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문제 정의
- 이는 가장 안정 상태에 이르게 하기 위해서 사람의 가장 편안한 자세인 누워 있는 상황에서의 ECG를 체크하였고 20분간 움직임이나 말을 하는 행동 등을 못하게 한 일체의 행동들이 없는 상태의 데이터이다. 기본 ECG의 취득은 각 상황들, 즉 실제상황과 가상현실에의 노출 시 ECG 데이터와의 비교의 기준으로 삼기 위해 측정한 것이다.
- 데이터 취득에는 심장의 질병 유무 판별을 위해 사용되는 표준 임상 심전도 취득용 12-리드 시스템을 기반으로 원격 감시 장비 (Remote Monitoring Device)를 조합하여 장시간의 표시가 가능한 시스템 구현을 목표한다. 부착용 전극(electrode)은 EL500(P.
- 본 연구에서는 개인용 컴퓨터를 이용하여 고소공포증 치료를 위한 가상현실 시뮬레이터를 제작하였으며, 안정 상태, 실제상황에 노출되었을 때, 그리고 가상환경에 노출되었을 때, 가상환경에 노출된 후 현실 상황에 노출하였을 때의 ECG와 심리검사 테스트 질문지의 결과를 비교함으로써 고소공포증 치료의 가능성을 고찰하여 보고자 하였다.
- 표 2는 8명 피실험자의 평균 심박수이다. 심박 수는 사람들 마다의 차이가 있는데 본 연구에서는 각 상황에서의 심박 수 의 차이를 보고자 각 상황에서의 1분간 평균 심박 수를 기록하였고, 심박 수를 비교한 이유는 공포증 환자의 진료에 있어서 기초적이고, 초기에 검사하는 것이기 때문이다. 위 표에서 가상환경에 노출되기 전의 심박 수와 가상환경에 노출된 후의 심박 수의 변화는 확실하게 알 수 있다.
제안 방법
- 3D STUDIO MAX를 사용하여 전체적인 가상환경을 디자인하고 텍스쳐를 맵핑하였으며, 이를 Visual C++, OpenGL를 사용하여 사용자가 가상환경을 실시간으로 사용할 수 있게 하였디, . 또한 엘리베이터의 높이조절도 피실험자의 직접적인 통제하에 이루어지도록 구성하였다.
- 가상엘리베이터의 구성은 10층 빌딩의 전망용 엘리베이터를 모델로 고소 공포를 극대화하기 위해 중앙에 놓인 벽과 천 장바닥이 유리로 되어있는 즉 열린 엘리베이터의 형식으로 구성하였으며, 각 높이마다 피실험자들의 변화와 ECG 데이터를 취득하기 위하여 세 개의 버튼을 이용하여 엘리베이터를 움직일 수 있게 구성하였다.
- 실험당 가상환경 노출 시간은 약 30분가량이었으며 실제가 상환경에는 약 10~15분간 노출되었다. 가상환경에서 훈련이 끝난 1주일 경과 후에 가상현실의 실험에 대한 데이터 변화를 알기 위하여 다시 실험 전 데이터를 얻어낸 실제 전망엘리베 이터에서 현실 노출을 하여 ECG 데이터를 얻었으며, 실험 전과 후의 심전도 데이터를 통하여 가상현실의 노출 전후의 ECG를 비교하였다.
- 이 질문지에서 공포증의 불안지수는 0~63점 사이의 점수를 나타내고, 0~15점은 불안하지 않은 상태이고, 16~23점은 가벼운 불안 상태이고, 24~42점은 중한 불안 상태이고, 43-63점은 심한 불안 상태를 나타낸다. 각 상황의 실험 ECG 데이터 취득 후에 치료의 평가척도로 질문지를 작성하게 하였다. 질문지의 결과는 다음 표 1에 나타내었다.
- 이러한 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 개인용 컴퓨터를 기반으로 실제상황과 흡사한 가상환경 현실을 이용하여 10충 건물을 따라 올라가는 전망 엘리베이터 가상환경을 구성하고, 노출에 대한 반복적 학습을 실시하였다. 고소공포증에 대한 치료 효과를 측정하기 위하여 생체신호 측정 장치인 BIOPAC으로 ECG 측정과 불안측정검사 질문지를 이용하였으며 환자에게 단 4주의 집중적 노출 치료를를 실시함으로서 실제 자극을 주는 상황에도 임할 수 있게 하였다. 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 안정 상태에서의 피험자의 심전도 데이터롤 위해 가장 편안한 자세로 누워있을 때의 심전도를 20분간 취득하였다. 그리고 실제 환경에서의 데이터 취득을 위해, 본 가 상 시뮬레이션과 비숫한 10충높이의 전망 엘리베이터를 선정하여 실제상황에 피실험자의 동의를 얻어 실제상황을 접하게 하였고 데이터 측정을 위하여 데스크탑 pc의 이동은 불가능 하기 때문에 PentiumII 333MHz의 notebook pc에 biopack을 연결하여 ECG를 측정하였고, 가상현실 실험은 주당 2회의 실험으로 총 8번, 한 달간의 집중적 가상환경에 훈련을 하였다. 실험당 가상환경 노출 시간은 약 30분가량이었으며 실제가 상환경에는 약 10~15분간 노출되었다.
- 본 연구에서 사용된 가상환경은 원하는 시점에 피험자가 조작할 수 있고, 또한 실험자에 의해 조작이 가능하도록 하였다. 그리고 실험 중에 피험자의 신체에서 나오는 ECG 데이터를 취득하여 가상현실에서와 실제상황에서의 ECG 데이터와 비교 가상환경의 성능을 비교하였다
- 이를 위해 각 엘리베이터에서 미세한 소리들을 녹음을 하여 사운드 채취를 하였다. 그리고 이를 사운드 라이브러리를 사용하여 제작한 사운드 읽기 모듈을 사용하여 wav 파일 형식을 읽어서 재생하였다. 이는 피실험자가 엘리베이터 버튼을 조작할 시 즉각적으로 반응하여 소리가 나게 만들어줌 으로써 피실험자가 엘리베이터 안에 있다는 현실감을 줄 수 있게 제작한 것이다.
- 3D STUDIO MAX를 사용하여 전체적인 가상환경을 디자인하고 텍스쳐를 맵핑하였으며, 이를 Visual C++, OpenGL를 사용하여 사용자가 가상환경을 실시간으로 사용할 수 있게 하였디, . 또한 엘리베이터의 높이조절도 피실험자의 직접적인 통제하에 이루어지도록 구성하였다.
- 본 논문에서 가상 현실에 깊이 몰입하는데 사용한 요소로써는 상호작용성, 이미 지의 복잡성, 입체음향, 머리 착용 디스플레이, 입체감, 넓은 시야, 위치추적 장치 등이 있다. 또한 우리는 다른 여러 몰입 저 해 요소를 줄이기 위해서 피험자를 실험자와 격리시켰고, 피험자가 두부 장착 디스플레이(HMD) 장치에서 보여지는 화면에 집중할 수 있도록 실험실 내부의 조명을 어둡게 하여 피험자가 가상환경에 최대한 몰입할 수 있도록 하였다.
- 본 실험은 가상현실 시스템의 효능을 검증하는데 첫째로 각 상황별 질문지 조사이고, 둘째로 심전도를 취득 해석하는 것이다.
- 피험자에게 공포를 유발시키기 위해 가상 환경은 현실과 거의 유사하게 만들어야 한다. 본 연구에서 사용된 가상환경은 원하는 시점에 피험자가 조작할 수 있고, 또한 실험자에 의해 조작이 가능하도록 하였다. 그리고 실험 중에 피험자의 신체에서 나오는 ECG 데이터를 취득하여 가상현실에서와 실제상황에서의 ECG 데이터와 비교 가상환경의 성능을 비교하였다
- 그러나 개인에 따라 몰입 즉, 실제로 있는 듯한 느낌을 다르게 경험한다. 본 연구에서는, 효과적인 치료를 위한 가상 환경 시스템을 구성한 후 피험자에게서 원하는 반응을 얻기 위해서는 먼저 가상환경 속에서의 몇 가지 중요한 몰입요소를 조사하고 유도해 내어야만 한다[14, 15]. 본 논문에서 가상 현실에 깊이 몰입하는데 사용한 요소로써는 상호작용성, 이미 지의 복잡성, 입체음향, 머리 착용 디스플레이, 입체감, 넓은 시야, 위치추적 장치 등이 있다.
- 신호 검출 측정은 6주 동안 피실험자 8명의 심전도 해석을 한다. 우선 피실험자 8명의 심전도 데이터는 정상 상태와 실제 고층 환경의 데이터와 가상 시뮬레이션 상태에서의 데이터와 가상환경에 노출된 이후 실제 환경에서의 데이터를 비교해 보기로 하였다.
- 우선 피실험자 8명의 심전도 데이터는 정상 상태와 실제 고층 환경의 데이터와 가상 시뮬레이션 상태에서의 데이터와 가상환경에 노출된 이후 실제 환경에서의 데이터를 비교해 보기로 하였다. 안정 상태에서의 피험자의 심전도 데이터롤 위해 가장 편안한 자세로 누워있을 때의 심전도를 20분간 취득하였다. 그리고 실제 환경에서의 데이터 취득을 위해, 본 가 상 시뮬레이션과 비숫한 10충높이의 전망 엘리베이터를 선정하여 실제상황에 피실험자의 동의를 얻어 실제상황을 접하게 하였고 데이터 측정을 위하여 데스크탑 pc의 이동은 불가능 하기 때문에 PentiumII 333MHz의 notebook pc에 biopack을 연결하여 ECG를 측정하였고, 가상현실 실험은 주당 2회의 실험으로 총 8번, 한 달간의 집중적 가상환경에 훈련을 하였다.
- 신호 검출 측정은 6주 동안 피실험자 8명의 심전도 해석을 한다. 우선 피실험자 8명의 심전도 데이터는 정상 상태와 실제 고층 환경의 데이터와 가상 시뮬레이션 상태에서의 데이터와 가상환경에 노출된 이후 실제 환경에서의 데이터를 비교해 보기로 하였다. 안정 상태에서의 피험자의 심전도 데이터롤 위해 가장 편안한 자세로 누워있을 때의 심전도를 20분간 취득하였다.
- 가상현실 테크놀로지를 이용하여 정신과적인 장애를 치료한다는 것은 1992년 미국에서 시작되었다. 이 논문에서는 가상 현실 시뮬레이터를 이용한 고소공포증의 치료는 환자에게 위치 센서가 부착된 머리 착용 디스플레이장치 (Head Mount Display, HMD)를 착용하게 한 뒤 가상환경을 체험하게 하고, 이때 가상엘리베이터는 각 층을 이동하여 환자와 상호작용하게 된다. 이때 환자는 각 충의 높이에 대한 반응에 대해 공포감을 느끼게 되고 이를 극복함으로써 치료가 행해진다.
- 따라서 이것을 극복하는 기술이 선행되어야 하는데 그 중 하나가 TRACKING 장치를 통한 제한된 관찰 각의 극복이다. 이 위치 센서를 통하여 HMD를 쓴 피험자의 움직임을 따라 화면이 움직여 더욱 현실감을 느낄 수 있도록 제작하였다.
- 질문지 조사는 각 상황실험을 한 후 질문지를 작성하게 하였다. 이 질문지는 공정성을 기하기 위하여 정신과 전문의들의 심리검사 테스트인 불안측정검사로 작성하였다. 질문지 조사의 내용은 다음 그림 4와 같다.
- 행동 치료 방법은 실제상황에 직먼 하기를 꺼려하는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 개인용 컴퓨터를 기반으로 실제상황과 흡사한 가상환경 현실을 이용하여 10충 건물을 따라 올라가는 전망 엘리베이터 가상환경을 구성하고, 노출에 대한 반복적 학습을 실시하였다. 고소공포증에 대한 치료 효과를 측정하기 위하여 생체신호 측정 장치인 BIOPAC으로 ECG 측정과 불안측정검사 질문지를 이용하였으며 환자에게 단 4주의 집중적 노출 치료를를 실시함으로서 실제 자극을 주는 상황에도 임할 수 있게 하였다.
- 가상현실 속의 음향은 엘리베이터 작동 시 작동음이 들려야 한다. 이를 위해 각 엘리베이터에서 미세한 소리들을 녹음을 하여 사운드 채취를 하였다. 그리고 이를 사운드 라이브러리를 사용하여 제작한 사운드 읽기 모듈을 사용하여 wav 파일 형식을 읽어서 재생하였다.
- 질문지 조사는 각 상황실험을 한 후 질문지를 작성하게 하였다. 이 질문지는 공정성을 기하기 위하여 정신과 전문의들의 심리검사 테스트인 불안측정검사로 작성하였다.
- 피험자가 바라보는 전체적인 건물들의 구성은 3D Studio MAX를 사용하여 생성하였으며 3D MAX에서 만들어진 모델들을 ASE라는 ASCH 파일로 생성하여 Visual C++, Open GL를 통해 읽어 들인 다음 화면에 보여주게 하였다.
대상 데이터
- 가상엘리베이터 시뮬레이터를 구현하기 위한 하드웨어로는 PentiumDI 80어% PC, Fire GL 그래픽 카드, 위치 센서가 내 장되어있는 해상도 640 X 480인 HMD(i-glasses) 그리고 사운 드시스템을 사용하였다.
- 각 건물은 일상적으로 자주 접하게 되는 상황으로 설정하였다. 따라서 건물은 서울의 도심지 배경으로 도로와 빌딩 숲 그리고 자동차를 두었다.
- 그림 9는 8명의 피실험자들이 실제상황에 노출되었을 때 체크된 ECG이다. 실제 가상환경과 비숫한 환경을 찾기 위해서 서울 소재 국제전자센터의 전망 엘리베이터를 이용하여 각 8명의 피실험자들의 ECG를 체크하였다. 이때 사람마다 느끼는 공포감이 틀리기 때문에 아무리 유리로 뒤 덮여져 있는 엘리베이터이지만 아래를 쳐다보기를 꺼려하는 피실험자도 있었고, 아무런 반응 없이 아래위를 바라보는 피실험자도 있었다.
- 엘리베이터가 있는 건물은 현실과 같은 높이가 되어야 하므로 한 층의 높이가 2.5m인 10층 건물로 제작하였다. 각 건물은 일상적으로 자주 접하게 되는 상황으로 설정하였다.
성능/효과
- 1. 가상환경에 몰입된 피험자는 가상현실 내에서도 두려움의 '정도가 증가하였으며, 실제상황에 시와 같이 어지러움증과 손에 땀이 나는 등의 신체적 중상을 호소하였고, 또한 각 상황에서의 훈련 시간이 지속될수록 두려움의 정도는 감소하였다.
- 2.실험 전후의 데이터의 결과에서 불안지수가 5점 감소한 것과 HR이 5.25BPM 감소한 것은 가상환경의 노출치료를 받 은 후 피험자의 두려움의 정도가 전보다 감소된 것으로 나타났다.
- 3. 가상현실 노출 치료에서 몰입감은 상당히 중요하며 이러한 가상환경에 몰입된 피실험자는 가상현실을 이용한 고소공포증 치료에 상당한 효과를 나타내는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 앞으로 대인공포증, 광장 공포 중 같은 다른 공포증의 치료에도 적용될 수 있는 것으로 사료된다.
- 가상환경에 훈련된 이후에 실제상황에 접했을 때의 심박률과 처음의 안정한 상태에서의 심박률을 비교한 것을 보면 가상환경에 노출되기 전보다 많이 호전된 모습을 보인다는 깃을 알 수 있다. 가장 심한 차이를 보이는 피실험자를 보면 심박 수가 UBPM이나 떨어진 것을 볼 수 있다.
- 위 피실험자가 가상 노출 전 실제상황에 노출되었을 때와 가상 노출 후 실제상황에 노출되었을 때의 심박 수를 비교하면 각각 97BPM과 95BPM으로 나타내어진다. 그리고 질문지를 통하여 불안지수를 측정해본 결과 가상 노출 전 실제상황 노출되었을 때 불안지수는 32점이고 가상 노출 후 실제상황에 노출되었을 때 불안지수는 29점으로 낮은 점수가 나왔다. 그러므로 질문지의 결과로 보면 고소공포증에 대한 불안감이 적다는 것을 알 수 있다.
- (d) 는 피실험자가 가상환경에 8번 노출된 이후에 (b) 의 상황과 같게 같은 엘리베이터에서 다시 데이터를 취득한 것이다. 위 피실험자가 가상 노출 전 실제상황에 노출되었을 때와 가상 노출 후 실제상황에 노출되었을 때의 심박 수를 비교하면 각각 97BPM과 95BPM으로 나타내어진다. 그리고 질문지를 통하여 불안지수를 측정해본 결과 가상 노출 전 실제상황 노출되었을 때 불안지수는 32점이고 가상 노출 후 실제상황에 노출되었을 때 불안지수는 29점으로 낮은 점수가 나왔다.
- 피실험자들의 여러가지 반웅은 다음의 그림 9에서 ECG의 변화를 통하여 확인할 수 있었다. 이 8명의 피실험자들의 HR이 안정 상태에서 측정하였던 ECG 신호의 HR보다 더 빨리 뛴 것이 표2에서 나타나며, 질문지의 결과를 보면 8명의 불안지수 평균 점수가 38.75점로 안정 상태의 L25 점점 보다 37.50점 높다는 것을 알 수 있다.
- 그러나 심전도의 변화가 있었던 사람은 그림 8과 비교해보면 많은 차이가 있다. 이 가상환경의 노출 실험은 총 8번의 실험을 했기 때문에 가상환경에 익숙해지기 시작하여 처음 실험에서 마지막 실험까지의 데이터를 분석해보면 박동수의 차가 생기는 것을 알 수 있었다. 처음보다는 마지막의 박동수가 훨씬 줄었다.
- 75점보다 5나 떨어진 것을 알 수 있다. 이 결과 값들 에 나와 있는 수치들을 비교해보면 가상현실에 노출되었을 때는 질의의 내용 중 2번과 5번 그리고 6번이 가장 높은 점수를 나타내었고, 노출 치료 후의 평균 수치가 노출 치료 전보다 전체적으로 감소된 수치를 나타내고 있으며, 이 질문지의 모든 항목에서도 수치가 감소하였음을 알 수 있다.
- 이 (d) 에서 고소공포증을 느끼는 피실험자의 심박률은 가상환경에 노출되었을 때보다는 조금 빨리 그리고 안정한 상태보다는 보다 더 빨리 뛰지만 가상환경에 노출이 안되었을 때의 실제상황과의 비교 가 눈으로 확인이 가능할 정도로 변한 것을 알 수 있다. 이 피실험자의 질문지 결과를 살펴보면 안정 상태일 때에는 1점으로 불안감을 전혀 느끼지 못하지만 실제 노출 시에는 56점으로 가장 높은 불안점수를 받았고, 가상현실에 노출되었을 때에는 29점으로 많이 낮아졌다. 그리고 가상현실 노출 후 실제 상황 노출되었을 때에는 42점이라는 점수를 받았다.
- 이 실험 중에 실제로 처음에 가상환경 노출 전 실제 환경에 노출되었을 때 아래를 보지 못하던 피실험자나 눈 을 감던 피실험자들이 가상환경에 노출된 후의 실제 환경에 접했을 때 눈을 감거나 아래를 못 보는 행동을 하지 않았다. 이 현실 노출 후 질문지의 불안지수를 보면 33.75점으로 가상 노출 전의 38.75점보다 5점 정도 낮아졌다는 것을 알 수 있다. 이것은 가상환경에 의한 훈련이 고소공포증의 치료에 효과가 있다는 것을 입증하는 것으로 사료된다.
- 다음 표 1은 질문지의 결과이다. 표1에서 피실험자들의 점수는 안정 상태일 때는 평균 L25 점 이고 실제상황에 노출되었을 때의 불안지수 평균점수는 38.75점이다. 가상현실 노출 시 평균점수는 31.
후속연구
- 실제 상황에서와 마찬가지로 가상환경을 이용한 탈감작은 상상을 잘하지 못하는 환자들에게 치료적 자극을 제공할 수 있을 것이다. 가상환경을 이용한 탈감작은 자기 통제가 가능한 실제 상황에 노출을 실행하는데 있어서 환자를 훈련시켜주는 중간 단계로 이용될 수도 있을 것이다. '
- 공포를 느낄 때 증상에서 가장 먼저 변화가 오는 것은 뇌전도(EEG)와 심전도(ECG) 그리고 근전도(EMG) 등인데, 본 연구에서 심전도를 환자의 실험 전후의 상태변화 측정에 이용한 것은 비교적 용이한 데이터를 얻을 수 있고, 그 변화가 큰 것으로 사료되어 ECG 데이터 취득을 채택하였고, EMG와 EEG는 추후 연구에서 채택하려 한다.
- 본 연구의 개선할 점 및 차후 연구에서는 가상 환경에서 도로의 부속물에 애니메이션 효과를 주지 않아 실제 감이 약간 떨어지는데 이는 시간적 지연을 줄이기 위해서 애니메이션 효과를 주지 않았으나 앞으로 시간적 지연이 없는 애니메이션 효과를 개발해야 하고, 본 연구에서 측정한 ECG 뿐만 아니라 EEG, EMG, GSR 등의 테스트에 의한 정량적 분석이 이루어져야 하며, 마지막으로 HMD의 거부반응을 줄여 가상환경에 장시간 몰입할 수 있는 방법을 연구하여야 할 것이다.
- 가상현실 노출 치료에서 몰입감은 상당히 중요하며 이러한 가상환경에 몰입된 피실험자는 가상현실을 이용한 고소공포증 치료에 상당한 효과를 나타내는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 앞으로 대인공포증, 광장 공포 중 같은 다른 공포증의 치료에도 적용될 수 있는 것으로 사료된다.
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