야구 타격은 다양한 속도와 궤적으로 날아오는 공을 판단한 뒤, 배트(bat)를 가속하여 공에 정확하게 접촉하는 동작이다(Katsumata, 2007). 타격 과정에서 생성되는 배트 스피드는 타구 속도와 비거리에 직접적인 영향을 미치며, 경기력과 밀접하게 관련된 핵심 요인이다(Welch, Banks, Cook & Draovitch, 1995; Orishimo et al., 2024). 특히 배트 스피드가 빠를수록 동일한 타격 조건에서도 더 빠른 타구 속도와 긴 비거리를 만들어낼 수 있기 때문에, 경기 수행 능력을 평가하는 중요한 지표로 활용되어 왔다. 이에 따라 배트 스피드를 향상시키기 위한 운동학적 및 운동역학적 특성을 규명하려는 연구가 지속적으로 수행되어 왔으며, 최근에는 배트 스피드에 영향을 미치는 신체 분절의 움직임과 협응을 밝히려는 시도도 활발하게 진행되고 있다.

배트 스피드는 상지의 움직임만으로 생성되는 것이 아니라, 하지에서 시작된 힘과 운동량이 골반, 몸통, 상지를 거쳐 배트로 전달되는 신체 분절의 연속적인 움직임을 통해 생성된다. Putnam (1993)은 이러한 연속적인 움직임을 운동사슬(kinetic chain)의 개념으로 보고하였으며, Kibler (1995)는 근위 분절에서 원위 분절로 이어지는 효율적인 에너지 전달이 운동 수행력 향상을 위한 중요한 요인이라고 보고하였다. 운동사슬이 효율적으로 이루어질 경우 신체 분절에서 생성된 힘과 운동량이 다음 분절로 순차적으로 전달되어 말단 분절의 속도를 증가시킬 수 있다. 이러한 특성은 야구 타격과 골프 스윙을 비롯한 다양한 회전 운동에서 공통적으로 나타난다(Teu, Kim, Fuss & Tan, 2006). 실제 야구 타격에서도 골반과 몸통의 회전은 배트 스피드와 밀접한 관련이 있으며(Welch et al., 1995), 상지 분절의 회전 역시 배트 가속에 중요한 역할을 하는 것으로 보고되고 있다(Escamilla et al., 2009).

선행연구에서는 주로 골반과 몸통의 회전 또는 상지 분절의 움직임과 같은 운동학적 특성을 중심으로 배트 스피드를 설명하였고(Welch et al., 1995; Escamilla et al., 2009; Dowling & Fleisig, 2016; Orishimo et al., 2024), 타격 동작에서 각 신체 분절의 역할을 이해하는 데 중요한 근거를 제공하였다. 그러나 운동사슬은 특정 분절의 움직임만으로 설명하는 데 한계가 있으며, 각 분절이 순차적으로 연결되는 과정 전체를 함께 고려할 필요가 있다(Hay, 1993; Flyger, Button & Rishiraj, 2006; Hur, Choi & Park, 2013). 실제 야구 타격에서는 리드측 하지(lead-leg)가 지면에 힘을 가하고, 이에 대한 지면반력을 활용하여 골반과 몸통의 회전 속도를 증가시키고, 생성된 힘과 운동량은 상지와 배트로 전달된다. 이러한 신체 움직임은 순차적으로 발생하면서 최종적으로 배트가 가속된다(Ae, Burke, Kawamura & Koike, 2020). 이처럼 운동사슬은 하지와 지면의 상호작용에서 시작되지만, 지금까지의 연구는 운동사슬의 시작 과정보다 결과로 나타나는 골반, 몸통 및 상지 분절의 움직임에 더 많은 관심이 집중되어 왔다(Welch et al., 1995; Escamilla et al., 2009; Orishimo et al., 2024). 특히 Orishimo 등 (2024)은 하지의 운동역학적 특성과 배트 스피드와의 관계를 규명하였으나, 하지에서 시작된 움직임이 이후에 나타나는 신체 분절의 각속도를 함께 고려하여 배트 스피드의 관계를 분석하지 않았다. 그러므로 야구 타격 시 리드측 하지에서 나타나는 운동역학적 특성과 골반, 몸통 및 상지 분절의 회전 속도가 배트 스피드와 각각 어떠한 관계를 가지는지 종합적으로 분석하는 것은 운동사슬 관점에서 배트 스피드가 형성되는 과정을 이해하는 데 필요하다.

따라서 본 연구의 목적은 엘리트 야구 선수를 대상으로 리드측 하지의 운동역학적 변인과 신체 분절 각속도가 배트 스피드와 각각 어떠한 관련성을 가지는지 분석하는 것이다. 이를 통해 야구 타격 시 리드측 하지의 운동역학적 특성과 신체 분절의 회전 특성이 배트 스피드와 어떠한 관련성을 가지는지 확인하고, 타격 수행력 향상을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.

1. 연구대상자

본 연구의 대상자는 대한야구위원회(KBO)에 등록된 엘리트 야구 선수 총 23명을 선정하였다(21.87±1.19 years, 180.22 ±3.82 cm, 82.70±7.32 kg). 모든 대상자는 최근 12개월 이내 하지 또는 상지의 근골격계 손상 및 수술 이력이 없었으며, 실험에 영향을 줄 수 있는 신경근계 질환이 없는 선수들로 제한하였다. 본 연구는 대학기관생명윤리위원회의 승인(7001066-202507-HR-048)을 받은 후 진행하였다.

2. 실험방법

본 연구에서는 엘리트 야구 선수의 타격 동작 중 나타나는 운동학적 및 운동역학적 특성을 분석하기 위하여 3차원 모션 캡처 시스템과 지면반력기를 이용하여 데이터를 수집하였다. 신체 분절의 움직임 측정을 위해 8대의 적외선 카메라(Vero 2.2, Vicon, Oxford, UK)를 사용하였으며, 샘플링 주파수는 200 Hz로 설정하였다. 지면반력 측정을 위해 2대의 지면반력기(BMS464508-2K, AMTI, Watertown, MA, USA)를 사용하였고, 샘플링 주파수는 1,000 Hz로 설정하였다. 모든 장비는 Vicon Nexus software를 통해 동기화하여 측정하였다. 전역좌표계는 X축을 신체의 전후 방향, Y축을 타격 방향, Z축을 수직 방향으로 설정하였다. 인체 분절의 움직임을 정밀하게 추적하기 위해 Plug-in-Gait 모델을 기반으로 직경 19 mm의 반사마커 47개를 부착하였으며, 반사마커는 두부, 몸통, 골반, 상지 및 하지의 주요 해부학적 기준점에 부착하였다. 또한 배트의 움직임을 분석하기 위해 배트 헤드 부위에 2개, 노브(knob) 부위에 1개의 반사마커를 추가로 부착하였다. 마커 부착 후 정적 자세(static trial)를 측정하여 각 대상자의 지역좌표계를 설정하였다.

모든 연구대상자는 본인이 평소 사용하던 개인 배트를 사용하여 실험에 참여하였다. 본 실험에 앞서 충분한 스트레칭과 자유 스윙을 실시하여 평소와 유사한 타격 동작이 이루어지도록 하였다. 이후 양발이 각각 별도의 지면반력기 위에 위치하도록 스탠스를 취한 상태에서 티(tee) 위에 고정된 공을 타격하였다. 모든 대상자에게 평소 수행과 유사한 자연스러운 타격 동작을 수행하도록 지시하였으며, 각 대상자는 총 5회의 타격을 실시하였다. 이 중 미스 샷이 발생한 경우에는 성공적인 시도가 5회 확보될 때까지 추가로 시행하였다. 성공적으로 수행된 5회의 trial 중 각 대상자가 타격 수행감을 기준으로 가장 잘 수행되었다고 판단한 1회와 가장 좋지 않았다고 판단한 1회를 제외하고, 나머지 3회의 trial을 최종 분석에 사용하였다. 이때 타격 수행감은 타격 직후 선수 본인이 공을 정확하게 타격하였다고 느낀 정도를 의미하며, 별도의 정량적 평가척도는 사용하지 않았다. 최종 선정된 3회의 trial에서 각 분석 변인의 값을 각각 산출하였으며, 3회에서 산출된 값을 평균하여 각 대상자의 최종 대표값으로 사용하였다.

3. 데이터 처리

수집된 위치 데이터와 지면반력 데이터는 고주파 노이즈를 제거하기 위해 4차 Butterworth low-pass filter를 적용하여 필터링하였으며, 차단주파수는 잔차 분석을 통해 결정하였다. 지면반력 데이터 또한 동일한 필터링 방법을 적용하여 처리하였다. 분절의 운동학적 변인은 Kwon3D XP를 이용하여 산출하였다. 골반, 몸통, 상완 및 lead forearm의 각속도는 전역좌표계를 기준으로 산출된 각속도의 Z축 성분을 사용하였으며, 이는 수평면에서 나타나는 각 분절의 회전 속도를 나타낸다. 각 분절의 각속도는 사전에 정의된 각 타격 이벤트 시점에서의 순간 각속도 값을 추출하였으며, 각 이벤트에서 산출된 값 중 가장 큰 값을 해당 분절의 각속도로 정의하여 분석에 사용하였다. 또한 회전 방향보다 각속도의 크기에 초점을 두기 위해 산출된 값의 절대값을 사용하였다.

배트 스피드는 배트 헤드에 부착된 반사마커의 3차원 위치 좌표를 기반으로 계산하였다. 위치 데이터를 시간에 대해 1차 미분하여 순간 속도를 산출하였다. 본 연구에서는 타격 동작의 주요 시점에서 나타나는 배트 스피드를 분석하기 위해 앞발 착지, 임팩트 및 팔로우스루를 분석 이벤트로 설정하였다. 팔로우스루는 임팩트 이후에도 스윙 동작이 연속적으로 이루어지는 특성을 고려하여 분석 이벤트에 포함하였다. 각 이벤트 시점에서 배트 스피드를 산출하였으며, 세 분석 이벤트에서 산출된 값 중 가장 큰 값을 해당 trial의 대표 배트 스피드로 사용하였다. 앞발 착지 시점은 리드측 발의 뒤꿈치가 지면에 닿는 시점으로 정의하였으며, 임팩트는 배트와 공이 최초로 접촉하는 시점으로 정의하였다(Figure 1). 또한 팔로우스루(follow-through)는 배트가 지면과 수평을 이루는 시점으로 정의하였다. 지면반력 자료는 리드측 하지에 대해 분석하였다. 본 연구에서는 앞발 착지 이후 리드측 하지의 체중 지지와 신전 작용에 초점을 두어 수직 지면반력을 분석 변인으로 선정하였으며, 앞발 착지부터 임팩트까지의 구간에서 최대 수직 지면반력을 산출하였다. 모든 지면반력 값은 대상자 간 비교를 위해 체중으로 정규화하였다.

Figure 1. Representative motion capture images of the analysis events.

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하지관절 모멘트는 동기화된 운동학 자료와 지면반력 자료를 이용한 역동역학 분석을 통해 산출하였다. 본 연구에서는 앞발 착지 이후 리드측 하지의 신전 작용에 초점을 두어 리드측 고관절과 무릎관절의 시상면 신전(extension) 모멘트를 분석 변인으로 선정하였다. 앞발 착지부터 임팩트까지의 구간에서 각 관절의 최대 신전 모멘트를 추출하여 분석에 사용하였으며, 산출된 관절 모멘트는 대상자 간 비교를 위해 체중으로 정규화하였다.

4. 통계분석

통계분석은 MATLAB (R2025b, MathWorks Inc., Natick, MA, USA)를 이용하였다. 배트 스피드와 분절 각속도는 각 trial에서 사전에 정의된 타격 이벤트 시점의 값을 산출한 후, 세 분석 이벤트에서 산출된 값 중 가장 큰 값을 해당 trial의 대표값으로 사용하였다. 이후 최종 선정된 3회 trial의 대표값을 평균하여 각 대상자의 최종 대표값으로 사용하였다. 리드측 하지의 운동역학적 변인은 각 trial의 설정된 분석 구간에서 최대값을 산출한 후, 최종 선정된 3회 trial의 값을 평균하여 각 대상자의 대표값으로 사용하였다. Lilliefors 검정과 Jarque-Bera 검정을 실시하여 정규성을 검정하였으며, 두 검정 중 하나라도 정규성 가정을 만족하지 않는 것으로 나타난 변인은 정규성을 만족하지 않는 것으로 판단하였다. 정규성 가정을 만족하지 않는 변인이 포함되어 있어 리드측 하지의 운동역학적 변인과 분절 각속도 그리고 배트 스피드 간의 관계를 분석하기 위해 Spearman 순위상관분석을 실시하였다. 상관계수의 크기는 매우 약함(0.00-0.19), 약함(0.20-0.39), 보통(0.40-0.59), 강함(0.60-0.79), 매우 강함(0.80-1.00)으로 해석하였다(Evans, 1996). 모든 통계적 유의수준은 .05로 설정하였으며, 배트 스피드와 7개의 운동학적 및 운동역학적 변인 간 다중비교에 따른 제1종 오류를 통제하기 위해 Bonferroni 보정(.05/7 = .007)을 추가로 적용하였다. 또한 상관분석에서 유의한 관계가 확인된 변인(골반 및 lead forearm 각속도)을 예측변인으로 하는 다중선형회귀분석을 실시하여 배트 스피드에 대한 설명력을 확인하였다.

연구대상자의 배트 스피드 및 각 운동학적 및 운동역학적 변인의 평균과 표준편차, 그리고 각 변인과 배트 스피드 간의 Spearman 순위상관분석 결과는 Table 1과 같다. 정규성 검정을 실시한 결과, 몸통 각속도, 상완 각속도, lead forearm 각속도는 정규성 가정을 만족하지 않는 것으로 나타나(p < .05), 리드측 하지의 운동역학적 변인과 분절 각속도가 배트 스피드와 갖는 관계는 Spearman 순위상관분석을 이용하여 분석하였다. 골반 각속도(ρ = .59, p = .003)와 lead forearm 각속도(ρ = .63, p = .001)는 배트 스피드와 유의한 정적 상관관계를 나타냈으며, Evans (1996)의 기준에 근거할 때 상관의 강도는 각각 보통 수준과 강한 수준에 해당하였다. 반면 몸통 각속도, 상완 각속도, 최대 수직 지면반력, 고관절 최대 신전 모멘트, 무릎관절 최대 신전 모멘트는 배트 스피드와 유의한 상관관계를 나타내지 않았다. 골반과 lead forearm 각속도를 예측변인으로 하는 다중선형회귀분석 결과, 회귀모형은 통계적으로 유의하였으며(F(2,20) = 8.31, p = .002), 배트 스피드 변량의 45.4%를 설명하였다(R2 = .454, adjusted R2 = .399). 개별 예측변인의 회귀계수는 골반 각속도(β = 0.015, p = .030)와 lead forearm 각속도(β = 0.005, p = .008) 모두 통계적으로 유의하였다(Figure 2). 아울러 Bonferroni 보정 기준(.007)을 적용하였을 때에도 골반 각속도(p = .003)와 lead forearm 각속도(p = .001)의 상관관계는 유의성을 유지하였다(Figure 2).

Figure 2. Multiple regression of pelvis and lead forearm angular velocity with bat speed (R2 = .454, n = 23)

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본 연구는 엘리트 야구 선수를 대상으로 리드측 하지의 운동역학적 변인과 분절 각속도 및 배트 스피드 간의 관계를 분석하였다. 본 연구 결과, 골반 각속도와 lead forearm 각속도는 배트 스피드와 유의한 정적 상관관계를 나타냈지만, 리드측 하지의 운동역학적 변인과 몸통 각속도는 유의한 관계가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 타격 시 골반과 lead forearm의 회전 속도가 배트 스피드와 관련될 가능성을 보여준다.

야구 타격 시 신체 분절의 움직임은 하지, 골반, 몸통, 상지와 배트가 연속적으로 관여하는 운동사슬의 관점에서 설명되어 왔다(Putnam, 1993). 또한 선행연구에서는 골반과 몸통의 회전 및 상지 분절의 움직임이 배트 스피드와 관련된다고 보고하였다(Welch et al., 1995; Escamilla et al., 2009; Orishimo et al., 2024). 다만 본 연구에서는 분절 간 각속도의 발생 순서, 시간차 또는 에너지 전달을 직접 분석하지 않았으므로, 본 연구의 결과는 운동사슬의 효율성을 직접적으로 의미하기보다는 골반과 lead forearm의 회전 속도가 배트 스피드와 관련되어 있음을 보여주는 결과로 해석하는 것이 적절하다.

본 연구에서는 리드측 하지의 운동역학적 특성과 골반 각속도가 배트 스피드와 어떠한 관련성을 가지는지 분석하였다. 리드측 하지의 수직 지면반력과 고관절 및 무릎관절 신전 모멘트는 배트 스피드와 유의한 상관관계를 나타내지 않았다. 반면 골반 각속도는 배트 스피드와 유의한 정적 상관관계를 나타냈으며, 그 상관성의 강도는 보통 수준에 해당하였다. 골반은 하지와 몸통을 연결하는 분절로서 타격 동작에서 중요한 회전 요소로 보고되어 왔다(Cole & Grimshaw, 2016). 본 연구의 결과는 골반의 회전 속도가 배트 스피드와 관련될 가능성을 보여주며, 골반 회전과 배트 스피드의 관련성을 보고한 선행연구(Welch et al., 1995; Orishimo et al., 2024)와 유사한 경향을 나타낸다. 그러나 본 연구는 상관관계 분석이므로 골반의 회전이 이후 분절의 회전이나 배트 스피드를 직접적으로 증가시켰다고 해석할 수는 없다.

Lead forearm 각속도 역시 배트 스피드와 유의한 정적 상관관계를 나타냈으며, 상관의 강도는 강한 수준에 해당하였다. 전완은 배트와 직접 연결되는 말단 분절로서 타격 과정에서 배트의 움직임과 밀접하게 관련되어 있다(Putnam, 1993; Szymanski et al., 2006; Tabuchi, Matsuo & Hashizume, 2007). 따라서 본 연구에서 확인된 lead forearm 각속도와 배트 스피드의 관련성은 타격 시 전완의 회전 특성이 배트 스피드와 관련될 가능성을 보여준다. 특히 골반과 lead forearm에서 모두 배트 스피드와 유의한 관계가 확인되었다는 점은 서로 다른 위치의 신체 분절 회전 특성이 배트 스피드와 관련될 수 있음을 보여준다. 다만 이러한 결과만으로 분절 간 운동량 전달이나 운동사슬 전체의 효율성을 판단하기에는 제한이 있다.

반면 몸통 각속도와 본 연구에서 분석한 리드측 하지의 운동역학적 변인은 배트 스피드와 유의한 관계를 나타내지 않았다. 이러한 결과를 해당 분절이나 하지의 중요성이 낮다는 의미로 해석하기에는 한계가 있다. 특히 본 연구에서는 리드측 하지 운동역학적 변인으로 수직 지면반력과 고관절 및 무릎관절의 신전 모멘트만을 분석하였다. 야구 타격은 회전 운동의 특성을 포함하므로 고관절 회전 모멘트, 발목관절 모멘트, 지면반력의 전후 및 좌우 성분과 이에 따른 ground reaction moment 등이 배트 스피드와 관련될 가능성을 배제할 수 없다. 또한 본 연구에서는 분절 간 각속도의 발생 순서와 시간차(time lag), 관절 파워 및 에너지 전달을 직접 분석하지 않았다. 따라서 향후 연구에서는 이러한 변인과 시간적 특성을 함께 분석하여 하지의 운동역학적 특성과 분절 회전 및 배트 스피드 간의 관계를 보다 구체적으로 확인할 필요가 있다. 또한 분석 trial 선정 과정에서 선수의 주관적인 타격 수행감을 기준으로 하였으며, 별도의 정량적 평가척도를 적용하지 못한 제한점이 있다. 향후 연구에서는 객관적 또는 정량적 기준을 함께 적용하여 trial 선정의 재현성을 높일 필요가 있다. 아울러 본 연구는 23명의 엘리트 선수를 대상으로 하였기 때문에 통계적 검정력의 제한도 고려할 필요가 있다.

이러한 결과는 현장에서 배트 스피드와 관련된 신체 분절의 회전 특성을 이해하는 데 기초 자료로 활용될 수 있다. 특히 골반과 lead forearm의 각속도가 배트 스피드와 유의한 관련성을 나타냈다는 점을 고려할 때, 향후 훈련 연구에서는 이들 분절의 회전 특성과 배트 스피드 변화의 관계를 추가적으로 검토할 필요가 있다.

본 연구에서는 엘리트 야구 선수의 리드측 하지 운동역학적 변인과 분절 각속도 및 배트 스피드 간의 관계를 확인하였다. 골반 각속도와 lead forearm 각속도는 배트 스피드와 유의한 정적 상관관계를 나타냈으며, 본 연구에서 분석한 리드측 하지의 운동역학적 변인과 몸통 각속도는 유의한 관계를 나타내지 않았다. 이러한 결과는 골반과 lead forearm의 회전 속도가 엘리트 야구 타격의 배트 스피드와 관련된 분절 요인일 가능성을 보여준다. 다만 본 연구에서는 분절 간 시간적 순서와 에너지 전달을 직접 분석하지 않았으므로, 운동사슬의 효율성에 대한 해석에는 제한이 있다.