研究目的:本研究以幼儿前滑步动作下肢关节角度曲线整体作为分析对象降维处理,探讨幼儿前滑步动作发展趋势规律及函数型主元分析在幼儿动作发展评价研究中可行性。研究方法:本研究选取北京市城区2所幼儿园53名3.5岁幼儿(男孩27人,女孩26人),生理年龄纳入标准为测试日期减去出生日期所得天数在3岁6个月前后15天内。于2015年10月-2017年10月跟踪测试两年,测试间隔时间为1年,共进行3次测试。受试者均为健康幼儿无认知、动作发展迟缓以及身体发育障碍等问题。追踪2年期间由于转学、生病等客观因素,最终完整参与3次跟踪测试受试者共计16名(男孩10人,女孩6人)。应用QTM-2.8-Build 6镜头红外高速运动捕捉系统(Qualisys,瑞典,100HZ)采集幼儿前滑步时人体运动学数据。测试前记录受试者基本信息(姓名、性别)。测试人员为幼儿穿着同款紧身裤及统一测试鞋后,告知幼儿测试流程并口头引导幼儿热身熟悉动作。热身结束,由同一名专业实验人员按照改良后Helen Hayes方案粘贴27个反光标志点(颅顶点,第七颈椎,第五腰椎,两侧肩峰点,两侧肱骨外上髁,两侧桡骨茎突,两侧髂前上嵴,两侧大腿前侧,两侧股骨外上髁,两侧股骨内上髁,两侧胫骨前缘中点,两侧外踝,两侧内踝,两侧足跟和足尖)。开始测试时,专业测试人员示范引导受试者在自然速度下前滑步往返通过测试区域;受试者自然、无停顿前滑步通过测试区域视为一次有效数据,共采集4次有效数据。运动学参数采用Visual3D软件计算处理。根据标志点坐标建立下肢多刚体模型,采用欧拉角计算方法获得下肢关节三维角度。将下肢关节矢状面角度按一个动作周期时长(跟随腿着地至跟随腿再次着地)进行标准化处理。函数型主元分析采用matlab R2015b软件编程实现。前滑步属于周期性动作,故采用151个3阶傅里叶基将下肢关节角度时间序列曲线拟合为函数[1],平滑参数设为。随后将函数降维分解成若干主元主元数量确定标准为累积贡献率达到95%且各主元特征值大于1。为了便于对主元解释,采用varimax旋转方法[2]及连续配准(Continuous Registration)[3]消除相位变异性。采用重复测量方差分析,分别比较不同生理年龄幼儿前滑步动作下肢关节角度时间序列曲线各主成分得分,数据分析采用SPSS20.0,显著性水平设为0.05。研究结果:幼儿前滑步引导腿髋关节角度时间序列曲线降维成两个主元,特征值为61.68、11.37,贡献率为82.23%、15.1%,累积贡献率97.4%。幼儿前滑步引导腿膝关节角度时间序列曲线降维成两个主元,特征值为105.56、11.59,贡献率为86.3%、9.5%,累积贡献率95.8%。幼儿前滑步引导腿踝关节角度时间序列曲线降维成三个主元,特征值为40.25、9.18、4.30,贡献率为72.7%、16.6%、7.8%,累积贡献率97.1%。幼儿前滑步跟随腿关节角度时间序列曲线各主元趋势见图3。幼儿前滑步跟随腿髋关节角度时间序列曲线降维成两个主元,特征值为96.83、6.36,贡献率为91.5%、6.0%,累积贡献率97.5%。幼儿前滑步跟随腿膝关节角度时间序列曲线降维成两个主元,特征值为199.13、16.73,贡献率为87.9%、7.4%,累积贡献率95.3%。幼儿前滑步跟随腿踝关节角度时间序列曲线降维四个主元,特征值为43.6、11.3、9.9、3.8,贡献率为62.8%、16.2%、14.3%、5.5%,累积贡献率98.8%。单因素重复测量方差分析结果表明,不同生理年龄幼儿前滑步引导腿髋关节主元一(P=0.00)、髋关节主元二(P=0.00)、膝关节主元一(P=0.00)及跟随腿髋关节主元二(P=0.03)得分具有显著性差异。幼儿前滑步引导腿髋关节主元二得分随生理年龄增大而减小,幼儿前滑步引导腿膝关节主元一得分随生理年龄增大而增大。函数型主元分析是探索幼儿动作发展领域运动数据等时间序列参数特征关键技术,具有独特功能。本研究详细探讨函数性主元分析在挖掘幼儿动作发展动作特征规律适用性,包括应用条件、参数设置、统计量诠释、特有功能等方面,并且3-6岁幼儿前滑步动作特征分析中得到较好应用,认为其是一种能应用于探索幼儿动作发展中动作特征、动作模式及动作序列数学工具。采用函数型主元分析量化时间序列性参数优点集中在两方面:1)整体、部分序列法等对于幼儿动作模式定性分类往往依靠观察者主观经验具局限性,而传统截面统计对于幼儿动作发展特征定量分析有会彻底忽略样本数据间有序性。而采用函数型主元分析技术以整个动作阶段关节角度曲线为单位加以分析既可以体现时间序列参数本身连续性又符合能量有限原理。2)函数型主元分析很容易延伸到回归分析、模式识别等研究方向,为幼儿动作发展评价标准建立及快速评价系统提供算法帮助。研究结论:1)基于函数型分析技术发现,幼儿前滑步引导腿髋关节角度时间序列主元二、膝关节角度时间序列主元一幅度变异特征可以反映幼儿前滑步动作发展规律特征。随着生理年龄增加,幼儿前滑步引导腿单支撑阶段和腾空阶段引导腿髋关节及腾空期引导腿膝关节摆动幅度减小。2)函数型主元分析充分考虑各动作阶段下肢关节角度间相互关联及其不同时间序列曲线类型对幼儿动作发展评价诊断的影响,为幼儿动作发展阶段划分提供新型技术手段。