태권도 겨루기 경기는 2009년 전자호구(electronic body protector, EBP)가 공식 도입되면서 기술 중심의 득점 판정 체계가 충격 기반의 계량화된 시스템으로 전환되었다(Ahn, 2010; Song, 2011; Hwang, 2017). 전자호구에서는 압력 센서를 이용해 충격량이 측정되고, 특정 임팩트 기준값(threshold)을 초과되는 경우에만 득점이 인정되는 방식으로, 기존 심판 판정의 주관성이 크게 완화되었다(Choi, Oh & Jeon, 2021). 이러한 득점 방식의 변화가 선수들의 기술 빈도, 경기 운영 전략, 차기 형태 등에 직 · 간접적인 영향을 미치면서 태권도 경기의 기술 구조를 변화시키는 중요한 요인으로 작용하였다(Song, 2011; Hwang, 2017; Kim & Yang, 2018; Kim & Ryu, 2020).

전자호구 도입 이전에는 겨룸새 자세에서 뒷발을 앞발 위치로 내딛음과 동시에 앞발로 차는 '발붙여 돌려차기'가 가장 대표적인 공격 기술이었다(Lee & Chin, 2011; Cho & Chung, 2001). 그러나 전자호구의 충격 기반 득점 체계가 도입되면서, 짧은 준비 동작과 빠른 반응 동작을 활용할 수 있는 '앞발 돌려차기'의 사용 빈도가 크게 증가하였다(Park, Oh, Hong, Shin & Song, 2016; Lee & Song, 2020). 이러한 변화는 기술 선택의 우선순위가 속도 · 반응성 중심으로 이동했음을 보여주는 것이며, 실제로 최근에 전자호구 득점 성공을 기준으로 두 기술 간 운동학적 차이를 비교하는 연구도 보고되었다(Ryu, Park, Park Oh & Jung, 2024). 이렇듯, 전자호구 도입과 더불어 태권도 경기에서는 앞발 기반 기술의 급증, 몸통 공격 중심의 전략 변화, 그리고 돌려차기 의존도 증가가 꾸준히 보고되어 왔다(Kim & Yang, 2018; Moon, 2017; Ryu et al., 2024). 그러나 최근 경기 분석 연구(Kim & Ryu, 2020)에서는 돌려차기뿐 아니라 밀어차기의 득점 기여도가 점차 높아지면서, 빠르게 회전하여 타격을 가하는 전통적 돌려차기보다 밀어내는 형태의 차기가 더 효과적인 득점 전략임이 보고되고 있다. 이러한 미는 형태의 차기가 순간적인 타격보다 득점에 유리해진 것은 전자호구 내 앞전필름 센서와 발목 내 자석으로 접촉을 인식시켜 타격 여부를 결정함에 따라 나타난 결과(Ki, Jeong & Lee, 2019)라는 점에서 실제 타격과 단순 접촉을 구분하는 정확도 향상이 무엇보다 중요하다(Ki et al., 2019; Kim & Ryu, 2020).

최근 전자호구의 득점 임팩트 기준값에 대한 적정성 관련 연구(Choi et al., 2021)에서는 실제 국제대회 자료를 통하여 현재 기준값이 성별 · 체급별로 동일하게 적용될 경우 공정성 문제가 발생할 수 있다고 지적하였으며, 돌려차기의 운동역학적 요인이 전자호구 득점에 미치는 영향을 분석하였던 연구(Jia et al., 2024)에서도 단순 충격량 이상의 복합적인 운동역학적 요인(하지관절 각속도, 발의 궤적, 몸통 회전 등)과 득점 성공 간의 밀접한 연관성을 보고하였다. 이것은 전자호구 득점 메커니즘을 이해하기 위해 차기의 세부적인 운동학적 분석이 필수적임을 시사한다. 그럼에도 불구하고 현재 태권도 경기에서는 밀어차기가 득점 효율이 높다는 이유로 널리 사용되고 있으며, 전자호구 도입 이전 강한 회전력과 폭발적 타격을 중심으로 화려한 기술 구사가 특징이었던 태권도 경기는 전자호구 도입 이후 순간 접촉과 점수 획득에만 초점을 둔 경기 양상이 지속되고 있다(Hwang, 2017). 이러한 기술적 변화는 단순히 전략의 다양화라고 보기 보다는 충격 기반 센서 구조가 기술 형태를 왜곡시키고 있다는 문제의식과 맞닿아 있으며, 실제 타격의 강도나 정확성을 온전히 반영하지 못한다는 점에서 개선의 필요성이 제기된다(Ki et al., 2019; Kim & Ryu, 2020). 따라서 현재 전자호구의 득점 성공 및 실패에 따른 하지관절 및 발 분절 특성의 차이를 살펴보고, 이 운동학적 특성이 득점 성공에 미치는 영향을 살펴보는 것은 전자호구 개선에 앞서 문제점 파악이 우선적인 과제라는 측면에서 매우 중요하다. 그리고 득점 인정 기준이 전자호구에 가해진 충격량이라는 점(Ki et al., 2019)에서 체급으로 발생하는 차이는 호구 사이즈에 따른 차이와 동일하므로(World Taekwondo Federation, 2024) 충격량은 결국 운동량 변화량과 같으므로 하지 분절 및 관절의 속도를 고려하여 분석할 필요가 있다.

이에 본 연구는 전자호구 득점 성공과 실패 간에 하지관절 각속도(joint angular velocity), 발 분절 속도(foot segment velocity) 및 그 속도벡터의 공격각도(attack angle of velocity vector)의 차이를 비교하고 이러한 운동학적 변인이 전자호구 득점 성공 여부에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 이때, 본 연구의 가설은 다음과 같다. 첫째, 하지관절 각속도는 전자호구 득점 성공에 영향을 미칠 것이다. 둘째, 발 분절 속도는 전자호구 득점 성공에 영향을 미칠 것이다. 셋째, 발 분절 속도벡터의 공격각도는 전자호구 득점 성공에 영향을 미칠 것이다.

1. 연구 대상

본 연구 대상은 전국대회 입상 경력이 있는 선수 11명(Age: 21.1±0.8 years, Height: 178.7±9.5 cm, Body weight: 63.8±12.3 kg, Career: 11.1±2.6 years)을 모집하였다. 연구 시작 전, 대상자에게 연구 목적과 절차를 안내하고 익명성이 보장됨을 고지한 후, 모든 참여자로부터 자발적 동의를 얻어 연구를 실시하였다.

2. 실험 절차 및 자료 처리

태권도 돌려차기 동작의 3차원 분석을 위해 8대의 비디오 카메라(DSC-RX0 Mark II, Sony Corporation, Tokyo, Japan)를 설치하였으며, 촬영은 초당 120프레임, 1,920×1,080 해상도로 진행하였다. 카메라 간 시간적 오차를 제거하고 동일 프레임 구성을 확보하기 위해 CCB-WD1 Control Box (Sony Corpor- ation, Tokyo, Japan)를 연결하였고, Video Sync 및 Bullet-Time 기능을 활용하여 모든 카메라가 정확히 동일 시점에서 촬영하도록 동기화를 수행하였다. 실험 공간은 공격자의 전방 이동 방향을 +Y축, 우측 방향을 +X축, 수직 방향을 +Z축으로 설정하여 전역좌표계(Global Coordinate System, GCS)를 구성하였다. 차기 수행 전, 모든 참여자에게 충분한 준비운동 시간을 제공하였으며, 실제 경기와 동일한 경기복과 전자호구 및 헤드기어(KPNP, Korea)를 착용하도록 하여 경기와 유사한 조건을 마련하였다. 참가자는 앞발 돌려차기와 발붙여 돌려차기, 뒷발 돌려차기를 무작위로 총 10회 수행하였으며, 이중 전자호구 득점 성공 동작과 실패 동작 각 3회씩 분석에 포함하였다. 이때, 상대 선수의 움직임은 자연스럽게 겨룸새 자세를 유지하도록 안내하였으며, 공격자가 실제 경기에서의 리듬과 동작 패턴을 유지한 상태로 차기를 수행하도록 유도하였다.

태권도 차기 동작의 운동학적 변인을 계산하기 위해 딥러닝 기반 비디오 추적 기법을 활용하는 Theia3D Markerless 시스템(Theia3D Markerless Inc., Canada)을 사용하였다. 이 시스템은 인체 분절을 자동으로 추정하여, <Figure 1>과 같이 각 분절의 좌표계(Segment Coordinate System, SCS)와 관절의 3차원 관절좌표계(Joint Coordinate System, JCS)를 생성할 수 있다. 영상 획득 과정에서 발생할 수 있는 잡음(noise) 제거를 위해 Butterworth 2차 저역 통과 필터를 적용하였다. 이때, 차단 주파수(cut-off frequency)를 산출하기 위하여 FFT (Fast Fourier Transform) 분석을 발 분절의 속도 자료에 대해 실시하였으며, 주파수로 전환된 신호에 대해 PSD (Power Spectral Density)를 계산하였다. PSD 성분은 총 파워의 비율로 표준화하였으며, 누적된 PSD의 99.9% 수준을 신호 특성의 대표 값으로 간주하여 15 Hz로 설정하였다. 이후 주요 운동학적 변인은 Visual3D (C-Motion Inc., USA)를 활용하여 산출하였다.

Figure 1. Global coordinate system used for Taekwondo kicking motion analysis and the human anatomical model defining segment and joint coordinate systems.

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3. 분석 구간

분석 구간은 전자호구의 득점 성공 유무에 따른 차이를 비교하기 위하여 차기의 전 구간을 분석하지 않고, 태권도 돌려차기의 임팩트 구간만을 분석하기 위하여 <Figure 2>와 같이 설정하였으며, 최근 돌려차기 유형 간의 운동학적 비교 연구(Ryu et al., 2024)를 참고하였다. 이때, 차는 다리의 무릎관절이 최대 굴곡된 순간부터 최대 신전 되는 순간 까지를 차기 구간으로 설정하여 분석하였다.

Figure 2. Analysis phase.

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4. 분석 변인

본 연구에서는 주요 하지관절의 각속도, 발 분절의 선속도, 그리고 발 분절 속도벡터 방향을 산출하였다. 먼저, 하지관절 각속도는 관절좌표계를 기반으로 엉덩관절과 무릎관절의 3차원 회전 움직임을 산출하여(Hamill & Ryu, 2003; Winter, 2009) 엉덩관절의 굴곡 각속도(+)와 신전 각속도(-), 내전 각속도(+)와 외전 각속도(-), 내측회전 각속도(+)와 외측회전 각속도(-)를 제시하고 무릎관절의 굴곡 각속도(+)와 신전 각속도(-)를 분석하였다. 또한, 발 분절 선속도는 발 분절의 중심점의 위치를 추적하여 시간에 따른 위치 변화율을 계산함으로써 좌우, 전후, 수직 방향에서의 분절 선속도를 제시하였다. 그리고 발 분절 속도벡터의 방향을 각도로 제시하기 위하여 <Figure 3>과 같이 상대 선수의 몸통 분절좌표계를 생성하였다. 이때, 몸통 분절좌표계의 수직축과 전후축으로 생성한 면을 상대 전자호구의 시상면으로, 전후축과 좌우축으로 생성한 면을 상대 전자호구의 수평면으로 설정하여 각 면에 대한 발 분절 속도벡터의 공격각도를 산출하였다.

Figure 3. Angle of the foot segment velocity vector relative to the opponent's EBP.

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5. 통계 처리

우선, 본 연구의 분석 자료에 대한 정규분포가 만족하는지 확인하기 위하여 정규성 검정을 실시하였으며, 그 결과, Kolmogorov-Smirnov와 Shapiro-Wilk 모두 p > .05를 만족하여 정규성을 확보하였다. 이후 본 연구에서 태권도 전자호구 득점 성공과 실패 간에 하지관절의 각속도, 발 분절 선속도, 그리고 발 분절 속도벡터의 각도를 비교하기 위하여 대응표본 t 검증(paired t-test)를 실시하였다. 이때, 효과크기(Cohen's d)도 함께 제시하였으며, 모든 통계적 유의수준은 α=.05로 설정하였다. 또한, 하지관절의 각속도, 발 분절 선속도, 그리고 발 분절 속도벡터의 각도가 전자호구 득점 성패에 미치는 영향력을 살펴보고자 로지스틱 회귀분석(Logistic Regression Analysis)을 실시하였으며, Hosmer-Lemeshow 검정의 카이제곱 값을 제시하여 모형 적합도를 판단하였다.

1. 하지관절 각속도

<Table 1>은 전자호구 득점 성공과 실패에 따른 돌려차기 시 하지관절의 각속도를 비교한 결과이다. 엉덩관절의 굴곡/신전 각속도와 내측회전/외측회전 각속도는 득점 유무 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 엉덩관절의 외전/내전 각속도는 득점 실패 동작 시 다소 높은 값이 나타났으며, 유의한 차이에 근접하는 경향을 보였다(p = .058). 또한, 무릎관절의 굴곡/신전 각속도는 득점 성공 동작 시 다소 높은 값이 나타났으며, 유의수준에 근접한 차이를 나타냈다(p = .052).

2. 발분절 선속도

<Table 2>는 전자호구 득점 성공과 실패에 따른 돌려차기 시 발 분절의 선속도를 비교한 결과이다. 발 분절의 전후, 수직 선속도는 득점 유무 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었으나, 내외측(좌우) 선속도에서는 득점 성공 시 2.76±0.33 m/s, 실패 시 2.43±0.39 m/s로, 득점 성공 시 유의하게 높은 값을 보였다(p = .026).

3. 전자호구 공격각도

<Table 3>은 전자호구 득점 성공과 실패에 따른 돌려차기 시 발 분절의 공격각도를 비교한 결과이다. 상대 전자호구 기준 수평면에서의 공격각도는 득점 유무 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었으나(p = .051), 시상면에서의 공격각도는 득점 성공 시 34.97±8.71 deg, 실패 시 41.11±4.79 deg로, 득점 성공 시 유의하게 작은 값을 보였다(p = .014).

4. 하지관절 각속도가 득점 성공에 미치는 영향

<Table 4>는 하지관절 각속도 변인이 전자호구 득점 성공에 미치는 영향력을 검증한 결과이다. 이때, 모형의 카이제곱 값은 4.063 (df = 4, p = .398)로 나타나 통계적으로 유의하지 않았다.

5. 발분절 선속도가 득점 성공에 미치는 영향

<Table 5>는 발 분절의 선속도 변인이 득점 성공에 미치는 영향력을 검증한 결과이다. 이때, 모형의 카이제곱 값은 8.098 (df = 3, p = .044)로 나타나 전체 모형이 통계적으로 유의하였으며, Hosmer-Lemeshow 검정 결과는 χ2 = 3.098 (df = 7, p = .876)로 모형의 적합성이 양호한 것으로 확인되었다. 발 분절의 좌우(M/L) 선속도는 득점 성공에 유의한 영향을 미쳤으나(B = -3.155, p = .026), 전후(A/P) 및 수직(S/I) 선속도는 통계적으로 유의한 영향을 미치지 않았다.

6. 공격 각도가 득점 성공에 미치는 영향

<Table 6>은 발분절의 공격각도 변인이 득점 성공에 미치는 영향력을 검증한 결과이다. 이때, 모형의 카이제곱 값은 7.407로 나타나 회귀모형이 통계적으로 유의하였으며(df = 2, p = .025), Hosmer-Lemeshow 검정 결과는 χ2 = 8.006로 모형의 적합성이 양호한 것으로 확인되었다(df = 7, p = .332). 수평면(transverse plane)에서의 공격각도는 유의하지 않았으나(B = 0.071, p = .212), 시상면(sagittal plane)에서의 공격각도는 득점 성공에 유의한 영향을 미쳤다(B = 0.151, p = .049).

본 연구에서는 전자호구 득점 성공과 실패 간에 하지관절 각속도, 발 분절 선속도 및 속도벡터의 공격각도를 비교하였으며, 이 변인들이 전자호구 득점 성공에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.

우선, 하지관절 각속도는 전자호구 득점 성공과 실패 간에 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 득점 성공을 유의하게 예측하지도 못했다. 이것은 전자호구 도입 이후 태권도 경기에서 강한 회전력 기반의 전통적 돌려차기가 점차 감소하고, 빠른 접촉 기반의 차기가 증가했다는 기존 연구(Kim & Yang, 2018; Moon, 2017; Kim & Ryu, 2020)에서도 알 수 있듯이, 하지관절의 강한 회전력을 기반으로 한 차기가 전자호구 득점 성공에 필수적이지 않음을 시사한다. 그럼에도 무릎관절의 신전 각속도가 유의수준 근처의 차이를 보인 점은, 전통적 돌려차기 특성이 일부 반영되었다고 볼 수 있으나, 로지스틱 회귀분석 결과에서도 예측력이 미비하였다는 점에서 돌려차기의 하지관절 회전 범위나 속도 보다는 발에서 전자호구로 전달되는 실제 충격량과 그 방향성이 득점에 더 크게 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 하지관절 각속도는 전자호구 득점 성공에 영향을 미칠 것이라는 첫 번째 가설은 기각되었다.

반면, 발 분절 선속도와 공격각도는 전자호구 득점 성공을 결정하는 주요 요인으로 나타났다. 발 분절 선속도의 경우 수평 방향의 속도가 득점 성공에서 크게 나타났으며, 발이 전자호구 표면과 접촉하는 순간 수평 방향으로의 속도가 득점에 직접적으로 기여했음을 알 수 있다. 특히 발 분절 속도벡터의 공격각도를 살펴보면, 상대 전자호구 시상면에서의 공격각도가 득점 성공을 유의하게 예측하는 것으로 나타남에 따라 공격하는 발의 이동 방향이 전자호구를 향해 수직으로 접근할수록 득점 가능성이 높다는 것을 의미한다. 이것은 전자호구가 압력 기반의 센서를 활용하여 충격량을 감지한다는 점(Choi et al., 2021; Ki et al., 2019)에서 발 분절이 전자호구 표면에 보다 직접적인 형태로 전달될 때 센서 반응이 더 쉽게 발생한다는 것을 의미한다. 또한, 단순 속도나 충격량보다는 발의 궤적이 전자호구 득점에 밀접한 관련이 있다고 보고한 연구(Jia et al., 2024)와 같이 전자호구 기반 득점 체계가 타격의 절대적 강도와 더불어 센서 활성화에 적합한 방향과 접촉 조건을 충족할 때 득점 성공이 용이하다는 구조적 특성을 보여주는 것이다. 따라서 발 분절 속도와 그 속도벡터의 공격각도는 전자호구 득점 성공에 영향을 미칠 것이라는 두 번째와 세 번째 가설은 수용되었다.

이렇듯, 본 연구 결과는 최근 태권도 경기에서 빠른 접촉을 기반으로 한 앞발 위주의 기술과 밀어차기의 사용 빈도가 증가하고, 전통적인 기술이 감소한 현상을 설명하는 데에도 중요한 근거가 될 수 있으며(Hwang, 2017), 밀어차기가 득점 효율이 높고 승리 확률이 높아진다는 연구(Kim & Ryu, 2020)와 같이 전자호구에 직접적으로 닿는 발 분절의 수평 속도와 그 속도벡터의 방향성이 무엇보다 중요한 것으로 판단된다. 이는 선수 지도의 관점에서 강하게 차는 기술보다 전자호구의 득점 범위에 정확하게 정렬된 경로로 발을 접근시키는 기술이 실제 득점에 더 효과적임을 의미하며, 훈련 전략도 이를 고려할 필요가 있다. 또한, 전자호구 개발 측면에서는 발 분절 속도벡터의 정렬이나 실제 충격 방향·강도를 보다 정교하게 구분할 수 있는 센서 알고리즘 개선(Choi et al., 2021)과 기존의 강한 회전력 기반의 돌려차기를 비롯한 화려하고 다양한 차기의 득점 인정이 가능한 센서의 정밀도 향상이 필요하며, 그에 따른 전자호구 득점에 대한 기준값 설정 근거를 마련해야 한다.

한편, 본 연구는 대상자 수(n=11)가 제한적이고, 전자호구 제조업체의 압력센서 배열 구조 및 충격량 역치 값을 확인할 수 없어 득점 메커니즘에 대한 심층 분석에 한계가 있으며, 임팩트 구간만을 분석 대상으로 설정하여 차기 동작 전체에 대한 해석에도 제한이 있다. 향후 대규모 표본과 정밀 측정 시스템을 적용한 후속 연구를 통해 이러한 제한점을 보완할 필요가 있다.

본 연구는 전자호구 득점 성공과 실패에 따라 하지관절 각속도, 발 분절 선속도, 그리고 발 분절 속도벡터의 공격각도를 비교하고, 이들 변인이 득점 성공 여부에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 그 결과, 발 분절의 수평 선속도와 상대 전자호구 기준 시상면에서의 공격각도는 득점 성공과 실패를 유의하게 구분하고(p < .05), 로지스틱 회귀모형에서도 전자호구 득점 성공을 설명하는 중요한 예측 변인으로 나타났다(p < .05). 이를 통하여 발이 전자호구를 향해 수평으로 얼마나 빠르고 정확하게 정렬된 궤적으로 접근하는지가 득점 성공에 핵심적임을 시사하며, 단순히 강하게 차기보다 표적에 정렬된 궤적과 방향을 강조하는 기술 지도와 훈련 전략이 필요하다. 이와 더불어 실제 충격 방향과 강도를 더 정밀하게 구분할 수 있는 전자호구 센서 및 알고리즘 개발이 필요하며, 다양한 차기가 득점으로 인정될 수 있도록 임팩트 기준값과 판정 체계에 대한 재검토가 요구된다.