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문제 정의
- 본 연구는 3D 스캔데이터를 이용하여 발아치 유형을 분류함으로써 자동계측 프로그램이 수집하지 못하는 발아치 곡면의 정보 분석 방법을 제시하였다. 또한, 3D 좌표데이터를 계측하여 형상을 정량화하여 활용하는 방안을 제시하였다.
- 본 연구는 3D 시스템을 기반으로, 고령화 사회로 인해 급속히 증가하는 시니어 세대를 위한 평발용 인솔을 제작하였다. 이를 위해 제6차 한국인 인체치수조사사업에서 수집한 만 60세 이상 69세 이하 남성 189명의 3D 발 스캔 데이터를 가공하여 발바닥의 수평단면 이미지를 수집한 후, 정상발과 평발 유형을 분류하고, 유형을 대표하는 평균 피험자를 20명씩 각각 선정하였다.
- 본 연구는 의류산업분야에서 웨어러블(wearable)제품의 생산에 3D 기술 적용의 가능성을 확인하고 의류제품에 맞는 효율적인 3D 스캐닝, 3D 모델링, 3D프린팅의 3D 시스템 제작 프로세스를 제안하고자 하였다. 이를 위해 시니어 남성의 3D 발 스캔 데이터를 가공하여, 평발의 발 아치에 적합한 인솔의 3D 모델링을 구현하고, 유연한 재질로 3D 프린팅하여 착용 가능한 시니어 평발용 인솔을 3D 시스템 기반으로 제작하였다.
- 본 연구는 제조업에 새로운 패러다임을 제시하고 있는 3D 프린터를 활용하여 평발을 위한 인솔을 제작하였다. 3D 스캐너에서 수집된 3D 데이터를 가공하고, 3D CAD 프로그램을 활용하여 3D 모델링을 진행하고, 제작된 모델을 3D 프린터로 제작하는 과정을 제안하였다.
- 본 연구에서는 3D 스캔 데이터를 활용하여 평발 유형 분류가 가능하도록 최적의 발바닥 수평단면도(Horizontal Section, HS)를 구하는 방법을 고안하였다. Lee et al.
제안 방법
- Lee et al.(2014)의 선행 연구를 참고하여, 3D 발데이터를 바닥면에서부터 1mm 간격으로 슬라이싱하여 XY평면과 평행한 11개의 수평단면도를 추출한후, 정상발, 평발, 오목발의 유형 분류에 최적인 수평단면도가 관찰되는 발바닥 높이를 확인하였다. 수평단면도 추출에는 Rapidform 2004 프로그램을 사용하였으며, 폴리건 형태의 3D 발 데이터(Fig.
- 1. 시니어의 평발 발생빈도를 살펴보기 위해, 60대 이상 남성의 제6차 사이즈코리아 3D 발 스캔 데이터로부터 발바닥 유형을 분류하였다. 3D 발 스캔 데이터에서 발바닥 수평단면도를 추출하여 발아치 유형을 분석한 결과, 정상발 139명(73.
- 144개 기준점의 3D 좌표를 측정하고, 유형별 평균값을 구하여 정상발과 평발 발바닥 곡면의 경향을 전족부, 중족부, 후족부로 나누어 분석하였다. 3D 좌표 데이터에서 X좌표는 발바닥의 길이, Y좌표는 발바닥의 너비, Z좌표는 발아치의 높이 경향을 나타내며, 이중 평발용 인솔 제작에 중요한 요인인 발바닥 아치의 높이를 나타내는 것은 Z방향의 좌표 값이다.
- 2. 정상발과 평발 유형의 대표피험자를 20명씩 선정하고, 발바닥 곡면에 9개의 수직기준선과 144개의 포인트를 설정한 후, 3D 좌표(X, Y, Z)를 측정하고 그 경향을 분석하였다.
- 3. 시니어 평발 남성에게 부족한 발아치 굴곡을 추가하기 위해 평발의 발바닥 곡면에 정상발의 발바닥 곡면을 중합하여 평발용 인솔을 3D 모델링하였다. 제작된 3D 인솔 모델은 평발에 필요한 발아치 및 발가락 부위에 정상발의 곡률을 제공할 수 있었다.
- 본 연구는 제조업에 새로운 패러다임을 제시하고 있는 3D 프린터를 활용하여 평발을 위한 인솔을 제작하였다. 3D 스캐너에서 수집된 3D 데이터를 가공하고, 3D CAD 프로그램을 활용하여 3D 모델링을 진행하고, 제작된 모델을 3D 프린터로 제작하는 과정을 제안하였다. 연구의 세부 과정 및 결과는 다음과 같다.
- 8 mm로 가장 얇았다. Solidworks 2012 프로그램으로 인솔의 로프트 피쳐를 3D 모델링하였다. 피쳐 생성 시 밑면의 프로파일에는 평발의 로프트 곡면이, 윗면의 프로파일에는 정상발의 로프트 곡면이 사용되었다.
- 발바닥 기준선 설정: 발바닥 곡면의 변곡점을 포함하는 9개의 단면선을 설정하고, 이를 발바닥 수직기준선(Vertical Section, VS)으로 명명하였다. VS1: 발바닥 내측에서 가장 바깥쪽 선, VS2: SL의 내측점을 지나는 선, VS3: VS2과 VS4의 중간선, VS4: 첫째발가락 중심점을 지나는 선, VS5: 둘째발가락 중심점을 지나는 선, VS6: 셋째발가락 중심점을 지나는 선, VS7: 넷째발가락 중심점을 지나는 선, VS8: 다섯째발가락 중심점을 지나는 선, VS9: 발바닥 외측에서 가장 바깥쪽 선을 각각 기준선으로 설정하였다.
- [Fig. 2]에서 추출한 등고선 형태의 수평단면도로부터 발아치 유형을 정상발, 평발, 오목발로 분류하였다. 바닥에서 2mm 떨어진 발바닥 수평단면도(HS3)에서 발볼 내측 바깥 점(1)과 발뒤꿈치 내측 바깥 점(2)을 지나는 접선(A)과, 발볼 외측 바깥 점(3)과 발뒤꿈치 외측 바깥 점(4)을 지나는 접선(B)을 그리고, 두 선이 만나는 점(6)을 표시한 후, 이 점과 두 번째 발가락의 중심(5)을 연결한 직선(C)을 그렸다.
- 발바닥 3D 좌표데이터 설정: 9개의 발바닥 수직기준선(VS1~VS9) 위에 등간격의 기준점을 형성하였다. 각 수직기준선의 기준점은 좌표데이터의 손실을 최소화하면서도 계측의 용이성을 위해 선분 길이를 고려하여 등분점으로 설정하였다. 폴리라인의 길이가 긴 VS3, VS4, VS5, VS6,VS7은 20등분하여 총 21개의 등간격 포인트를, 폴리라인의 길이가 짧은 VS1과 VS9은 기준선을 5등분하여 총 6개의 등간격 포인트를 형성하였다.
- 제작한 평발용 인솔의 3D 모델 크기는 245×100mm이었기 때문에 XFAB 프린터로는 한 번에 출력하는 것이 불가능하였다. 따라서 제한된 플랫폼 크기에 맞추기 위해 인솔을 앞부분과 뒷부분으로 나누어 분할 출력하였다. 3D 프린터로 모델을 출력하는데 소요된 시간은 총 8~9시간이었다(Fig.
- 본 연구는 3D 스캔데이터를 이용하여 발아치 유형을 분류함으로써 자동계측 프로그램이 수집하지 못하는 발아치 곡면의 정보 분석 방법을 제시하였다. 또한, 3D 좌표데이터를 계측하여 형상을 정량화하여 활용하는 방안을 제시하였다. 3D 스캔 데이터는 다양한 정보를 가지고 있는 데이터로, 연구 목적에 맞게 다양하게 활용할 수 있다는 점을 시사하고 있다.
- 발 유형별 대표 피험자의 3D 발 데이터에서 정량적 분석이 가능한 3D 좌표 데이터를 얻기 위해, 발바닥 곡면을 이루는 주요 변곡점을 따라 9개의 수직 단면 기준선을 설정하고, 각각의 기준선 위에 등 간격으로 기준점을 총 144개 만든 후, 각 포인트의 3D 좌표 값을 측정하였다. 3D 발 데이터의 수직 단면선 형성과 발바닥 곡면 기준선 및 기준점 선정과 측정 방법은 다음과 같다(Fig.
- 6. 발바닥 3D 좌표데이터 측정: 정상발 스캔 데이터(n=20)와 평발 스캔데이터(n=20)의 발바닥에 형성된 144개 좌표점의 3D 좌표 값((X1, Y1, Z1), ..., (X144, Y144, Z144))을 각각 측정하였다.
- 발바닥 3D 좌표데이터로부터 정상발과 평발의 발바닥 곡면을 3D 모델링하였다. 모델링 과정은 다음과 같다(Fig.
- 1. 발바닥 곡면의 스플라인 설정: [Table 2]~[Table 4]에서 측정한 144개 기준점을 AutoCAD2011 프로그램의 3D 평면에 위치시킨 후, Y좌표값이 같은 점들을 연결하여 스플라인 곡선을 만들었다. 총 9개의 수직기준선이 스플라인 곡선(VS1~VS9)으로 설정되었다.
- 4. 발바닥 기준선 설정: 발바닥 곡면의 변곡점을 포함하는 9개의 단면선을 설정하고, 이를 발바닥 수직기준선(Vertical Section, VS)으로 명명하였다. VS1: 발바닥 내측에서 가장 바깥쪽 선, VS2: SL의 내측점을 지나는 선, VS3: VS2과 VS4의 중간선, VS4: 첫째발가락 중심점을 지나는 선, VS5: 둘째발가락 중심점을 지나는 선, VS6: 셋째발가락 중심점을 지나는 선, VS7: 넷째발가락 중심점을 지나는 선, VS8: 다섯째발가락 중심점을 지나는 선, VS9: 발바닥 외측에서 가장 바깥쪽 선을 각각 기준선으로 설정하였다.
- 2. 발바닥 로프트 곡면 모델링: Step.1에서 설정된 수직기준선 VS1~VS9을 3D 로프트 곡면 모델링의 스케치선(Sketch line)으로 사용하여 발바닥의 곡면을 3D 모델링하였다. 3D 곡면 모델링에는 Solidworks 2012가 사용되었다.
- 2. 발바닥 외곽선(SL) 설정: 1mm 간격으로 형성된 수직단면선 위에 발바닥 외곽선(Sole line,SL)을 그렸다. 발바닥 외곽선(SL)은 발가락 두께의 이등분점(1)과 발뒤꿈치점(2)을 지나며, 발바닥을 XY평면 방향에서 내려다보았을 때 중족부 외측 가장 바깥쪽점(3)과 내측 가장 안쪽점(4)을 지나는 점을 연결한 스플라인(Spline) 곡선으로 제작하였다.
- 발바닥 외곽선(SL) 설정: 1mm 간격으로 형성된 수직단면선 위에 발바닥 외곽선(Sole line,SL)을 그렸다. 발바닥 외곽선(SL)은 발가락 두께의 이등분점(1)과 발뒤꿈치점(2)을 지나며, 발바닥을 XY평면 방향에서 내려다보았을 때 중족부 외측 가장 바깥쪽점(3)과 내측 가장 안쪽점(4)을 지나는 점을 연결한 스플라인(Spline) 곡선으로 제작하였다.
- 이를 위해 제6차 한국인 인체치수조사사업에서 수집한 만 60세 이상 69세 이하 남성 189명의 3D 발 스캔 데이터를 가공하여 발바닥의 수평단면 이미지를 수집한 후, 정상발과 평발 유형을 분류하고, 유형을 대표하는 평균 피험자를 20명씩 각각 선정하였다. 선정된 피험자들의 3D 발 스캔 형상에서 수직단면선을 추출한 후 3D 좌표를 측정하였으며, 평균 3D 좌표를 각각 연결하여 평발과 정상발의 유형별 발바닥 곡면을 3D 모델링하였다. 정상발과 평발의 발바닥 곡면은 발아치 형상에서 차이가 있었으며, 평발 유형의 3D 모델링 곡면 위에 정상발 유형의 3D 모델링 곡면을 중합하여 평발에게 정상적인 발아치 곡면을 제공하는 3D 인솔을 모델링하였다.
- 1. 수직단면선 슬라이싱: 3D 발 데이터 위에 XZ평면과 평행한 참조평면을 1mm 간격으로 형성한 후, 3D 폴리건 데이터와 참조평면이 만나는 경계선을 따라 형성된 폴리라인을 슬라이싱하여 수직단면선을 추출하였다. 슬라이싱 과정은 Rapidform 2004를 사용하였다.
- 발바닥의 아치가 낮아 지면과 닿는 발바닥 면적이 많은 평발의 구조적 문제점을 개선하기 위해서는, 신발과 발바닥이 맞닿는 부분에 적절한 아치를 제공할 수 있게 보형물을 삽입하여 발의 편평도를 정상발의 수준으로 높여 주어야 한다. 이를 위해 [Fig. 6](Step.1)에서 제작한 평발 발바닥 곡면과 정상발 발바닥 곡면을 중합하여, 편평한 평발의 발바닥 곡면을 정상 곡률을 가진 발바닥 곡면으로 만들고자 하였다(Fig. 6).
- 본 연구는 의류산업분야에서 웨어러블(wearable)제품의 생산에 3D 기술 적용의 가능성을 확인하고 의류제품에 맞는 효율적인 3D 스캐닝, 3D 모델링, 3D프린팅의 3D 시스템 제작 프로세스를 제안하고자 하였다. 이를 위해 시니어 남성의 3D 발 스캔 데이터를 가공하여, 평발의 발 아치에 적합한 인솔의 3D 모델링을 구현하고, 유연한 재질로 3D 프린팅하여 착용 가능한 시니어 평발용 인솔을 3D 시스템 기반으로 제작하였다. 이와 같은 3D 시스템 프로세스는 기능성 인솔 제품뿐 아니라, 다양한 의류패션분야의 제품설계에서 활용이 가능하다.
- 정상발과 평발의 발바닥 곡면은 발아치 형상에서 차이가 있었으며, 평발 유형의 3D 모델링 곡면 위에 정상발 유형의 3D 모델링 곡면을 중합하여 평발에게 정상적인 발아치 곡면을 제공하는 3D 인솔을 모델링하였다. 인솔 모델은 신발 안에 부착이 가능하며 착용 시 보행에 불편함이 없도록 연질의 아크릴계 레진을 사용하여 SLA 방식의 3D 프린터로 출력하였다. 3D 시스템을 이용하여 시니어 평발용 인솔 제작을 위한 본 연구 프로세스는 [Fig.
- 2. 인솔의 3D 모델링 : 인솔 착용 시 착화감을 높이고 보행 시 발에 가해지는 무게를 흡수할 수 있도록, 평발과 정상발이 맞닿은 중합 곡면의 접합면에 5mm의 쿠션 두께를 추가하였다. 5mm의 쿠션을 더한 후 3D 인솔의 두께는 평발과 정상 발의 Z좌표 값 차이가 가장 컸던 VS3의 중족부 구간(P(35), 5.
- 선정된 피험자들의 3D 발 스캔 형상에서 수직단면선을 추출한 후 3D 좌표를 측정하였으며, 평균 3D 좌표를 각각 연결하여 평발과 정상발의 유형별 발바닥 곡면을 3D 모델링하였다. 정상발과 평발의 발바닥 곡면은 발아치 형상에서 차이가 있었으며, 평발 유형의 3D 모델링 곡면 위에 정상발 유형의 3D 모델링 곡면을 중합하여 평발에게 정상적인 발아치 곡면을 제공하는 3D 인솔을 모델링하였다. 인솔 모델은 신발 안에 부착이 가능하며 착용 시 보행에 불편함이 없도록 연질의 아크릴계 레진을 사용하여 SLA 방식의 3D 프린터로 출력하였다.
- 출력된 3D 인솔의 후처리 작업을 진행하였다. 출력 후 남아 있는 여분의 레진을 제거하기 위하여 알코올에 담근 후 파우더를 뿌려서 표면의 끈적임을 제거하였다.
- 3. 평발용 인솔의 완성: 최종 완성된 평발용 인솔을 YZ, XZ 방향으로 절단해 보면, 평발용 인솔이 신발과 닿는 밑면은 평발 발바닥 곡면의 편평도를 반영하여 굴곡이 없는 상태이고, 착용자의 발이 닿는 윗면은 정상발의 발바닥 곡면을 반영하여 활처럼 휘어진 형태로 설계되었다.
- 각 수직기준선의 기준점은 좌표데이터의 손실을 최소화하면서도 계측의 용이성을 위해 선분 길이를 고려하여 등분점으로 설정하였다. 폴리라인의 길이가 긴 VS3, VS4, VS5, VS6,VS7은 20등분하여 총 21개의 등간격 포인트를, 폴리라인의 길이가 짧은 VS1과 VS9은 기준선을 5등분하여 총 6개의 등간격 포인트를 형성하였다. 또한 폴리라인의 길이가 중간인 VS2은 기준선을 15등분하여 총 16개의 포인트를, VS8은 10등분하여 총 11개의 등간격 포인트를 형성하였다.
대상 데이터
- 3D 발 형상 스캐닝 및 3D 발 치수 자동계측에 사용된 시스템은 ㈜ K&I Technology System의 Nex-Scan2 기종이었으며, 3D 스캔된 발 형상은 포인트 클라우드(Point Cloud)로 수집된 후 폴리건(Polygon) 형태로 저장되었다.
- K&I Technology의 자동계측 프로그램에 의해 총 24개 항목의 치수가 측정되었으며, 60대 남성의 3D 발 형상 데이터 205개 중에서, 자동계측 프로그램에서 측정한 총 24개의 발 관련 항목에 대해 측정 항목별 결측치가 없고, 3D 발 형상에 오류가 없는 189개의 발 스캔 데이터가 연구 자료로 최종선정되었다.
- 발 유형별 평균 발바닥 곡면을 구하기 위해, 60대 남성의 정상발과 평발을 대표할 수 있는 피험자들을 각각 20명씩 선정하였다. 발아치 유형 분류에서 정상 발로 분류된 139명과 평발로 분류된 50명의 자동계측 치수 중에서, 발직선길이(①), 발너비(⑤), 발등높이(⑧), 발등둘레(⑬)의 치수가 한국인 인체치수 조사사업의 60대 남성 전체(n=189) 평균값에 가까운 대표피험자를 각각 20명씩 선정하였다.
- 발바닥 곡면(Sole) 분리: 가공한 수직단면 선을 SL을 따라 두 부분(upper & sole)으로 분리하고, 인솔 제작에 필요한 발바닥 곡면 데이터는 아래 부분의 수직단면선을 사용하였다.
- 발 유형별 평균 발바닥 곡면을 구하기 위해, 60대 남성의 정상발과 평발을 대표할 수 있는 피험자들을 각각 20명씩 선정하였다. 발아치 유형 분류에서 정상 발로 분류된 139명과 평발로 분류된 50명의 자동계측 치수 중에서, 발직선길이(①), 발너비(⑤), 발등높이(⑧), 발등둘레(⑬)의 치수가 한국인 인체치수 조사사업의 60대 남성 전체(n=189) 평균값에 가까운 대표피험자를 각각 20명씩 선정하였다. 선정된 정상발 대표 피험자(n=20)와 평발 대표 피험자(n=20)의 발 치수는 [Table 1]과 같았으며, 60대 남성 평균 발 치수와 통계적으로 유의한 차이는 없었다.
- 발바닥 수평단면도를 분석한 결과, 선행 연구(Kim,2001; Kim, 2003)의 발 지문 분석에서 기준으로 사용한 7개의 기준점과 3개의 기준선이 모두 관찰된 수평선의 높이는 바닥면에서 2mm 높이의 수평단면도(HS3)였다. 발아치 유형에 필요한 기준점을 모두 표시하면서 발아치의 높낮이를 시각적으로 표현하기 위해, 최종적으로 바닥면을 지나는 수평단면도(HS1), 바닥에서 1mm 떨어진 수평단면도(HS2), 바닥에서 2mm 떨어진 수평단면도(HS3)의 3단계로 이루어진 등고선을 발바닥 유형 분석을 위한 데이터로 사용하였다.
- 본 연구는 2012년 제6차 한국인 인체치수 조사사업(SizeKorea)에서 수집한 3D 스캔 자료 중 60대(60~69세) 성인 남성의 3D 발 스캔 데이터를 분석하였다. 3D 발 형상 스캐닝 및 3D 발 치수 자동계측에 사용된 시스템은 ㈜ K&I Technology System의 Nex-Scan2 기종이었으며, 3D 스캔된 발 형상은 포인트 클라우드(Point Cloud)로 수집된 후 폴리건(Polygon) 형태로 저장되었다.
- 본 연구에서 사용한 XFAB 3D 프린터로 한 번에 출력 가능한 모델의 크기는 180×180mm이었다.
- 본 연구는 3D 시스템을 기반으로, 고령화 사회로 인해 급속히 증가하는 시니어 세대를 위한 평발용 인솔을 제작하였다. 이를 위해 제6차 한국인 인체치수조사사업에서 수집한 만 60세 이상 69세 이하 남성 189명의 3D 발 스캔 데이터를 가공하여 발바닥의 수평단면 이미지를 수집한 후, 정상발과 평발 유형을 분류하고, 유형을 대표하는 평균 피험자를 20명씩 각각 선정하였다. 선정된 피험자들의 3D 발 스캔 형상에서 수직단면선을 추출한 후 3D 좌표를 측정하였으며, 평균 3D 좌표를 각각 연결하여 평발과 정상발의 유형별 발바닥 곡면을 3D 모델링하였다.
- SLA 방식의 3D 프린터는 고가이나, 다양한 재료를 사용하여 정밀한 해상도의 출력이 가능하다. 인솔의 3D 프린팅 사출재료로는 발바닥 면에 가해지는 충격을 충분히 완화시킬 수 있도록, 유연한 고무재질의 질감을 구현한 연성 아크릴계 레진(DWS System의 Rubber-like: FLEXA692) 소재를 선정하였다.
- 2(b))를 가공하였다. 총 HS1부터 HS11까지 11개의 발바닥 수평단면도가 제작되었다(Fig. 2(c)).
- 또한 폴리라인의 길이가 중간인 VS2은 기준선을 15등분하여 총 16개의 포인트를, VS8은 10등분하여 총 11개의 등간격 포인트를 형성하였다. 포인트 형성에는 AutoCAD 2011 프로그램이 사용되었으며 총 144개의 포인트가 형성되었으며, 이 점들을 발바닥 3D 좌표데이터로 설정하였다.
데이터처리
- (2014)의 선행 연구를 참고하여, 3D 발데이터를 바닥면에서부터 1mm 간격으로 슬라이싱하여 XY평면과 평행한 11개의 수평단면도를 추출한후, 정상발, 평발, 오목발의 유형 분류에 최적인 수평단면도가 관찰되는 발바닥 높이를 확인하였다. 수평단면도 추출에는 Rapidform 2004 프로그램을 사용하였으며, 폴리건 형태의 3D 발 데이터(Fig. 2(a))를바닥면(XY평면)에서부터 10mm 높이까지 1mm 간격으로 슬라이싱하여 폴리라인(Polyline) 형태의 발바닥 수평단면도(Fig.
이론/모형
- 발 안쪽 점과 발뒤꿈치 안쪽 점을 연결한 스탈크선(Stalk line)과 세 번째 발가락과 발뒤꿈치 중심을 연결한 마이어선(Meyer line)을 긋고, 이 두 선의 이등분선과 발바닥 지문이 닿는 정도에 따라 발의 평발을 판정하는 Meyer & Stalk 방법도 사용된다(Choi, 2005).
- 수직단면선 슬라이싱: 3D 발 데이터 위에 XZ평면과 평행한 참조평면을 1mm 간격으로 형성한 후, 3D 폴리건 데이터와 참조평면이 만나는 경계선을 따라 형성된 폴리라인을 슬라이싱하여 수직단면선을 추출하였다. 슬라이싱 과정은 Rapidform 2004를 사용하였다.
성능/효과
- 시니어의 평발 발생빈도를 살펴보기 위해, 60대 이상 남성의 제6차 사이즈코리아 3D 발 스캔 데이터로부터 발바닥 유형을 분류하였다. 3D 발 스캔 데이터에서 발바닥 수평단면도를 추출하여 발아치 유형을 분석한 결과, 정상발 139명(73.5%), 평발 50명(26.5%), 오목발 0명(0.0%)으로 분류되었다.
- 인솔의 3D 모델링 : 인솔 착용 시 착화감을 높이고 보행 시 발에 가해지는 무게를 흡수할 수 있도록, 평발과 정상발이 맞닿은 중합 곡면의 접합면에 5mm의 쿠션 두께를 추가하였다. 5mm의 쿠션을 더한 후 3D 인솔의 두께는 평발과 정상 발의 Z좌표 값 차이가 가장 컸던 VS3의 중족부 구간(P(35), 5.864mm)에서 10.9mm로 가장 두꺼웠으며, 정상발이 평발보다 발아치 높이가 낮아 평발과 정상발의 Z좌표 값의 차이가 가장 작았던 VS2의 중족부 앞쪽(P(12), -2.416mm)에서 2.8 mm로 가장 얇았다. Solidworks 2012 프로그램으로 인솔의 로프트 피쳐를 3D 모델링하였다.
- 3(c)). 60대 남성(n=189)의 3D 발 스캔 자료로부터 추출한 발바닥 수평단면도를 분석한 결과, 정상발 139명(73.5%), 평발 50명(26.5%)으로 분류되었으며, 오목발 유형은 분류되지 않았다.
- 유형별 발바닥 곡면의 3D 좌표데이터를 종합하면, X좌표에서 3mm 이상 좌표 값의 차이가 나타난 수직기준선은 VS2, VS3, VS4, VS8, VS9으로, 발바닥의 외측 부위와 내측 부위에서 정상발이 평발보다 크며 발가락과 전족부의 길이가 정상발이 평발보다 길었다. Y좌표에서 3mm 이상 좌표 값의 차이가 나타난 수직기준선은 없는 것으로 나타나, 평발과 정상발의 발 너비의 차이는 많지 않음을 확인할 수 있었다. 발바닥 아치 높이 차이를 설명하는 Z좌표의 경우, 3mm 이상 좌표 값의 차이가 나타난 수직기준선은 VS2,VS3, VS4였다.
- 발바닥 외측부의 수직기준선 VS7, VS8, VS9에서 Z 좌표 값이 3mm 이상 차이를 보이는 구간은 없어, 평발과 정상발의 아치 차이는 없는 것으로 나타났다. 다만, VS8의 전족부, 중족부와 VS9의 중족부의 X좌표 값에 차이가 있어 정상발이 평발보다 앞쪽에 위치하는 것으로 나타났다(Table 4).
- 발바닥 외측부의 수직기준선 VS7, VS8, VS9에서 Z 좌표 값이 3mm 이상 차이를 보이는 구간은 없어, 평발과 정상발의 아치 차이는 없는 것으로 나타났다. 다만, VS8의 전족부, 중족부와 VS9의 중족부의 X좌표 값에 차이가 있어 정상발이 평발보다 앞쪽에 위치하는 것으로 나타났다(Table 4).
- 발바닥 중앙부의 수직기준선 VS4, VS5, VS6에서 평발과 정상발의 평균 좌표 값이 3mm 이상 차이를 보인 구간은 VS4의 X좌표(P(44)~P(46))와 Z좌표(P(53)~P(57))였으며, 특히 VS4의 중족부 구간(P(53)~P(57))의 Z좌표 값 차이는 최대 5.185cm로 나타나, 발 유형에 따른 발아치의 높이 차이가 큰 부위임을 알 수 있었다(Table 3).
- 유형별 발바닥 곡면의 3D 좌표데이터를 종합하면, X좌표에서 3mm 이상 좌표 값의 차이가 나타난 수직기준선은 VS2, VS3, VS4, VS8, VS9으로, 발바닥의 외측 부위와 내측 부위에서 정상발이 평발보다 크며 발가락과 전족부의 길이가 정상발이 평발보다 길었다. Y좌표에서 3mm 이상 좌표 값의 차이가 나타난 수직기준선은 없는 것으로 나타나, 평발과 정상발의 발 너비의 차이는 많지 않음을 확인할 수 있었다.
- 발바닥 아치 높이 차이를 설명하는 Z좌표의 경우, 3mm 이상 좌표 값의 차이가 나타난 수직기준선은 VS2,VS3, VS4였다. 정상발과 평발의 아치 높이에 따른 위치 차이는 VS2에서 시작되어 VS3의 중족부에서 최댓값(5.864mm)를 나타냈으며, VS4까지 이러한 경향이 유지되었다. VS5 이후로는 Z좌표 값의 차이가 크지 않아 평발과 정상발의 고유한 발바닥 아치 공간은 발 내측선에서부터 첫째발가락선까지인 발바닥 중족부 안쪽 구간에 위치하고 있음을 알 수 있다.
- 시니어 평발 남성에게 부족한 발아치 굴곡을 추가하기 위해 평발의 발바닥 곡면에 정상발의 발바닥 곡면을 중합하여 평발용 인솔을 3D 모델링하였다. 제작된 3D 인솔 모델은 평발에 필요한 발아치 및 발가락 부위에 정상발의 곡률을 제공할 수 있었다.
- 제작한 평발용 인솔의 3D 모델 크기는 245×100mm이었기 때문에 XFAB 프린터로는 한 번에 출력하는 것이 불가능하였다.
- 3)에서 제작한 평발의 발바닥 곡면과 정상발의 발바닥 곡면을 원점(0, 0, 0)을 기준으로 중합하였다. 중합 결과, 평발과 정상발의 발바닥 내측 아치의 곡률 차이로 인해 나타나는 발바닥의 굴곡이 중합모형에 반영되어 입체적인 커브 곡면 형태를 보였다.
- 발바닥 내측에 위치한 수직기준선 VS1, VS2, VS3의 평균 좌표 값을 살펴보면, VS2에서는 X좌표(P(7)~P(14), P(20)~P(22))와 Z좌표(P(17)~P(22))에서 정상 발과 평발의 좌표 값이 3mm 이상 차이가 나타났으며, VS3에서는 X좌표((P(23)~P(26))와 Z좌표((P(33)~P(38))에서 발 유형 사이에 3mm 이상 차이를 보였다. 특히 VS1~VS9의 모든 기준선들 중 Z좌표 값의 차이가 이 구간에서 가장 크게 나타나, 평발과 정상발의 편평도 차이가 가장 큰 구간이 발바닥 내측선 VS3임을 알 수 있었다(Table 2).
후속연구
- 본 연구에서 발바닥 밑면뿐 아니라 측면을 모두 감싸는 일체형 인솔을 제작하였으나, 이는 신발의 종류 및 디자인에 따라 다양하게 호환되지 못하여 제품 착용 시 한계가 있다. 또한 출력 인솔에 대한 착화 테스트가 이루어지지 않아, 그 효용성 검증에 대한 추가연구가 필요한 것으로 여겨진다. 후속연구에서는 발바닥의 불편 부위의 개별 문제점에 집중하여 탈부착이 가능한 부분 인솔을 제작하여 그 효과를 검증하면 활용도가 높을 것으로 보인다.
- 본 연구에서 발바닥 밑면뿐 아니라 측면을 모두 감싸는 일체형 인솔을 제작하였으나, 이는 신발의 종류 및 디자인에 따라 다양하게 호환되지 못하여 제품 착용 시 한계가 있다. 또한 출력 인솔에 대한 착화 테스트가 이루어지지 않아, 그 효용성 검증에 대한 추가연구가 필요한 것으로 여겨진다.
- 3D 스캔 데이터는 다양한 정보를 가지고 있는 데이터로, 연구 목적에 맞게 다양하게 활용할 수 있다는 점을 시사하고 있다. 평발과 정상발의 형상 차이를 인솔 곡면에 적용한 본 연구의 3D 시스템 제작 프로세스는 새로운 제품시장의 확대가 가능할 것으로 보이며, 시니어 평발을 위한 인솔뿐 아니라 다양한 연령과 발 유형을 위한 맞춤형 인솔 제작에 적용 가능할 것으로 여겨진다.
- 또한 출력 인솔에 대한 착화 테스트가 이루어지지 않아, 그 효용성 검증에 대한 추가연구가 필요한 것으로 여겨진다. 후속연구에서는 발바닥의 불편 부위의 개별 문제점에 집중하여 탈부착이 가능한 부분 인솔을 제작하여 그 효과를 검증하면 활용도가 높을 것으로 보인다.
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