문제 정의

• 이에 본 연구에서는 다양한 스포츠 활동 시 발생할 수 있는 부상을 예방할 수 있도록 핵심 관절인 무릎의 안전성에 초점을 둔 스포츠 컴프레션 의복을 개발하고자 하였다. 3차원 피부 길이 변형 분석 및 해부학적 형태를 통해 무릎 골격을 지지하는 기능적 디자인 라인을 선정하고 그 부위에 적정 수준 압력 부여 방법을 검증하여 동작 가동성과 착용 쾌적성이 향상된 최적의 무릎 안전성 컴프레션 의복을 개발하고자 하였다. 단계적이고 체계적인 디자인 프로세스를 거쳐 최종 컴프레션 의복을 어떻게 설계해야 하는지에 대한 방법론에 관한 본 연구는 무릎의 안전성이 향상된 컴프레션 의복 개발을 위해 전반적인 단계별 체계적인 디자인 프로세스를 다루었다. 본 연구에서는 스포츠 활동시 안전성을 향상시킨 스포츠 컴프레션 의복을 개발하기 위해 하지 동작의 핵심을 이루는 무릎 관절 지지를 위한 기능적 디자인 영역 선정과 압력 보강방법을 제안하고 그 효과를 검증하였다. 피부 변형 정도와 해부학적 형상을 고려한 디자인 라인 설정으로 이에 본 연구에서는 다양한 스포츠 활동 시 발생할 수 있는 부상을 예방할 수 있도록 핵심 관절인 무릎의 안전성에 초점을 둔 스포츠 컴프레션 의복을 개발하고자 하였다. 3차원 피부 길이 변형 분석 및 해부학적 형태를 통해 무릎 골격을 지지하는 기능적 디자인 라인을 선정하고 그 부위에 적정 수준 압력 부여 방법을 검증하여

  제안 방법

  • 후)압력 부여">압력부여 방식을 재선정하기 위해 변인을 다음과 같이 하였다. 1mm 간격으로 7mm 정사각형 실리콘 프린팅을 무릎 주위에 U-V형으로 배치(SPCG_1), 3mm간격으로 7mm 정사각형 실리콘 프린팅을 무릎 주위에 U-V형으로 배치(SPCG_2), Type 4토시 제작과 동일한 방식인 U-V형으로 소재 2겹(DFCG_1), Type 6토시 제작과 동일한 방식인 U형으로 무릎아래 전체를 소재 2겹(DFCG_2)으로 총 4벌의 실험복을 제작하였다. 각 실험복의 패턴은 [Figure 7]과 같으며 허리에는 E-band를 넣었고 모든 절개선은 3D 데이터의 동작에 따른 피부 변형률을 분석한 결과를 종합하기 위해서 5%이하로 피부 변형을 나타내는 가로, 세로, 45도, 135도 선을 6명중 4명 이상이 일치하는 선만을 맵핑하였으며, 그 결과는 [Figure 4]와 같다.
  • 후)쿼드 법으로">쿼드법으로 선호도 검사를 실시하였다. U-V형의 디자인 영역(Type 4)과 U형으로 무릎 아래 전체 디자인 영역(Type 6)을 선호하였고, 선택된 기능적 디자인 영역을 반영시킨 컴프레션 의복개발을 위해 SIZE KOREA 30대 남성 대표체형의 3차원 데이터에 상에서 선택된 디자인 라인을 도시하고 2C-AN 프로그램과 Yuka CAD 프로그램을 사용하여 2차원 기본 원형 패턴을 제작하였다. 기본 원형 패턴에서 축소 정도는 기존 연구에 근거하여 산출하였고 무릎 부위 압력 부여는 원단의 2겹 사용과 실리콘 프린팅 기법을 변인으로 하였다.
  • 후)움직임에의복이">움직임에 의복이 대응할 수 있도록 설계하였다. 결과적으로 기능적 무릎 디자인 영역에 7mm 정사각형을 1mm간격으로 배치하는 실리콘 프린팅(SPCG_1), 7mm 정사각형을 3mm간격으로 배치하는 실리콘 프린팅 (SPCG_2), 기능적 무릎 디자인 영역에 원단 2겹(DFCG_1), 무릎 아래 전체 원단 2겹(DFCG_2)으로 4종의 컴프레션 의복을 제작하였다.
  • 후)분석착의평가를">분석 착의평가를 통해 채택된 디자인을 사용하였다. 그리고 다시 무릎 부위의 적절한 가압 방법 선택을 위해 원단의 2겹과 실리콘 프린팅 방법을 변인으로 사용하였다. 실리콘 프린팅 방법은 7mm 정사각형을 무릎 부위에 일정한 간격으로 공간을 두어 배치하였다.
  • 후)동작시">동작 시 의복으로 인한 피부 거슬림을 최소화하기 위해 선행연구(Choi & Hong, 2015; Kim & Hong, 2012)에서 검증된 피부 무변형선을 반영하여 절개선으로 사용하였다. 기본 디자인 라인을 30대 남성 평균 치수의 3차원 인체 데이터 위에 도시하고(geomagic Desine X, 3D systems) 2차원 평면전개 프로그램인 2C-AN프로그램(특허 등록번호 10-2009-0115130)을 이용해 평면화 한 후 Yuka CAD 프로그램(Youth hitch, Japan)으로 원형 패턴을 제작하였다. 컴프레션 의복에 사용된 원단은 토시 제작에 이용된 트리코트(Tricot; T)로 동일하였다.
  • 후)대표 체형의">대표체형의 3차원 데이터에 상에서 선택된 디자인 라인을 도시하고 2C-AN 프로그램과 Yuka CAD 프로그램을 사용하여 2차원 기본 원형 패턴을 제작하였다. 기본 원형 패턴에서 축소 정도는 기존 연구에 근거하여 산출하였고 무릎 부위 압력 부여는 원단의 2겹 사용과 실리콘 프린팅 기법을 변인으로 하였다. 즉 1mm 간격으로 7mm 정사각형 실리콘 프린팅 배치(SPCG_1), 후)기본토시형의">기본 토시형의 실험복의 패턴 축소를 결정 한 후 여기에 무릎 부위 지지를 위한 디자인과 소재를 이용한 압력 수준 변인으로 7종의 실험복을 제작하였다[Table 2]. 디자인 변인은 무릎 후)통제변인(1종)을">통제 변인(1종)을 사용하여 4가지였다. 기존 판매 제품 응용에 사용된 디자인은 컴프레션 의복 시장 조사 결과 본 연구의 디자인 의도와 유사하게 피부 변형이 큰 무릎 중앙은 가압을 피하고 무릎 주위를 감싸는 형태로 가압한 디자인을 선정하였다. 소재를 이용한 압력 수준은 앞서 언급한 T와 신축성은 비교적 적지만 대신 압박감이 우수한 파워넷(Power net; P)을 이용하였다[Table 후)최소 인">최소인 선을 연결하여 무릎 부위 피부 무변형선을 추출하고 동시에 대퇴골과 경골을 연결하면서 측면을 보강해 무릎 부위 아래를 감싸 무릎이 보호되도록 U-V형의 디자인 영역을 선정하였다. 다음으로 앞서 선정한 디자인 영역의 적합성을 검증하기 위해 통제 변인과 기존 제품 디자인을 반영시키면서 압력 수준을 달리해 동일한 원단으로 총 7벌의 토시형 실험복을 제작한 후 쿼드법으로 선호도 검사를 실시하였다. U-V형의 디자인 영역(Type 4)과 U형으로 무릎 아래 전체 디자인 영역(Type 6)을 선호하였고, 선택된 기능적 디자인 영역을 반영시킨 컴프레션 의복개발을 위해 SIZE KOREA 30대 남성 디자인 라인으로 도출하기 위해 본 무릎 아래의 V형의 ①번 ~ ⑤번 라인을 채택하여 연결된 선으로 피부 변형을 검증해 보았다. 선정된 V형 전체 길이에 대해 디자인">2]. 디자인 변인은 무릎 굴곡 동작 시 피부 길이 변형 맵핑 결과(2종), 기존 판매 제품 응용(1종), 통제 변인(1종)을 사용하여 4가지였다. 기존 판매 제품 응용에 사용된 디자인은 컴프레션 의복 시장 조사 결과 본 연구의 디자인 의도와 유사하게 피부 변형이 큰 무릎 중앙은 가압을 피하고 무릎 주위를 감싸는 형태로 가압한 디자인을 선정하였다.
  • 후)동작시의">동작 시의 체표면 길이 변화를 다시 검증해 본 결과는 [Table 4]와 같이, 피험자 모두 피부 변형율이 거의 0%로 나타났다. 따라서 피부 거슬림을 최소화 할 수 있도록 선정된 V형 라인을 무릎 보강 시 디자인 라인으로 활용하였다. 그리고 해부학적 측면에서 무릎을 살펴보면 [Figure 후)3cm 간격으로">3cm간격으로 평면(plane)을 생성하여 둘레방향의 외곽선을 추출하고, 다리 내측과 외측에 수직축의 평면(plane)을 생성해 길이 방향의 외곽선을 추출하였다. 또, 각 둘레방향의 외곽선을 5등분으로 분할할 수 있도록 6개의 레퍼런스 포인트를 생성하고 각각의 포인트를 연결하여 가로, 세로, 45도, 135도 방향으로 연결하여 정자세 시의 길이가 동작 시 얼마나 변하였는지 측정하였다. 동작에 따른 체표면의 길이 변화 분석은 Geomagic Design X(3D systems, USA)를 이용했다.
  • 랜드마크 표시 간격은 피부 변형 분석에 관한 기존 연구(Lee, 2013; Choi & Hong, 2015)를 참고로 하여 결정하였고, 정자세와 60도 굴곡자세의 3차원 데이터 상에서 3cm간격으로 평면(plane)을 생성하여 둘레방향의 외곽선을 추출하고, 다리 내측과 외측에 수직축의 평면(plane)을 생성해 길이 방향의 외곽선을 추출하였다.
  • 먼저 무릎 관절 부근의 피부변형을 분석하기 위해 30대 남성 2명의 인체의 무릎 부위에 3cm 간격의 점을 찍은 후 정자세와 무릎 60도 굴곡 동작에 대하여 3차원 정보를 획득하였다. 약 3cm 간격의 점을 가로, 세로, 45도, 135도 방향으로 연결하고 정자세와 60도 굽힘 무릎 부위 지지를 위한 컴프레션 의복 개발 전에 먼저 발목에서부터 무릎 위 15cm까지 커버하는 기본 무릎 토시 형태에 무릎 지지 디자인과 압력 부여 정도를 변인으로 실험복을 제작하였다. 무릎 부위 디자인과 압력 부여 전에 토시형 실험복의 기본 원형 패턴은 Jung과 Hong(2006)의 남성 일반적으로 컴프레션 웨어 설계 시 차별 압박 부여는 패턴 축소율을 증가시키거나 소재 변경, 프린트, 테이프 등을 덧대는 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서 압력 수준 변인 설계는 먼저 소재를 활용하여 1단계(T원단 1겹), 2단계(T원단 2겹), 3단계(T원단 + P원단)로 조절하였다. 단 P원단은 A원단과 샅 위 부분은 경사 방향은 Zigert & Keil(1988)로 측정한 소재 신장율의 50 %를 적용하여 원형 패턴에서 9 % 패턴을 축소, 위사 방향은 소재 신장율의 66 %를 적용하여 원형 패턴에서 16 % 패턴을 축소하였고, 샅 아래는 위사 방향으로만 소재 신장율의 66 %를 적용하여 원형 패턴에서 16 % 패턴을 축소하였다.
  • 기존 판매 제품 응용에 사용된 디자인은 컴프레션 의복 시장 조사 결과 본 연구의 디자인 의도와 유사하게 피부 변형이 큰 무릎 중앙은 가압을 피하고 무릎 주위를 감싸는 형태로 가압한 디자인을 선정하였다. 소재를 이용한 압력 수준은 앞서 언급한 T와 신축성은 비교적 적지만 대신 압박감이 우수한 파워넷(Power net; P)을 이용하였다[Table 1]. 토시형 실험복의 압력 수준은 1단계는 T소재 1겹, 2단계는 T소재 2겹, 3단계는 T소재와 P소재 2겹으로 무릎의 디자인 영역에 압력을 부여하였다.
  • 후)실험복원단은">실험복 원단은 토시형 평가에서 결과가 좋았던 T를 사용하였고, 축소율은 기존연구 Jeong과 Hong(2010)에 근거하여 2차원 원형 패턴에서 샅을 기준으로 위와 아래로 구분하여 산출하였다. 제작된 실험복의 의복압 및 운동기능성 착용평가는 피험자 7인(S1~S7)[Table 2]을 대상으로 실시하였다. 압력 측정 도구는 공기주입식 의복압 센서 AMI 3037-2(AMI Techno, Korea)를 사용하였으며, 측정 위치는 [Figure 3]과 같이 무릎 중앙(P1), 오금(P2), 정강이(P3), 허벅지-앞(P4), 허벅지-뒤(P5)에서 측정하였다.
  • 후)굴곡동작에">굴곡 동작에 대하여 3차원 정보를 획득하였다. 약 3cm 간격의 점을 가로, 세로, 45도, 135도 방향으로 연결하고 정자세와 60도 굽힘 동작 시 길이 변화를 측정해 두 선의 길이 변화가 최소인 선을 연결하여 무릎 부위 피부 무변형선을 추출하고 동시에 대퇴골과 경골을 연결하면서 측면을 보강해 무릎 부위 아래를 감싸 무릎이 보호되도록 U-V형의 디자인 영역을 선정하였다. 다음으로 앞서 선정한 디자인 영역의 적합성을 검증하기 위해 후)개뼈의">개 뼈의 각 끝에는 뼈를 보호하고 뼈와의 마찰을 원활하게 해주는 관절 연골이 존재하였다(The Korean Orthopaedic Association). 이러한 구조적인 특성으로부터 보호하기 위해 대퇴골과 경골을 연결하면서 측면이 보강되도록 무릎 부위 아래를 감싸는 U형으로 기능적 라인을 선정하였다. 최종으로 무릎 지지를 위한 기능적 디자인은 영역은 [Figure 후)차별가압">차별 가압 디자인 설계 시 착용자들의 쾌적감에 영향을 미치는 다양한 요소를 고려해야 함을 시사한다고 할 수 있다. 이상의 결과를 근거로 본 연구에서는 Type 1을 제외하고 가장 좋은 평가를 받은 Type 4과 Type 6 디자인을 채택하여 컴프레션 의복 실험복 설계 시 활용하였다.
  • 제작된 7종의 토시는 SIZE KOREA 2010의 20대 표준 체형에 근접한 피험자 4인(S1~S4)[Table 3]을 대상으로 양쪽 다리에 다른 디자인을 착용시킨 후 ‘앉았다 일어서기 5회’, ‘다리 벌려 쪼그려 앉기 5회’, ‘걷기 3분’, ‘무릎90도로 들어올리기 동작 5회’를 실시하고 ‘동작이 용이한가’, ‘무릎을 잘 지지해주는가’, ‘압력이 적정한가’, ‘봉제선이 거슬리지 않는가’, ‘오금이 편안한가’의 항목에 대해 순위 평가를 실시하였다.
  • 토시형 실험복의 압력 수준은 1단계는 T소재 1겹, 2단계는 T소재 2겹, 3단계는 T소재와 P소재 2겹으로 무릎의 디자인 영역에 압력을 부여하였다. 즉 1단계 압력 수준은 기존 연구(Jung과 Hong, 2006)에서 제안한 패턴 축소율을 적용한 쾌적 수준의 가압이었고 2단계는 동일한 신축성 소재를 두 겹으로 제작해 1단계 보다 좀 더 높은 수준의 가압, 3단계는 압박감이 높은 P소재를 덧댐으로 가장 높은 수준의 가압을 준 것으로 이 중 무릎 지지에 가장 적합한 압력 수준을 탐색하고자 하였다. 다만 압력 수준을 높이기 위해 무릎 디자인 영역의 패턴 축소율을 증가시키는 방법도 있었으나 이럴 경우 옆 패널과 실리콘 프린팅 방법은 7mm 정사각형을 무릎 부위에 일정한 간격으로 공간을 두어 배치하였다. 즉 7mm 정사각형 실리콘 프린팅이 있는 부분은 소재가 신장하는데 제한을 주어 가압 기능을 하도록 하였고 동시에 정사각형 실리콘 사이에 1mm 또는 3mm 간격을 두어 피부의 움직임에 의복이 대응할 수 있도록 설계하였다. 결과적으로 기능적 무릎 디자인 영역에 7mm 정사각형을 즉 두 자세에서 길이를 측정한 후 을 이용하여 피부 변형을 분석하고 6인의 피험자의 결과를 3차원 인체 맵핑하여 이를 근거로 무릎 지지 기능적 디자인 라인으로 도출하였다.
  • 후)동작평가를">동작 평가를 실시해 순위 평가를 하였으며 한 피험자가 최대 140회 착의평가를 실시하였다. 총합계 점수가 낮을수록 선호도 순위가 높은 것으로 이 결과를 반영하여 최종 컴프레션 실험복을 제작하였다.
  • 패턴 축소율은 샅 위는 기존 연구에 근거하여 원단 신장률(Zigert & Keil 방법)에서 경사 방향으로 50 %, 위사 방향으로 66 %를, 샅 아래는 경사 방향으로 축소하면 동작 시 밑단이 달려 올라가는 현상이 발생할 수 있어 위사 방향으로만 66 %를 적용하였다.
  • 후)보강 방법을">보강방법을 제안하고 그 효과를 검증하였다. 피부 변형 정도와 해부학적 형상을 고려한 디자인 라인 설정으로 동작 시 봉제선으로 인한 거슬림이 발생하지 않도록 하였고, 무릎 지지로 인한 의복압에 의해 운동 가동성이 방해받지 않도록 설계하였다.
  • 후)일대 비교를">일대비교를 통해 순위가 결정되어졌다. 피험자는 쿼드 조합에 따라 각기 다른 디자인의 토시를 양다리에 착용한 후 문항별 동작 평가를 실시해 순위 평가를 하였으며 한 피험자가 최대 140회 착의평가를 실시하였다. 총합계 점수가 낮을수록 선호도 순위가 높은 것으로 이 결과를 반영하여 최종 컴프레션 실험복을 제작하였다.

  대상 데이터

  • 무릎 지지를 위한 최적의 디자인과 압력 부여 방법 선정을 위한 7종의 토시형 실험복에 대하여 다시 정리하면 다음과 같다. 디자인은 통제 변인(Type 1), 기존 시제품의 디자인(Type 2, 3), 피부변형 맵핑과 해부학적 형상을 고려한 U-V형 디자인(Type 4, 5), U형 디자인(Type 6, 7)이 사용되었다. 일반적으로 컴프레션 웨어 설계 시 차별 압박 부여는 패턴 축소율을 증가시키거나 소재 변경, 프린트, 테이프 등을 덧대는 방법을 사용하고 있다.
  • 제작된 실험복의 의복압 및 운동기능성 착용평가는 피험자 7인(S1~S7)[Table 2]을 대상으로 실시하였다. 압력 피부 변형 분석은 SIZE KOREA의 20대 대표치수에 근접한 20대 남성 6인(키: 172.1 ± 1.72 cm, 몸무게: 71.17 ± 7.52 kg, BMI: 24.0 ± 2.72)을 대상으로 [Figure 1]과 같이 무릎 관절 부근에 3cm 간격으로 랜드마크를 표시하고 정자세와 무릎 60도 굴곡 자세를 취한 후 3차원 인체 형상 데이터를 획득하였다(Cygerware, Inc., USA).

  데이터처리

  • 실험복의 운동기능성 착용평가도 동일한 피험자 7인(S1~S7)을 대상으로 ‘앉았다 일어서기 5회’, ‘다리 벌려 쪼그려 앉기 5회’, ‘걷기 3분’, ‘뛰기 3분’, ‘40cm 외다리 드롭랜딩 5회’, ‘무릎 90도 들어올리기 동작 5회’를 실시하며 ‘동작이 용이한가’, ‘동작 시 무릎을 지지해주는가(무릎 부위의 충격이 적은가)’,‘무릎의 압력은 적정한가’, ‘전체적인 압력은 적정한가’, ‘봉제선이 거슬리지 않는가’, ‘오금이 편안한가’의 문항에 대해 리커트 7점 척도(1-전혀 그렇지 않다, 2- 약간 그렇지 않다, 3-그렇지 않다, 4-보통이다, 5-그렇다, 6-약간 그렇다, 7-매우 그렇다)로 응답하게 하였으며, 자료의 분석은 SPSS 20.0(IBM)을 이용하여 일원배치분산분석(ANOVA)를 실시하였고 Duncan test로 사후 검증하였다.

  이론/모형

  • 후)동작시">동작 시 얼마나 변하였는지 측정하였다. 동작에 따른 체표면의 길이 변화 분석은 Geomagic Design X(3D systems, USA)를 이용했다. 즉 두 자세에서 길이를 측정한 후 <식 1>을 이용하여 피부 변형을 분석하고 6인의 피험자의 결과를 3차원 후)의복개발">의복 개발 전에 먼저 발목에서부터 무릎 위 15cm까지 커버하는 기본 무릎 토시 형태에 무릎 지지 디자인과 압력 부여 정도를 변인으로 실험복을 제작하였다. 무릎 부위 디자인과 압력 부여 전에 토시형 실험복의 기본 원형 패턴은 Jung과 Hong(2006)의 남성 바디 수트 패턴 개발 연구에서 착용 쾌적감이 우수하다고 보고된 결과를 반영하여 축소 정도를 결정하였다. 구체적으로 Jung과 Hong(2006)은 Zigert & Keil(1988)로 측정한 원단 신장률 수치에 후)순위평가는">순위 평가는 많은 변인으로 피험자가 선호하는 제품 선택 시 오류 가능성이 있을 때 효율적인 일대비교법인 쿼드 분석(Miller, 2000; Kim, 2004) 방식으로 이루어졌다. 7종의 컴프레션 의복의 기본 디자인 라인은 동작 시 의복으로 인한 피부 거슬림을 최소화하기 위해 선행연구(Choi & Hong, 2015; Kim & Hong, 2012)에서 검증된 피부 무변형선을 반영하여 절개선으로 사용하였다.