신발 굽 높이에 따른 활보 특성 및 관절 각도와 신체 궤적의 변화 분석

Abstract

이 논문은 신발 굽 높이에 따른 변화를 활보 특성, 관절 각도 및 신체 부위 궤적의 측면에서 분석한 결과를 다루고 있다. 또한 각각의 변화 요인들 간의 상관관계를 발목의 불편함과 신체의 불균형이라는 두 가지의 근본적 요소를 통해 설명하였다.

기존의 하이힐 보행 분석은 의학적 관점에서의 EMG를 통한 근골격계 변화에 관한 연구나 운동학적 관점에서의 관절 각도와 자세 변화에 관한 연구가 주요 목적이었다. 하지만 이 연구는 하이힐 보행의 특성 분석을 공학적 활용을 위한 목적으로 실시되었다. 신발의 굽 높이가 달라지면 시각적으로 분별할 수 있을 정도의 전반적인 걸음 형태의 변화가 일어난다. 그리고 이러한 변화를 사람은 직관적으로 발견하고 차이를 분별할 수 있다. 이와 같은 관점에서 출발하여, 하이힐 보행 분석을 근육과 관절각 변화가 아닌 신체 부위의 궤적 변화를 중심으로 연구하고 그 특징을 추출하여 시각적으로 드러나는 휴머노이드 로봇 보행 생성과 3D 애니메이션 캐릭터 걸음걸이에 적용하고자 한다.

한편 보행을 통한 신원 인식 시스템이 점점 주목받고 있는 추세이며 이에 관한 연구도 지속적으로 연구되고 있다. 그러나 개인의 보행은 신발의 굽 높이, 가방 착용 여부, 지면 환경 등에 따라 달라진다. 따라서 신원 인식 시스템이 실용적이기 위해서 다양한 상황별 보행 특성 분석이 필수적이며, 그 중에서도 하이힐 착용은 가장 대표적이고 일반적인 상황이라고 볼 수 있다. 이 연구는 이러한 목적을 가지고 하이힐 보행의 변화를 직관적으로 적용하고 구조화할 수 있는 몇 가지 특징으로 요약하고 그러한 특징들의 원인을 기존 연구를 참고하여 논리적으로 설명하였다.

이 연구를 위해서 20세에서 30세 사이의 12명의 여성 피험자가 참가하였으며 1cm의 플랫 신발과 9.8cm의 하이힐을 신고 실험을 실시하였다. 상체에 19개, 하체에 16개의 적외선 마커를 부착하고 Vicon T160 카메라 12대를 가지고 피험자의 움직임을 3차원 좌표를 통해 100Hz로 추적하였다. 굽 높이에 따라 신체 부위의 3차원 궤적을 분석하였고, 궤적을 통해 활보 특성과 관절 각도를 계산하여 하이힐 보행이 가지는 특성을 다각도로 연구하였다.

하이힐을 신은 경우에는 발목의 불편함 때문에 무릎 관절 각도에 변화를 발생시키며 무릎 각도의 변화는 골반과 상체의 궤적과 기울기에 변화를 일으킨다. 또한 활보장이 짧아지게 되어 하체에 비해 전반적으로 상체의 움직임이 커 보이는 결과를 초래한다. 또한 신체의 불균형을 감소시키기 위해 사람은 자연스럽게 양발로 지지하는 시간을 늘려 안정감을 높이며 이러한 특성은 휴머노이드 로봇의 Static Walking 보행 양상과 비슷하다고 사료된다. 몸에 작용하는 전체적인 모멘트를 감소시키기 위해서 낮은 굽의 신발을 신었을 때보다 상체의 회전량을 증가시키게 되며 이러한 결과는 일반적으로 하이힐 보행에서 엉덩이 흔들림이 커 보인다고 말하는 사람들의 인식을 설명할 수 있을 것이다.

위와 같은 결과를 휴머노이드 로봇 또는 애니메이션 캐릭터 보행 생성에 직접적으로 사용할 것이며, 신원 인식 시스템 체계화에 간접적으로 이용될 수 있을 것이다.