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문제 정의
- 실험에 앞서 피실험자들은 실험의 목적과 방법, 순서에 대해서 설명을 들었다. 또한 각 실험에 앞서 각 실험에 사용될 신호와 방식에 대해서 미리 학습하고 연습할 수 있는 기회를 제공하였다. 그들은 원하는 만큼 연습할 수 있는 기회를 가졌다.
- 본 연구는 운전자의 정보 전달의 유연성과 운전의 안전성을 향상시키기 위해서 차량에 햅틱 시트를 통한 자동차 네비게이션 시스템에 대해서 운전자가 느끼는 긍정적인 측면과 부정적인 측면을 모두 확인하였다. 전반적으로 전혀 새로운 기술에 대한 실험인 만큼 개인차와 생소함이 컸지만 햅틱 시트에 대해 7점 중 5점 이상의 만족하는 결과를 보여 주었기 때문에 햅틱 시트의 실제 구현에 대한 충분한 가능성을 확인할 수 있었다.
제안 방법
- 따라서 우리는 운전자의 정보 전달의 유연성과 운전의 안전성을 향상시키기 위해서 자동차 네비게이션 시스템에 햅틱 시트를 적용하여 운전자가 느끼는 긍정적인 측면과 부정적인 측면을 모두 확인해야 한다. 따라서 본 논문은 자동차 네비게이션 시스템에 대한 햅틱, 시각, 청각 방식의 반응 속도와 주관적 만족감, 주관적 작업부하를 종합적으로 측정하였다.
- 시뮬레이터에는 H사의 고급 시트를 장착하고 자체 제작된 진동모터를 장착하였다. 시트의 시트팬(seat pan), 등받이(back support), 시트팬의 볼스터(bolster) 부분에 진동 모터를 설치하였다. 그림 1은 본 연구에서 사용한 진동 모터가 설치된 위치와 개수, 방향에 대한 그림이다.
- 실험의 종속 변수는 신호에 대한 반응 속도, 주관적 만족도와 주관적 작업부하로 측정되었다. 신호에 대한 반응 속도는 각각의 신호에 대해 신호를 제시 받은 시점부터 악셀레이터, 브레이크, 좌측 방향지시등, 우측 방향지시등을 밟거나 작동시키는 시간까지의 간격을 ms 단위로 측정하였으며, 정확한 결과를 위해 신호 마다 3번씩 반복 측정하였다. 주관적 만족도는 Lewis(1995)의 연구에서 신호 인식의 수월함, 의미의 인지 속도, 인지의 편안함, 학습 용이성에 대한 척도의 문항들을 인용하였다.
- 실험의 독립 변수는 신호 종류(직진, 좌회전, 우회전, 속도 제한)와 신호 방식(햅틱, 시각, 음성)으로 4×3 피실험자 내 설계였다.
- 실험의 종속 변수는 신호에 대한 반응 속도, 주관적 만족도와 주관적 작업부하로 측정되었다. 신호에 대한 반응 속도는 각각의 신호에 대해 신호를 제시 받은 시점부터 악셀레이터, 브레이크, 좌측 방향지시등, 우측 방향지시등을 밟거나 작동시키는 시간까지의 간격을 ms 단위로 측정하였으며, 정확한 결과를 위해 신호 마다 3번씩 반복 측정하였다.
- 전반적으로 전혀 새로운 기술에 대한 실험인 만큼 개인차와 생소함이 컸지만 햅틱 시트에 대해 7점 중 5점 이상의 만족하는 결과를 보여 주었기 때문에 햅틱 시트의 실제 구현에 대한 충분한 가능성을 확인할 수 있었다. 실험이 시뮬레이터 환경이라는 한계점이 있지만 실제 차량과 유사하도록 제작된 장비와 실제 차량에 사용되는 시트를 사용하여 피실험자에게 최대한 실제 운전과 비슷한 환경을 제공하였다. 본 연구의 결과는 햅틱 시트 구현의 가능성을 확인하고 구현에 필요한 몇 가지 고려사항을 제공한 것에 의의가 있다.
- 또한 각 신호가 운전자에게 미치는 부정적인 영향을 측정하기 위해 NASA-TLX의 척도들 중 본 연구와 연관성이 높은 정신적 요구 정도, 신체적 요구 정도, 시간적 요구 정도, 불만족 정도를 이용하였다(Hart, 1988). 주관적 만족도와 주관적 작업부하는 각 신호 제시 직후 측정하였으며 설문 문항은 모두 7점 척도로 제작되었다.
대상 데이터
- 실험의 독립 변수는 신호 종류(직진, 좌회전, 우회전, 속도 제한)와 신호 방식(햅틱, 시각, 음성)으로 4×3 피실험자 내 설계였다. 시각과 음성 신호를 위해 일반적인 자동차 네비게이션 시스템에서 사용하는 신호를 그대로 사용하였다. 햅틱 신호 중 직진 신호는 van Erp and van Veen(2001)의 연구에서 사용되었던 진동의 형태와 동일하게 시트팬의 뒷 열의 진동 모터에서부터 앞 열의 진동 모터까지 발생되었다.
- 시뮬레이터의 화면은 PC 하드웨어를 통해 60Hz 프레임 비율, 1024×768 해상도로 생성되었다. 시뮬레이터에는 2200 ANSI 루멘 조명 출력이 가능한 프로젝터(VPLCX21, SONY, Japan)를 암실에서 이용하여 차량의 환경과 동일한 눈높이로 운전자의 전방 1m의 거리에 아이콘 등이 나타나도록 장착되었다. 또한 시뮬레이터는 실험에서 발생되는 소리를 위하여 표준 스피커를 운전자의 전방에 서로 90도 각도를 갖도록 장착하여 소리를 발생하였다.
- 실험을 위해 실제와 유사한 드라이빙 시뮬레이터 (medium-fidelity driving simulator)가 사용되었다. 시뮬레이터에는 H사의 고급 시트를 장착하고 자체 제작된 진동모터를 장착하였다. 시트의 시트팬(seat pan), 등받이(back support), 시트팬의 볼스터(bolster) 부분에 진동 모터를 설치하였다.
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2.1 피실험자 및 실험장비
실험에는 총 20명의 피실험자(여자 9명, 남자 11명)가 참가하였다. 피실험자의 나이는 22~58(MD = 37.
데이터처리
- 모든 평균과 표준 오차는 그림 3와 같다. 결과의 우위를 비교하기 위하여 대응표본 T 검증을 수행하였다(p = .05). 신호 종류에 대한 반응시간은 '좌회전'과 '우회전'보다 '속도 제한'과 '직진'이 유의하게 더 오래 걸렸다.
- 실험의 분석을 위해 반복 측정 분산분석(repeated measures analysis of ANOVA)을 사용하였다. 전체 반응시간 측정에서 3.
이론/모형
- 주관적 만족도는 Lewis(1995)의 연구에서 신호 인식의 수월함, 의미의 인지 속도, 인지의 편안함, 학습 용이성에 대한 척도의 문항들을 인용하였다. 또한 각 신호가 운전자에게 미치는 부정적인 영향을 측정하기 위해 NASA-TLX의 척도들 중 본 연구와 연관성이 높은 정신적 요구 정도, 신체적 요구 정도, 시간적 요구 정도, 불만족 정도를 이용하였다(Hart, 1988). 주관적 만족도와 주관적 작업부하는 각 신호 제시 직후 측정하였으며 설문 문항은 모두 7점 척도로 제작되었다.
- 좌회전과 우회전 신호는 시트팬의 볼스터에서 158ms의 진동을 46ms 간격으로 두 번 울리고 다시 206ms 간격 후에 두 번 울리는 형태의 신호를 이용하였다(Sayer, Sayer and Devonshire, 2005). 속도 제한에 대한 신호는 등받이에서 Sayer, Sayer and Devonshire(2005)가 속도에 대한 경고로서 사용한 진동 형태를 이용하여 725ms 진동을 78ms의 간격을 두고 두 번 울리는 신호를 사용하였다. 모든 신호들은 직진, 좌회전, 우회전, 속도 제한 내에서 각각 시각, 음성, 햅틱의 총 제시 시간을 동일하게 하여 신호 간 형평성을 유지하였다(그림 2).
- 실험을 위해 실제와 유사한 드라이빙 시뮬레이터 (medium-fidelity driving simulator)가 사용되었다. 시뮬레이터에는 H사의 고급 시트를 장착하고 자체 제작된 진동모터를 장착하였다.
성능/효과
- 음성 신호의 경우도 차량 스피커와 비슷한 환경에서 소리가 제공되었기 때문에 실제 주행 환경에서 별도의 네비게이션 기기에서 발생되는 소리에 비해 듣기가 수월했다. 결과적으로 햅틱에 대한 학습 부족과 시각과 음성 신호의 비교적 수월한 인식 환경에 의해 피실험자의 주관적인 평가 결과가 반응시간 결과와 상반되게 도출되었다. 하지만 주관적인 작업부하 측정에서 피실험자들은 시각이나 음성 방식과 비교하여 햅틱 방식에 대해 정신적으로나 신체적으로 큰 부담을 느끼지 않았으며 불만족 정도도 예상보다 낮게 측정되었다.
- 또한 van Erp(2004)는 과중하게 부하되는 감각 채널들의 부담을 덜어주기 위한 목적으로 자동차 네비게이션 시스템에서 시각 방식과 시트의 진동 방식에 따르는 작업부하와 반응시간을 높은 작업부하 상황과 낮은 작업부하 상황을 구분하여 측정하였다. 그 결과 진동 방식과 햅틱과 시각을 혼합한 방식의 정보 전달은 작업부하가 증가해도 성과의 감소가 나타나지 않았지만, 시각 방식의 경우 성과의 감소가 나타났다.
- 속도 제한에 대한 신호는 등받이에서 Sayer, Sayer and Devonshire(2005)가 속도에 대한 경고로서 사용한 진동 형태를 이용하여 725ms 진동을 78ms의 간격을 두고 두 번 울리는 신호를 사용하였다. 모든 신호들은 직진, 좌회전, 우회전, 속도 제한 내에서 각각 시각, 음성, 햅틱의 총 제시 시간을 동일하게 하여 신호 간 형평성을 유지하였다(그림 2).
- 반응 속도의 두 개의 독립 변수인 신호 종류와 신호 방식에 대한 이원 ANOVA 분석에서 신호 종류의 주효과(F(3,111) = 31.89, p < .001)와 신호 방식의 주효과(F(2,74) = 193.73, p < .001)가 있음이 나타났다.
- 신호 방식의 주관적 만족도에서는 대체로 '햅틱' 보다 '음성'과 '시각'이 의미의 인식이 수월하고 인식 속도가 빠르며 학습이 용이한 것으로 대답하였다.
- 신호 종류에 대해서 햅틱 신호의 결과를 분석한 결과 주관적 만족도와 주관적 작업부하의 모든 척도에 대해 주효과는 유의하지 않았다(p = .05).
- 001)가 있음이 나타났다. 신호 종류와 신호 방식 사이의 상호작용은 없는 것으로 나타났다. 모든 평균과 표준 오차는 그림 3와 같다.
- 본 연구는 운전자의 정보 전달의 유연성과 운전의 안전성을 향상시키기 위해서 차량에 햅틱 시트를 통한 자동차 네비게이션 시스템에 대해서 운전자가 느끼는 긍정적인 측면과 부정적인 측면을 모두 확인하였다. 전반적으로 전혀 새로운 기술에 대한 실험인 만큼 개인차와 생소함이 컸지만 햅틱 시트에 대해 7점 중 5점 이상의 만족하는 결과를 보여 주었기 때문에 햅틱 시트의 실제 구현에 대한 충분한 가능성을 확인할 수 있었다. 실험이 시뮬레이터 환경이라는 한계점이 있지만 실제 차량과 유사하도록 제작된 장비와 실제 차량에 사용되는 시트를 사용하여 피실험자에게 최대한 실제 운전과 비슷한 환경을 제공하였다.
- 하지만 주관적인 작업부하 측정에서 피실험자들은 시각이나 음성 방식과 비교하여 햅틱 방식에 대해 정신적으로나 신체적으로 큰 부담을 느끼지 않았으며 불만족 정도도 예상보다 낮게 측정되었다. 특히 피실험자들이 시각과 음성 신호와 같이 햅틱 신호를 편안하게 인지하여 시스템이 전달하려는 정보에 대해 편안하게 이해할 수 있었고 햅틱 신호 방식에 대해서 신호 종류에 따른 차이가 나타나지 않았다. 즉 본 실험에서 사용된 모든 신호는 사용자가 직관적으로 받아들이기에 적합하도록 고려하여 디자인되었으며 Ho(2005) 연구 결과에서도 사용자가 직관적으로 받아들이기 쉬운 햅틱 신호 제시의 중요성을 확인할 수 있다.
- 결과적으로 햅틱에 대한 학습 부족과 시각과 음성 신호의 비교적 수월한 인식 환경에 의해 피실험자의 주관적인 평가 결과가 반응시간 결과와 상반되게 도출되었다. 하지만 주관적인 작업부하 측정에서 피실험자들은 시각이나 음성 방식과 비교하여 햅틱 방식에 대해 정신적으로나 신체적으로 큰 부담을 느끼지 않았으며 불만족 정도도 예상보다 낮게 측정되었다. 특히 피실험자들이 시각과 음성 신호와 같이 햅틱 신호를 편안하게 인지하여 시스템이 전달하려는 정보에 대해 편안하게 이해할 수 있었고 햅틱 신호 방식에 대해서 신호 종류에 따른 차이가 나타나지 않았다.
후속연구
- 본 연구의 결과는 햅틱 시트 구현의 가능성을 확인하고 구현에 필요한 몇 가지 고려사항을 제공한 것에 의의가 있다. 향후 실제 차량에 적용된 햅틱 시트를 이용하여 다른 영역에 대해서도 추가적인 실험을 진행할 계획이며 궁극적으로 지능형 자동차에서의 운전자와 차량의 상호작용과 안전성의 향상을 기대한다.
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