기계/조선

계측과 제어_2020.10 총론 머리말 (p695)

스포츠 퍼포먼스에 공헌하는 3차원 계측 기술
신슈대학 섬유학부 고세키 미치히코(小関 道彦) 교수

1. 머리말
스포츠의 역사는 기록 경신의 역사이기도 하다. 예를 들어 육상 100m 경기의 경우, 국제육상경기연맹이 처음으로 공인한 세계기록은 1912년 스톡홀름 올림픽에서 기록된 10초 6(수동시계)이며, 2020년 현재의 세계기록은 2009년 세계육상경기선수권대회에서 기록된 9초 58(전동시계)로 되어 있다. 약 100년 사이에 약 1초의 기록을 경신했다. 이는 골인 지점에서 10m나 차이가 발생하는 것을 의미한다. 또한 육상경기처럼 수치로서 기록이 남지 않는 기구나 격투기 등의 스포츠도 예전 영상을 보면 현재와는 동작이 크게 다르다는 것을 알 수 있다.

이와 같은 기록의 경신이나 동작의 차이가 발생하는 요인으로서 크게 2가지를 생각할 수 있다. 첫 번째 요인은 선수의 영양 상태의 개선에 따른 체격의 향상이다. OECD(경제협력개발기구)의 조사에 따르면, 사람의 신장의 세계 평균은 근대 올림픽이 시작된 1890년대에는 164.8cm였지만, 1980년대에는 170.2cm까지 커졌다. 이러한 체격의 향상은 근력의 증가를 가져왔고, 스포츠 퍼포먼스의 경신에 크게 공헌하고 있다고 생각된다. 두 번째 요인은 과학적인 트레이닝의 실시다.

과학적인 스포츠 트레이닝을 실시하기 위해서는 동작을 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 빠른 속도로 정지화면을 연속 촬영하는 영화 기술이 19세기 말에 발명되자, 그 기술을 이용해 스포츠 동작의 촬영도 활발하게 이루어지게 되었다. 당초에는 영상을 관찰하기만 했지만 그 후에 2차원적으로 동작을 분석하게 되었고, 현재는 복수의 카메라로 촬영한 정보에 근거해 신체 각 부위에 설치한 마커의 3차원 좌표를 과학적으로 산출할 수 있게 되었다. 이 기술을 광학식 모션 캡처라고 부른다. 요즘에는 가속도 센서가 소형화∙고정밀화되면서 신체 각 부위에 센서를 장착한 관성식 모션 캡처 시스템도 활용되고 있다.

이렇게 신체 운동을 관절 위치의 3차원 좌표의 시계열 변화로서 정량적으로 표현하면, 초보자와 숙련자의 동작 특징의 차이를 분석하는 것이 용이해진다. 지금까지 스포츠 트레이닝은 숙련자가 구두나 실연을 통해 스스로의 경험을 초보자에게 지도하는 것이 주류였지만, 모션 캡처 시스템의 발달로 정량적인 정보에 근거한 지도가 가능해졌다. 현재, 많은 국가의 국가대표팀은 다양한 경기 종목에 대해 이러한 과학적인 트레이닝을 실시하고 있으며, 올림픽∙패럴림픽 등의 세계대회에서 경쟁력 강화를 도모하고 있다. 그리고 사회인 스포츠나 대학 스포츠, 일반 팬 스포츠로까지 그 저변을 확대시키고 있는 것이 현실이다.

이처럼 최고 선수들이 서로 경쟁하는 스포츠를 지원하는 기술로서 공학자가 개발한 계측기술이 활용되고 있다. 그러나 계측하는 경기 종목에 따라서 신체 동작은 그 속도, 범위, 계측의 어려움 등이 크게 달라, 수학으로 뒷받침된 계산식만으로는 해결할 수 없는 문제가 많이 존재한다. 이 때문에 적절한 계측을 하기 위해서는 경기 종목별 최적화가 필요하고, 전세계의 기술자가 연구를 계속하고 있다.

그래서 본 특집에서는 호바라 히로아키(保原浩明, 산업기술종합연구소) 선생님을 게스트 에디터로 초청했다. 또한 3차원 계측기술을 이용해 스포츠 동작을 계측하고, 그 퍼포먼스 향상에 활용하는 것을 검토하고 있는 학술계∙산업계 연구자들이 각각의 연구에 대해 해설한다.

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