축구 인스텝 킥의 하지관절 움직임과 해부학적 각운동 분석 Analysis of the Movement and Anatomical Angular Motion of the Joints of the Lower Extremities in Soccer Instep Kick원문보기
본 연구는 축구 인스텝 킥에서 지지 다리의 후족각과 차는 다리의 해부학적 회전 운동의 자료들을 분석해서 다음과 같은 결론을 얻었다. 발목 관절에서의 외반각은 지지발의 접지 이전에 최대 피크에 도달했으며, 저측 굴곡은 그룹 간 최대 피크의 타이밍에서 약간의 차이가 나타났다. 지지발의 접지 시 후족의 굴곡각은 그룹 간 통계적으로 유의한 차이가 났으며, 지지발의 접지 시 하퇴의 운동은 그룹 간 유의한 차이가 없었다. 접지 이전에 이미 하퇴를 후방으로 많이 기울였으며, 임팩트 순간 하퇴의 좌우 기울기는 22도였다. 차는 다리 고관절의 굴곡/신전은 지지발의 접지 시 최대 피크에 이르렀으며, 이 순간 고관절의 최대 신전각은 30도 이상으로 나타났다. 차는 다리 무릎 관절의 굴곡각은 접지와 임팩트의 사이에 최대로 굽혔으며, 족관절의 최대 저측 굴곡각과 최대 외번각은 그룹 간 유의한 차이는 나지 않은 반면, 최대 외측 회전각은 유의한 차이가 났다.
본 연구는 축구 인스텝 킥에서 지지 다리의 후족각과 차는 다리의 해부학적 회전 운동의 자료들을 분석해서 다음과 같은 결론을 얻었다. 발목 관절에서의 외반각은 지지발의 접지 이전에 최대 피크에 도달했으며, 저측 굴곡은 그룹 간 최대 피크의 타이밍에서 약간의 차이가 나타났다. 지지발의 접지 시 후족의 굴곡각은 그룹 간 통계적으로 유의한 차이가 났으며, 지지발의 접지 시 하퇴의 운동은 그룹 간 유의한 차이가 없었다. 접지 이전에 이미 하퇴를 후방으로 많이 기울였으며, 임팩트 순간 하퇴의 좌우 기울기는 22도였다. 차는 다리 고관절의 굴곡/신전은 지지발의 접지 시 최대 피크에 이르렀으며, 이 순간 고관절의 최대 신전각은 30도 이상으로 나타났다. 차는 다리 무릎 관절의 굴곡각은 접지와 임팩트의 사이에 최대로 굽혔으며, 족관절의 최대 저측 굴곡각과 최대 외번각은 그룹 간 유의한 차이는 나지 않은 반면, 최대 외측 회전각은 유의한 차이가 났다.
This study analyzed the rear foot angle of the supporting leg and the anatomical rotation angle of the kicking angle in soccer instep kick and drew conclusions as follows. When the supporting leg was landing on the ground, the valgus angle of the ankle joint reached the maximum peak, and plantar fle...
This study analyzed the rear foot angle of the supporting leg and the anatomical rotation angle of the kicking angle in soccer instep kick and drew conclusions as follows. When the supporting leg was landing on the ground, the valgus angle of the ankle joint reached the maximum peak, and plantar flexion was slightly different in the timing of the maximum peak between the two groups. The flexion angle of the rear foot was statistically significantly different between the two groups, and the movement of the crus on the landing of the supporting foot did not show a statistically significant difference between the groups. The crus leaned backward most before the impact, and the side to side gradient of the crus on impact was $22^{\circ}$. The flexion/extension of the hip joint of the kicking leg reached the maximum peak when the supporting foot was landing on the ground, and at the moment, the maximum extension angle of the hip joint was over $30^{\circ}$. The flexion angle of the knee joint of the kicking leg was largest after landing. While the maximum plantar flexion angle and maximum valgus angle of the ankle joint were not significantly different between the two groups, the maximum external rotation angle was significantly different.
This study analyzed the rear foot angle of the supporting leg and the anatomical rotation angle of the kicking angle in soccer instep kick and drew conclusions as follows. When the supporting leg was landing on the ground, the valgus angle of the ankle joint reached the maximum peak, and plantar flexion was slightly different in the timing of the maximum peak between the two groups. The flexion angle of the rear foot was statistically significantly different between the two groups, and the movement of the crus on the landing of the supporting foot did not show a statistically significant difference between the groups. The crus leaned backward most before the impact, and the side to side gradient of the crus on impact was $22^{\circ}$. The flexion/extension of the hip joint of the kicking leg reached the maximum peak when the supporting foot was landing on the ground, and at the moment, the maximum extension angle of the hip joint was over $30^{\circ}$. The flexion angle of the knee joint of the kicking leg was largest after landing. While the maximum plantar flexion angle and maximum valgus angle of the ankle joint were not significantly different between the two groups, the maximum external rotation angle was significantly different.
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문제 정의
하지만 차는 다리뿐만 아니라 지지 다리 관절들의 해부학적 회전각에 관한 세부적인 연구가 부족하다. 따라서 본 연구는 축구 인스텝 킥 동작에서 지지 다리의 후족각 성분들과 차는 다리의 해부학적 회전 운동의 특성을 파악하는 데 그 목적이 있다.
본 연구는 축구 인스텝 킥에서 지지 다리의 후족각과 차는 다리의 해부학적 회전각을 숙련자와 비 숙련자 두 그룹으로 나누어 분석한 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
각 카메라에서 획득한 동조된 2차원 좌표들은 DLT방식으로 3차원 좌표를 계산했다. 계산된 3차원 공간 좌표에 내포된 노이즈를 제거하기 위해 디지털 필터링 방법을 사용했다. 디지털필터링 방법으로 신호를 피팅할 때 저주파 신호를 크기 변화가 없이 통과시키는 동시에, 고주파 잡음의 크기를 줄일 수 있는 2차 butterworth형 저역필터(low-pass filter)를 이용하여 스무딩 하였다.
계산된 3차원 공간 좌표에 내포된 노이즈를 제거하기 위해 디지털 필터링 방법을 사용했다. 디지털필터링 방법으로 신호를 피팅할 때 저주파 신호를 크기 변화가 없이 통과시키는 동시에, 고주파 잡음의 크기를 줄일 수 있는 2차 butterworth형 저역필터(low-pass filter)를 이용하여 스무딩 하였다. 이 때, 원 데이터 값이 가능한 변형되지 않도록 각 분절들의 선형속도 값들의 곡선 형태를 살펴보면서 표본 주파수(sampling frequency)와 차단 주파수(cutoff frequency)의 비율이 가장 적절하다고 나타난 비율 10이 되도록 6Hz의 차단 수파수를 선택하였다.
디지털필터링 방법으로 신호를 피팅할 때 저주파 신호를 크기 변화가 없이 통과시키는 동시에, 고주파 잡음의 크기를 줄일 수 있는 2차 butterworth형 저역필터(low-pass filter)를 이용하여 스무딩 하였다. 이 때, 원 데이터 값이 가능한 변형되지 않도록 각 분절들의 선형속도 값들의 곡선 형태를 살펴보면서 표본 주파수(sampling frequency)와 차단 주파수(cutoff frequency)의 비율이 가장 적절하다고 나타난 비율 10이 되도록 6Hz의 차단 수파수를 선택하였다.
인접한 두 분절 사이의 상대적 방향각을 결정하기위해 카르단 각을 이용했다. 카르단 각의 계산은 xyz 세 축을 중심으로 모두 한번씩 3번 연속 회전시키는 방법이다.
지지 다리의 후족각 산출을 위한 마크의 부착 위치와 차는 다리의 해부학적 회전각 산출을 위한 지역좌표계는 <그림 2>와 같다. 지지 다리의 발목 관절각, 하퇴와 발의 방향각 계산은 류지선과 Hamill(2003)이 기술한 알고리즘을 수정해서 사용했으며, 계산 과정은 다음과 같다.
통제틀을 제거한 후 인스텝 킥으로 강한 슈팅 동작을 실시하도록 했으며, 이 때 골키퍼는 없는 상태이고, 골대 중앙의 크로스바에서 가로 2m, 세로 1m 의 사각형 지점에 정확히 들어간 동작들을 자료 처리에 이용했다. 각 카메라에서 획득한 동조된 2차원 좌표들은 DLT방식으로 3차원 좌표를 계산했다.
피험자는 상의는 탈의하고 하의는 타이즈를 작용했으며, 마크는 지지 다리의 후족각을 측정하기 위해서 와 같이 지지발의 뒤쪽 하퇴와 발에 각각 3개씩 부착했으며, 차는 다리의 해부학적 회전각 측정을 위해서 인체 관절 20개의 마크 이외에 오른쪽 무릎의 좌우에 각각 하나씩을 추가해서 부착했다.
대상 데이터
실험 대상자는 H 대학교에 재학 중인 축구 선수 6명을 숙련자로, 일반 학생 중 축구 선수의 경험이 없는 6명을 비 숙련자로 선정하였으며, 대상자들은 모두 오른발잡이들이며, 이들의 신체적 특성은 과 같다.
실험 장소는 인조 잔디가 깔려있는 축구장이며, 피험자들은 실제 동작 촬영 전에 충분히 준비 운동과 킥 연습을 했다. 킥의 위치는 골대 중앙 골라인을 기준으로 16.
5m 떨어진 페널티 에어리어 라인의 중앙이며, 슈팅 방향은 골대의 중앙 상단으로 설정했다. 이곳에 길이 2m, 폭 2m, 높이 2m의 통제틀을 설치했다. 카메라는 모두 4대를 사용했으며, 두 대는 지지발의 후족각 측정을 위해 지지발(왼발)의 뒤쪽 좌우로 10m 후방에 <그림 1>과 같이 설치했으며, 두 대는 차는 발의 해부학적 회전각 측정을 위해 차는 발의 10m 오른쪽의 측면에 전후로 각각 설치했다.
카메라는 모두 4대를 사용했으며, 두 대는 지지발의 후족각 측정을 위해 지지발(왼발)의 뒤쪽 좌우로 10m 후방에 과 같이 설치했으며, 두 대는 차는 발의 해부학적 회전각 측정을 위해 차는 발의 10m 오른쪽의 측면에 전후로 각각 설치했다.
데이터처리
DLT 과정을 거쳐 얻어낸 3차원 좌표값으로 축구 인스텝 킥의 운동학적 변인들을 계산하기 위해서 Visual C++ 6.0을 사용하였다. 축구 인스텝 킥 동작의 분석 구간을 오른발의 이지에서 볼 임팩트 시점까지로 설정했지만, 대상자마다 분석 구간의 시간 차이가 있으므로, 3차 스플라인 보간법(cubic spline interpolation)을 이용하여 전체 피험자들의 동작 시간을 정규화 하였다.
자료처리는 그룹 간 평균 차이를 검정하기 위해 독립표본 T검정을 실시하였고, 통계적 차이의 유의수준은 .05로 하였다.
이론/모형
통제틀을 제거한 후 인스텝 킥으로 강한 슈팅 동작을 실시하도록 했으며, 이 때 골키퍼는 없는 상태이고, 골대 중앙의 크로스바에서 가로 2m, 세로 1m 의 사각형 지점에 정확히 들어간 동작들을 자료 처리에 이용했다. 각 카메라에서 획득한 동조된 2차원 좌표들은 DLT방식으로 3차원 좌표를 계산했다. 계산된 3차원 공간 좌표에 내포된 노이즈를 제거하기 위해 디지털 필터링 방법을 사용했다.
0을 사용하였다. 축구 인스텝 킥 동작의 분석 구간을 오른발의 이지에서 볼 임팩트 시점까지로 설정했지만, 대상자마다 분석 구간의 시간 차이가 있으므로, 3차 스플라인 보간법(cubic spline interpolation)을 이용하여 전체 피험자들의 동작 시간을 정규화 하였다.
성능/효과
두 그룹 간 하퇴의 굴곡각은 큰 차이가 나지 않았으며, 숙련자 그룹은 하퇴를 후방으로 8도 가량 기울이는 것으로 나타났다. <그림 3>에서 하퇴 굴곡각의 그래프를 보면 두 그룹 간 곡선의 파형이 거의 유사하게 나타났으며, 임팩트 순간에도 두 그룹 간 차이는 미세하게 나타났으며, 하퇴의 전후 기울기는 거의 수직 상태를 유지하는 것으로 나타났다.
두 그룹 간 후족각의 차이는 미세하게 나타났지만, 지지발이 지면에 닿는 순간 26도 이상으로 상당히 많이 기울어진 자세를 취하는 것으로 나타났다. 이렇게접지 순간 지지발의 후족각이 크게 나는 원인은 인스텝 킥 동작에서 볼에 강력한 힘을 전달하기 위해서는체중을 지지발쪽으로 옮겨야 하는데, 볼의 약간 왼쪽에서 시작해서 지지발이 접지하는 순간에 상체는 세우고지지 다리는 지지발쪽으로 상당히 많이 기울이기 때문인 것으로 볼 수 있다.
족관절의 최대 저측 굴곡각과 최대 외번각은 그룹 간 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 반면, 족관절의 최대 외측 회전각은 두 그룹 간 통계적으로 유의한 차이가 났으며, 숙련자 그룹은 임팩트 직전에 발을 외측으로 가장 많이 회전시키는 것을 볼 수 있었다. 반면, <그림 4>에서 보는 바와 같이, 비 숙련자 그룹은 외측 회전각의 그래프 곡선의 상하 변화폭이 크지 않게 나타났다.
지지발의 접지 시 후족의 굴곡각은 그룹 간 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 숙련자들은 비 숙련자들에 비해 접지 순간 발끝이 더 많이 들려 있어서 후족의 굴곡각이 큰 것으로 나타났다.
접지 순간 지지발은 저측 굴곡 상태를 유지했다. 숙련자들은 저측 굴곡각이 약간 더 높게 나타났으며, 접지 순간이 최대 피크를 보인 반면, 비 숙련자들은 접지 바로 직전 최대 피크를 보여 그룹 간 최대 피크의 타이밍에서 약간의 차이가 나타났다. 또한 <그림 3>에서 보는 바와 같이 숙련자들은 접지에서 임팩트 순간까지 저측 굴곡각이 약간 높은 상태가 지속되었다.
실제 동영상을 시각적으로 관찰하면, 거의 모든 선수들의 지지발이 접지 시 발끝이 발뒤꿈치보다 약간 왼쪽(지지발쪽)으로 향하는 외전 상태를 유지했다.
두 그룹 간 하퇴의 굴곡각은 큰 차이가 나지 않았으며, 숙련자 그룹은 하퇴를 후방으로 8도 가량 기울이는 것으로 나타났다. <그림 3>에서 하퇴 굴곡각의 그래프를 보면 두 그룹 간 곡선의 파형이 거의 유사하게 나타났으며, 임팩트 순간에도 두 그룹 간 차이는 미세하게 나타났으며, 하퇴의 전후 기울기는 거의 수직 상태를 유지하는 것으로 나타났다. 반면, 임팩트 순간 하퇴의 좌우 기울기는 두 그룹 간 큰 차이 없이 22도로 나타났다.
차는 다리 무릎 관절의 굴곡각은 접지와 임팩트의 중간에 최대로 굽혔으며, 통계적으로 유의한 차이는 나지 않았다. 족관절의 최대 외측 회전각은 유의한 차이가 났으며, 숙련자 그룹은 임팩트 직전에 발을 외측으로 가장 많이 회전시키는 것으로 나타났다.
족관절의 최대 저측 굴곡각과 최대 외번각은 그룹 간 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 반면, 족관절의 최대 외측 회전각은 두 그룹 간 통계적으로 유의한 차이가 났으며, 숙련자 그룹은 임팩트 직전에 발을 외측으로 가장 많이 회전시키는 것을 볼 수 있었다.
지지발의 외반각은 일반적으로 젖힐 수 있는 것보다 인스텝 킥 동작의 접지 시 상당히 크게 나타났다. 지지발의 접지 전후에 외반각의 변화 곡선은 저측 굴곡각의 곡선과 유사한 형태를 보였으며, 접지 직전 최대 피크가 나타났고, 접지 순간 숙련자와 비 숙련자들 간에 차이는 나타나지 않았다.
이 순간 고관절의 최대 신전각은 30도 이상으로 나타났으며, 그룹 간 통계적으로 유의한 차이는 없었지만, 숙련자들의 신전각이 대체로 높게 나타났다. 지지발의 접지 순간 고관절이 최대로 신전된 후 다리를 점차 굴곡시켜서 임팩트 순간에는 10도 이상 굴곡된 상태에서 킥을 하는 것으로 나타났다. Adrian & Cooper(1989)에 의하면, 킥 동작의 마지막 힘의 전달에서 고관절의 움직임이 거의 없지만, 이것은 초기에 힘을 발생시키는데 중요한 역할을 하며, 마지막 힘의 전달에서 중요한 것은 무릎의 신전에 있다고 기술했다.
지지발의 접지 시 발목 관절에서의 저측 굴곡은 그룹 간 최대 피크의 타이밍에서 약간의 차이가 나타났다. 지지발의 접지 시 후족의 굴곡각은 그룹 간 통계적으로 유의한 차이가 났으며, 후족각은 26도 이상으로 상당히 많이 기울어진 자세를 취하는 것으로 나타났다. 지지발의 접지 시 하퇴의 운동은 그룹 간 유의한 차이가 없었다.
지지발의 외반각은 일반적으로 젖힐 수 있는 것보다 인스텝 킥 동작의 접지 시 상당히 크게 나타났다. 지지발의 접지 전후에 외반각의 변화 곡선은 저측 굴곡각의 곡선과 유사한 형태를 보였으며, 접지 직전 최대 피크가 나타났고, 접지 순간 숙련자와 비 숙련자들 간에 차이는 나타나지 않았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
축구경기에서 가장 많이 사용되는 기술로서 축구 기술의 핵심을 이루고 있는 것은 무엇인가?
축구경기에서 킥 동작은 가장 많이 사용되는 기술로서 축구 기술의 핵심을 이루고 있다. 이러한 킥 동작은 차는 발의 부위에 따라 인사이드 킥, 아웃사이드 킥, 인프런트 킥, 아웃프런트 킥, 인스텝 킥, 그리고 토 킥, 힐 킥 등으로 구분할 수 있다.
킥 동작 중 인스텝 킥은 어떤 것인가?
이러한 킥 동작은 차는 발의 부위에 따라 인사이드 킥, 아웃사이드 킥, 인프런트 킥, 아웃프런트 킥, 인스텝 킥, 그리고 토 킥, 힐 킥 등으로 구분할 수 있다. 인스텝 킥은 발등으로 볼의 중심을 차는 킥으로 슈팅이나 롱 패스 등 그 용도가 다양하며, 축구에서는 가장 기본적인 킥이다. 인스텝 킥은 킥하는 방향에 따라 정면으로 보내는 킥과 진행 방향에 대해 각도를 이루는 킥의 2가지로 나눌 수 있다.
킥 동작은 차는 발의 부위에 따라 어떻게 구분할 수 있는가?
축구경기에서 킥 동작은 가장 많이 사용되는 기술로서 축구 기술의 핵심을 이루고 있다. 이러한 킥 동작은 차는 발의 부위에 따라 인사이드 킥, 아웃사이드 킥, 인프런트 킥, 아웃프런트 킥, 인스텝 킥, 그리고 토 킥, 힐 킥 등으로 구분할 수 있다. 인스텝 킥은 발등으로 볼의 중심을 차는 킥으로 슈팅이나 롱 패스 등 그 용도가 다양하며, 축구에서는 가장 기본적인 킥이다.
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