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문제 정의
- 가상현실에서 몰입감을 높이기 위하여 머리 부착형 디스플레이 장치에 위치센서를 부착함으로써, 피실험자의 머리이동이 가상환경에 적용되도록 하였다. 또한 가상현실이 고소공포증에 효과가 있는지 확인하기 위하여, 피실험자가 몰입상태에 있을 때와 실제상황에서의 신체신호를 측정 비교하였고, 또한 기존의 논문들에서 행했던 질문지에 의한 방법을 병행 비교함으로써 가상환경의 치료 가능성을 검증하고자 한다.
- 또한 실험중 나타나는 피험자의 신체적 증상을 객관적인 데이터로 파악 및 분석하기 위하여 생체신호를 취득하였는데, 이 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 논문은 생체신호를 이용해서 가상현실을 경험하는 사람에 대해, 실험시 발생하는 생체신호를 바탕으로 가상현실 환경의 영향을 분석하였다. 가상현실의 인체에 대한 영향 평가를 위하여서는 가상현실에서 일어날 수 있는 여러 가지 상황들을 구분해서 분석하는 것이 필요하다.
제안 방법
- 적절히 조절하면서 화면에 그리게 하였다. 3D MAX에서 만들어진 모델들을 3ds 라는 파일로 생성하여 Visual C++과 OpenGL에서 읽어들인 다음 폴리곤 변환 매트릭스를 통해 3차원 오브젝트를 2차원 평면상의 화면에 보여주게 하였다.
- 3차원 모델링툴인 3D STUDIO MAX(Kinetix)를 사용하여 전체적인 가상환경의 모델들을 디자인하고 텍스쳐를 맵핑하였으며, 이를 Visual C++, OpenGL을 사용하여 사용자가 가상환경을 실시간으로 사용할 수 있게 하였다.
- 가상 엘리베이터는 우리가 일반적으로 쉽게 접할수 있는 10층 빌딩의 전망용 엘리베이터를 모델로 공포를 극대화하기 위해 중앙에 놓인 벽과 천장, 바닥, 옆면등이 유리로 되어있는, 즉 열린 엘리베이터의 형식으로 구성하였으며, 엘리베이터는 Page Up/ Down, space bar 세 버튼을 통해서 아래위로 움직이거나, 정지할수 있도록 구성하였고 가상엘리베이터가 한층을 올라가거나 내려오는데 10초의 시간이 소요되도록 제작하였다.
- 가상현실에서 몰입감을 높이기 위하여 머리 부착형 디스플레이 장치에 위치센서를 부착함으로써, 피실험자의 머리이동이 가상환경에 적용되도록 하였다. 또한 가상현실이 고소공포증에 효과가 있는지 확인하기 위하여, 피실험자가 몰입상태에 있을 때와 실제상황에서의 신체신호를 측정 비교하였고, 또한 기존의 논문들에서 행했던 질문지에 의한 방법을 병행 비교함으로써 가상환경의 치료 가능성을 검증하고자 한다.
- . 가상환경으로 인한 고소공포증에 대한 치료효과를 측정하기 위해 생체신호 측정 장치인 BIOPAC으로 ECG 측정과 주관적인 상태를 측정하기 위하여 여러 질문지를 이용하였으며 피실험자들에게 단 4주간 8번의 가상현실에 집중 훈련시킴으로서 실제 자극을 주는 상황에도 임할 수 있게 되었다. 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
- 건물의 제작은 실제 있는 건물과 같은 높이가 되어야 사실감이 더해지므로 한층의 높이가 2.5m 인 10층 건물로 제작하였으며, 피험자가 바라보는 건물들은 일상적으로 자주 접하게 되는 상황들을 설정하였다.
- 본 실험에서는 먼저 실험을 시작하기 전, 치료효과를 객관적으로 증명하기 위해 심전도 생체신호 취득을 위한 센서를 부착하고 생체신호를 획득 및 비교 분석한다. 그리고 가상환경 노출시 생체신호를 취득하여 생체신호 획득 및 비교.분석하였다.
- 본연구에서 사용된 가상환경은 원하는 시점에서 피실험자가 조작할 수 있고, 또한 실험자에 의해 조작이 가능하도록 하였다. 그리고 실험중에 피실험자의 신체에서 나오는 ECG 데이터를 취득하여 가상현실에서와 실제상황에서의 ECG 데이터를 비교 가상환경의 성능을 비교하였다. 전체 시스템은 높은 곳에 대한 두려움을 유발하기 위한 가상고소공포 환경과 데이터 추출을 위해 그림 1과 같이 구성하였다.
- 가상환경의 몰입감을 증가시키기 위해서 3차원 음향을 지원하는데 이 가상환경속의 음향은 엘리베이터 작동시, 엘리베이터에서 나오는 문닫히는 소리와, 모터소리들을 녹음하여 사운드를 채취하였다. 그리고 이를 사운드 라이브러리를 사용하여 제작한 사운드 읽기 모듈을 사용하여 wav 파일형식을 읽어서 재생하였다. 이는 피험자가 엘리베이터 버튼을 조작할 시 즉각적으로 반응하여 소리가 나게 만들어줌으로써 피험자가 엘리베이터 안에 있다는 현실감을 줄수 있게 제작한 것이다.
- 그리고, 사운드 읽기 모듈을 통해서 삼차원 사운드를 구현하여 사실감을 증가시켰다. 또한 엘리베이터의 높이 조절도 피실험자의 직접적인 통제하에 이루어지도록 구성하였다.
- 또한 엘리베이터의 높이 조절도 피실험자의 직접적인 통제하에 이루어지도록 구성하였다.
- 즉 심전도를 취득 해석하는 것이다. 본 실험에서는 먼저 실험을 시작하기 전, 치료효과를 객관적으로 증명하기 위해 심전도 생체신호 취득을 위한 센서를 부착하고 생체신호를 획득 및 비교 분석한다. 그리고 가상환경 노출시 생체신호를 취득하여 생체신호 획득 및 비교.
- 본 실험은 크게 두 가지로 가상현실 시스템의 효능을 검증하는데 첫째로 현재까지 평가되고 있는 각 상황별 질문지 조사이고, 둘째로 생체신호 즉 심전도를 취득 해석하는 것이다. 본 실험에서는 먼저 실험을 시작하기 전, 치료효과를 객관적으로 증명하기 위해 심전도 생체신호 취득을 위한 센서를 부착하고 생체신호를 획득 및 비교 분석한다.
- 본 연구에서 제작한 모델 읽기 모듈을 사용하여 3D STUDIO MAX에서 생성한 가상건물의 모델을 읽어들이고 이는 OpenGL, Visual C++을 이용하여 제작한 실시간 랜더링 모듈을 통해 적절하게 변환된 다음 화면에 보여지게 된다. 이 때 실시간 랜더링 모듈은 초당 30프레임의 렌더링 속도를 유지하게 위해 화면에 보이지 않는 폴리곤들을 잘라내거나 모델의 자세한 정도를 조절함으로써 폴리곤 수를.
- 본 연구에서는 고소공포증 치료를 위해 개인용 컴퓨터를 기반으로 가상현실 구성하였고, 이를 이용하여 고소공포증 치료에 가상 엘리베이터 시뮬레이터의 효능을 실험하였다. 가상현실에서 몰입감을 높이기 위하여 머리 부착형 디스플레이 장치에 위치센서를 부착함으로써, 피실험자의 머리이동이 가상환경에 적용되도록 하였다.
- 본연구에서 사용된 가상환경은 원하는 시점에서 피실험자가 조작할 수 있고, 또한 실험자에 의해 조작이 가능하도록 하였다. 그리고 실험중에 피실험자의 신체에서 나오는 ECG 데이터를 취득하여 가상현실에서와 실제상황에서의 ECG 데이터를 비교 가상환경의 성능을 비교하였다.
- 소프트웨어 필터의 사용은 아날로그 협대역 필터 제작의 어려움을 해결하고 디지털 샘플링된 신호를 크게 왜곡시키지않는 장점에 비해 시스템의 실시간 연산 능력 구현을 어렵게 하는 단점을 지닌다. 신호 검출 측정은 피실험자의 심전도 해석을 한다.
- 실험에 대한 신호검출 측정은 피실험자 2명이 각 상황에 접했을 때의 ECG와 HRV를 측정하였다.
- 우선 피실험자의 심전도 데이터는 가상환경에 접하기 전과, 가상환경에 노출된 상황에서의 데이터를 비교해보기로 하였다.
- 이것을 극복하는 기술이 선행되어야 하는데 그 중 하나가 TRACKING 장치를 통한 제한된 관찰 각의 극복이다. 이 위치센서를 통하여 HMD 를 쓴 피험자의 움직임을 따라 화면이 움직여더욱 현실감을 느낄 수 있도록 제작하였다.
- 이 질문지들은 피실험자를 각 상황별 실험의 생체신호인 ECG 데이터 취득 후에 치료의 평가척도로 질문지를 작성하게 하였다.
- 정상상태에서의 피험자의 심전도 데이터를 위해 가장 편안한 자세로 누워있을 때의 심전도를 20분간 취득하였다. 가상환경 노출 실험 시간은 약 30분 가량이었으며 실제 가상환경에는 약 10〜15분간 노출되었다.
- 피실험자가 바라보는 전체적인 건물들의 구성은 3D STUDIO MAX를 사용하여 생성하였으며, 3D STUDIO MAX에서 만들어진 모델들을 3ds 파일로 포맷하여 OpenGL, Visual C++을 통해 읽어들인 다음 화면에 보여주게 하였다. 이는 엘리베이터의 움직임이나, 피험자의 눈위치에 따라서 그때의 시간과 각 물체들의 회전축과 그 회전축에 대한 회전값으로 구성되어있다.
- 인지 . 행동 치료의 직접적인 치료가 아닌 가상환경의 노출에 의해 반복적 학습을 할 수 있는 환경을 만들어 치료를 할 수 있게 하였다. .
대상 데이터
- 가상 건물을 구현하기 위한 하드웨어로는 Pentium HI 1GHz PC, Fire GL 4000 3D 가속 지원 비디오 카드, 위치 추적센서가 내장되어있는 HMD(i-glasses), 그리고 사운드 시스템을 이용하였다. .
- ) 와 연결시켜 구성한다. 구성된 전극은 원격 감시장비인 TEL 100(remote monitoring device: BIOPAC Inc.)을 통해 0.05 Hz 기전선(base line) 제거 필터링과 80Hz highpass filter, 60Hz notch 필터링, 그리고 채널 이득 10 K 증폭 후 MP 100W(digital signal aquisition device: BIOPAC Inc.)를 사용하여 20 분 동안 200 samples/sec 32 비트 단위로 취득 저장하여 실험에 사용하였다. 전처리 과정의 협대역 필터링에는 MP100W 의 제어 패키지인 AckKnowledge(ACK100W: BIKOPAC Inc.
- 따라서 건물은 서울의 도심지 배경으로 도로와 빌딩숲 그리고 자동차를 두었다.
데이터처리
- 이 연구에서 모든 실험과 같이 실시한 각종 질문지의 검사, 생체신호의 취득 및 이의 분석을 통하여 가상현실을 이용한 고소공포증 치료 전후의 수치를 비교하였으며 이의 비교 결과를 그림7에서 나타내었다. 각종 질문지의 비교결과를 살펴보면 가상현실 훈련 후 실제상황에 접했을 때의 결과 가상현실 훈련 전 실제상황에 접했을 때의 결과보다 전체적으로 많이 향상된 수치를 나타내고 있다.
이론/모형
- 이는 엘리베이터의 움직임이나, 피험자의 눈위치에 따라서 그때의 시간과 각 물체들의 회전축과 그 회전축에 대한 회전값으로 구성되어있다. 가상환경이 부드럽게 움직이게 하기 위해 각각의 키값 사이의 회전값을 선형 보간법을 적용하였다. 가상환경의 몰입감을 증가시키기 위해서 3차원 음향을 지원하는데 이 가상환경속의 음향은 엘리베이터 작동시, 엘리베이터에서 나오는 문닫히는 소리와, 모터소리들을 녹음하여 사운드를 채취하였다.
- 대한 태도 질문지(Attitude Towards Heights Questionnaire)를 택하였다.
성능/효과
- 1. 가상환경에 몰입된 피실험자는 가상현실내에서도 두려움의 정도가 증가하였으며, 실제 상황에서와 같은 어지러움증과 손에 땀이 나는 등의 신체적 증상을 호소하였고, 또한 각 상황에서의 훈련시간이 지속될수록 두려움의 정도는 감소하였다.
- 2. 실험 전후의 각종 데이터의 결과로 보면 질문지의 수치는 불안지수 5점, 공포질문지(FQ) 7.5점, 고소공포증 질문지 (AQ) 9.875점, 높이에 대한 태도 질문지 (ATHQ) 6점이나 감속한 것과 HRV가 5.25BPM 감소한 것으로 미루어 가상환경의 훈련을 받은후 피실험자들의 높은 곳에 대한 두려움의 정도가 많이 감소된 것을 알 수 있다.
- )을 이용하여 증폭한다. TEL100을 환자의 몸에 휴대하여 실제 상황과 가상현실 상황에서의 심장 활동의 변화를 전달하며 원신호에 대한 증폭율은 1K가 적절하다. 원격 감시 장비를 통해 전달된 환자의 심전도 기록은 MP100W (BIOPAC System Inc.
- 이는 가상적으로 점진적인 공포상황을 구현하여 환자에게 제공함으로써 치료하는 방법이다.⑶ 이를 통해 치료자는 상상에 의한 자극보다 실제적인 공포자극을 경험할 수 있게 되었고, 실제의 상황에 노출되는 방법보다 안전하게 치료를 할 수 있게 되었다. 이러한 이유로 가상현실을 이용한 광장공포증, 고소공포증, 폐쇄공포증 등의 치료에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 효과 또한 다양한 연구에서 입증되고 있다.
- 나타내었다. 각종 질문지의 비교결과를 살펴보면 가상현실 훈련 후 실제상황에 접했을 때의 결과 가상현실 훈련 전 실제상황에 접했을 때의 결과보다 전체적으로 많이 향상된 수치를 나타내고 있다. 특히 고소공포 질문(AQ)과 높이에 대한 태도 질문(ATHQ), 이 두 질문지를 살펴보면 전 실험을 통하여 피실험자들마다 거의 모든 항목에서 수치가 감소한 것을 알 수 있다.
- 이때 B 피실험자는 두려움이나 약간의 불안함을 호소하였지만 비교적 담담하게 반응을 하였다. 이 피실험자의 각 질문지 결과를 살펴보면 안정상태일때는 1점, 0점, 0점, 1점으로 전혀 불안감을 느끼지 못하지만 실제상황 접할시 56점, 59점, 93점, 49점으로 높은 불안점수를 받았고, 가상현실에서 훈련시는 29점, 40 점, 기점, 39점으로 많이 낮아졌다. 그리고 다시 실제상황에 접했을때의 점수는42점, 43점 77점, 39점으로 같은 실제상황이지만 불안지수가 많이 낮아진 것을 알 수 있다.
- 각종 질문지의 비교결과를 살펴보면 가상현실 훈련 후 실제상황에 접했을 때의 결과 가상현실 훈련 전 실제상황에 접했을 때의 결과보다 전체적으로 많이 향상된 수치를 나타내고 있다. 특히 고소공포 질문(AQ)과 높이에 대한 태도 질문(ATHQ), 이 두 질문지를 살펴보면 전 실험을 통하여 피실험자들마다 거의 모든 항목에서 수치가 감소한 것을 알 수 있다.
후속연구
- 본 연구는 차후 ECG 뿐만이 아니라 각 정신장애에서 가장 중요하게 나타내어지는 EEG와, GSR등의 테스트에 의한 정량적 분석이 이루어져야 하며, 마지막으로 피실험자가 HMD의 거부반응을 줄여 가상환경에 장시간 몰입할수 있는 방법을 연구할 것이다-.
- 이러한 결과로 앞으로 다른 정신장애인 광장공포증이나 대인공포증 같은 다른 공포증의 치료에도 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
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