안녕하세요!!! 토끼쌤(
)입니다~
)입니다~오늘 제가 소개할 내용은 스포츠와 인공지능 기술을 융합해서 태권도 품새 점수를 판정하는 태권도 품새 평가 프로그램을 만든 경험을 공유하고자 합니다!
제가 가르치는 학생들은 고등학교 1학년 때 하나의 주제를 선정하여 1년 동안 연구 과정을 수행하고 학년말에 결과를 발표합니다. 그 중에서 연구 과정에 대해 설명하도록 하겠습니다~
1. 연구 주제 선정
우선 학생들은 1년 동안 꾸준히 연구를 수행해 본 경험이 없다는 특징이 있습니다. 그렇기에 주제가 너무 어렵거나 낯설다면 학생들이 연구 수행을 하기 어렵다는 문제가 있습니다.
학생들이 1년 동안 하나의 주제를 깊이 있게 탐구해야 한다면, 그 주제는 실생활에서 찾는 것이 옳다고 생각했고 체육 수업 시간에 배우고 있는 태권도가 가장 적합하다고 생각했습니다. 학생들이 수행 평가를 위해 태권도의 품새를 서로 봐주고 연습하는데 혼자 연습하더라도 피드백을 줄 수 있는 영상 분석 프로그램을 만들면 어떨까 했습니다. 당연히 학생들이 쉽게 접근할 수 있도록 성능이 좋은 카메라 보다는 핸드폰 카메라나 웹캠 수준으로도 작동이 되는 것을 목표로 삼았습니다.
2. 영상 분석 인공지능 모델 선정
영상 분석을 하는 프로그램은 많지만, 우리의 의도에 맞게 분석해 주는 프로그램이 없어 직접 제작하기로 하였습니다! 가장 쉽게 할 수 있는 게 색 기반 대상 추적(HSV 색공간 변환) 알고리즘이지만, 이 경우에는 사람의 관절에 배경과 다른 대상의 색을 배치해야 쉽게 추적할 수 있습니다. 학생들이 쉽게 접근할 수 있는 경우가 아니기에 이 알고리즘 모델은 아쉽다고 판단했습니다. 그래서 선택한 것이!! 바로 blazepose입니다. blazepose는 구글에서 제공하는 인공지능의 한 모델이며, 영상에 보이는 신체의 각 관절을 자동으로 표시해주며(아래 그림과 같이), 발차기와 같은 동작을 자동으로 추적할 수 있게 해줍니다.
3. 품새 평가 시스템 설계
품새 평가 점수 산정은 실제로 국제 및 국내 경기에서 어떻게 평가하는지를 대한태권도회 규정을 참고하여 정하였습니다. 아래는 평가 방법에 대한 예시입니다!
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시선이 정면을 향하는가?
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시선과 땅 사이 각도
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각도: 이상, 점수: 5, 가중치: 0.15
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시선이 다리와 같은 방향을 향하는가?
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시선 방향 - 땅 - 차는 발의 발끝 각도
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각도: 이하, 점수: 10, 가중치: 0.05
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발차기 각도가 어느 정도인가?
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차는 발의 머리 - 허리 - 발끝 각도
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각도: 이하, 점수: 15, 가중치: 0.4
4. 카메라 설정
학생들이 활용할 프로그램이기 때문에 고가의 카메라나 3차원 카메라를 사용할 수는 없었어요. 그래서 컴퓨터에서 실시간으로 볼 수 있는 웹캠을 이용했습니다. 물론 핸드폰으로도 가능하답니다.
카메라는 아래 그림처럼 배치했어요~
5. 프로그램 작동 모습
사람이 서있으면 그림처럼 자동으로 관절을 인공지능이 설정해주고, 움직일 때에도 자동으로 추적이 되었어요.
발차기의 그림에 대한 점수를 표로도 얻고 가시화해서 쉽게 볼 수 있도록 아래 그림처럼 해 두었어요.
6. 프로그램 정확도 평가
물론 학생들이 품새 평가 기준을 세웠지만, 그게 정확한지 알 수가 없잖아요? 그래서 학교에서 평가를 담당하고 계시는 잘 생기고 빛이 나는 체육 선생님에게 영상을 보내 채점한 점수를 보내달라고 했어요! 그리고 얼마나 일치하는지 통계적으로 살펴보았답니다. 다행히도 많이 일치하고 있다고 판단되어 체육 선생님도 해보시겠다고 프로그램을 가져가셨어요~
꼭 태권도가 아닌 다른 스포츠 종목에도 적용할 수 있어 유용한 프로그램이라고 자화자찬도 했답니다!
글을 마치며…
다행히도 학생들이 1년 동안 연구를 잘 수행해 주었고, 체육 선생님을 비롯한 많은 분들의 도움으로 잘 진행되었어요. 프로그래밍 작성에서 어려움이 있을 때는 ChatGPT를 이용해 피드백을 받고 코드를 하나씩 수정하면서 해결해 나가 교사가 꼭 프로그래밍을 잘할 필요가 없더라고요(참 다행입니다^^). 어떻게 보면 연구 지도는 학생들이 자유롭게 해볼 수 있도록 안내하는 정도이기에, 저는 그저 학생들이 점점 성장하는 모습을 보며 즐거운 시간을 보냈습니다. 모쪼록 이 글이 다른 분들에게도 도움이 되었으면 합니다!