자동차 시뮬레이터에서 운전 형태에 따른 감성을 평가하기 위하여 운전자의 심리생리적 반응을 측정하였다. 운전 형태는 정차, 정속주행(70km/h), 급출발(0km/h$\longrightarrow$70km/h)및 급제동(70km/h$\longrightarrow$0km/h)으로 하였다. 피험자는 운전경력이 1년 이상인 20대 남자 12명을 대상으로 Simulator Sickness 및 주관적 쾌적감과 각성감, 뇌파(Electroencep-halogram), 심전도(Electrocardiogram), 피부온도(Skin temperature), 피부전기저항(Galvanic skin response)을 측정하였다. 주관적, 생리적 평가는 각 주행조건에서 주행 전과 후에 실시하였다. 실험결과 정차 및 정속 주행보다 급출발 및 급제동 조건에서 쾌적감과 각성감은 높아졌다. 생리적으로는 정차 및 정속 주행보다 급출발 및 급제동 조건에서 중추신경 반응은 알파파가 감소하였고, 베타파는 증가하였다. 자율신경 반응은 심박율 및 피부전기저항의 증가, 피부온도의 저하로부터 교감신경이 활성화됨을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터 운전 형태에 따라 심리 .생리적인 변화가 뚜렷하였고, 시뮬레이터를 이용한 동적 환경에서의 감성 평가가 가능하였다. 감성에 대한 개인간의 차이를 최소화하고 객관화된 감성을 도출하기 위해서는 앞으로 더 많은 대상자에 대한 측정 자료가 요구된다.
자동차 시뮬레이터에서 운전 형태에 따른 감성을 평가하기 위하여 운전자의 심리생리적 반응을 측정하였다. 운전 형태는 정차, 정속주행(70km/h), 급출발(0km/h$\longrightarrow$70km/h)및 급제동(70km/h$\longrightarrow$0km/h)으로 하였다. 피험자는 운전경력이 1년 이상인 20대 남자 12명을 대상으로 Simulator Sickness 및 주관적 쾌적감과 각성감, 뇌파(Electroencep-halogram), 심전도(Electrocardiogram), 피부온도(Skin temperature), 피부전기저항(Galvanic skin response)을 측정하였다. 주관적, 생리적 평가는 각 주행조건에서 주행 전과 후에 실시하였다. 실험결과 정차 및 정속 주행보다 급출발 및 급제동 조건에서 쾌적감과 각성감은 높아졌다. 생리적으로는 정차 및 정속 주행보다 급출발 및 급제동 조건에서 중추신경 반응은 알파파가 감소하였고, 베타파는 증가하였다. 자율신경 반응은 심박율 및 피부전기저항의 증가, 피부온도의 저하로부터 교감신경이 활성화됨을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터 운전 형태에 따라 심리 .생리적인 변화가 뚜렷하였고, 시뮬레이터를 이용한 동적 환경에서의 감성 평가가 가능하였다. 감성에 대한 개인간의 차이를 최소화하고 객관화된 감성을 도출하기 위해서는 앞으로 더 많은 대상자에 대한 측정 자료가 요구된다.
The purpose of the study was to measure and compare driver's psychophysiological responses in different driving conditions through driving simulator. Twelve male adults(more than 1 year of driving experience) were assigned to four different driving conditions, such as normal speed(70㎞/h), sudden sta...
The purpose of the study was to measure and compare driver's psychophysiological responses in different driving conditions through driving simulator. Twelve male adults(more than 1 year of driving experience) were assigned to four different driving conditions, such as normal speed(70㎞/h), sudden start(0㎞/h→70㎞/h), and sudden stop(70㎞/h→0㎞/h), and their simulator sickness, subjective pleasantness and arousal, EEG, ECG, skin temperature, and GSR were measured. Subjective and physiological evaluations were executed before and after driving in each condition. The results showed that subjective pleasantness and arousal increased in sudden stop and sudden start conditions, relative to stop and normal speed conditions. As the central nervous responses, beta wave increased and alpha wave decreased in sudden stop and sudden start conditions, relative to stop and normal speed conditions. With regard to the autonomic responses, heart rate and GSR increased, while skin temperature decreased in sudden stop and sudden start conditions, which means an activation of sympathetic nervous system. The results suggested that based upon observation of the distinctive psychophysiological changes by driving conditions, it is possible to evaluate the human sensibility in dynamic environment.
The purpose of the study was to measure and compare driver's psychophysiological responses in different driving conditions through driving simulator. Twelve male adults(more than 1 year of driving experience) were assigned to four different driving conditions, such as normal speed(70㎞/h), sudden start(0㎞/h→70㎞/h), and sudden stop(70㎞/h→0㎞/h), and their simulator sickness, subjective pleasantness and arousal, EEG, ECG, skin temperature, and GSR were measured. Subjective and physiological evaluations were executed before and after driving in each condition. The results showed that subjective pleasantness and arousal increased in sudden stop and sudden start conditions, relative to stop and normal speed conditions. As the central nervous responses, beta wave increased and alpha wave decreased in sudden stop and sudden start conditions, relative to stop and normal speed conditions. With regard to the autonomic responses, heart rate and GSR increased, while skin temperature decreased in sudden stop and sudden start conditions, which means an activation of sympathetic nervous system. The results suggested that based upon observation of the distinctive psychophysiological changes by driving conditions, it is possible to evaluate the human sensibility in dynamic environment.
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문제 정의
감성 연구자들은 정서 특정적 생리 반응을 통하여 인간 감성을 정량적으로 규명하고자 하였다. 정적 환경에서 시각, 청각, 후각, 피부 감각에 자극 제시와 정서 유발에 따른 생리적 반응의 변화를 살펴본 결과, 쾌-불쾌 차원의 생리적 감성 지표인 뇌파는 쾌 감성일때 상대적으로 알파(a)파의 출현량이 증가하였고, 불쾌 감성에서는 베타3)파의 출현량이 증가하였다[3-6].
본 실험은 동적 환경 시험용으로 구축된 자동차 시뮬레이터를 이용하였고 실제 차량 및 화상, 동적 시뮬레이터에서의 운전자의 심리생리적 감성에 대한 선행연구 결과를 바탕으로 운전 형태에 따른 운전자의 감성 변화를 살펴보고자 하였다.
제안 방법
주행 조건은 급출발 주행, 정속 주행 후 급제동으로 하였다. 급출발 주행은 정지(Okm/h) 상태에서 10초 이내(5초~ 10초)에 70km/h로 급가속한 다음 정속주행 (70km/h) 하였다(3분 주행). 정속 주행 후 급제동은 정속주행 (70km/h)하다가 주행화면에 “STOP” 문자가 표시되면 5초 이내에 급감속하여 정차하였다(3분 주행).
뇌파, 피부온도, 피부전기저항은 급출발 추행할때와 정속 주행 중 급제동했을 때 5초간 즉정된 신호를 이용하였고 심박변화율은 각 주행조건에서 주행 3 분 동안의 심전도 신호로 분석하였다. 뇌파는 눈깜박임 신호를 제거한 후 주파수 대역에 따라 δ파(0.
비교 분석하였다. 뇌파는 Fz 부위에서 각 주파수 영역에 대한 분석 값을 이용하여 α/(α+β)와 β/(α+β)를 구하여 분석하였다. 그림 6과 7에서 a/(a+B)는정차상태일 때보다 정속 주행(p<0.
생리신호는 국제 10-20 전극법에 따라 Fz(정중전두부) 부위의 뇌전위(Elecho encephalogram ; EEG)를 측정하였다. 또한, 심전도 (Electrocardiogram ; ECG, CM5법)와 피부온도(Skin temperature, 우측 소지) 및 피부전기저항(Gal.,anic skin responses, 우측 검지와 중지)을 측정하였다.
모든 생리신호는 정차했을 때의 측정값을 0으로 설정하였을 때 정차에 대한 각 조건에서의 상대적 변화량을 비교 분석하였다. 뇌파는 Fz 부위에서 각 주파수 영역에 대한 분석 값을 이용하여 α/(α+β)와 β/(α+β)를 구하여 분석하였다.
본 실험에서는 자동차 시뮬레이터에서 운전자의 정차, 정속 주행(70km/h), 운전형태(급출발 및 급제동) 에 따른 주관적 감성 및 생리적 변화를 비교 분석하였다.
생리신호는 Biopac system과 Acqknowledge 프로그램을 이용하였으며 즉정시 sampling rats는 256 Hz 로 설정하여 수집하였다. 생리신호는 국제 10-20 전극법에 따라 Fz(정중전두부) 부위의 뇌전위(Elecho encephalogram ; EEG)를 측정하였다.
5~4Hz), θ파(4~8 Hz), α파(8~ 13HZ), β파(13~30Hz) 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)법으로 분석하였다. 심박변화율은 심전도에서 R-peak를 시간에 따라 검출하여 평균 R-R 간격을 구하였다. 피부온도와 피부전기저항은 진폭의 평균을 구하였다.
정속 주행 후 급제동은 정속주행 (70km/h)하다가 주행화면에 “STOP” 문자가 표시되면 5초 이내에 급감속하여 정차하였다(3분 주행). 주관적 simulator sickness와 감성은 각 주행조건에서 정차했을 때와 주행 후(급출발 주행 후와 정속 주행 후 급제동)에서 평가하였다. 생리신호는 각 조건에서 정차, 주행(급줄발 주행, 정속주행 후 급제동) 하는 동안 즉정하였다.
주행 조건에 따라 정차(안정), 급출발 주행 및 급제동, 정속 주행(70km/h) 조건의 측정값을 비교 분석하였다. 정속 주행은 동일한 피험자의 영향을 무시하고속도변화에 따른 감성 평가 실험에서의 70km/h 정속주행했을 때의 측정값을 참조하였다.
심박변화율은 심전도에서 R-peak를 시간에 따라 검출하여 평균 R-R 간격을 구하였다. 피부온도와 피부전기저항은 진폭의 평균을 구하였다. 측정된 주관적 평가 항목은 각 조건에 대하여 평균과 표준편차를 구하고, 생리신호는 정차에 대하여 평균화시킨 다음 평균과 표준편차를 구하였다.
주행 화면은 3면으로 구축되어 있고, 주행 그래픽의 구성은 주행 차량이 없는 주행 도로(2차선)와 건물 및 자연 배경으로 되어 있다. 피험자는 시뮬레이터에서 운전대, 브레이크 페달 및 가속페달, 자동 변속기를 이용하여 일정한 차선으로 주행하도록 하였다. 급출발과 급제동 신호는 실험자가 시스템을 이용하여 제어하였다.
대상 데이터
운전 경력이 1년 이상이고 뇌질환이나 심장질환의병력이 없는 신체 건강한 남자 12명이 실험에 참여하였다. 평균연령은 23.
데이터처리
운전 형태는 정차, 급출발(0km/hL70km/h), 급제동(70km/hT0km/h) 조건으로 하여 운전자의 주관적감성 및 생리적 반응을 측정하였고 동일한 시뮬레이터를 이용한 정속 주행(70km/h)시 측정 결과와 비교분석하였다.
정차 및 주행 조건에 따른 주관적, 생리적 측정값의통계적 유의성은 SPSS 프로그램을 이용하여 paired t-test로 검증하였다.
피부온도와 피부전기저항은 진폭의 평균을 구하였다. 측정된 주관적 평가 항목은 각 조건에 대하여 평균과 표준편차를 구하고, 생리신호는 정차에 대하여 평균화시킨 다음 평균과 표준편차를 구하였다.
이론/모형
Simulator Sickness는 Kennedy 와 Lane(1993) 의 Simulator Sickness Questionnaire(SSQ) 16문항을 참조하였다[13L 주관적인 감성은 쾌적감(불쾌하다…쾌하다), 긴장감(이완된다~긴장된다), 각성감(졸린다— 각성된다), 속도감(느리다-빠르다), 현실감(현실감이없다—현실감이 있다)에 대하여 VAS(Visual Analogue Scale)법을 이용하여 평가하였고 피험자가 직접 기록하도록 하였다.
Simulator sickness는 TSS(Total simulator sickness)를 구하였고, 주관적 감성 평가는 VAS 법으로 측정하였다. 뇌파, 피부온도, 피부전기저항은 급출발 추행할때와 정속 주행 중 급제동했을 때 5초간 즉정된 신호를 이용하였고 심박변화율은 각 주행조건에서 주행 3 분 동안의 심전도 신호로 분석하였다.
뇌파, 피부온도, 피부전기저항은 급출발 추행할때와 정속 주행 중 급제동했을 때 5초간 즉정된 신호를 이용하였고 심박변화율은 각 주행조건에서 주행 3 분 동안의 심전도 신호로 분석하였다. 뇌파는 눈깜박임 신호를 제거한 후 주파수 대역에 따라 δ파(0.5~4Hz), θ파(4~8 Hz), α파(8~ 13HZ), β파(13~30Hz) 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)법으로 분석하였다. 심박변화율은 심전도에서 R-peak를 시간에 따라 검출하여 평균 R-R 간격을 구하였다.
설정하여 수집하였다. 생리신호는 국제 10-20 전극법에 따라 Fz(정중전두부) 부위의 뇌전위(Elecho encephalogram ; EEG)를 측정하였다. 또한, 심전도 (Electrocardiogram ; ECG, CM5법)와 피부온도(Skin temperature, 우측 소지) 및 피부전기저항(Gal.
성능/효과
Total Simulator Sickness는 그림 3과 같이 정속 주행, 급출발, 급제동 조건에서 주행 후 TSS(Total simulator sickness) 점수를 비교하였을 때 조건간 차이가 없었으며 각 조건에서 정차(안정)와 주행 후에서도 유의한 차이는 없었다. 이와 같은 결과로부터 본실험에서 simulator sickness가 미치는 영향은 크지않았다고 보여진다.
자율신경반응에서 심박율(heart rate)의증가, 피부온도의 저하는 긴장 상태나 정신적 부하를반영하고 피부전기저항은 각성 수준의 지표로 알려져있으며, 이러한 생리신호는 교감신경의 활성화로 설명할 수 있다[8, 15, 16]. 본 실험에서 정속 주행에 비해급출발과 급제동 상황에서 심박율의 증가, 피부온도의 저하, 피부전기저항의 증가로부터 교감 신경의 활성화, 생리적으로 더 긴장되고 각성되었음을 알 수 있고, 이는 주관적 감성 평가에서 쾌적감과 각성감의 결과와 일치하였다.
본 실험에서 측정한 5가지 감성(쾌적감, 긴장감, 각성감, 속도감, 현실감) 중 쾌적감은 급출발일 때 정차및 급제동 조건에 비해 유의하게 높았고(pVO.05), 각성감은 정속 주행에 비해 급출발(p<0.05), 급제동(p <0.05)일 때 높았다(그림 4, 5).
. 생리적 변화가 더 현저함을 알 수 있었다.
때 높았다. 생리적 변화는 뇌파에서 정차 및정속 주행보다 급출발과 급제동일 때 a파는 현저하게감소하고 0파는 증가하였다. 심전도 분석을 이용한평균 R-R 간격은 급제동일 때 가장 크게 감소하였고, 피부온도는 급출발일 때 가장 낮아진 반면 피부전기저항은 급출발의 경우 가장 높았다.
심박변화율은 평균 R-R 간격에 대하여 주행조건에따라 비교하였을 때 그림 8과 같이 정차에 비해 정속주행(p<0.05), 급출발(p<0.05), 급제동(p<0.05) 조건에서 유의하게 감소하였다. 조건간에 통계적 유의차는 없었으나 급제동일 때에 다른 조건에 비해 가장현저하게 감소하여 심박수가 증가하였다.
생리적 변화는 뇌파에서 정차 및정속 주행보다 급출발과 급제동일 때 a파는 현저하게감소하고 0파는 증가하였다. 심전도 분석을 이용한평균 R-R 간격은 급제동일 때 가장 크게 감소하였고, 피부온도는 급출발일 때 가장 낮아진 반면 피부전기저항은 급출발의 경우 가장 높았다. 주행 조건에 따른중추신경 반웅은 정차에 대한 뇌파의 변화량을 통하여 급출발과 급제동에서 a파와 파의 상반된 경향을볼 수 있었다.
05) 조건에서 유의하게 감소하였다. 조건간에 통계적 유의차는 없었으나 급제동일 때에 다른 조건에 비해 가장현저하게 감소하여 심박수가 증가하였다.
Ol)에서높았다. 조건간에서 비교하면 급출발 조건이 급제동조건보다 유의하게 높았다(p<0.05).
주관적 감성 측정 결과 쾌적감은 급출발일 때 가장높았고, 각성감은 정차 및 정속 주행에 비해 급출발과급제동일 때 높았다. 생리적 변화는 뇌파에서 정차 및정속 주행보다 급출발과 급제동일 때 a파는 현저하게감소하고 0파는 증가하였다.
후속연구
시뮬레이터를 이용한 동적 환경에서의 감성 평가는실제 상황에 따르는 위험 부담을 최소화할 수 있고, 복합적인 자극 제시가 가능하여 제품에 대한 평가에다양하게 이용할 수 있을 것으로 기대된다. 감성은 사회, 문화적 경험에 따라 그 특성이 다르므로 개인간의차이를 최소화하여 객관화된 감성을 도출하기 위해서는 앞으로 더 많은 대상자에 대한 측정 자료가 요구된다.
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