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문제 정의
- 그러나 골키퍼가 단서로 활용하는 관절에서 3차원 분석에 대한 자료가 전무하고 특히 골키퍼의 시각단서를 중심으로 동작형태를 연구한 사례는 없다. 따라서 본 연구의 목표는 페널티킥을 좌·우 방향으로 찰 때 3차원 운동학적 분석을 하여 숙련된 킥의 형태를 정량화하는 한편, 골키퍼가 중요한 단서로 이용하는 디딤발 착지 및 임팩트 시점에서 키커의 관절 각도의 차이를 분석하여 골 성공률을 높이기 위한 자료를 제공하는데 있다.
- 축구 페널티킥을 할 때 초보자와 숙련자의 동작형태의 차이는 무엇일까? 또한 공은 차는 방향이 달라질 때 동작형태는 어떻게 달라질까? 이런 질문은 키커의 숙련성에 따라 변화되는 동작의 특징을 알게 하고, 방향이 달라질 때 나타나는 특징을 비교해서 키커에게는 정확한 페널티킥의 동작형태를, 골키퍼에게는 골을 막아낼 수 있는 단서를 제공할 수 있다. Wililiams(2000)는 페널티킥에서 골키퍼가 지각하는 시각단서에 관한 연구에서 숙련자는 키커가 공을 찰 때 지지다리 쪽 보다는 공을 차는 다리를 중심으로 시선이 고정되며 또한 힙과 다리와 발 및 공에서 어깨 쪽으로 상승한다고 하였다.
제안 방법
- 실험방법을 피험자에게 충분히 숙지시키고 실험 전에 충분히 준비 운동을 시켰다. 공은 정해진 지점에 정지된 상태로 두고 골키퍼는 없는 상태에서 골대를 향하여 인사이드 킥만으로 땅볼로 차게 하였다. 피험자가 찬 공이 뜨거나 골인되지 못하면 계속 수행하게 하였고 3회의 성공한 수행을 영상분석 자료로 사용하였다.
- 먼저 실험에서 사용한 기준척을 기준으로 관성축이 설정되었는데 피험자가 골대를 바라보는 방향에서 X축은 동작이 진행되는 방향에서 좌우방향으로, Y축은 전후방향으로, Z축은 상하방향으로 설정하였다. 관절의 각도를 계산하기 위해 관성축의 방향과 동일하게 3차원 지역축을 매립하였다.
- 시간적 요인은 디딤발이 착지될 때와 임팩트가 중요하고, 신체 분절의 각도 변화는 지지다리, 키킹다리, 몸통 및 어깨의 위치가 중요하다. 그러므로 이와 같은 관점에서 본 연구에서는 페널티킥을 연구하는데 중요한 변수가 될 디딤발 착지, 임팩트에서 양쪽 무릎관절 각도, 양쪽 엉덩관절 각도, 몸통하부 및 몸통상부의 각도를 분석하였다.
- 이때 회전시키는 두 축과의 관계가 순서대로 굴곡/신전, 외전/내전 및 내측회전/외측회전의 방향이 일어나는 것이 일반적이다(Chao, 1980; Grood & Suntay, 1983; Nigg & Herzog, 1994; Allard, Stoke & Blanchi, 1995). 본 실험에서는 관성축에 대한 지역축을 회전시켜 절대각도를 계산하였다. 따라서 관성축의 단위벡터를 I, J, K(X, Y, Z)로 정의하고, 지역축의 단위벡터를 i, j, k(x, y, z)로 정의하였다.
- 본 연구에서는 좌ㆍ우 무릎관절 및 엉덩관절, 몸통하부, 상부의 움직임을 분석하였다. 먼저 실험에서 사용한 기준척을 기준으로 관성축이 설정되었는데 피험자가 골대를 바라보는 방향에서 X축은 동작이 진행되는 방향에서 좌우방향으로, Y축은 전후방향으로, Z축은 상하방향으로 설정하였다.
- 본 연구를 위한 실험은 3차원 영상분석 절차에 의해 진행되었다. 영상 자료를 명확하게 얻기 위해 피험자에게 반바지만 착용하게 하고 해부학적 경계점을 표시하기 위해 관절에 반사용 마커를 부착시켰다. 실험방법을 피험자에게 충분히 숙지시키고 실험 전에 충분히 준비 운동을 시켰다.
- 반사용 마커가 잘 인식되도록 조도를 확보하기 위해 1200W의 조명기를 2대 사용하였다. 영상으로 확보된 자료는 APAS(Ariel Performance Analysis System)를 이용하여 디지타이징한 후 3차원 자료로 합성되었다. 이 자료는 second - order Butterworth를 이용하여 8Hz의 비율로 최적으로 평활화되었다(Winter, 1990).
- 이런 과정을 통하여 3차원 위치좌표를 만들었고, LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench) graphical programing(Johnson, G. W., 1994)을 이용하여 운동학적 분석 프로그램을 제작하였다.
- 김선진 등(2005)은 축구 페널티킥에서 골키퍼가 키커들의 동작을 안구추적 장치를 사용하여 분석한 결과 디딤발이 착지되는 접근구간에서 초보자는 키킹다리, 팔, 공에 시선을, 숙련자는 어깨, 몸통, 키킹다리, 공 오른쪽 영역에 시선을 고정하였다. 임팩트구간에서 초보자는 키킹다리 및 공 영역, 숙련자는 지지다리, 공 영역에 시선을 고정하는 것으로 분석하였다.
- 공은 정해진 지점에 정지된 상태로 두고 골키퍼는 없는 상태에서 골대를 향하여 인사이드 킥만으로 땅볼로 차게 하였다. 피험자가 찬 공이 뜨거나 골인되지 못하면 계속 수행하게 하였고 3회의 성공한 수행을 영상분석 자료로 사용하였다.
대상 데이터
- 본 실험을 위해 2대의 6mm 디지털 비디오 카메라(GR-DVL9500, JVC)가 사용되었고, 촬영속도는 60 field/sec 노출시간은 1/500이었다. 반사용 마커가 잘 인식되도록 조도를 확보하기 위해 1200W의 조명기를 2대 사용하였다.
- 본 연구의 피험자는 초보자 5명과 숙련자 5명이었다. 초보자는 축구선수 경험이 없는 비교적 축구를 자주하지 않는 고등학생이었고, 숙련자는 전국대회 우승경험이 있는 B고등학교 축구선수였다.
- 본 연구의 피험자는 초보자 5명과 숙련자 5명이었다. 초보자는 축구선수 경험이 없는 비교적 축구를 자주하지 않는 고등학생이었고, 숙련자는 전국대회 우승경험이 있는 B고등학교 축구선수였다. 초보자의 신장은 172.
이론/모형
- 본 연구를 위한 실험은 3차원 영상분석 절차에 의해 진행되었다. 영상 자료를 명확하게 얻기 위해 피험자에게 반바지만 착용하게 하고 해부학적 경계점을 표시하기 위해 관절에 반사용 마커를 부착시켰다.
- 본 연구에서 3차원의 각도를 계산하기 위해서는 오일러 각도(Euler‘s angle), 무릎관절과 같이 2차원의 각도를 계산하기 위해서는 내적(Inner Product)이 이용되었다(Anton, 2000). 오일러 각도는 각 분절에 심어놓은 좌표계가 겹쳐 있다고 가정하고, 한 좌표계가 다른 좌표계와 다시 겹쳐지도록 i, j, k 순서로 돌려 각 축을 중심으로 회전할 때 만들어지는 각을 계산하는 방법이다.
- 영상으로 확보된 자료는 APAS(Ariel Performance Analysis System)를 이용하여 디지타이징한 후 3차원 자료로 합성되었다. 이 자료는 second - order Butterworth를 이용하여 8Hz의 비율로 최적으로 평활화되었다(Winter, 1990). 촬영전에 실측치를 계산하기 위해 1× 1× 2(m)의 기준틀을 이용하였다.
성능/효과
- 11˚로 나타나 오른 땅볼이 시계방향으로 더 많이 회전한다는 사실과 일치하였다. 그러나 본 연구에서는 숙련자들의 몸통의 외측회전은 몸통하부 즉 엉덩이 부위 보다는 몸통상부 즉 어깨쪽에서 차이가 크게 나타났다. 따라서 어깨부위의 회전이 공의 방향을 결정하는 중요한 요인 중에 하나일 것이다.
- 즉 기술이 숙련될수록 방향이 달라져도 동작형태의 차이가 적어진다는 경향을 알 수 있었다. 그리고 공을 차는 방향이 달라질 때 키커의 각도 변인이 가장 뚜렷하게 차이가 나타나는 관절운동은 오른쪽 엉덩관절의 x축(굴곡/신전)과 y축(내/외전), 그리고 몸통상부의 z축(몸통회전)에서 나타났다. 특히 이 관절들의 운동은 디딤발이 착지 될 때 보다는 임팩트에서 뚜렷하였다.
- 그러나 숙련자 집단에서는 같은 시점에서 약 2˚정도의 미미한 차이를 보였다. 또한 z축에서 초보자는 디딤발이 착지 될 때나 임팩트 때에 오른쪽 방향에서 약 10˚ 정도 내전이 더 크게 나타났다. 그러나 초보자에 비해 공을 차는 방향이 달라져도 숙련자의 각도 차이는 더 적게 나타났다.
- 그러나 몸통하부 보다는 몸통상부에서는 고려할 만한 차이가 있었는데 숙련자가 방향을 다르게 찰 때 왼쪽 방향보다는 오른쪽 방향에서 보다 외측회전이 크게 나타난다는 점이다. 본 연구에서는 몸통의 외측회전 각도가 디딤발 착지 및 임팩트에서 모두 차이가 있었는데 특히 임팩트 때는 오른쪽 방향으로 찰 때 왼쪽 보다 약 30˚ 정도 더 외측회전하였다. 즉 엉덩이 부위가 닫혔을 때 왼쪽 방향, 열렸을 때는 가운데 또는 오른쪽 방향으로 공을 찬다는 연구와 동일한 결과를 보여주었다(Williams, 2000).
- z축에서 집단간 각도의 차이는 임팩트 때 초보자가 외측회전이 다소 크게 나타났다. 오른쪽 방향으로 찰 때 z축에서의 차이는 숙련자가 초보자 보다 디딤발이 착지될 때 및 임팩트 때 더 외측회전이 크게 나타나는 경향을 보였다.
- 최근 페널티킥에 대한 운동학적 분석이 공을 차는 좌·우 방향과 높이를 중심으로 연구되고 있다. 이 연구에서는 공을 차는 키커를 대상으로 디딤발 착지 시 보폭, 공과 디딤발 사이의 거리 그리고 디딤발 착지 시 자세변인, 볼 릴리즈 시 볼의 속도 등이 분석되었다. 특히 이 연구에서 디딤발 착지 시 공의 방향에 따른 디딤발의 위치와 각도, 골반의 각도의 변화에 대한 접근이 시도되었다(임비오, 2001; 임비오와 윤재만, 2002).
- 숙련자가 초보자에 비해 왼쪽이나 오른쪽으로 찰 때 관절각도의 차이가 적었다. 즉 기술이 숙련될수록 방향이 달라져도 동작형태의 차이가 적어진다는 경향을 알 수 있었다. 그리고 공을 차는 방향이 달라질 때 키커의 각도 변인이 가장 뚜렷하게 차이가 나타나는 관절운동은 오른쪽 엉덩관절의 x축(굴곡/신전)과 y축(내/외전), 그리고 몸통상부의 z축(몸통회전)에서 나타났다.
- 왼쪽 방향과 오른쪽 방향에서 집단 간 각도 크기의 차이는 미미하였고 방향 간에 약간 차이가 있었다. 즉 초보자와 숙련자 모두 오른쪽 방향으로 공을 찰 때 왼쪽으로 찰 때 보다 디딤발 착지 시점에서 오른쪽 무릎관절의 각도가 약 3~4˚ 더 굴곡되었다.
- 양쪽 무릎관절 각도의 집단 및 방향 간 차이는 크지 않았다. 초보자와 숙련자 간 가장 큰 차이는 왼쪽 무릎관절에서 임팩트 때 초보자가 9˚ 정도 더 신전하는 것으로 나타났고, 같은 집단 내에서 방향이 달라질 때 각도의 변화는 초보자가 오른쪽으로 찰 때 왼쪽 무릎관절에서 디딤발이 착지 될 때 약 4˚정도 덜 신전되었고, 숙련자가 오른쪽으로 찰 때 왼쪽 보다 6˚ 정도 덜 신전되는 정도였다. 또한 오른쪽 무릎관절에서도 집단 간 방향 간 가장 큰 차이는 4˚이하로 나타났다.
후속연구
- 따라서 이런 시각정보와 관련된 문제를 해결하기 위해 학제 간 연구는 반드시 필요할 것이라 생각한다. 이런 통합적인 연구가 이루어지면 다양한 공의 방향과 높이에 따른 실험을 통해 골 성공률을 높일 수 있을 뿐 아니라 동작 형태의 특징을 보다 객관화할 수 있을 것이다.
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