视觉与结构元素对经验马匹在场地障碍赛中的障碍难度影响研究

《Journal of Veterinary Behavior》：The impact of visual and structural course elements on difficulty for experienced horses in show-jumping competitions

　　

根据国际马术联合会（Fédération Equestre Internationale，FEI）跳跃规则（2026年1月1日版，第200.2.1条），在跳跃比赛中，运动员与马匹的组合需跨越最多14道障碍，以展示马匹的自由度、活力、力量、技能、速度以及运动员的骑术。比赛成绩可根据所犯失误计算为罚分或罚时。比赛形式多种多样，但几乎在所有形式中，碰落障碍最高横杆均被视为失误。比赛中仅对降低障碍高度给予罚分，然而，碰落横杆与击打横杆而未使其坠落的生物学背景相同——即马匹跳跃高度不足。因此，马匹需接受训练以跨越障碍而不碰落或击打横杆（Waran等，2007）。 对马匹训练、人马关系、认知与学习能力的理解对骑手与马匹的福利具有重要意义（Brubaker和Udell，2016）。影响人马表现的因素众多，其中视觉信息（Murphy等，2009）在有限区域内高速移动的赛程中尤为重要。障碍路线通常由专业路线设计师设计，其应了解各种元素在马匹眼中的呈现方式。马匹的视觉感知是一个难以研究的课题，因此常采用行为观察等间接测量方法。障碍上的失误可视为马匹对任务应答的一种信息。 马术运动科学亟需研究参赛者对视觉路线结构与元素的应答，因为此类知识的缺乏可能造成严重甚至致命的后果（Murphy等，2009）。视觉信息是理解马匹与环境互动程度的关键（Paul和Stevens，2020）。对路线结构应答的理解与人马组合的安全性密切相关，因为当前障碍外观的设计以人类感知为参照（Paul和Stevens，2020）。跳跃路线特征的难度（如障碍数量、障碍类型、骑手差异）影响坠落风险（Singer等，2003）。人马组合感知中的某些误解可能导致困惑或虐待（McLean和McGreevy，2010）。基于对马匹技能更深入理解的训练与马匹表现相互影响（Krueger等，2022）。马匹的视觉系统可对周围环境保持“半眼”关注，而人类主要受益于视觉聚焦（Murphy等，2009）。在黑暗或宽广全景视野等特定条件下，马匹的视觉似乎优于人类。在眼球固定或注视特征方面，哺乳动物之间的基本视觉规则和眼球运动具有可比性（Land，2019）。然而，马匹不太可能以与人类相似的方式感知周围环境（R?rvang等，2020）。马匹的感觉器官包括全景视觉能力，其感知类似于红绿色盲人类。马匹可看到更大的视野（主要为单眼），可感知蓝色至黄绿色，凭借重叠视野获得深度感知，其视敏度甚至优于人类（Roth和McGreevy，2025）。其对黑暗的适应能力与其他哺乳动物相当，并能在极暗光条件下良好导航（Roth和McGreevy，2025）。应有明确的指南尽可能解决所要求跳跃任务的感知细节，使马匹了解并“看到预期目标”。Murphy等（2009）强调，更好地理解成功马匹所采用的视觉策略，可能对设计训练方案以训练经验较少的马匹极为有用。由于在具有大量刺激物的真实障碍路线上研究马匹感知似乎困难，间接研究人马组合所遇困难可能有助于理解认知过程。一些研究调查了场地障碍赛中马匹-骑手组合的路线难度（Stachurska等，2002）。研究发现，墙壁障碍对马匹更为熟悉。在三日赛中，前缘较窄的高度-宽度障碍上观察到更多失误（Stachurska等，2010），而在特定的胡楚尔（Hucul）越野赛中，人工障碍对更原始的品种更为困难（Stachurska等，2006）。研究发现，障碍难度与路线特征相关，即使在轮次之间也是如此（Hall等，2014；Spaas等，2014）。已习惯物体位置和顺序的变化可通过训练习得（Christensen等，2011b），但物体位置的微小变化也可能引发初始恐惧反应（Corgan等，2021）。然而，在人马感知和表现背景下，对路线元素完整视觉结构的理解似乎仍存在空白。因此，本研究评估了场地障碍赛路线的视觉结构如何影响经验丰富的人马组合失误的发生和类型（如碰落横杆与击打横杆），从而为路线难度提供直接测量。该研究有助于理解在运动竞赛自然环境中跳跃路线视觉结构的影响。障碍结构的复杂性将在两个特征层面进行研究——基本特征和详细特征。新颖的详细个体障碍结构特征将考虑其在场地中的位置（接近方向、障碍间距离）和视觉结构（对称性、构造、颜色）。路线的基本元素，如障碍类型和障碍尺寸，是影响表现甚至运动学特征的已知因素（Back和Clayton，2013），并成为首次使用基本统计模型分析的对象。第二个更详细的统计模型还考虑了新研究的元素，包括障碍位置和视觉元素，包括颜色分类。这两个统计模型针对两个跳跃性状进行——一个描述一般失误发生，另一个描述失误类型。来自高度经验丰富的人马组合的数据，这些组合在五年观察期间在同一地点的可比竞赛环境中竞争，将使我们能够检测影响跳跃表现的最重要因素。 经验丰富的骑手可以避免竞赛中的危险情况和失误（Ni?ová和Barto?ová，2022）。因此，骑手效应现已被纳入马匹评估（Sánchez Guerrero等，2014；Bartolomé等，2018）。运动心理学强调不同运动专项的不同需求（Schinke等，2016；Merkies和Franzin，2021），以及马术运动中性别的影响。为更好地理解所研究的表现结果，对人马组合特征进行了初步分析。为校正个体组合差异（如男性视觉更好），该效应被调查并纳入后续分析。在对人马组合结果进行初步方差分析后，研究了失误发生和类型的主要部分。基于两个逻辑回归分析——基本和扩展路线特征模型，针对两个描述跳跃能力的性状，将提供关于障碍视觉的哪些元素对经验丰富的人马组合最具问题的答案。研究假设所有被调查的视觉元素对跳跃表现具有同等重要性，并且失误发生和类型的结果相同。

论文解读文章

一、研究背景与问题提出

场地障碍赛是一项考验马匹跳跃能力与骑手骑术的竞技运动，人马组合需在高速移动中跨越一系列障碍。根据国际马术联合会（Fédération Equestre Internationale，FEI）规则，比赛中碰落障碍最高横杆构成失误并产生罚分。然而，马匹的视觉感知与人类存在本质差异：马匹具有全景视野，主要依靠单眼视觉，其颜色感知类似于红绿色盲人类，可感知蓝色至黄绿色范围的颜色，但在特定条件下（如暗光环境）视觉能力优于人类。尽管已有研究关注障碍类型、路线特征等因素对跳跃表现的影响，但对于障碍的完整视觉结构——包括颜色、对称性、构造元素等——如何影响经验丰富的人马组合的失误发生率和失误类型，仍存在明显的研究空白。现有障碍外观设计主要以人类感知为参照，而马匹与人类的视觉感知差异可能导致人马组合对障碍的认知不一致，进而影响比赛表现甚至安全。因此，本研究旨在系统评估场地障碍赛路线的视觉结构对经验丰富的人马组合失误发生和失误类型的影响，为路线设计提供科学依据，以提升马匹福利和骑手安全。

二、研究设计与方法概述

研究人员基于2016至2020年波兰高级别场地障碍锦标赛（Polish Senior jumping championships）的官方公开视频进行观察性研究。比赛在固定地点（KJ Osadkowski，Jakubowice）的同一室外场地举行，场地面积为60×80米，采用Equi System Ebbe Flut地面系统，比赛规则遵循波兰马术协会和FEI规定。障碍高度最高达155厘米，最大宽度达200厘米。数据收集由两名经验丰富的观察员（马术教练和参赛者）基于官方视频记录完成，经协商一致后进行编码。初步分析纳入29名骑手和42匹马的数据，最终用于主要逻辑回归分析的样本包括26名骑手和38匹马，共469次跳跃观察记录，其中75次发生失误（碰落横杆和击打横杆）。研究采用SAS软件的GLIMMIX程序进行广义线性混合模型逻辑回归分析，分别构建了仅含基本路线特征的基础模型和加入详细视觉障碍特征的扩展模型，两个模型均针对失误发生和失误类型两个性状进行分析。路线特征包括障碍类型（垂直障碍vertical art.234 FEI规则 vs. 宽度障碍spread art.235 FEI规则）、组合中障碍顺序、接近方向（直线vs.弧线）、跳跃顺序和障碍间距离（以跑步步数计）。详细障碍特征包括障碍元素结构（横杆、木板、带下结构如墙壁/门/栅栏/树篱等、利物浦水障Liverpool art.237 FEI规则）、障碍颜色（冷色系配白色[灰、蓝、绿]、暖色系配白色[红、橙]、主深色系[黑、棕、深蓝]、暖色配深色）以及障碍正面视觉对称性（有标记条纹横杆vs.无标记素色横杆和木板）。骑手-马匹组合作为随机效应纳入模型，跳跃顺序和障碍间距离作为协变量，组间最小二乘均值差异采用Tukey-Kramer校正进行多重比较。

三、研究结果

初步分析——骑手和马匹特征

方差分析结果显示，比赛年份对竞赛成绩有极显著影响（p<0.0001），几乎所有年份之间均存在差异。骑手年龄对排名位置（p<0.001）和罚分（p<0.05）有显著影响，最年长骑手获得更高的排名位置，且年轻组与年长组之间在罚分上存在显著差异。马匹年龄对竞赛成绩无显著影响。骑手性别方面，罚分在性别间无显著差异，但女性组的罚分标准差是男性组的10倍；排名位置在性别间存在显著差异，男性排名更高。

路线结构导致的失误原因

在仅含基本路线特征的模型中，跳跃顺序和障碍类型对失误发生有显著影响（p<0.05），宽度障碍的失误概率高于垂直障碍。在失误类型方面，垂直障碍与宽度障碍之间存在显著差异，马匹更可能碰落宽度障碍而非垂直障碍。组合中障碍顺序和障碍间距离对失误类型无显著影响。接近方向接近显著水平（p=0.089），直线接近时失误概率更高。

加入详细视觉特征后的分析结果

在同时包含路线和视觉障碍特征的扩展模型中，跳跃顺序对失误发生仍有显著关联，但对失误类型无显著影响。障碍类型仅在失误类型方面保持显著，宽度障碍的碰落概率更高。接近方向对失误发生出现显著差异，直线接近时马匹失误更多。在新加入的障碍视觉特征中，障碍颜色表现出显著关联。深色障碍与其他障碍之间、以及含白色元素与不含白色元素之间均存在显著差异。暖色配白色的障碍比暖色配深色的障碍更容易导致马匹失误，这一趋势在失误发生和失误类型两方面均有所体现。障碍元素结构方面，利物浦水障的失误概率最高（p=0.0738，接近显著），木板障碍失误概率最低。障碍正面视觉对称性对失误发生和失误类型均无显著影响。

两个模型的比较

对比两个模型后发现，当加入障碍颜色因素后，障碍类型对失误发生的关联性丧失显著性。在仅描述路线结构的模型中，障碍类型是显著关联因素；但在考虑详细视觉元素后，障碍颜色似乎比障碍类型与马匹失误的关联更强。研究假设所有视觉元素对跳跃表现具有同等重要性未被证实，且各因素对失误发生和失误类型的重要性并不相同。

四、讨论与结论

本研究发现碰落横杆的失误率略低于5%，与文献报道的7.85%相当。所有失误（碰落横杆5%加击打横杆11%）合计超过16%。研究确认跳跃顺序对失误发生具有显著影响，失误概率随跳跃序号增加而增大，这可能与疲劳有关。与以往研究不同，本研究中组合内障碍的位置（第1、2、3道）未显著影响结果。障碍类型在基础模型中显著，但加入详细视觉特征后其显著性消失，而障碍颜色成为更重要的因素。暖色（红、橙）障碍即使带有白色标记也比主深色障碍导致更多失误，冷色配白色的障碍难度次之。这一发现与Stachurska等（2002）的研究结果相反，可能与本场地浅色沙质地面有关——深色横杆与浅色地面的对比度对马匹更为可见。直线接近比弧线接近导致更多失误，可能因为更优秀的组合能够利用弧线接近获得更少失误。在失误类型方面，当失误发生时，宽度障碍比垂直障碍更可能被碰落，暖色配深色障碍比其他颜色障碍更易被碰落。

研究结论指出，在高水平竞赛中，障碍颜色可能解释超越障碍类型的跳跃失误变异。对于经验丰富的参赛者，绘画对称性、绘画图案、障碍间距离及其在组合中的位置对跳跃表现无显著影响。相反，接近方向和与跳跃顺序相关的可能疲劳效应更为重要。本研究基于同一场地连续五年真实锦标赛条件下的纵向数据，具有较高的生态效度，研究结果直接适用于最高水平的运动，对路线设计决策具有重要实践意义。研究局限性包括跳跃观察样本量较小、颜色分类基于人类感知而非客观测量、无法完全分离视觉感知与其他表现因素（如骑手决策、接近质量、生物力学和疲劳）的复杂交互作用，以及结果仅适用于高度经验丰富的人马组合，可能无法推广至年轻马匹和经验较少的骑手。