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문제 정의
- 본 연구는 2011년 대구세계육상선수권 대회 결승전을 촬영하여 상위 4인을 분석하여 가속 구간과 질주 구간의 운동학적 분석을 통하여 기초 자료를 제공하는데 목적을 두고 있으며 결론은 다음과 같다.
제안 방법
- 따라서 본 연구는 2011년 대구 육상대회 100 m 달리기 결승에 오른 1-4위 선수를 대상으로 가속과 최고 질주 속도 구간인 40 m-70 m 구간의 달리기 동작을 운동학적으로 분석하였다. 이러한 세계엘리트 선수들의 운동학적 특성분석을 통하여 차후에 대한민국 선수들의 질주구간과의 과학적 비교분석의 통하여 경기력 향상을 위한 훈련자료로 적극 활용 될 것이다.
- 1 프로그램(Visol, Korea)을 이용하였다. 먼저 통제점 틀을 이용하여 실 공간 좌표를 계산한 후 3차원 좌표를 계산하였다. 12대의 비디오 카메라로부터 얻은 2차원 좌표는 3차 스프라인 함수를 이용하여 3차원 좌표값을 산출하였다.
- 분석 국면은 [Figure 4]와 같이 foot touch와 toe off로 구분하였으며 35 m - 70 m구간 중 40 m - 70 m 구간에서 이루어 지는 보폭(13회) 중 오른발 착지를 분석하였으며, 변인은 발목관절, 무릎관절, 엉덩관절, 상체전경의 각도[Figure 5]와 각속도, 그리고 신체중심의 Y축 방향과 신체중심의 합성 속도를 계산하여 분석하였다.
- 12대의 비디오 카메라로부터 얻은 2차원 좌표는 3차 스프라인 함수를 이용하여 3차원 좌표값을 산출하였다. 이때 3차원 좌표값 산출 시 디지타이징 오차 등과 같은 여러 가지 원인에 의하여 노이즈(noise)에 의한 오차 제거는 2차 저역 통과 필터(lowpass filter, cutoff frequency: 10 Hz)방법으로 3차원 좌표값들을 스무딩하고 계산하였다. 이 때 축 정의는 피험자가 운동을 진행하는 전·후 방향을 Y축으로 하였으며, 수직방향을 Z축, 좌우방향을 X축으로 정의하였다.
- 또한 레인별 동조를 위해 1, 2 구간과 3, 4 구간의 카메라는 각각 55 m 지점에서 겹치게 촬영을 하였다. 통제점 틀은 [Figure 2]와 같이 넓이 10 m, 높이 2 m, 폭 1 m의 크기로 조립하여 35m 지점에서부터 5 m 간격으로 총 8회 이동하여 설치하여 촬영한 후 통제점 틀을 제거한 후 실제 경기 장면을 촬영하였다[Figure 3]. 이때 비디오 카메라 프레임속도는 60 fields/sec.
대상 데이터
- 본 연구에서는 100 m 경기장의 35 m-80 m 구간을 기록하기 위해서 통제점틀을 이용하여 총 4개의 구간으로 설정하였다. 이때 총 12대의 카메라 중 각각 3대의 비디오카메라(Sony, Japan)가 각 세부 구역을 중첩되게 [Figure 1]과 같이 관중석에 설치하였다.
- 본 연구의 피험자는 2011 대구세계육상선수권 남자 100 m 결승에서 1-4위를 기록한 선수를 대상으로 분석하였으며 이들의 신체적 특징은 [Table 1]과 같다.
데이터처리
- Matlab R2008a(MathWorks, USA)를 사용하여 동작 구간에 대한 각도와 신체중심속도 간의 상간관계와 각속도와 신체중심 속도 간의 상관관계를 분석하여 속도와 변인간의 유의성을 검증하였다. 이때 유의성 수준은 α=.
- 각 분절의 신체무게중심과 전신의 신체무게중심의 위치를 산출하기 위하여 Plagenhoef(1983)의 신체 분절 모수치(body system parameters) 자료를 사용하였다. 또한 분석된 변인들의 자료처리를 위하여 Matlab R2008a(MathWorks, USA) 프로그램을 사용하였다.
이론/모형
- 인체관절 중심점의 좌표화는 신체를 총 20개의 관절점을 가진 14개의 분절로 연결된 강체 시스템(linked rigid body system)으로 정의하였다. 각 분절의 신체무게중심과 전신의 신체무게중심의 위치를 산출하기 위하여 Plagenhoef(1983)의 신체 분절 모수치(body system parameters) 자료를 사용하였다. 또한 분석된 변인들의 자료처리를 위하여 Matlab R2008a(MathWorks, USA) 프로그램을 사용하였다.
- 자료처리 과정은 Kwon 3D 3.1 프로그램(Visol, Korea)을 이용하였다. 먼저 통제점 틀을 이용하여 실 공간 좌표를 계산한 후 3차원 좌표를 계산하였다.
성능/효과
- 1. Yohan Blake는 발목관절과 엉덩관절을 크게 움직이며 큰 신전력으로 지면을 박차고 추진하는 것으로 나타났으며, 특히 발목관절과 신체중심속도와의 상관관계는 FT 구간에서 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- 2. Walter Dix는 무릎관절과 상체의 큰 움직임을 나타내었으며, 특히 상체전경각과 신체중심속도와의 상관관계는 FT 구간을 제외한 모든 구간에서 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
- 3. Kim Collins는 발목관절을 전체 분석구간에서 다른 선수에 비해 배측굴곡 상태였으며, 상체는 수직방향으로 신전된 자세로 주행을 하는 것으로 나타났다. 또한 발목의 최대각도와 상체의 전경각은 FT 구간에서 상관관계가 유의한 것으로 나타내었으며, 각속도 또한 발목관절의 TO 구간과 무릎관절의 최대각속도에서 신체중심 속도와 유의한 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
- 4. Christophe Lemaitre는 발목관절이 최대의 저측굴곡 상태의 움직임을 나타내었으며, 상체가 ROM이 2.5°로 가장적은 움직임을 나타내었다.
- 4명의 선수 모두 TO 구간은 굴곡 각속도를 나타내었지만 FT 구간은 Yohan과 Kim은 신전 각속도를 Walter와 Christophe는 굴곡 각속도를 나타내어 착지 후 에도 굴곡을 하는 것으로 보이며 Walter가 가속 및 최고 속도 지점에서 1898.3 °/s의 차이로 가장 빠른 무릎관절의 움직임을 나타내었다.
- [Table 2]의 결과를 보면 우승을 한 Yohan Blake는 0.174초의 반응시간을 나타내며 9.92초를 기록하였으며, 상위 4인의 평균 시간은 10.07±0.11 초의 경기기록을 나타내었다.
- 각속도 변인은 Yohan Blake는 각도 변인에서 나타났듯이 발목의 움직임이 가장 큰 것으로 나타내면서 각속도 또한 상관비 -0.824, p=.023으로 100m 주법에서 발목의 움직임이 유리한 것으로 판단되며, Walter Dix는 무릎관절의 TO 구간, 엉덩관절의 최소각속도와 FT 구간, 상체전경각의 FT구간과 TO 구간에서 신체중심속도와의 상관관계가 나타났는데, 이것은 관절의 움직임이 가장 적은 발목관절을 제외하고 모든 분절의 움직임이 주법에 유리하고, 특히 TO 구간에서 무릎관절과 상체전경각이 상관관계를 나타내 이지 구간에 무릎관절과 상체를 이용하여 지면은 최대한 효율적으로 밀어내어 추진력을 얻는 것으로 판단된다.
- 0 °로 가장 많이 배측굴곡을 하는 것으로 나타내었다. 또한 결과를 보면 Kim Collins가 전반적으로 다른 선수에 비해 발목관절을 굽히고 달리는 것으로 나타냈으며, Christophe Lemaitre는 반대로 발목관절을 많이 편 상태로 달리는 것으로 나타내었다.
- Kim Collins는 발목관절을 전체 분석구간에서 다른 선수에 비해 배측굴곡 상태였으며, 상체는 수직방향으로 신전된 자세로 주행을 하는 것으로 나타났다. 또한 발목의 최대각도와 상체의 전경각은 FT 구간에서 상관관계가 유의한 것으로 나타내었으며, 각속도 또한 발목관절의 TO 구간과 무릎관절의 최대각속도에서 신체중심 속도와 유의한 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
- 또한, 무릎관절 각속도의 경우에 Walter Dix가 toe off 시 신체중심 속도 와의 상관비가 0.843으로 통계적인 상관관계(p<.05)를 나타내었고 Kim Collins는 각속도가 최대일 때 신체중심 속도와의 상관 비가 0.985로 통계적인 상관관계(p<.01)를 나타냈으며, 엉덩관절각속도의 경우 Walter Dix는 엉덩관절의 각속도가 최소일 때와 foot touch 시 신체중심 속도와의 상관비가 각각 0.825(p<.05)와 0.934(p<.01)로 통계적 상관관계를 보였다.
- 발목관절의 결과를 보면 Yohan Blake는 572.7 °/s, -437.8°/s로 최대각속도와 최소각속도에서 가장 큰 굴곡과 신전 각속도를 나타내었으며 TO 구간에서도 발목을 가장 빨리 저측굴곡 하고, FT구간에서도 가장 빠른 배측굴곡의 각속도를 나타내었다.
- 5°로 가장적은 움직임을 나타내었다. 상관관계 결과 발목관절의 TO, 엉덩관절의 최소각속도, 상체의 최대각속도와 TO에서 유의한 것으로 나타나 Christophe는 상체를 움직이지 않는 주법이 유리한 것으로 나타내었다.
- 엉덩관절의 결과는 Kim Collins가 630.1 °/s, Yohan Blake가 -584.0 °/s으로 각각 가장 큰 굴곡과 신전의 각 속도를 나타내었으며, 3명의 선수는 TO 구간과 FT구간 모두신전 각속도를 나타내었지만 Walter Dix만 TO 구간에서 -41.5°/s으로 굴곡을 하는 것으로 나타내었다.
- 엉덩관절의 결과를 보면 Yohan Blake가 최대각도에서 가장 큰 각도인 175.3 °, 최소각도 또한 최소 각도인 106.7 °의 수치를 나타내어 주행하는 과정에서 가장 큰 굴곡과 신전으로 달리는 것으로 나타내었으며, Walter Dix는 164.6 °와 109.7 °를 나타내어 ROM이 54.9 °로 가장 작은 각으로 굴곡과 신전을 하는 것으로 나타내었다.
- 98초의 기록으로 우승을 차지하였다. 지난 이번 대구세계육상선수권 대회에서는 9초대의 기록이 유일하게 Yohan Blake가 기록을 하였지만 전 대회인 2009 베를린세계육상 선수권 대회의 상위 4인의 기록을 보면 Usain Bolt은 9.58초와 Tyson Gay의 9.71초, 그리고 Asafa Powell은 9.84초와 Daniel Bailey은 9.93초로 4인의 선수가 모두 9초대의 기록을 세워 이번 대회는 전 대회보다 기록이 저조한 것으로 나타났다. 이는 현 세계기록 보유자인 Usain Bolt 선수의 실격 등으로 선수들의 심리적 변화 등의 환경변화에 따른 결과인 것으로 보인다.
- 질주구간에서의 각 선수들의 관절의 움직임에서 Yohan Blake는 발목관절과 엉덩관절을 많이 사용한 반면 무릎의 움직임을 최소화한 주법을 사용한 것으로 나타났다. 따라서 발목관절과 엉덩관절의 신전력을 이용하여 몸의 추진하는데 이용한 것으로 판단되어진다.
후속연구
- 본 연구의 결과는 2011년 대구세계육상선수권 대회 100 m 경기의 가속 구간과 질주 구간인 40 m - 70 m를 분석한 것으로 한국 선수들에게 기초자료로 쓰이길 바라며, 앞으로 국내에서도 한국선수를 대상으로 가속 구간과 질주 구간에 대한 연구가 필요할 것으로 본다.
- 따라서 본 연구는 2011년 대구 육상대회 100 m 달리기 결승에 오른 1-4위 선수를 대상으로 가속과 최고 질주 속도 구간인 40 m-70 m 구간의 달리기 동작을 운동학적으로 분석하였다. 이러한 세계엘리트 선수들의 운동학적 특성분석을 통하여 차후에 대한민국 선수들의 질주구간과의 과학적 비교분석의 통하여 경기력 향상을 위한 훈련자료로 적극 활용 될 것이다.
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