性最佳，但缓震相对较弱。整体结果与各结构的设计定位基本一致，说明几何结构会明显影响跑步力学特性。

值得注意的是，在不同运动模式（如直线跑与转向跑）下，结构的优势可能相互转化，跑者需根据自身足型、配速及训练目标选择最适配的中底构型。此外，Cloudmonster 3的综合均衡表现提示，多孔洞复合结构或可成为未来“全能型”跑鞋的优化方向。

综上所述，中底几何结构是独立于材料之外的重要性能调控变量，本研究为跑鞋的功能性设计及个性化选鞋提供了实证依据。未来研究可进一步结合有限元分析及长期穿着测试，深入探讨几何结构在不同路面、不同配速下的动态适应性。

四种跑鞋所对应的性能

虚拟实验室镜头搭建：例如15×8×3m 10个M3

Qtm软件内可直接画图计算位置、速度、加速度

本研究所涉及的整套测试方案设计、多设备同步数据采集及生物力学分析报告，均由赢富仪器提供一站式技术支持。如您对本测试方案、设备配置或数据分析流程感兴趣，欢迎致电赢富仪器4006-111-556详询！