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• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• Stelmach와 Tam (1998)은 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 코딩된 이미지 품질에 약간의 불일치가 있더라도 인간의 시각 체계가 이를 용인할 수 있다고 하였다. 따라서 원하는 목표 수준의 이미지 품질을 얻기 위해 왼쪽과 오른쪽 눈 이미지 간에 비트율 할당을 다양하게 하는 것이 가능하다는 것을 제안하였다. 이러한 제안과 더불어 이미지 품질과 눈 우세의 관계에 대한 연구의 필요성을 언급하였다^[3-6].
• 본 논문에서는 관찰자의 우세안(dominant eye)에 따라 차별적으로 발생할 수 있는 입체시 경험에 초점을 두고 연구를 시작하였다. 사람들은 장면을 지각할 때 두 눈이 보고 있는 각각의 장면을 번갈아 인식하지 않는다.
• 본 논문은 공간 위치 변화를 일으키는 3-D 자극 정보를 피험자의 어느 한쪽 눈에 차별적으로 제공했을 때, 3-D 자극 패턴 지각에 차이가 있는지를 살펴보고자 수행된 최초의 연구 보고이다. 우세안에 단독으로 깊이 정보를 제공했을 경우, 그리고 비우세안에 단독으로 깊이 정보를 제공했을 경우, 3-D 자극의 공간 위치 변화를 지각하는 수행의 차이가 있는지를 알아보고, 향후 입체 영상을 제작할 경우 어떠한 요인을 고려해야 하는지 알아보고자 하였다.
• 본 논문은 공간 위치 변화를 일으키는 3-D 자극 정보를 피험자의 어느 한쪽 눈에 차별적으로 제공했을 때, 3-D 자극 패턴 지각에 차이가 있는지를 살펴보고자 수행된 최초의 연구 보고이다. 우세안에 단독으로 깊이 정보를 제공했을 경우, 그리고 비우세안에 단독으로 깊이 정보를 제공했을 경우, 3-D 자극의 공간 위치 변화를 지각하는 수행의 차이가 있는지를 알아보고, 향후 입체 영상을 제작할 경우 어떠한 요인을 고려해야 하는지 알아보고자 하였다.
• 참가자들은 원형구멍카드법 검사를 통하여 오른쪽 눈이 우세한지를 확인받았다. 다음은 입체시지각 가능 여부를 확인하기 위해, 매직아이를 보여주고 이를 제대로 경험할수 있는지 알아보았다. 두 가지 검사가 끝나면 실험자는 지시문을 읽어주면서 참가자가 실험 절차에 대하여 정확하게 이해하고 있는지 확인하였다.
• 본 연구는 관찰자의 우세안에 따라 3-D 자극 변화의 지각 패턴에 차이가 있는지를 알아보고자 수행되었다. 실험 참가자들은 애너글리프 방식으로 제작된 입체 자극의 공간 위치 변화를 탐지하는 과제를 수행하였는데, 실험 1, 2의 주요 결과를 정리하면 다음과 같다.
• 따라서 3-D 영상물을 제작할때 좌우 영상 중 기준이 되는 영상 장면이란 개념은 가지고 있지 않다. 그러나 본 연구에서 좌우 눈이 3-D 지각에 비대칭적인 기여를 할 가능성을 제시하였다. 입체 시각 정보처리에 부합하도록 좌우 영상 중 기준이 되는 영상을 정하는 방식으로 다음과 같이 촬영 기법을 조정할 필요성을 고려할 수 있다.

가설 설정

• 점선과 실선이 교차되는 지점은 양안 부등 정보 처리 후에 지각된 물체의 공간 위치가 된다. 단안 거리 단서인 물체의 상대적 크기 정보가 작용하지 않는다는 가정 하에서, 도형이 오른쪽 눈에서 뻗은 실선을 따라 움직이면 뇌가 보는 장면은 바뀌지 않는다. 그러나 왼쪽 눈에 맺히는 상을 나타내는 점선이 달라지고, 점선과 실선의 교차점 또한 달라진다.

제안 방법

• 또한 선호하는 손잡이에 따라 양 손 간에 키보드를 누르는 반응시간이 참가자 간에 크게 다를 수 있으므로 참가자의 동질성을 가능한 한 크게 유지할 필요가 있다. 따라서 실험을 진행하기 전, 실험 참가자의 손잡이를 자가보고(self-reported) 형태로 조사하였다. 심리학 과목을 수강하는 가톨릭 대학교 학부학생 중 실험 참가 의사를 밝힌 자원자에게 원형구멍카드법 검사를 이용해 오른눈 우세자(righteye dominant)를 실험 참가자로 선발하였다.
• 좌우 눈에 제시되는 대상의 공간 위치 변화를 일으키기 위해서 적용된 대상의 화면 변화는 각각 0, +8, -8 pixel 의 크기로 고정했다. 또한 제시되는 눈의 조건에 따라 부등이 없거나, 교차 부등, 또는 비교차부등을 만드는 자극을 사용하였고, 이를 Red-Cyan 안경을 착용하고 보면 관찰자는 자극이 화면 앞으로 튀어나오거나 들어가는 공간상의 위치 변화를 느낄 수 있었다.
• 실험 자극 화면은 고정된 초점 자극인 원기둥을 중앙에 배치하고, 깊이감(양안 부등)이 변화하는 구형 자극을 좌우 각각 두 개씩 4cm 간격으로 수평 배열시켜 구성하였다(그림 2). 중앙의 원기둥을 기준으로 자극 간의 거리 4cm와 관찰 거리 75cm를 고려한 시각도(visual angle)는 인접 구형 자극의 경우 3.
• 그리고 초점자극인 원기둥 자극과 일직선상으로 배치된 구형 자극은 교차 부등, 비교차 부등의 움직임 두 가지로 조작하였다. 원기둥 자극(F: fixation)과 인접하게 위치한 구형 자극들을 한 쌍, 떨어져 위치한 구형 자극들을 한 쌍으로 하여 부등 생성 방향을 반대로 조작하였다(그림 4).
• 그리고 초점자극인 원기둥 자극과 일직선상으로 배치된 구형 자극은 교차 부등, 비교차 부등의 움직임 두 가지로 조작하였다. 원기둥 자극(F: fixation)과 인접하게 위치한 구형 자극들을 한 쌍, 떨어져 위치한 구형 자극들을 한 쌍으로 하여 부등 생성 방향을 반대로 조작하였다(그림 4). 그림 4에서 U로 표지된 구형은 비교차와 교차 없음 사이를, C로 표지된 구형은 교차와 교차 없음 사이를 움직인다.
• 다음은 입체시지각 가능 여부를 확인하기 위해, 매직아이를 보여주고 이를 제대로 경험할수 있는지 알아보았다. 두 가지 검사가 끝나면 실험자는 지시문을 읽어주면서 참가자가 실험 절차에 대하여 정확하게 이해하고 있는지 확인하였다.
• 참가자는 Red-Cyan anaglyph 안경을 착용하고 주 모니터 화면으로부터 75cm 떨어져 앉았다. 수평으로 배열된 네 개의 구형 중 어느 하나가 깊이 변화를 보이면, 두 손의 검지와 중지를 사용하여 각 위치에 대응된 자판키(S, D, K, L)를 빠르고 정확하게 누르도록 요청하였다. 깊이 변화가 발생 하기 0.
• 본 시행으로 진행하기 전에 원기둥 제시 조건 네 가지가 차례로 나타나는 연습시행을 각 16번씩 총 64시행을 수행 하였다. 본 시행은 64시행으로 구성되었는데, 연습시행과는 달리 원기둥 제시 조건이 한 회기 내에서 한 가지로 고정 되어 제시되었다.
• 본 시행은 64시행으로 구성되었는데, 연습시행과는 달리 원기둥 제시 조건이 한 회기 내에서 한 가지로 고정 되어 제시되었다. 한 회기 당 5분이 소요됐으며, 모두 16회기를 8회기(40분 소요됨)씩 이틀에 걸쳐 진행하였다.
• 자극 제시 조건은 원기둥 제시 조건(4)과 구형자극의 위치(2)와 부등 조건(2)을 조합하는 반복측정 설계를 적용했으며, 총 16개 조건을 균형 잡힌 라틴 방형으로 각 회기의 시행 순서를 결정하였다. 반복측정 설계는 인지과학 연구에서 일반적인 설계법으로 참가자는 두 개 혹은 그 이상의 실험 조건 하에서 수행을 여러 번 반복하고, 이를 측정 받는다.
• 반복측정 설계가 적용된 실험 데이터를 분석하기 위한 통계 기법이 반복측정 변량 분석법이다. 참가자별로 입체 자극 지각 패턴에 차이가 있는지를 보기 위하여 원기둥 제시 조건, 이동 정보가 제시된 눈, 움직임의 형태, 시야, 구형 자극의 위치 변인에 대해 반복측정 변량 분석을 시행하였다.
• 실험 1의 결과가 오른쪽 눈이 우세안인 참가자에서 얻은 결과이므로 왼쪽 눈이 우세안인 경우를 관찰할 필요가 있으며, 이를 위해 실험 2를 실시하였다.
• 참가자를 선정한 기준은 왼눈이 우세한지의 여부를 제외하고 실험 1과 동일하였다. 가톨릭 대학교 학부학생 중 원형구멍카드법 검사를 통해 왼눈 우세자(left-eye dominant)를 선발하였다. 모두 16명(남자 4명, 여자 12명, 나이 21~25세)이 실험 2에 참여하였다.
• 실험 1과 마찬가지로 원기둥 제시 조건(4), 이동정보가 제시된 눈(2), 움직임의 형태(4), 시야(2), 구형 자극의 위치 (2)에 대한 반복측정 변량 분석이 시행되었다. 주효과로는 이동정보가 제시된 눈, 움직임의 형태, 구형 자극의 위치 변인이 유의미하였다.
• 먼저 3-D 영상물 촬영이라고 하더라도 오른쪽 눈에 제시될 영상을 촬영하는 우측 카메라는 2-D 영상을 촬영하는 경우처럼 사용하도록 한다. 그리고 왼쪽 눈에 제시된 깊이 변화 정보가 일관성 있게 처리된다는 본 연구의 결과를 적용하여, 깊이 정보와 관련된 부등정보가 담기는 영상은 왼쪽 눈에 제시될 수 있도록 좌측 카메라를 사용하도록 한다. 이러한 방식으로 입체 영상물을 만든다면, 영상물이 제공하는 3-D 정보가 인간의 3차원 정보처리 과정에 더 자연스럽게 부합할 수 있을 것이다.

대상 데이터

• 따라서 실험을 진행하기 전, 실험 참가자의 손잡이를 자가보고(self-reported) 형태로 조사하였다. 심리학 과목을 수강하는 가톨릭 대학교 학부학생 중 실험 참가 의사를 밝힌 자원자에게 원형구멍카드법 검사를 이용해 오른눈 우세자(righteye dominant)를 실험 참가자로 선발하였다. 원형구멍카드법 검사는 피험자에게 가운데 구멍이 뚫린 카드를 주고, 구멍을 통하여 표적자극을 주시하도록 요청하는 검사이다.
• 구멍을 통하여 표적자극을 볼 수 있는 눈이 우세안이다^[8]. 모두 16명(남자 4명, 여자 12명, 나이 21~25세)이 실험 1에 참여하였다. 모든 참가자들은 오른손잡이였으며, 정상시력 또는 교정된 정상시력을 지녔다.
• 실험은 개인용 컴퓨터(모델: HP Pro 3000MT, Graphics card: NVIDIA GeForce 9500GT)로 진행되었고, 실행통제 프로그램으로는 Python 언어와 정신물리학 실험용 패키지인 Psychopy(ver. 1.71)가 사용되었다^[9-10]. 3-D 자극은 24인치 삼성모니터(모델명: SyncMaster SA350, 수평주파수 60Hz, 해상도 1920x1080)에 제시되었다.
• 71)가 사용되었다^[9-10]. 3-D 자극은 24인치 삼성모니터(모델명: SyncMaster SA350, 수평주파수 60Hz, 해상도 1920x1080)에 제시되었다. 관찰자와 화면 사이의 거리는 75cm이었으며, 턱 고정 받침대는 사용하지 않았다.
• 가톨릭 대학교 학부학생 중 원형구멍카드법 검사를 통해 왼눈 우세자(left-eye dominant)를 선발하였다. 모두 16명(남자 4명, 여자 12명, 나이 21~25세)이 실험 2에 참여하였다. 이들 중 안과적 질환(황반원공:망막에 구멍이 생기는 안과질환)으로 인해 수행이 극단적으로 저조하였던 한 명의 데이터는 분석에서 제외하였다.
• 실험은 암막이 설치된 실험실에서 주 모니터를 제외한 모든 조명과 보조 모니터를 끈 상태에서 진행되었다. 참가자는 Red-Cyan anaglyph 안경을 착용하고 주 모니터 화면으로부터 75cm 떨어져 앉았다. 수평으로 배열된 네 개의 구형 중 어느 하나가 깊이 변화를 보이면, 두 손의 검지와 중지를 사용하여 각 위치에 대응된 자판키(S, D, K, L)를 빠르고 정확하게 누르도록 요청하였다.
• 이들 중 안과적 질환(황반원공:망막에 구멍이 생기는 안과질환)으로 인해 수행이 극단적으로 저조하였던 한 명의 데이터는 분석에서 제외하였다. 분석에 사용된 15명 중 14명은 오른손잡이, 1명은 왼손잡이였다. 참가자는 모두 정상시력 또는 교정된 정상시력을 지녔다.

이론/모형

• 3-D 제시 방식으로는 Red-Cyan의 애너그리프(anaglyph) 기법을 이용하고, 크로스톡(crosstalk)을 방지하기 위해 자극 색상의 채도를 낮췄다. 좌우 눈에 제시되는 대상의 공간 위치 변화를 일으키기 위해서 적용된 대상의 화면 변화는 각각 0, +8, -8 pixel 의 크기로 고정했다.

성능/효과

• 모든 참가자들은 오른손잡이였으며, 정상시력 또는 교정된 정상시력을 지녔다. 색약이라고 보고한 참가자 한 명을 포함하여 참가자 모두 정상적으로 양안 부등 정보에 근거한 입체시 경험이 가능했다.
• 주효과로는 이동 정보가 제시된 눈, 시야, 구형 자극의 위치 변인이 유의미하게 나타났다. 본 연구에서 가장 주목하고 있는 결과인, 제시된 눈의 주효과가 있었다.
• 주효과로는 이동 정보가 제시된 눈, 시야, 구형 자극의 위치 변인이 유의미하게 나타났다. 본 연구에서 가장 주목하고 있는 결과인, 제시된 눈의 주효과가 있었다. 즉 양 눈에 제시된 구형 자극의 깊이 변화 지각에 대한 반응시간이 오른쪽 눈보다 왼쪽 눈에서 짧았다.
• 이원 상호작용으로는 이동정보가 제시된 눈과 구형자극의 위치가 유의미하게 나타났다. 좌안의 경우, 구형자극의 위치에 따른 반응시간에서 큰 차이를 보이지 않았다.
• 이원 상호작용으로는 이동정보가 제시된 눈과 구형자극의 위치가 유의미하게 나타났다. 좌안의 경우, 구형자극의 위치에 따른 반응시간에서 큰 차이를 보이지 않았다.
• 또한 움직임의 형태와 구형자극의 위치 상호작용도 유의미하게 나타났는데, 초점자극과 가깝게 위치한 구형자극의 움직임을 초점자극에서 떨어진 곳에 위치한 구형자극의 움직임보다 빠르게 탐지하였다. 즉, 초점자극과 가깝게 위치한 구형자극의 모든 움직임 형태가 초점자극과 떨어져 위치한 구형자극의 움직임 형태보다 빠르게 지각되었다(그림 7).
• 마지막으로 사원상호작용으로는 이동정보가 제시된 눈, 움직임의 형태, 시야, 구형자극의 위치가 있었다. 좌안과 우 안에서 구형자극 탐지 패턴의 차이를 보였는데, 좌안의 경우 원기둥 자극의 네 가지 부등 조건 모두 좌시야에 제시된 자극들에 대한 반응 시간이 우시야에 제시된 자극들에 대한 반응시간보다 느렸다.
• 마지막으로 사원상호작용으로는 이동정보가 제시된 눈, 움직임의 형태, 시야, 구형자극의 위치가 있었다. 좌안과 우 안에서 구형자극 탐지 패턴의 차이를 보였는데, 좌안의 경우 원기둥 자극의 네 가지 부등 조건 모두 좌시야에 제시된 자극들에 대한 반응 시간이 우시야에 제시된 자극들에 대한 반응시간보다 느렸다. 하지만 구형자극이 초점자극과가까운 곳에 위치한 경우의 반응시간과 멀리 떨어진 곳에 위치한 경우의 반응시간에서는 큰 차이를 보이지 않았다.
• 즉, 좌안에 제시된 장면의 변화에 민감하고도 일관되게 반응한다는 것을 시사하고 있다. 본 실험의 조건상 우세안에서 탐지된 것에 비해 비우세안에서 탐지된 부등 정보가 3-D 지각 과정에 상대적으로 더 중요하게 기여할 수 있다는 해석이 가능하다.
• 서론에서 언급했듯이 깊이 지각에 필요한 정보가 비우세안에서 제공될 가능성이 있다면, 실험 2에서는 오른쪽 눈이 비우세안인 참가자의 반응을 분석했기 때문에 실험 1의 결과에서 얻은 두 눈의 반응 패턴과 비교했을 때, 좌우 눈의 반응 패턴이 실험 1과 반대로 나와야 한다. 따라서 실험 1과 2의 결과를 종합하면, 탐지 시간의 차이는 우세안과 비우세안의 차이로 발생된 것이 아닌 좌우 눈의 차이로 인해 발생된 것이라고 해석할 수 있을 것이다. 그리고 움직임 형태의 주효과는 실험 1에서는 관찰되지 않았던 것이다.
• 삼원 상호작용으로는 원기둥 제시 조건과 이동정보가 제시된 눈과 움직임의 형태, 이동정보가 제시된 눈과 움직임의 형태와 시야가 유의미하였다. 원기둥 자극의 부등 정보에 따라 양 눈이 움직임의 형태를 처리하는 반응패턴에 차이를 보였는데, 원기둥 자극이 제시되지 않거나 부등이 없을 때, 양 눈이 움직임의 형태를 처리하는 평균 반응시간이 원기둥 자극이 교차 부등 또는 비교차 부등을 가지고 있을 때의 평균 반응시간보다 느린 편이었다. 그러나 좌우 눈과 움직임의 종류에서 보이는 상호작용 패턴은 전반적으로 유사하였고, 단서가 왼쪽 눈에 제시된 경우에 비해서 오른쪽 눈에 제시된 경우, 반응시간의 차이가 컸다(그림 12).
• 이동 정보가 제시된 눈, 움직임의 형태, 시야의 삼원 상호작용에서는 좌안과 우안 모두 좌시야에 제시된 구형 자극에 대한 반응시간이 우시야에 제시된 구형 자극에 대한 반응 시간보다 느렸다. 그리고 구형 자극의 부등을 탐지하는 평균 반응시간은 좌시야, 우시야 모두 좌안이 우안보다 다소 빠르게 나타났다(그림 13).
• 실험 1의 결과와 마찬가지로 좌시야에 제시된 자극은 반응 할당된 손과의 혼입으로 인해서 해석하기 힘들지만, 실험 1에서 보여준 왼쪽 눈에 제시한 단서에 대한 반응시간이 실험 2에서도 여전히 빠르다는 것이 주목받아야 한다. 실험 1, 2를 통해 3-D 지각에 왼쪽 눈의 역할이 오른쪽 눈에 비해서 일관성 있음을 보여주었다.
• 실험 1과 마찬가지로 좌시야와 우시야에 관련된 상호작용 효과는 반응에 할당된 손의 효과와 결합되어 있어서 분명하게 설명하기 힘들다. 하지만 좌안이 네 가지의 모든 운동 형태 및 초점과의 상대적 위치에 제공된 정보를 우안에 비해 상대적으로 일관성 있게 반응한다는 점을 실험 1과 실험 2의 결과에서 모두 확인할 수 있었다.
• 상대적인 양안 부등 정도의 변화를 왼쪽 눈이 탐지하도록 조건을 제공한 경우, 오른쪽 눈이 탐지하도록 한 경우와 비교해서 탐지시간이 전반적으로 짧았다. 이는 왼쪽 눈에 제공된 정보가 3-D 입체시 구축과 장면의 변화 탐지에 안정적으로 기여할 가능성을 보여준 것이다.
• 좌우시야에 제시된 부등 정보 변화를 탐지하는 반응시간을 비교했을 경우, 좌시야에 제시된 정보를 탐지하는 반응 시간이 우시야에 제시된 정보를 탐지하는 반응시간에 비해서 느린 결과를 얻었다. 자극이 제시되는 시야 요인과 반응 할당 요인이 혼입되어 있기 때문에 이러한 결과가 3-D 지각에 대한 좌우 뇌의 비대칭적 영향으로만 발생되는 것이라는 해석을 내리기는 조심스럽다.

후속연구

• 또한 Hering이 제안한 색채 지각의 대립과정 이론은 Jameson과 Hurvich의 연구를 통해 삼원색 이론과 통합될 수 있었고, 적-녹, 청-황의 대립 색상 조절 시스템으로 실제 제품에 적용될 수 있었다고 본다. 이러한 사례들을 통하여 3-D 디스플레이를 이용해 인간에게 실감 경험을 제공하고자 하는 노력의 결실은 인간의 감각, 지각, 인지 과정에 대한 이해가 더해질 때 풍성해질 수 있을 것이라고 기대하게 만든다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
오른눈 우세	오른눈 우세는 무엇인가?	우리가 시각정보를 받아들일 때 양 눈을 모두 사용한다고 하더라도 어느 한 쪽 눈으로 들어온 시각 정보를 주로 선호하여 받아들이며, 다른 쪽 눈에 들어온 정보는 부차적으로 받아들여 시각 정보를 처리한다. 선호하는 눈이 오른쪽일 경우, 오른쪽 눈에 들어오는 시각 정보를 우선적으로 받아들이고 왼쪽 눈에 들어오는 시각 정보를 부차적인 정보로 받아들여 처리하는데 이러한 경우는 오른눈 우세(right-eye dominant)라고 부른다. 반대의 경우는 왼눈 우세(left-eye dominant)라고 부른다.
3-D 디스플레이 분야에서 입체시	3-D 디스플레이 분야에서 입체시는 무엇인가?	3-D 디스플레이 분야에서 입체시(stereopsis)란 양안 부등 정보로부터 만들어지는 어떤 대상의 깊이 인상을 의미 한다[1]. 양안 부등(binocular disparity)이란 왼쪽 눈과 오른쪽 눈의 망막에 맺힌 물체 상의 위치 차이를 말한다.
양안 입체시	양안 입체시로 인해 나타나는 현상은 어떠한가?	일반적으로 성인의 경우 두 눈이 약 65mm 떨어져 있는데, 이로 인하여 양안 입체시가 기능하게 된다. 즉, 두 눈이 떨어져있기 때문에 어떤 장면을 바라볼 때 각 눈의 망막에는 동일한장면에 대해 약간 다른 이미지가 상을 맺는다. 이렇게 두눈에 형성된 이미지의 차이를 해소하고, 하나의 이미지로 융합(fusion)시키는 시지각 과정에서 장면 속 대상의 상대적인 공간 위치가 생성된다.

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