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문제 정의
- 본 연구에서는 첫째, 볼링투구 동작의 3차원적 영상분석을 통하여 분절의 운동학적 변인을 통해 관련 분절들의 운동을 설명하고 둘째 볼링 투구동작 시 몸통의운동과 스윙하는 팔에서 어떤 유기적인 움직임이 일어나는가 몸통분절과 팔분절의 운동역학적 특성을 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 볼링 투구동작 시 팔의 스윙동작과다리의 스텝을 연관 지어 다음과 같이 다섯 개 국면으로 나누어 분석에 사용 하였디<;그림 1>. 제 1국면은 푸쉬어웨이(push away PA)국면으로 어드레스address:AD)로부터 어깨관절의 각도가 양의 최대값을 갖는 시점으로 첫 번째 스텝 구간이다.
- 본 연구에서는 볼링 투구동작의 3차원적 영상분석을통하여 Cardan 각과 Eulefs 함수를 이용하여 분절의 선형속도, 합성속도 각운동, 각속도 각가속도 등의 운동학적 변인과 몸통분절과 팔분절의 운동역학적 변인인 토크를 통하여 다음의 두 가지를 알아보았다. 첫째, 볼링 투구동작에서의 근위인 몸통분절과 원위인 스윙하는 팔분절의 운동을 운동학적, 운동역학적으로 분석하고 둘째, 볼링 투구동작 시 몸통과 스윙하는 팔분절에서의 움직임을 알아보았다.
- 볼링 투구동작에서 몸통분절의 z축 방향과 팔 분절의 y축 방향의 움직임을 알아보기 위해 피험자 간의평균 토크 값을 구하여 패턴을 분석하였다. 피험자가모두 숙련자이므로 유사한 패턴을 보였다.
- 여자 선수로 선정하였다. 스윙의 영상 자료를 수집하기 위하여 2대의 고속 디지털 비디오카메라, 2개의동조 타이머를 사용하여 60frame/s로 영상을 수집했고 3차원 영상으로 합성하여 좌표화하였다. 수집된 좌표를 UbVIEW 6.
- 영상촬영은 3차원 영상분석을 위해 2대의 6mm 디지털 비디오카메라{GR-DVL9500, JVC, Japan)로 촬영하였다 카페라의 위치는 첫 번째 카메라의 경우 동작 수행면인 시상면과 수직인 곳에 두 번째 카메라는 동작을수행하는 정측면에 설치하였다. 비디오카메라의 촬영속도는 분당 60f/s의 촬영속도로 촬영하였다 분석될 영상자료는 피험자가 실행한 초구 투구동작 중 투구과정과 마지막 착지동작이 안정적이고 결과적으로 스트라이크를 기록한 동작을 선정하였다.
- 1 프로그램으로 운동학적(kinematic)자료를 산출하였다. 운동역학적 자료는 뉴턴의 함수를 이용하여 어깨와 몸통의 관절력과 관절토크를 산출하는 함수를 정리하였다 이렇게 정리된 함수를 LabVIEW 6.1 프로그램으로 구성하여 운동역학적(kinetic)자료를 산출하였以.
- 첫째, 볼링 투구동작에서의 근위인 몸통분절과 원위인 스윙하는 팔분절의 운동을 운동학적, 운동역학적으로 분석하고 둘째, 볼링 투구동작 시 몸통과 스윙하는 팔분절에서의 움직임을 알아보았다.
대상 데이터
- 대상자는 오른팔을 사용하는 총 8명의 볼링 국가대표 여자 선수로 선정하였다. 스윙의 영상 자료를 수집하기 위하여 2대의 고속 디지털 비디오카메라, 2개의동조 타이머를 사용하여 60frame/s로 영상을 수집했고 3차원 영상으로 합성하여 좌표화하였다.
- 본 연구의 대상으로 현재 볼링 국가대표선수인 오른손을 사용하는 8명의 여자 선수가 피험자로 참여하였다<;표 1>.
- 정측면에 설치하였다. 비디오카메라의 촬영속도는 분당 60f/s의 촬영속도로 촬영하였다 분석될 영상자료는 피험자가 실행한 초구 투구동작 중 투구과정과 마지막 착지동작이 안정적이고 결과적으로 스트라이크를 기록한 동작을 선정하였다. 이렇게 촬영된 영상자료는 Ariel Performance Analysis System(APAS) 를 통하여 텍스트 파일(.
데이터처리
- 스윙의 영상 자료를 수집하기 위하여 2대의 고속 디지털 비디오카메라, 2개의동조 타이머를 사용하여 60frame/s로 영상을 수집했고 3차원 영상으로 합성하여 좌표화하였다. 수집된 좌표를 UbVIEW 6.1 프로그램으로 운동학적(kinematic)자료를 산출하였다. 운동역학적 자료는 뉴턴의 함수를 이용하여 어깨와 몸통의 관절력과 관절토크를 산출하는 함수를 정리하였다 이렇게 정리된 함수를 LabVIEW 6.
- 비디오카메라의 촬영속도는 분당 60f/s의 촬영속도로 촬영하였다 분석될 영상자료는 피험자가 실행한 초구 투구동작 중 투구과정과 마지막 착지동작이 안정적이고 결과적으로 스트라이크를 기록한 동작을 선정하였다. 이렇게 촬영된 영상자료는 Ariel Performance Analysis System(APAS) 를 통하여 텍스트 파일(.txt)을 얻고 이 3차원 좌표 값은 LabVEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 6.1 graphical software를 이용하여 작성한 프로그램으로 운동학적, 운동역학적 자료를 계산하였다.
성능/효과
- 1) 볼링 투구동작 시 공과 팔분절, 다리 분절의 직선운동을 볼 때 다리분절의 운동이 릴리즈 시점에감소하는 반면 공과 팔분절의 운동은 증가함을볼 수 있었다. 스텝으로 인한 다리 분절의 운동이백스윙 후 증가하였다가 릴리즈 시점에서 최소값을 보였고 공과 팔분절의 경우 백스윙에서 릴리즈 시점으로 갈수록 증가를 보였다 이로 다리분절의 스텝으로 인한 선운동량이 릴리즈 시 공과팔분절로 전이됨을 알 수 있었다.
- 대한 백분율(%)로 환산하였다. 1국면인 어드레스 후푸쉬어웨이 끝나는 시점까지의 동작 소요시간이 전체동작 소요시간의 평균 36%로 가장 긴 소요시간을 나타냈고, 다운스윙까지가 평균 11%로 짧은 동작 소요시간을 나타냈다. 숙련자를 대상으로 한 본 연구에서는 전체 투구동작 시간에 대한 각 구간의 상대적 비율이 피험자 간에 표준 편차 5% 이내로 유사한 패턴을 나타냈다
- 2) 몸통 분절과 팔분절의 움직임을 야기한 몸통의토크, 어깨분절의 토크를 알아본 결과, 다운스윙구간에서 두 분절 모두 최대값을 나타낸 후 백스윙 정점에서 최저값을 보였다. 백스윙 정점에서그 후 릴리즈 시까지 두 분절 모두 유사한 증가패턴을 보였고 몸통분절은 내측방향으로 팔분절은 굴곡방향으로 힘이 발현된 것으로 힘이 발현되는 시점의 시간차이가 없이 동시에 일어남을알 수 있었다.
- X방향은 분절의 좌우 방향으로 COG, 공, 손목, 팔꿈치, 어깨에서 모두 선형속도의 변화가 미미한 것으로 나타났다. 이는 팔분절이 진자운동과 같이 2차원 상에서 이루어지고 있음을 입증한다고 볼 수 있다.
- 공, 손목, 팔꿈치의 합성속도의 경우 다운스윙을 시작하면서 속도의 증가를 보인 후 백스윙 정점에서 공, 손목, 팔꿈치 어깨의 합성속도가 차이가 근소하게 나타났다. 릴리즈 시점에서는 공, 손목, 팔꿈치, 어깨의 순으로 최대 합성속도를 보였다.
- 나타냈다. 다운스윙 시에 증가를 보인 토크 값은 백스윙 정점에서 최저값을 나타냈으며 릴리즈 직전에 평균 최대값을 나타냈다.
- 릴리즈 시점에서는 공, 손목, 팔꿈치, 어깨의 순으로 최대 합성속도를 보였다. 모든 피험자가 릴리즈 시손목 합성속도의 급격한 감소 패턴을 보였고 어깨의 합성속도도 감소하였다. 이훈표(2004)는 공 속도의 변화패턴에서 백스윙 정점부터 릴리즈까지의 구간에서는비숙련자에 비해 숙련자가 급격히 증가하였다고 보고했다.
- 몸통분절과 팔분절의 토크 값을 구간별로 비교해 보면 다운 스윙구간에서 두 분절 모두 최대값을 나타낸후 백스윙 정점에서 최저값을 보였다. 백스윙 정점에서그 후 릴리즈 시까지 두 분절 모두 유사한 증가 패턴을보였다.
- 33초 전부터 슬라이딩이 시작되기 때문에 532m/s의 최대 속도를 보였다. 무릎이 백스윙 직 후선형속도의 감소를 나타냈고 엉덩이도 릴리즈 시점으로 갈수록 속도의 감소를 보였다. 발목의 y방향으로의속도는 백스윙 정점에서 릴리즈 구간에 속도가 급격히감소하였고, 또한 릴리즈 시 발목, 무릎엉덩이의 y 방향으로의 속도가 각각 평균 1.
- 무릎이 백스윙 직 후선형속도의 감소를 나타냈고 엉덩이도 릴리즈 시점으로 갈수록 속도의 감소를 보였다. 발목의 y방향으로의속도는 백스윙 정점에서 릴리즈 구간에 속도가 급격히감소하였고, 또한 릴리즈 시 발목, 무릎엉덩이의 y 방향으로의 속도가 각각 평균 1.82±0.78, 1.83±0.62, 1.98±045m/s로 근소한 차이를 보였다. 이는 스텝으로인한 하체분절의 선형속도를 릴리즈 시 하체분절의 속도를 감소시킴으로 상체분절과 공으로 선운동량을 전이 시키는 역할을 하였다.
- 정점에서 최저값을 보였다. 백스윙 정점에서그 후 릴리즈 시까지 두 분절 모두 유사한 증가패턴을 보였고 몸통분절은 내측방향으로 팔분절은 굴곡방향으로 힘이 발현된 것으로 힘이 발현되는 시점의 시간차이가 없이 동시에 일어남을알 수 있었다. 이 결과를 볼 때 볼링 투구동작은릴리스 시 몸통분절의 회전운동과 팔분절 굴곡운동이 순차적으로 일어나는 것이 아니라 릴리스시점에서 동시에 일어난 것으로 확인 되었다.
- 본 연구 결과에서 신체중심의 상하방향으로의 변위를 보면 어드레스 시에 신체 중심의 높이가 평균 0.94m를 나타냈고 푸쉬어웨이 시 에는 0.92m, 다운스윙 시에는 0.86m로 낮아진 후 백스윙 시 0.90mS 다시높아졌다. 그리고 릴리즈 시에 0.
- 본 연구에서 신체중심의 좌우방향으로의 변위는 유의하지 않은 것으로 관찰되었다. 이기청(1990)은 좌우이동경로는 레인의 오른쪽에서 출발하여 왼쪽, 즉 대각으로 진행흥}는 것으로 나타났다고 피험자 모두 0.
- 본 연구의 결과를 바탕으로 추론할 수 있는 볼링 투구동작의 운동역학적 모델은 골프와 같이 모든 분절이장축을 중심으로 회전하는 동작과 달리 장축을 중심으로 발현되는 몸통관절의 관절토크와 어깨의 시상면에대한 축을 중심으로 한 팔분절의 토크가 릴리즈 시점에동시에 발현되어 결과적으로 공에 전달됨으로써 공의파워와 정확성을 극대화 시키는 모델이라 할 수 있다.
- 11m/s의 차이만을 보였다. 순수한 진자운동에서는 진자가 지면과 수직을 이룰때 가장 속도가 빠르게 나타지만 볼링 투구동작의 특성상 몸의 진행방향으로의 움직임과 어깨의 회전이 있음을 고려할 때 스텝과 릴리즈 시 리프팅 동작으로 인해릴리즈 직후 공의 속도가 최고가 나타났다. Finch1(1985) 는 공의 무게와 속도를 달리하여 릴리즈 때의 공의 합성속도를 구했는데 공의 무게 15파운드에서 빠른 속도그룹에서는 8.
- 수 있었다. 스텝으로 인한 다리 분절의 운동이백스윙 후 증가하였다가 릴리즈 시점에서 최소값을 보였고 공과 팔분절의 경우 백스윙에서 릴리즈 시점으로 갈수록 증가를 보였다 이로 다리분절의 스텝으로 인한 선운동량이 릴리즈 시 공과팔분절로 전이됨을 알 수 있었다.
- 90m로 가장 높은 변위를 보였다 그 후 릴리즈로 가면서 낮아진 후 릴리즈 직후에 가장 낮은 변위를 보였다. 신장에 대한 상대적 신체중심점(GOG)의높이는 어드레스부터 백스윙 정점 까지 큰 변화를 보이지 않았고 백스윙 후 릴리즈에 이르는 구간에서 급격한변화를 보였다. 릴리스 시 낮은 신체중심은 안정된 투구 동작을 위한 기본적 요인이다.
- 27m로 신체중심의 투구 진행방향 변위를 길게 하여 큰 투구동작을얻으려 했고, 이에 의해 얻어진 진행방향의 힘은 릴리즈 시 슬라이딩 동작을 유발시킴으로써 공의 진행방향으로의 속도를 부가하려 한다고 하였다. 신체 중심의수직 이동변화는 두 집단 모두 백스윙의 정점에서 릴리즈에 이르는 동안 하방으로 감소하다가 릴리즈 후 상방으로 증가하는 형태를 보였다. 이는 릴리즈 시 안정된자세를 취하기 위해 하방으로 무게중심을 낮주는 동작이라 하였다.
- 백스윙 정점에서그 후 릴리즈 시까지 두 분절 모두 유사한 증가패턴을 보였고 몸통분절은 내측방향으로 팔분절은 굴곡방향으로 힘이 발현된 것으로 힘이 발현되는 시점의 시간차이가 없이 동시에 일어남을알 수 있었다. 이 결과를 볼 때 볼링 투구동작은릴리스 시 몸통분절의 회전운동과 팔분절 굴곡운동이 순차적으로 일어나는 것이 아니라 릴리스시점에서 동시에 일어난 것으로 확인 되었다. 따라서 볼링 투구동작은 몸통을 근위분절로 팔분절을 원위 분절로 정의했을 때 몸통의 z축에 대한회전운동이 팔의 y 축에 대한 회전으로 전이 되는 동작이 아닌 시점을 같이 하여 회전운동이 일어난다.
- 몸통분절은 내측방향으로 팔분절은 굴곡방향으로 힘이 발현된 것으로 힘이 발현되는 시점의 시간차이가 없이 동시에 일어남을 알 수 있다. 이 결과를 볼 때볼링 투구동작은 릴리스 시 분절의 운동이 순차적으로일어나는 것이 아니라 릴리스 시점에서 몸통분절과 팔분절의 힘이 공의 진행방향으로 같은 시점에 일어난 것으로 확인 되었다. 따라서 볼링 투구동작은 몸통을 근위분절로 팔분절을 원위 분절로 정의했을 때 근위에서원위 분절로 운동이 전이되는 동작이 아닌 미는듯 한동작이 일어난다.
- 이 결과를 종합해 볼 때 OOG가 다운스윙에서 백스윙 시점으로 가면서 진행방향으로의 선형속도의 증가를 먼저 보이고 반대로 공과 팔분절은 백스윙 시점에서부터 릴리즈 시점으로 갈수록 선형속도의 증가를 보이는 것을 알 수 있다. 이는 스텝으로 인한 C0G의 진행방향으로의 직선운동량이 팔분절의 운동으로 전이되고있다고 볼 수 있다.
- 투구동작 시 공의 최대수직높이는 백스윙 정점에서평균 1.42m였고 신장에 대한 백분율로 나타냈을 때 평균 신장의 86%를 나타냈다. 피험자 4의 공의 최대수직높이가 1.
후속연구
- 릴리즈 시 볼에 전달되는파워는 투구 동작 중 발생하는 관절들 간의 유기적인조화가 중요한 요인이라고 볼 수 있다. 그러므로 볼링동작의 일반적이고 전체적인 동작의 설명과 더불어 몸통과 상지분절의 유기적인 움직임을 연구하는 것이 전체 동작패턴을 이해하여 이상적인 투구모형을 제시하는데 유용한 정보를 제공하리라 생각된다.
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