[논문]2D와 3D 영상의 정량적 영상피로 비교

한승조

doi:10.14400/jdc.2016.14.3.329

2D와 3D 영상의 정량적 영상피로 비교
Quantitative Analysis of Display Fatigue induced by 2D, 3D Videos 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.14 no.3, 2016년, pp.329 - 335

초록
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본 논문의 목적은 운용자가 2D와 3D 영상을 주시할 경우 영상피로를 정량적으로 비교하는 것이다. 16명의 20대 남 여가 2D와 3D 영상을 10분간 관람을 한 후, 관람 전과 후의 Flicker Fusion Frequency(FFF)와 Cyversickness가 측정되었다. 관람 전과 후의 두 종속변수를 비교함으로써 정량적으로 3D가 2D에 비해 어느 정도 영상피로를 발생시키는지를 이론적 고찰과 함께 과학적인 기기와 방법으로 측정하였다. 주관적인 척도인 Cybersickness 증가율은 2D에 비해서 3D가 4배, FFF 감소율은 3D가 2D에 비해 2배 높은 결과를 보였다. 본 연구는 일반적으로 3D 영상이 2D 영상에 비해 영상피로를 크게 유발함을 과학적인 방법과 객관적인 데이터로 증명했다는데 의의가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper's objective is to investigate the display fatigue quantitatively according to watching 2D and 3D videos on the display. Though it has been known commonly that display fatigue by 3D is greater than one by 2D, there have been few researches with an aim to measure display fatigue scientifically. Flicker fusion frequency and cybersickness degree were measured before/after sixteen subjects(Male 8, Female 8) watch the 2D, 3D images. Two dependent variables affected by 2D and 3D videos were analyzed and compared statistically based on scientific evidences and researches. 3D showed a value 4 times as much as 2D in cybersickness increase rate, and the reduction rate of 3D was 2 times as much as that of 2D.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 2D와 3D 영상을 일정시간 시청할 경우 발생되는 영상피로를 FFF와 CQ를 통해 정량적으로 측정하고 그 결과를 분석하여 이론적으로 3D 가 상대적으로 영상피로를 많이 발생시키는 것을 증명하는 것이다.
본 연구는 3D 기술 발전과 3D 영상의 보급이 활발해지는 현재[18,19], 이러한 3D 영상 보급의 가장 큰 장애 중 하나인 영상피로의 인체 안정성 분야에 기초연구로써 그 의의가 있다. 비록 3D 영상은 아니지만 1997년 일본에서 약 700명의 어린이가 포켓몬 몬스터라는 애니메이션을 시청 하는 도중 두통, 구토, 발작 증세 등으로 입원한 사례[2]에서 보듯이 영상기술과 더불어 사회적으로 큰 파장을 줄 수 있는 영상피로를 줄이기 위한 연구도 반드시 병행되어야 됨을 알 수 있다.
본 연구에서는 3D 영상이 2D 영상에 비해서 얼마만큼의 영상피로를 주는가에 대한 질문에 답하기 위해서 기존에 시도되지 않은 척도로써 CQ와 FFF를 이용하여 비교 실험이 진행되었다. 이론적인 근거에 부합되게 3D 영상은 영상피로를 2D보다 크게 유발하는 것으로 증명되었다.

제안 방법

2D와 3D 영상은 동일하였으며, 전 시청이 후 시청에 미치는 학습효과(Learning Effect)[7,12]를 줄이기 위해 각 시청 사이에는 10분의 휴식시간을 부여하였다.
여기서 Visual FFF Tester를 이용하였을 때 두 개의 점이 깜빡이다가 하나로 된 시점의 주파수(Frequency)를 측정하였다. 통상 낮은 주파수는 높은 시각적 스트레스를 나타낸다고 해석한다[7].

대상 데이터

개인별로 실험절차는 [시청 전 CQ - 시청 전 FFF -2D(3D) 10분간 시청 - 시청 후 FFF - 시청 후 CQ]의 단계를 설정하였고, 시청 영상은 2009년도에 개봉된 Avatar 영화였다.
피실험자는 20대 대학생 16명(남성 8, 여성 8)이 선정되었으며, 평균나이 21.55(±1.47), 좌/우 평균 시력은 각각 1.005(±0.309), 1.005(±0.305)였다.

데이터처리

[Table 2]를 이용하여 두 개의 독립변수가 각각의 종속변수에 통계적으로 유의하게 영향을 미치는지 알아보기 위해 Two-way repeated ANOVA[7,13]를 실시하였고, 그 결과는 [Table 3]과 [Table 4]에 제시되어 있다.

이론/모형

영상피로는 눈의 피로뿐만 아니라 신체의 전정기관이나 내장에 영향이 있고, 개인이 감내할 수 있는 수준이 다르기 때문에 FFF 외에도 주관적으로 느끼는 바를 측정하고 이를 계량화하는 것이 필요한다. 본 연구에서는 사이버멀미(Cybersickness)를 측정하는 방법으로 사이버멀미 질문지(Cybersickness Questionnaire)를 이용하였다. 이 질문지는 [Table 1]에서와 같이 메스꺼뭄의 척도(A), 안구불편의 척도(B), 방향감각 저하의 척도(C)로 구성된 질문에 주관적으로 피실험자가 체크할 수 있도록 되어 있다.
영상피로를 측정하는 방법은 일반적으로 EEG, 점멸 융합주파수(Flicker Fusion Frequency: FFF)[7], 심박수(Heart Rate)[2] 그리고 주관적인(Subjective) 피로도[2,8] 측정 등이 있으며, 본 연구에서는 2D와 3D 영상으로부터 발생하는 영상피로를 객관적인 측정방법으로써 FFF와 주관적인 방법으로써 사이버멀미 질문지(Cybersickness Questionnaire: CQ)[9]를 이용하여 측정하였다. 앞서 살펴본 바와 같이 주관적인 피로도, EEG, 눈 깜박거림 등을 통한 영상피로는 많이 연구되었지만, FFF와 CQ를 동시에 이용하여 연구는 진행된 바 없다.

성능/효과

결과에서 보듯이 CQ 증가율과 마찬가지로 FFF 감소율은 3D가 2D에 비해 2배 가량 높음을 알 수 있다. CQ 증가율과 FFF 감소율의 차이가 큰 것은 종속변수의 차이(주관적 판단 vs. 생리적 반응 결과)에 기인하는 것으로 종합적인 결과해석에서 큰 의미가 없다.
Post-Hoc Test를 위해 쌍체(Pairwise) t-Test를 실행한 결과, [Fig. 3]에서와 같이 두 개의 종속변수 모두에서 2D보다 3D가 종속변수의 값이 유의하게 높게 나타났지만(P<0.05), 성별의 차이는 유의한 차이를 보이지 않았다(P>0.05).
결과에서 보듯이 CQ 증가율과 마찬가지로 FFF 감소율은 3D가 2D에 비해 2배 가량 높음을 알 수 있다. CQ 증가율과 FFF 감소율의 차이가 큰 것은 종속변수의 차이(주관적 판단 vs.
베타파(β)는 복잡하고 계획적인 사고에서 많이 나타나는 전두엽과 측두엽에서 많이 나타나는데, 3D 영상이 2D 영상에 비해 많은 시각적 정보를 두뇌에 전달하고 필요한 정보를 활용하기 때문에 이러한 현상이 나타나는 것으로 분석되었다.
둘째, 3D 영상은 입체효과를 위해 초점거리(Focal Length)와 상이 맺히는 거리의 불일치(Mismatch)뿐만 아니라, 좌안(Left Eye)과 우안(Right Eye)이 동일한 물체(화면)를 보더라도 인간이 인지하지 못할 정도의 다른 화면을 제시하여 좌·우안의 불일치가 더해진다. 셋째, 3D는 화면으로부터 보이는 영상이 2D에 비해 눈 가까이 보이기 때문에 조절근점(Near Point of Accomodation)과 눈모임근점(Near Point of Convergence)이 증가한다. 조절근점과 눈모임근점이 증가했다는 것은 눈의 조절 및 모임 능력이 떨어졌음을 의미하고, 떨어진 눈 조절 및 모임 능력감소는 눈 피로가 증가되었다는 것을 의미한다.
본 연구에서는 3D 영상이 2D 영상에 비해서 얼마만큼의 영상피로를 주는가에 대한 질문에 답하기 위해서 기존에 시도되지 않은 척도로써 CQ와 FFF를 이용하여 비교 실험이 진행되었다. 이론적인 근거에 부합되게 3D 영상은 영상피로를 2D보다 크게 유발하는 것으로 증명되었다.
첫째, 2D보다 3D가 더 많은 시각적 정보가 만들어지고 시청자에게 부여된다. 이러한 정보는 뇌의 정보처리 프로세스에 과부하를 유발시켜 인지피로를 유발한다[6].
305)였다. 피실험자는 가정에서 정기적으로 3D TV를 시청하는 인원이 아니었으며, 실험 당일 시각적인 상태가 모두 양호하였다.

후속연구

추후에는 영상피로를 최소로 유발할 수 있는 최적의 영상 노출 시간과, 이미 노출된 영상피로를 줄이기 위한 최적의 휴식시간 등에 대한 연구, 그리고 시청자 연령대 별(특히, 어린이 및 노약자)로 실험참가자를 세분화한 실험 등이 필요하다. 참고로 감기택(2016) 연구에 의하면 연령이 높아질수록 3D 영상물을 시청 할 경우 주관적인 불편감(눈통증, 어지러움, 상흐림 등)이 증가함을 보인 바 있다[21].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영상피로를 측정하는 방법에는 무엇이 있는가?	영상피로를 측정하는 방법은 일반적으로 EEG, 점멸 융합주파수(Flicker Fusion Frequency: FFF)[7], 심박수(Heart Rate)[2] 그리고 주관적인(Subjective) 피로도[2,8] 측정 등이 있으며, 본 연구에서는 2D와 3D 영상으로부터 발생하는 영상피로를 객관적인 측정방법으로써 FFF와 주관적인 방법으로써 사이버멀미 질문지(Cybersickness Questionnaire: CQ)[9]를 이용하여 측정하였다. 앞서 살펴본 바와 같이 주관적인 피로도, EEG, 눈 깜박거림 등을 통한 영상피로는 많이 연구되었지만, FFF와 CQ를 동시에 이용하여 연구는 진행된 바 없다.
	영상피로는 무엇인가?	최근 급속한 3D 영상 기술의 발전과 함께 대두되고 있는 3D 시청에 따른 광과민성 발작, 영상멀미, 시각피로는 3D 산업발전을 위해 반드시 해결되어야 할 문제이다[1]. 영상을 시청할 경우 발생하는 피로감은 안구통증, 이중상 경험과 같은 시각적 피로뿐만 아니라, 두통·멀미·어지러움도 발생하며, 심한 경우 구토까지 유발하는데 이러한 현상을 종합하여 영상피로(Display Fatigue)라고 한다[2]. 영상피로는 1차적으로 운용자(시청자)의 신체에 좋지 않은 반응을 주지만, 2차적으로 원전이나 무기체계 운용 시 심각한 시스템 오류나 안전사고로 이어질 가능성이 높다.
	3D가 2D보다 큰 영상피로를 유발하는 세 가지 원인은 무엇인가?	첫째, 2D보다 3D가 더 많은 시각적 정보가 만들어지고 시청자에게 부여된다. 이러한 정보는 뇌의 정보처리 프로세스에 과부하를 유발시켜 인지피로를 유발한다[6]. 둘째, 3D 영상은 입체효과를 위해 초점거리(Focal Length)와 상이 맺히는 거리의 불일치(Mismatch)뿐만 아니라, 좌안(Left Eye)과 우안(Right Eye)이 동일한 물체(화면)를 보더라도 인간이 인지하지 못할 정도의 다른 화면을 제시하여 좌·우안의 불일치가 더해진다. 셋째, 3D는 화면으로부터 보이는 영상이 2D에 비해 눈 가까이 보이기 때문에 조절근점(Near Point of Accomodation)과 눈모임근점(Near Point of Convergence)이 증가한다. 조절근점과 눈모임근점이 증가했다는 것은 눈의 조절 및 모임 능력이 떨어졌음을 의미하고, 떨어진 눈 조절 및 모임 능력감소는 눈 피로가 증가되었다는 것을 의미한다.

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