バドミントンのスマッシュで、準備時間と後方重心を切り分ける2×2実験の設計

バドミントンのバイオメカニクス実験を始める前に、何を固定したかを公開するEnglish

この実験計画の要点

オーバーヘッドスマッシュでは、準備時間の短さと、重心が後ろに残っていることが、どちらもラケット速度を下げる要因として知られています。しかし実際のプレーでは両者が絡み合っていて、観測された記録からは切り離せません。

この計画は、同じ熟練プレーヤーの中で、準備時間と後方重心の状態を独立に割り付ける2×2の実験を提案します。狙いは、時間の圧力による効果と身体の状態による効果を分けること、そして熟練者が後方状態を補償できるかを調べることです。

確証データを取る前に、主要な測定量（インパクト直前のラケットヘッド速度）、座標系、同期イベント、除外基準、統計モデル、モデルが収束しないときの代替手順を固定してあります。検出力の感度解析では、明示した仮定のもとで、交互作用を同じ大きさで検出するには主効果よりずっと多い参加者が必要でした（主効果0.30 SDでN=30、交互作用0.30 SDでN=48でも検出力0.50）。

この計画はまだ封印しておらず、データ取得を承認していません。 機器が実際に使えるか、倫理審査、操作する水準、実際のばらつき、意味のある最小の効果量、欠測、最終的な人数——いずれも未解決だからです。

図で見る

この計画が決めていること

主要な測定量、その測定窓、座標系、同期イベント、除外基準、統計モデル、モデルが収束しないときの代替順序、そして再現できる検出力の感度表。これらは確証データを見る前に固定してあります。

この計画が決めていないこと

実行可能性、倫理承認、観測される効果、因果の解釈、最終的な人数。まだ封印しておらず、データ取得を承認していません。

なぜ重要か

実際のスイングを後から観察すると、準備時間、後方への移動、技術的な適応、ラケットの結果が絡み合っています。時間の圧力による効果と身体の状態による効果を分け、熟練者の再編成が後方状態を補償できるのかを調べるには、独立に割り付ける以外にありません。

何を調べたか

同じ熟練参加者の中で、割り付けた準備時間と割り付けた後方重心の状態を分離したとき、インパクト直前の、固定した目標方向へのラケットヘッド速度はどう変わるか。

競合仮説

• H1： 割り付けた準備時間が短いと、主要な速度成分が下がる（beta_T < 0）。
• H2： 割り付けた後方重心が高いと、それが下がる（beta_B < 0）。
• H6： 制動と再編成に成功する条件では、後方状態が高いほうが beta_B > 0 になる、あるいは仕組みと整合する条件依存の交互作用が生じうる。beta_B = 0 というだけではH6を支持しません。

事前に固定した予測

確証的な予測はまだ封印していません。仮置きの PENDING-2X2-EP-0007 は、実行可能性と設計上の障害が解けるまで、意図的に未封印のままにしてあります。

方法

• 参加者内2×2：割り付けた準備時間（long / short）× 割り付けた後方重心の状態（low / high）。
• 主要な対比は、達成された値ではなく割り付けで定義します。観測された時間や重心で試行をラベルし直すことはしません。
• 地面座標：+X はネット中央の方向、+Z は上、+Y = +Z × +X。後方重心は速度の -X 成分です。
• 主要な測定量：インパクト前 [-10, -2] ms における、地面座標でのラケットヘッド速度の、固定した目標ベクトル方向への平均。
• 合図：同期したTTLの立ち上がり。インパクト：1000 fps以上で最初に見えるシャトルとストリング面の接触。接地：鉛直方向の床反力が10 ms以上20 Nを超える最初の時点。
• 主モデル：時間、後方状態、交互作用、順序、ブロックを固定効果、参加者の切片と時間・後方・交互作用の傾きを変量効果とする、試行水準の線形混合モデル。
• 同格の主要項は両側Holm法で、検定族全体のalpha 0.05。収束しない／特異になった場合は、固定した簡略化の順序に従います。

技術的な欠測は測定量ごとに扱います。床反力の欠測は力に依存する測定量を無効にしますが、有効な接触ベースのラケット測定量まで除外はしません。主要な測定窓は補間せず、値が低い・予想外だからという理由で除外しません。

検出力の感度

シミュレーションは、残差SD 1.0、参加者ごとの傾きのSD 0.20、各セルが均等に埋まること、そして計画しているHolm法の保守的な近似としてBonferroniのalpha 0.05/3 を仮定します。各セル6試行です。

これは感度の計算結果であり、最終的な人数の決定ではありません。

結果

この計画はまだ観測を持ちません。出力は設計そのものと、上の感度表だけです。データ取得はまだ承認されていません。

何が変わったか

• 曖昧だった「インパクト前の方向」を、固定した目標ベクトルへの成分と [-10, -2] ms の測定窓に置き換えました。
• 後からのラベル付け替えを防ぐため、割り付けた因子と、実際に達成された操作量を分離しました。
• 交互作用の検出力が主効果と大きく違うため、単一の固定した人数を決めるのをやめました。

何が失敗したか

仮定した傾きのSDや操作水準を裏づける予備データがありません。同期した1000 fps映像、TTL、床反力計、ラケットマーカーが実際に使えるかも実証されていません。したがって現時点では実行の条件を満たさず、下書きのままです。

証拠の範囲

言えること： イベント、座標、除外、モデル、検出力の仮定が、外部から確認できる程度に定義されていること。公開したシミュレーションで感度表を再現できること。

言えないこと： 実行可能性、倫理承認、観測されるバイオメカニクスの効果、因果の解釈、最終的な人数、確証研究を開始できる状態にあること。

まだ分からないこと

• 倫理・安全の基準と、対象とする技術水準。
• 実行可能な T_long / T_short と、後方状態を操作する幾何条件。
• 操作が成立したと言える最小の差と、シャトル供給のばらつき許容範囲。
• 実際の傾きの分散、技術的な欠測、脱落、意味のある最小の効果量。
• 交互作用を、人数決定に使う同格の主要項とするかどうか。
• 最終的なコードと環境のハッシュ、確証データの締め切り。

この結論が崩れるとき

• 割り付けた時間が、事前登録した差以上に、実際の準備時間を分離しない。
• 時間の割り付けを保ったまま、割り付けた後方状態が v_CoM · (-X) を分離しない。
• 同期または較正が、固定したイベントと測定窓の定義を支えられない。
• 予備データの分散や欠測から、現在の検出力表が実質的に楽観的だと分かる。
• 操作が成功した条件での新しい確証データで beta_B < 0 が再現され、H6が弱まる。

自分で確かめる

python -m pip install -r requirements-reproduce.txt
python scripts/reproduce.py --quick iaa

公開した仮定のもとでの検出力計算を再現します。確証データが存在しないため、実験そのものを再現するものではありません。

証拠とデータ

• 事前登録の下書き、検出力スクリプト、出力
• 内部の元Episodeのハッシュ：6c12a0f9f82a62cac5b36509d4901d10cb9ffec458bcd873cb801fe54a5f9308

外部からの検証

• 独立再現：0
• 再現失敗：0
• 公開後に確認されたbug：0
• 未解決の批判：0

次の実験

確証データとは別に実行可能性の予備実験を行い、同期と、2つの操作が直交していることを確認し、分散と欠測を推定し、意味のある最小の効果量を選び、交互作用を同格の主要項にするかを決めます。それが済んでから、最終的な計画と人数を封印します。