[논문]카라테 구미테 정면 지르기의 동작수행시간에 따른 운동학적 시퀀스 패턴

Kim, Tae-Whan; Kim, Mi-Sun; Kim, Joo-Nyeon

doi:10.5103/kjsb.2020.30.3.225

카라테 구미테 정면 지르기의 동작수행시간에 따른 운동학적 시퀀스 패턴
Kinematic Sequence Patterns according to Movement Time of Choku-tsuki in Karate Kumite 원문보기

한국운동역학회지 = Korean journal of sport biomechanics, v.30 no.3, 2020년, pp.225 - 234

Kim, Tae-Whan (Korea Institute of Sport Science) , Kim, Mi-Sun (Korea Institute of Sport Science) , Kim, Joo-Nyeon (Korea Institute of Sport Science)

Abstract ▼ AI-Helper

Objective: The purpose of this study was to investigate the kinematic sequence patterns according to movement times during Karate choku-tsuki. Method: Ten Korea national Karate athletes participated in this study. Participants asked to perform jodan and chudan choku-tsuki. 30 infrared cameras were used to measure angular kinematic of elbow, shoulder, trunk, pelvis, hip, knee, ankle. Results: The two-way repeated measures ANOVA revealed significant effects for the joints (p<.05). But no significant effect for the movement time and interaction of joints x movement time existed for the kinematic sequence variables. Conclusion: For karate kumite players to reduce the movement time of punch, it is necessary to train kinematic sequences that allow each joint to rotate at a relatively similar timing.

주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 1. Movement description and phase definitions of the choku-tsuki.
표 Table 1. Average ± standard deviation of the movement time of choku-tsuki and paired t-test results (unit: sec)
표 Table 2. Average ± standard deviation of the kinematic variables and results of two-way ANOVA with repeated measure during the jodan choku-tsuki in karate kumite
표 Table 2. Average ± standard deviation of the kinematic variables and results of two-way ANOVA with repeated measure during the jodan choku-tsuki in karate kumite (Continued)
표 Table 3. Average ± standard deviation of the kinematic variables and results of two-way ANOVA with repeated measure during the chudan choku-tsuki in karate kumite
표 Table 3. Average ± standard deviation of the kinematic variables and results of two-way ANOVA with repeated measure during the chudan choku-tsuki in karate kumite (Continued)

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 카라테 현장에서 지르기 훈련은 동작수행시간을 줄이기 위해 오직 근파워 훈련에 의존하고 있을 뿐, 타격력 증가에서 자유로운 비타격 종목의 특성을 고려한 기술 훈련은 이뤄지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 카라테 구미테 시합 상황을 시뮬레이션 하여 국가대표 선수가 가장 빠른 지르기를 수행하도록 하고, 동작수행시간에 따른 운동학적 시퀀스를 비교분석 하여 운동사슬을 고려한 훈련 방식을 제안하고자 하였다.
따라서 카라테 선수들은 어떠한 공격 상황에서도 수행시간을 최소화할 수 있는 동작이 나타날 수 있도록 반복적인 운동학습을 실시해야 하며, 이를 위한 최적의 운동학적 시퀀스에 대한 조사가 필요하다. 따라서 본 연구의 목적은 카라테 국가대표 선수가 상단 지르기와 하단 지르기 수행 시 동작수행 시간이 짧은 동작과 긴 동작으로 분류하고, 근위 및 원위 관절의 각운동학 분석을 통해 운동학적 시퀀스 패턴의 차이를 밝히는데 있다.
본 연구는 카라테 구미테 국가대표 선수의 상단 지르기와 중단 지르기 대한 운동학적 분석을 실시하여 동작수행시간에 따른 운동학적 시퀀스 패턴의 차이를 조사하였다. 10명의 선수는 신호에 반응하여 가장 빠른 지르기를 수행하였으며, 이를 동작수행시간이 짧은 지르기(FAST)와 긴 지르기(SLOW)로 분류하여 운동학적 시퀀스 패턴을 분석하였다.
따라서 원위 분절의 빠른 이동을 위해 질량이 큰 근위 분절의 움직임을 우선적으로 이용하는 근위-원위 시퀀스는 비타격 종목인 카라테 구미테의 지르기에서도 타격 종목과 다르지 않고, 동작수행시간 간에도 동일 패턴의 시퀀스를 나타내는 것을 알 수 있었다. 지르기 동작을 분석한 이전 연구자들은 탄도 운동을 지배하고 있는 근위-원위 시퀀스에서 좀 더 세분화된 지르기 형태에 대한 개념의 차별화를 위해 각속도가 증가되는 시점(음의 값에서 양의 값으로 변화되는 시점)을 제안했고(Fuchs et al., 2018; Wagner et al., 2012), 본 연구에서 동작 수행시간에 따른 모션 시퀀싱을 차별화하기 위해 적용하였다.

제안 방법

본 연구는 카라테 구미테 국가대표 선수의 상단 지르기와 중단 지르기 대한 운동학적 분석을 실시하여 동작수행시간에 따른 운동학적 시퀀스 패턴의 차이를 조사하였다. 10명의 선수는 신호에 반응하여 가장 빠른 지르기를 수행하였으며, 이를 동작수행시간이 짧은 지르기(FAST)와 긴 지르기(SLOW)로 분류하여 운동학적 시퀀스 패턴을 분석하였다. 주어진 한 가지 과제에서 두 가지 조건으로 분류하여 미비한 차이를 나타냈음에도 불구하고, 운동학적 시퀀스 패턴에는 명확한 차이가 있었고, 상단 지르기와 중단 지르기 각각의 훈련 방향을 제시하였다.
전역좌표계(global coordinate system)는 지르기 방향을 전후축(anteroposterior axis), 위쪽을 수직축(vertical axis), 그리고 두 축의 수직 방향을 좌우축(mediolateral axis)로 설정하였다. Static trial에서 획득한 마커의 위치데이터를 기반으로 분절 중심점에 지역좌표계(local coordinate system)를 설정하고 Cardan Xyz rotation sequence를 활용하여 각 분절 및 관절의 3차원 각도를 계산하였다. 운동학적 시퀀스 분석을 위해 지르기 시 주먹(손 분절)을 목표물의 방향으로 이동하는데 기여하는 분절 및 관절의 움직임을 산출하였다(Fuch et al.
, 2011): 골반 · 몸통 수직축 회전(pelvis·trunk axial rotation), 어깨 관절 굴곡(shoulder joint flexion), 팔꿈치 신전(elbow joint extension). 각 움직임에 관한 분석변인으로 최대 각도(maximum angle [deg]), 최소 각도(minimum angle [deg]), 최대 각속도(maximal angular velocity [deg/s]), 최대 각속도 발현시간(timing of maximal angular velocity [ms]), 각속도 시작시간(initiation timing of angular velocity [ms]; 최대값 도달 전 각속도가 음의 값에서 양의 값이 되는 시점), 최대 각가속도(maximal angular acceleration [deg/s²]), 최대 각가속도 발현시간(timing of maximal angular acceleration [ms])을 산출하였다. 이때 시간변인은 임팩트 시점을 0으로 하여 산출하였고, 각도변인은 지르기 동작을 수행하기 전, 서기 자세로부터 각도의 변화량을 산출하였다.
카라테 선수에게 부착된 반사마커의 3차원 위치데이터는 Visual3D (C-motion, USA)를 이용해 자료처리를 실시하였다. 각 위치데이터는 Butterworth 2nd order low-pass filter를 사용해 노이즈를 제거하였고, 이때 차단주파수는 6 Hz로 설정하였다. 전역좌표계(global coordinate system)는 지르기 방향을 전후축(anteroposterior axis), 위쪽을 수직축(vertical axis), 그리고 두 축의 수직 방향을 좌우축(mediolateral axis)로 설정하였다.
정면 지르기의 목표물로 고정된 미트를 사용하였고, 실험 전 각 선수가 상단 지르기(jodan choku-tsuki)와 중단 지르기(chudan choku-tsuki) 시 선호하는 거리와 높이에 설치하였다. 동작 수행 전, 충분한 준비 운동과 정면 지르기 동작을 연습할 수 있는 시간을 제공하였다. 카라테는 상대가 있는 대련 스포츠로, 상대의 상태에 따라 반응하여 공격 여부를 결정할 뿐만 아니라, 스스로 공격을 시작하는 것(self-initiated)보다 상대의 동작에 반응하여 공격(reactive) 할 때 동작수행시간이 짧기 때문에(Martinez de Quel & Bennett, 2014), 카라테 구미테의 현장성을 높이고 카라테 선수의 지르기 동작수행시간의 단축을 유도하기 위해 레이저 신호에 반응하여 상단 지르기 및 중단 지르기를 수행하였다.
이때 각 선수들에게는 가장 빠른 지르기를 수행하도록 요구하였으며, 그 이외 별도의 조건을 제시하지 않았고, 이후 동작수행시간 분석을 통해 두 가지로 분류하였다. 모든 카라테 선수는 상단 지르기와 중단 지르기를 각각 6회씩 실시하였으며, 두 지르기의 수행 순서는 무작위로 선정하여 한 가지 지르기 실시 후 다음 지르기를 수행하였다. 이때 지르는 손의 반대 손에 대한 움직임은 제한을 두지 않았다.
연구대상자의 몸통, 골반 및 상 · 하지를 모델링하기 위해 반사마커 48개를 각 분절 및 관절점에 부착하였다.
카라테는 상대가 있는 대련 스포츠로, 상대의 상태에 따라 반응하여 공격 여부를 결정할 뿐만 아니라, 스스로 공격을 시작하는 것(self-initiated)보다 상대의 동작에 반응하여 공격(reactive) 할 때 동작수행시간이 짧기 때문에(Martinez de Quel & Bennett, 2014), 카라테 구미테의 현장성을 높이고 카라테 선수의 지르기 동작수행시간의 단축을 유도하기 위해 레이저 신호에 반응하여 상단 지르기 및 중단 지르기를 수행하였다. 이때 각 선수들에게는 가장 빠른 지르기를 수행하도록 요구하였으며, 그 이외 별도의 조건을 제시하지 않았고, 이후 동작수행시간 분석을 통해 두 가지로 분류하였다. 모든 카라테 선수는 상단 지르기와 중단 지르기를 각각 6회씩 실시하였으며, 두 지르기의 수행 순서는 무작위로 선정하여 한 가지 지르기 실시 후 다음 지르기를 수행하였다.
지르기 동작의 시작시점은 카라테 선수의 앞발과 뒷발에 각각 지면반력기(Kistler 9286BA, Kistler, Switzerland)를 설치하여 움직임이 없는 반응구간에서 나타나는 수직지면반력 값으로 부터 뒷발에 10 N 이상 전이되는 순간으로 설정하였고, 임팩트 순간은 주먹과 목표물의 전후 거리가 가장 짧은 순간으로 설정하였다. 이때 동작수행구간의 소요시간이 가장 짧은 동작을 FAST, 가장 느린 동작을 SLOW로 분류하여, 반응시간을 제외한 동작 수행구간에서 나타나는 운동학적 시퀀스를 비교분석 하였다(Table 1).
각 움직임에 관한 분석변인으로 최대 각도(maximum angle [deg]), 최소 각도(minimum angle [deg]), 최대 각속도(maximal angular velocity [deg/s]), 최대 각속도 발현시간(timing of maximal angular velocity [ms]), 각속도 시작시간(initiation timing of angular velocity [ms]; 최대값 도달 전 각속도가 음의 값에서 양의 값이 되는 시점), 최대 각가속도(maximal angular acceleration [deg/s²]), 최대 각가속도 발현시간(timing of maximal angular acceleration [ms])을 산출하였다. 이때 시간변인은 임팩트 시점을 0으로 하여 산출하였고, 각도변인은 지르기 동작을 수행하기 전, 서기 자세로부터 각도의 변화량을 산출하였다.
각 위치데이터는 Butterworth 2nd order low-pass filter를 사용해 노이즈를 제거하였고, 이때 차단주파수는 6 Hz로 설정하였다. 전역좌표계(global coordinate system)는 지르기 방향을 전후축(anteroposterior axis), 위쪽을 수직축(vertical axis), 그리고 두 축의 수직 방향을 좌우축(mediolateral axis)로 설정하였다. Static trial에서 획득한 마커의 위치데이터를 기반으로 분절 중심점에 지역좌표계(local coordinate system)를 설정하고 Cardan Xyz rotation sequence를 활용하여 각 분절 및 관절의 3차원 각도를 계산하였다.
정면 지르기 수행 시, 연구대상자의 동작에 대한 3차원 운동학적 분석을 실시하기 위해 30대의 적외선 카메라(Oqus700+, Qualisys, Sweden)를 사용하였고, 샘플링율(sampling rate)은 200 Hz로 설정하였다. 연구대상자의 몸통, 골반 및 상 · 하지를 모델링하기 위해 반사마커 48개를 각 분절 및 관절점에 부착하였다.
연구대상자의 몸통, 골반 및 상 · 하지를 모델링하기 위해 반사마커 48개를 각 분절 및 관절점에 부착하였다. 정면 지르기의 목표물로 고정된 미트를 사용하였고, 실험 전 각 선수가 상단 지르기(jodan choku-tsuki)와 중단 지르기(chudan choku-tsuki) 시 선호하는 거리와 높이에 설치하였다. 동작 수행 전, 충분한 준비 운동과 정면 지르기 동작을 연습할 수 있는 시간을 제공하였다.
10명의 선수는 신호에 반응하여 가장 빠른 지르기를 수행하였으며, 이를 동작수행시간이 짧은 지르기(FAST)와 긴 지르기(SLOW)로 분류하여 운동학적 시퀀스 패턴을 분석하였다. 주어진 한 가지 과제에서 두 가지 조건으로 분류하여 미비한 차이를 나타냈음에도 불구하고, 운동학적 시퀀스 패턴에는 명확한 차이가 있었고, 상단 지르기와 중단 지르기 각각의 훈련 방향을 제시하였다. 동작수행시간이 긴 지르기 동작은 근위-원위 시퀀스에 가깝게 나타낸 반면, 동작수행시간이 짧은 지르기 동작은 근위원위 시퀀스에서 일정부분 동시 시작 시퀀스로 조정된 것을 보였다.
카라테 선수의 정면 지르기 동작은 레이저의 아날로그 신호가 들어오는 시점부터 카라테 선수가 지르기 동작을 시작하는 시점까지를 반응구간(reaction phase), 지르기 동작을 시작하는 시점부터 지르기의 임팩트 순간까지를 동작수행구간(movement phase)으로 구분하였다(Figure 1). 지르기 동작의 시작시점은 카라테 선수의 앞발과 뒷발에 각각 지면반력기(Kistler 9286BA, Kistler, Switzerland)를 설치하여 움직임이 없는 반응구간에서 나타나는 수직지면반력 값으로 부터 뒷발에 10 N 이상 전이되는 순간으로 설정하였고, 임팩트 순간은 주먹과 목표물의 전후 거리가 가장 짧은 순간으로 설정하였다. 이때 동작수행구간의 소요시간이 가장 짧은 동작을 FAST, 가장 느린 동작을 SLOW로 분류하여, 반응시간을 제외한 동작 수행구간에서 나타나는 운동학적 시퀀스를 비교분석 하였다(Table 1).
카라테 선수의 정면 지르기 동작은 레이저의 아날로그 신호가 들어오는 시점부터 카라테 선수가 지르기 동작을 시작하는 시점까지를 반응구간(reaction phase), 지르기 동작을 시작하는 시점부터 지르기의 임팩트 순간까지를 동작수행구간(movement phase)으로 구분하였다(Figure 1). 지르기 동작의 시작시점은 카라테 선수의 앞발과 뒷발에 각각 지면반력기(Kistler 9286BA, Kistler, Switzerland)를 설치하여 움직임이 없는 반응구간에서 나타나는 수직지면반력 값으로 부터 뒷발에 10 N 이상 전이되는 순간으로 설정하였고, 임팩트 순간은 주먹과 목표물의 전후 거리가 가장 짧은 순간으로 설정하였다.

대상 데이터

모든 연구대상자는 최근 6개월 이내 상 · 하지 근골격계 상해 병력이 없고, 현재 지속적으로 훈련에 참여하고 있는 선수로 선정하였다.
본 연구의 대상자로 대한민국 카라테 전체급의 국가대표 선수 10명(body mass: 70.40±13.57 kg, height: 168.30±7.65 cm, Career: 7.80±2.62 yrs)이 참여하였다.

데이터처리

두 가지 동작수행시간(movement time)의 차이를 통계적으로 확인하기 위해 대응표본 t 검정(paired t-test)을 실시하였고, 이원반복측정 분산분석(two-way repeated measure ANOVA)를 실시하여 주효과 'Movement time'과 주효과 'Joint', 그리고 상호작용 'Joint × Movement time'을 분석하였고, 사후검정은 Bonferroni correction을 실시하여 운동학적 시퀀스를 분석하였다.
이원반복측정 분산분석 결과 상호작용이 나타날 경우, SLOW와 FAST를 분류하여 요인 'Joint'에 대한 일원반복측정 분산분석을 실시하고, 사후검정을 실시하였다.
카라테 선수에게 부착된 반사마커의 3차원 위치데이터는 Visual3D (C-motion, USA)를 이용해 자료처리를 실시하였다. 각 위치데이터는 Butterworth 2nd order low-pass filter를 사용해 노이즈를 제거하였고, 이때 차단주파수는 6 Hz로 설정하였다.

성능/효과

실제로, 본 연구결과의 상단 지르기와 중단 지르기 모두 근위-원위 시퀀스를 활용한 SLOW에서 모든 관절의 최대 각속도가 더 높은 경향이 나타났다. 그럼에도 불구하고 SLOW에서 몸통이나 어깨, 팔꿈치에서 비교적 지연된 움직임을 보였으며, 결과적으로 동작수행시간이 증가된 것으로 나타났다. 이전 연구에 따르면, 최고 속도나 충격력 면에서 손해를 보더라도 동작수행시간을 짧게 하기 위해서는 근위 분절과 원위 분절의 순차적인 움직임이 아닌 동시에 움직이는 동시동작 시퀀스(simultaneous motion sequence)를 활용해야 한다고 보고되고 있다(Fuchs et al.
, 2011). 따라서 원위 분절의 빠른 이동을 위해 질량이 큰 근위 분절의 움직임을 우선적으로 이용하는 근위-원위 시퀀스는 비타격 종목인 카라테 구미테의 지르기에서도 타격 종목과 다르지 않고, 동작수행시간 간에도 동일 패턴의 시퀀스를 나타내는 것을 알 수 있었다. 지르기 동작을 분석한 이전 연구자들은 탄도 운동을 지배하고 있는 근위-원위 시퀀스에서 좀 더 세분화된 지르기 형태에 대한 개념의 차별화를 위해 각속도가 증가되는 시점(음의 값에서 양의 값으로 변화되는 시점)을 제안했고(Fuchs et al.
상단 지르기는 골반과 몸통, 어깨가 동시 시작하였으며, 중단 지르기는 골반과 몸통이 동시 시작한 후 어깨와 팔꿈치가 동시 시작하였다. 또한 두 지르기 모두 어깨와 팔꿈치의 최소 각도의 증가에 따라 동작수행시간이 증가하는 영향을 나타냈다. 따라서 카라테 구미테 선수가 지르기 유형에 따라 근위와 원위관절을 부분적으로 동시 시작하는 조정된 근위-원위 시퀀스를 의식적으로 수행할 수 있도록 반복적인 지르기 훈련이 필요하다.
상단 지르기와 중단 지르기 모두 골반과 몸통에서 SLOW와 FAST 간에 유의한 차이는 나타나지 않은 반면, 어깨와 팔꿈치는 SLOW에서 유의하게 감소되었다. 또한 상단 지르기와 중단 지르기 모두 동작수행시간과 관절 간에 상호작용을 나타냈다. 여기서 각도변인은 카라테 선수의 서기자세에서 나타나는 각도를 이용해 정규화(normalization) 하여 동작 수행 시 나타나는 각도의 변화량을 산출하였기 때문에, 최소 각도에서 나타난 음의 값(negative value)은 해당 관절의 백스윙(backswing)을 의미한다(Fuchs et al.
또한 최소 각도에서는 상호작용 'Joint × Movement time'을 나타냈고(p<.05), 요인 'Joint'에 대한 반복측정 일원변량분석을 실시한 결과, SLOW와 FAST 모두 유의한 차이를 나타냈다(p<.05).
본 연구결과를 살펴보면 동작수행시간을 줄이기 위해 조정된 근위-원위 시퀀스 패턴을 나타낸 반면, 골반 · 몸통 · 어깨 · 팔꿈치의 움직임 순서가 역전되는 변화는 나타나지 않았다.
, 2018). 본 연구결과를 통해 카라테 구미테 선수들은 동작수행시간을 감소하여 상단 지르기 공격을 성공시키기 위해, 이미 골반과 몸통이 동시 시작하는 조정된 근위-원위 시퀀스를 갖고 있는 반면, 어깨와 팔꿈치의 움직임에 있어서는 일관된 움직임을 보이지 않는 것으로 나타났다. 또한 중단 지르기는 근위-원위 시퀀스와 동시동작 시퀀스 모두 나타냈다.
백스윙은 무술에서 더 긴 동작수행시간을 야기시키는 요인으로 잘 알려져 있으며, 이는 공격에 대한 예측을 가능하게 하고 상대방의 반응을 유발할수 있기 때문에, 지양하는 동작이다. 본 연구에서 카라테 구미테 선수들은 상단 지르기와 중단 지르기 모두 골반과 몸통에서는 앞발의 전진 스텝(forward step)에 의한 미비한 백스윙만 관찰될 뿐, 동작수행시간에 영향을 미치지 않은 조정된 움직임을 나타낸 반면, 어깨와 팔꿈치의 경우 지나친 백스윙이 동작수행시간을 증가시키는 것으로 관찰되었다. 백스윙에 의한 관절가동범위의 증가는 운동학적 시퀀스에 영향을 미치는 모션 특성으로 보고되고 있기 때문에(Fuchs et al.
본 연구의 각속도 시작시간 분석결과에서 동작수행시간에 따른 동일 관절 간의 유의한 차이는 나타나지 않았다. 일정 수준 이상의 경기력을 갖는 우수 선수는 고유의 운동학적 패턴을 유지하기 때문에(VencesBrito et al.
본 연구결과에서 주목해야 할 부분은 최소 각도에서 나타난 유의한 차이에 있다. 상단 지르기와 중단 지르기 모두 골반과 몸통에서 SLOW와 FAST 간에 유의한 차이는 나타나지 않은 반면, 어깨와 팔꿈치는 SLOW에서 유의하게 감소되었다. 또한 상단 지르기와 중단 지르기 모두 동작수행시간과 관절 간에 상호작용을 나타냈다.
하지만 근위-원위 시퀀스를 이용한 동작은 근위 분절의 우선적인 움직임이 일어날 때 원위 분절이 상대적으로 지연된 움직임을 나타내기 때문에, 최고 속도를 발현할 수 있는 장점이 있는 반면, 동작을 완료하는 데까지 소요되는 시간이 길어진다. 실제로, 본 연구결과의 상단 지르기와 중단 지르기 모두 근위-원위 시퀀스를 활용한 SLOW에서 모든 관절의 최대 각속도가 더 높은 경향이 나타났다. 그럼에도 불구하고 SLOW에서 몸통이나 어깨, 팔꿈치에서 비교적 지연된 움직임을 보였으며, 결과적으로 동작수행시간이 증가된 것으로 나타났다.

후속연구

또한, 타점이 높은 상단 지르기 시 몸통 · 골반과 어깨가 동시 시작하는 운동학적 시퀀스 패턴을, 타점이 낮은 중단 지르기 시 몸통과 골반이 동시 시작한 후 어깨와 팔꿈치가 동시 시작하는 운동학적 시퀀스 패턴을 익힐 수 있는 반복적인 훈련이 이뤄져야 한다. 지르기의 동작수행시간을 단축시키기 위해 근파워 증가를 위한 체력훈련과 동시에 이러한 운동학적 시퀀스 패턴을 조정하는 기술 훈련이 더해진다면, 카라테 구미테 선수의 경기력 향상을 기대할 수 있을 것이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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