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문제 정의
- 본 논문에서는 BCI 기기인 뉴로스카이(NeuroSky)사의 헤드셋 2대와 1대의 컴퓨터가 연동하여 양자 간 게임이 가능 할 수 있도록 한 게임 인터페이스를 소개하고 BCI 기기의 특성을 최대한 나타내는 동시에 정신건강 증진 및 학습증진에 맞는 단순하면서도 흥미를 유발 할 수 있는 기능성 게임 개발을 제안한다.
가설 설정
- 3) Event Motion의 시작 포즈와 마지막 포즈의 동기화 작업을 한다.
제안 방법
- BCI 인터페이스에 적합한 댄스 게임용 3D 모델 제작에 있어서 실시간 댄스의 움직임을 위해 적은 폴리곤 개수의 3D 캐릭터와 여러 종류의 3D 캐릭터에 같은 댄스 모션을 적용하기 위한 Skeleton 구성이 필요 하였다. 아래 그림 4와 같이 10,000개 이하의 LowPolygon Character를 제작 하였으며, 그림 5는 최소 28개로 이루어진 댄스용 Skeleton을 구성 하는 과정이다.
- 실시간 데이터 수집보드를 바탕으로 개인용 컴퓨터에 설치된 각종 라이브러리와 무선으로 통신하여 데이터를 전송받고 기능성 게임 개발에 활용한다. SDK 시스템으로부터 집중도와 평정도에 대한 데이터를 실시간으로 전송받아서 게임을 제작한다.
- 게임 엔진에서 모션데이터를 활용하기 위해 각 캐릭터간의 Skeleton 구성 및 네임을 공통화 시켰으며, 댄스 모션데이터는 Skeleton에 프레임간 Rotation 변화값을 저장해, 댄스 게임 엔진에서 활용 가능하도록 Motion DB를 구축하였다.
- 단순데이터를 비교하는 기존의 결과측정 방법보다 BCI 인터페이스장치인 헤드셋을 통해 측정되는 뇌파의 결과 값을 사용함으로써 협동게임의 객관성과 신뢰성을 높이고 실제 게임 중에 변화되는 데이터를 사용자 편의를 고려한 다양한 방법을 통하여 시각화 함으로써 반복적인 게임의 약점을 보완할 수 있도록 뉴로스카이사의 SDK헤드셋을 활용하였다.
- 이러한 BCI 인터페이스 장치인 헤드셋을 활용하면 기존의 게임을 더 다양하고 재미있는 형태의 게임으로 발전시키고 뇌파 분류에 따른 집중력, 실행력, 기억력 등 새로운 게임의 개발과 다양한 콘텐츠에 대한 욕구를 충족 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 두 대의 헤드셋이 각각 뇌파의 신호를 읽어 분리하는 기술과 한대의 컴퓨터와 두 대의 헤드셋이 연동 할수 있는 뉴로스카이사의 BCI 인터페이스를 양자간 게임 개발에 활용하였다[10].
- 캐릭터의 동작변화 판정 기준은 BCI 기기의 수치를 기준으로 다음의 표 2와 같이 분류 하였으며, 협동댄스 게임에서 캐릭터의 동작변환은 Player의 평정심 값을 3초 동안 누적하여 평균이 10이상 높아진 경우 상대 Player 의 집중도 값을 5만큼 높이고 Player의 평정심 값을 3초 동안 누적하여 평균이 10이상 낮아진 경우 상대 Player 의 집중도 값을 5만큼 내린다. 또한, Player A와 B의 집중도 값을 5초 동안 누적하여 평균값을 사용하여 협동심 값을 산정하고 협동심 값의 범위에 따라 중앙의 댄스캐릭터가 댄스를 잘 추거나 다른 동작을 하도록 적용하였다.
- 실시간 댄스의 움직임을 위해 10,000 폴리곤 이내의 3D 모델 제작을 그림 4와 그림 5에서 보여주고 있다. 또한, 교육, 치료에 활용 가능한 BCI 게임 인터페이스를 개발하여 주의력 결핍 어린이들이나 노인들도 쉽게 이용할 수 있도록 게임 UI를 제작하였다.
- 메인 댄스곡은 가요 3곡, 팝송 1곡, 동요 1곡등 5곡과 이벤트가 발생할 때 구현될 7가지의 이벤트 모션을 제작하였다.
- 전문 댄서의 모션 움직임을 정확하게 데이터화 시키기 위해, 신체 주요포지션에 40~60 여개의 반사 마커를 부착하고 Optical Motion Capture 시스템을 이용해 촬영하였으며, 마커의 프레임별 위치 변화값을 추출하여, 캐릭터 Skeleton에 모션데이터를 적용하고. Motion Capture 전문 Tool인 MotionBuilder 를 이용해 댄스 움직임을 그림 3과 같이 데이터화 하였다.
대상 데이터
- 뉴로 스카이사의 BCI 기기인 마인드셋을 활용하여 오락과 흥미 및 뉴로 피드백 치료를 위한 기능성 게임을 제작하기 이전에 마인드 세트에서 얻어지는 데이터의 신뢰성을 판단하기 위하여 2009년도에 전라남도의 초등학교 5곳(135명)과 노인 요양원 6곳(197명), 울산의 고등학교 1곳(103명)등 총 435명을 대상으로 집중도(attention) 와 평정도(meditation) 측정을 수행하였다. 집중도와 평정도의 측정 범위는 0부터 100까지 이며 집중도를 비교 분석해본 결과 고등학생 54.
성능/효과
- 노인의 평정도는 전체적으로 평균에서 큰 차이가 없었으나 초등생의 평정도는 개인별로 다양하게 추출되었으며 초등학생의 평균 집중도는 노인에 비해서는 높았으나 집중 시간은 짧은 것으로 나타났다. BCI를 이용한 비교분석 결과 초등학생의 경우 역동성이 있고 게임 시간이 짧은 다양한 게임타입이 적합하며, 다른 사람과 비교 판단을 하기 보다는 개인별 향상도를 알려줄 수 있는 게임이 적합한 것으로 나타났다.
- 7로 집중도 차이보다 작게 나타났다. 노인의 평정도는 전체적으로 평균에서 큰 차이가 없었으나 초등생의 평정도는 개인별로 다양하게 추출되었으며 초등학생의 평균 집중도는 노인에 비해서는 높았으나 집중 시간은 짧은 것으로 나타났다. BCI를 이용한 비교분석 결과 초등학생의 경우 역동성이 있고 게임 시간이 짧은 다양한 게임타입이 적합하며, 다른 사람과 비교 판단을 하기 보다는 개인별 향상도를 알려줄 수 있는 게임이 적합한 것으로 나타났다.
- 노인의 경우 정적이며, 비슷한 형식을 반복적으로 시행하는 단순한 게임 타입이 적합하고, 타인과의 비교를 통해 흥미를 높이고 자신감을 회복 할 수 있게 해주는 게임이 적합한 것으로 나타났다. 뉴로 스카이사의 마인드셋을 이용한 뇌파를 이용한 데이터 측정으로부터 추출된 결과는 게임 제작의 방향을 설계하는데 큰 도움이 되었다.
- 뉴로피드백 치료는 두뇌의 성향을 뇌파를 통해 감지한 뇌파를 감각 대상으로 삼아 뇌파 훈련을 통해 뇌파를 조정하거나 개선해 나가는 방식이다. 이 치료를 통해 치료 대상자는 뇌파를 스스로 조절해 감으로서 뇌의 부위별 기능을 강화하고 습관 및 의식 상태의 개선까지를 도모할 수 있다. 치료 범위는 소아, 청소년의 경우 ADHD(Attention- Deficit Hyperactivity Disorder, 주의력 결핍 과잉행동장애), 다양한 정신장애를 포함하며, 성인의 경우, 치매 스트레스로 인해서 발생하는 각종 정신 질환을 포함한다.
- 그러나 다만, ADHD와 일반 학생들 간의 EEG 연구들은 ADHD 아동의 신경심리적인 특성을 파악하는 측정도구로 사용되고 있으며 대개는 ADHD 아동이 일반 아동보다 알파파와 베타파가 낮게 측정되고 세타파가 높게 측정되는 연구 결과를 보여주고 있다[8],[9]. 이러한 연구 결과를 토대로 본 논문에서는 알파파와 베타파를 높이고 세타파를 낮추어 집중력을 향상 시킬 수 있는 2인용협동댄스게임을 제안한다. 현재 뇌파를 활용한 기능성 게임들은 BCI 기기 전문회사, 이모티브 사와 뉴로스카이사 등에서 많이 출시하고 있는데 이러한 게임의 대부분은 1인용 게임이며 2인 이상이 협동하여 할 수 있는 기능성 게임은 아직까지 출시되지 않고 있다[4].
- 뉴로 스카이사의 BCI 기기인 마인드셋을 활용하여 오락과 흥미 및 뉴로 피드백 치료를 위한 기능성 게임을 제작하기 이전에 마인드 세트에서 얻어지는 데이터의 신뢰성을 판단하기 위하여 2009년도에 전라남도의 초등학교 5곳(135명)과 노인 요양원 6곳(197명), 울산의 고등학교 1곳(103명)등 총 435명을 대상으로 집중도(attention) 와 평정도(meditation) 측정을 수행하였다. 집중도와 평정도의 측정 범위는 0부터 100까지 이며 집중도를 비교 분석해본 결과 고등학생 54.6, 초등학생 52.2, 노인 49.2의 결과가 추출이 되어 고등학생과 노인간 집중도의 차이가 5.4로 연령대에 따른 집중력이 차이가 있음을 알 수 있었다.
후속연구
- 이러한 다양한 방향에서의 응용을 위해서는 현재 출시되어 상용화된 기기들을 이용한 다양한 기능성 게임들이 제작되어야 하고 이 과정에서 좀더 세밀한 요구가 새롭고 정밀한 BCI 기기의 출현을 촉진 시킬 것으로 기대한다. 뇌파를 활용한 인터페이스 기기들의 디자인이 게임에 등장하는 캐릭터들의 능력이나 게임이 실행되는 화면 속 환경들에 영향을 줄 수 있는 요소들이 무엇인지 정확하게 파악하고 검증하는 연구를 통하여 게임의 디자인 측면에서 뇌파 인터페이스 기기에 대한 새로운 방향으로의 인식과 시각이 활성화 될 것으로 기대된다.
- 본 논문에서 구현 제시한 ２인용 댄스게임은 기존에 출시된 １인용 게임과 차별화를 두어 집중력 뿐 아니라 현대사회에서 대다수의 청소년들에게 결핍되어 있는 상대방과의 협동심을 길러 주는데 많은 기능을 할 것으로 기대하며 향후 여럿이 동시에 할 수 있는 게임도 개발될 것으로 전망된다[2]. 최근 BCI 를 게임의 인터페이스로 이용하려는 연구와 상용화 시도는 꾸준히 이루어지고 있다[1].
- 또한 향후 발전 과정에서 오락과 치료, 교육적인 면이 결합된 기능성게임. 영화의 인터랙티브 스토리텔링, 뉴로마케팅 같이 여러 분야에 응용될 것으로 기대된다. 이러한 다양한 방향에서의 응용을 위해서는 현재 출시되어 상용화된 기기들을 이용한 다양한 기능성 게임들이 제작되어야 하고 이 과정에서 좀더 세밀한 요구가 새롭고 정밀한 BCI 기기의 출현을 촉진 시킬 것으로 기대한다.
- 이러한 BCI 인터페이스 장치인 헤드셋을 활용하면 기존의 게임을 더 다양하고 재미있는 형태의 게임으로 발전시키고 뇌파 분류에 따른 집중력, 실행력, 기억력 등 새로운 게임의 개발과 다양한 콘텐츠에 대한 욕구를 충족 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 두 대의 헤드셋이 각각 뇌파의 신호를 읽어 분리하는 기술과 한대의 컴퓨터와 두 대의 헤드셋이 연동 할수 있는 뉴로스카이사의 BCI 인터페이스를 양자간 게임 개발에 활용하였다[10].
- 영화의 인터랙티브 스토리텔링, 뉴로마케팅 같이 여러 분야에 응용될 것으로 기대된다. 이러한 다양한 방향에서의 응용을 위해서는 현재 출시되어 상용화된 기기들을 이용한 다양한 기능성 게임들이 제작되어야 하고 이 과정에서 좀더 세밀한 요구가 새롭고 정밀한 BCI 기기의 출현을 촉진 시킬 것으로 기대한다. 뇌파를 활용한 인터페이스 기기들의 디자인이 게임에 등장하는 캐릭터들의 능력이나 게임이 실행되는 화면 속 환경들에 영향을 줄 수 있는 요소들이 무엇인지 정확하게 파악하고 검증하는 연구를 통하여 게임의 디자인 측면에서 뇌파 인터페이스 기기에 대한 새로운 방향으로의 인식과 시각이 활성화 될 것으로 기대된다.
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