인간공학적 제품 설계는 대상 사용자의 인체 형태와 치수 등 인체 특성을 반영해야 하며, 사용 목적에 따라 대상 집단의 체형 특성을 정확히 파악하는 것이 중요하다. 성별 및 연령대별 체형을 고려한 제품 개발은 소비자에게 우수한 착용감과 사용 편의성, 동작 용이성을 제공함으로써 제품의 경쟁력을 높일 수 있다. 대상 집단의 체형 특성을 반영한 3차원 인체 형상 모델은 패션 산업은 물론 다양한 인간공학적 제품 설계에 활용될 수 있는 기초 자료로서 중요하며, 특히 IT 기술 기반의 설계 및 적합성 평가 과정에서 활용하기 위해 체형 분석 결과와 함께 제시될 필요가 있다.

체형 분석 방법은 직접 측정치를 통계적으로 분석하는 방법과 간접 측정치를 활용하여 시각적으로 유형을 분류 방법이 있다(Lee and Nam, 2004). 시각적 체형 분류 방법은 관련 전문가가 사진 관찰을 통해 개인의 체형을 분류하는 방법으로 개인의 인체 형태를 직접적 확인한다는 장점이 있으나 주관적 평가로 결과의 변동성이 크다는 단점이 있다(Kim, 2015). 통계적 분류 방법은 인체 측정치를 요인분석과 군집분석을 통해 체형을 유형화하는 방법으로 객관적인 분석 방법이나 인체 형태를 직접 보지 않고 수치로 결정한다는 단점이 있다. 시각적 관찰법과 통계적 분석법을 함께 사용할 경우 개인의 체형 유형의 크기와 형태적 특징을 구체적으로 파악할 수 있다. 통계적 방법은 직접 측정치를 단순 산술 평균을 비교하는 방법으로 이를 보완하기 위해서는 분석치에 대한 상관관계나 항목간 변동성을 반영하는 분석법을 적용할 필요가 있다.

주성분 분석(PCA: Principal Components Analysis)을 통한 인체치수는 체형의 변동성을 포괄적으로 설명하여 통계 분석에서 도출된 단순 산술 평균보다 부위 간 상관관계나 신체 전체의 변동성을 잘 반영하게 된다. PCA는 변수 간 상관관계를 유지하면서 체형 변동성을 가장 잘 설명하는 독립적인 축을 도출할 수 있어 다변량 인체치수 분석에 적합하다. 주성분 분석은 분산이 큰 방향을 주성분으로 설정하여 차원을 축소해도 데이터가 가진 고유한 정보와 패턴을 최대한 보존하여 인체치수 항목을 활용한 체형의 변동성을 설명함으로써 통계적 체형 분류 방법의 단점을 보완할 수 있다. 또한 인체 데이터를 2차원 또는 3차원 도표와 같은 저차원 공간으로 시각화함으로써 데이터 해석과 탐색을 간소화할 수 있으며, 주성분에 집중하여 데이터의 노이즈나 중복 정보를 제거하여 군집의 구조를 파악하는데 유용하다. 주성분 분석을 통해 도출한 주성분은 전체 체형 변동성의 주요 방향과 구조를 반영하기 때문에, 연령대별 실제 체형 특성을 보다 명확히 파악할 수 있으며, 이를 기반으로 한 대표 인체 형상은 제품 설계에 더 효과적이고 실용적으로 활용될 수 있다. Lee et al. (2024)은 주성분 분석을 통해 한국인 3차원 얼굴 형상을 5개 치수 체계(medium, small, large, short & wide, and long & narrow)로 분류하고 치수 체계 별 대표 머리 형상 헤드폼을 개발하였다. 개발 헤드폼의 5개 치수 체계는 한국인의 얼굴 형상을 남성 96%, 여성 96.2%를 수용하는 것으로 파악되었다. Choi (2016)은 청소년의 3차원 인체 형상 자료를 주성분 분석하고 남녀 연령별 대표 인체치수를 선별하였다.

체형 분석 관련 연구로 Kwak and Kim (2004)은 성인 남성의 측면 체형을 시각적인 방법으로 표준 체형, 반신 체형, 굴신 체형으로 분류하였다. Park and Han (2024)은 고령자의 3차원 인체 형상을 활용하여 체형 분류 방법과 분류식을 개발하고 이를 적용해 측면 체형을 분류하였다. Kim and Choi (2004)은 노년 여성을 대상으로 키와 몸무게의 지수치를 활용하여 3개의 체형을 유형화하였다. 이러한 통계적 분석 방법의 단점 보완을 위해 Choi (2008)과 Jang and Lee (2017)은 시각적 평가와 통계적 평가 방법을 병행하여 성인 여성의 체형 분류 정확도를 높이고자 하였다. 그러나 이전에 수행된 연구들은 한국인의 특정 연령대 인체 데이터를 활용하여 체형 특성을 분석한 연구들은 다수 존재하지만 성인의 연령 증가에 따른 체형 변화를 주성분 분석을 통해 비교하고 그 결과를 바탕으로 대표 인체를 모델링하여 시각화한 연구는 부족한 실정이다. 이에 실질적으로 제품 설계 시에 활용할 수 있는 연령대별 대표 인체 형상을 제시할 수 있는 연구가 요구된다.

따라서, 본 연구의 목적은 최신 사이즈코리아의 인체 데이터를 활용하여, 한국인 남녀의 연령대별 체형 특성을 주성분 분석 기반으로 파악하고 체형의 변동 요인을 적용한 대표 인체 형상 개발에 필요한 기초 정보를 제공하고자 한다.

2.1 Anthropometric measurements

2.1.1 Data preprocessing