본 논문의 목적은 가상 영상과 조합된 실내 자전거의 인간공학적 평가를 위해 세부지표를 도출하고, 일부 지표를 이용하여 기존의 2D 자전거와 HMD 기반의 VR 자전거를 비교 평가하는 것이다. 세부지표는 12명의 인간공학 및 VR 전문가 집단을 선정하여 Delphi 기법을 통해 사용성, 감성, 사용자 가치, 현실감 측면으로 카테고리를 나누고 이하 세부 43개를 선정하였다. 이 중 13개의 지표를 이용하여 2D 자전거와 HMD 기반의 VR 자전거를 피실험자 20명으로 하여금 Fuzzy-Logic Question에 응답하도록 하였다. 사용자 가치 및 현실감과 관련된 지표에서 HMD 기반의 VR 자전거가 높은 점수를 나타낸 반면, 사용성 측면에서는 통계적으로 2D와 유의한 차이를 발생시키지 않았다. 본 연구는 운동기구에 VR기법이 점차 접목되고 있는 상황에서 인간공학적 평가방법을 일부 제시하는데 연구의 의의가 있다.
본 논문의 목적은 가상 영상과 조합된 실내 자전거의 인간공학적 평가를 위해 세부지표를 도출하고, 일부 지표를 이용하여 기존의 2D 자전거와 HMD 기반의 VR 자전거를 비교 평가하는 것이다. 세부지표는 12명의 인간공학 및 VR 전문가 집단을 선정하여 Delphi 기법을 통해 사용성, 감성, 사용자 가치, 현실감 측면으로 카테고리를 나누고 이하 세부 43개를 선정하였다. 이 중 13개의 지표를 이용하여 2D 자전거와 HMD 기반의 VR 자전거를 피실험자 20명으로 하여금 Fuzzy-Logic Question에 응답하도록 하였다. 사용자 가치 및 현실감과 관련된 지표에서 HMD 기반의 VR 자전거가 높은 점수를 나타낸 반면, 사용성 측면에서는 통계적으로 2D와 유의한 차이를 발생시키지 않았다. 본 연구는 운동기구에 VR기법이 점차 접목되고 있는 상황에서 인간공학적 평가방법을 일부 제시하는데 연구의 의의가 있다.
This paper's objectives are to investigate the criteria for ergonomic evaluation of indoor bike coordinated with virtual images, and to compare HMD-based VR bike with 2D-based one. 12 experts performed delphi method with an aim to determine ergonomic evaluation criteria that were classified into 4 c...
This paper's objectives are to investigate the criteria for ergonomic evaluation of indoor bike coordinated with virtual images, and to compare HMD-based VR bike with 2D-based one. 12 experts performed delphi method with an aim to determine ergonomic evaluation criteria that were classified into 4 categories(Usability, Emotion, User Values, Reality). 2D-based bike and HMD-based one were compared according to part of final criteria through fuzzy-logic question performed by 20 subjects. Though there were no confidential difference in usability, HMD-based VR bicycle resulted in greater scores than 2D-based one in elements related with emotion, user value and reality statistically. It is expected that this research results will be used as references to evaluate ergonomic design of other indoor exercise equipments combined with VR or AR.
This paper's objectives are to investigate the criteria for ergonomic evaluation of indoor bike coordinated with virtual images, and to compare HMD-based VR bike with 2D-based one. 12 experts performed delphi method with an aim to determine ergonomic evaluation criteria that were classified into 4 categories(Usability, Emotion, User Values, Reality). 2D-based bike and HMD-based one were compared according to part of final criteria through fuzzy-logic question performed by 20 subjects. Though there were no confidential difference in usability, HMD-based VR bicycle resulted in greater scores than 2D-based one in elements related with emotion, user value and reality statistically. It is expected that this research results will be used as references to evaluate ergonomic design of other indoor exercise equipments combined with VR or AR.
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문제 정의
본 연구에서는 최근의 사용자 경험 디자인의 연구경향과 델파이 기법(Delphi Method) 및 Fuzzy-Logic 설문의 특성을 선행연구로 간략히 살펴보고, 본론에서 가상영상과 조합된 실내 자전거의 인간공학적 평가지표를 델파이 기법을 통해 염출하고, 2D 영상인 경우와 HMD(Head-Mounted Display) 기반의 3D VR의 경우를 Fuzzy-Logic 설문을 통해 비교분석해 보고자 한다.
제안 방법
1차 델파이 결과를 통해 도출된 총 46개의 세부지표에 대해 전문가로 하여금 5점 기준 Likert 척도로 평가를 실시하고, CVR 계산을 위해 항목별로 타당하다고 동의하는지를 답하도록 하였다.
본 연구에서는 HMD기반의 VR 자전거의 확산에 따른 인간공학적 평가지표를 델파이 기법을 통해 도출하고, 도출된 일부 지표를 이용하여 기존 2D 자전거와 비교해보았다. 2차례의 델파이를 수행함으로써 최종적으로 43개의 세부지표를 결정하였고, 이 중 2D와 비교항목으로 이용할 수 있는 13개의 지표를 기준으로 20명의 피실험자로 하여금 직접 두 종류의 자전거를 이용해 본 후 Fuzzy-Logic Question을 이용하여 평가해 보았다.
또한 추후 Fuzzy-Logic Question을 위해 기존의 2D와 실험용 3D VR을 비교평가하기 적합한 지표가 무엇인가에 대한 의견을 묻는 것도 병행되었다. 즉, 2D와 3D VR은 기계적인 자전거는 동일하나 영상의 종류만 다르기 때문에 이를 구분하여 평가할 수 있는 세부지표만을 염출할 필요가 있었다.
본 연구에서 관심을 가지는 HMD 기반의 3D VR 자전거에 적용된 UED 평가척도는 아직까지 연구가 되지 않은 관계로 영상이 기계적인 도구와 접목되어 연구가 활발히 진행되고 있는 Mobile Device 분야의 평가척도를 고찰해 보면 다음과 같다.
본 연구에서는 HMD기반의 VR 자전거의 확산에 따른 인간공학적 평가지표를 델파이 기법을 통해 도출하고, 도출된 일부 지표를 이용하여 기존 2D 자전거와 비교해보았다. 2차례의 델파이를 수행함으로써 최종적으로 43개의 세부지표를 결정하였고, 이 중 2D와 비교항목으로 이용할 수 있는 13개의 지표를 기준으로 20명의 피실험자로 하여금 직접 두 종류의 자전거를 이용해 본 후 Fuzzy-Logic Question을 이용하여 평가해 보았다.
61)이 2D와 HMD 기반의 3D VR 저전거를 비교평가하기 위한 Fuzzy-Logic Question을 수행한 결과이다. 피실험자들은 [Fig. 2]에서와 같이 2D 자전거를 5분 동안 운용한 후 설문을 작성하고, 학습효과(Learning Effect)를 줄이기 위해 10분 동안 휴식을 취한 다음 다시 3D VR 자전거 운용 및 설문 작성을 수행하였다.
대상 데이터
2차 델파이 수행 시 전문가들에게 2D와 3D VR의 UE의 비교가 가능한 세부지표로 선정될 수 있는 것이 무엇인지 물어보았고, 12명의 전문가 중 과반수 인 6명 이상이 동의한 13개의 지표가 [Table 2]와 같이 선정되었다. [Table 2]는 20대 대학생 20명(남성 10, 여성 10, 연령 22.
델파이 기법은 1, 2차를 통해 적용되었으며, 이를 위해 전문가 집단은 VR 및 가상 자전거의 연구 및 제조에 관련이 있는 12명(교수, 박사과정 학생, 업체 연구원)을 선정하였으며, 모두 1, 2차 델파이에 참여하였다. 전문가집단의 의견은 모두 대면과 e-mail을 통해 접수하였고 100%의 응답률을 보였다.
데이터처리
13개의 세부지표를 기준으로 2D와 3D VR이 통계적으로 유의한지 알아보기 위해 Pairwise t-Test를 실시하였다. 유의수준 0.
이론/모형
이외에도 응답결과의 타당도 (Validity)를 측정하기 위해 CVR(Content Validity Ratio)을 이용한다[14].
성능/효과
1차 델파이 결과는 사용성 분야에서 13개, 감정적 분야에서 8개, 사용자 가치 분야에서 9개, 현존감과 현실감 분야에서 16개의 세부지표가 종합되었다. 이는 2차 델파이를 수행하고 DCVG, DCCS, CVR을 이용하여 일부 조정된다.
넷째, 3D VR은 HMD를 착용한 머리의 움직임에 따라 FOV와 FOR이 2D에 비해 크게 나타날 수 밖에 없는 기술적인 차이가 피실험자의 현실감에서 차이를 발생시켰다고 볼 수 있다. 또한 다양한 도로상태로부터의 UE는 큰 차이가 없었으나, 커브길을 사용자가 느끼기에는 입체감을 주는 3D VR이 높은 UE를 부여한다고 다수 기술되었다.
둘째, 자기 만족도는 2D에 비해서 HMD를 착용한 자전거가 최근 VR, AR의 대중적인 인기에 힘입어 최근 기술이 접목되어 있다는 점에서 높은 UE를 부여하고 있었으며, 2D의 경우는 기존의 실내 운동장 등에서 이미 접한 경험이 있는 관계로 만족감이 크지 않았다.
05를 기준으로 사용성 측면에서는 유의한 차이가 나타나지 않았지만, 감정적인 분야의 몰입도 측면에서는 유의하게 3D VR이 높은 결과를 나타내었다. 또한 사용자 가치와 관련된 자기만족도는 3 VR이 2D보다 높은 값을 나타내었고, 현실감 측면에서 FOV 및 FOR을 느끼는 정도, 그리고 주행로의 커브환경으로부터 발생하는 만족도에서도 3D VR이 2D보다 높은 값을 나타내었다.
첫째, 몰입도 측면에서 3D VR은 2D에 비해서 많은 시각적 정보를 부여하면서 입체감을 준다는 점이 기술되었다. 또한, 3D VR은 입체감 외에도 현실감과 재미를 더 크게 부여하고 있으며, 운용환경의 입체감으로써 발생하는 기계적인 자전거 조작의 Primary task(주요과업)에 주의 집중하는 것보다 상대적으로 영상을 시청하는 Secondary task(보조과업)에 집중함으로써 몰입도가 증가된다고 분석되었다.
본 연구결과를 통해 기존의 2D 기반의 실내 및 레저용 자전거보다는 3D기반의 VR 자전거가 사용자가 느끼는 가치나 현실감 측면에서 이점이 있다는 근거로 이용될 수도 있고, 비슷한 종류의 실내 운동 기구의 인간공학적 평가를 수행해야 할 경우 평가지표를 참조할 수 있다는 점에서 연구의 의의가 있다.
셋째, 2D에 비해서 HMD를 추가적으로 장착하고 실험에 임하였고, 최근 떠오르는 VR과 연관된 기술을 접하여 운동을 하고 있다는 느낌이 복합적으로 작용하여 기존의 운동기구보다(2D보다) 투자가 크고 더 많은 운동효과 및 재미를 느낄 수 있을 것이란 의견이 다수 포함되었다.
셋째, 현재 가상현실이 ICT에 주류를 이루고 있지만 멀지 않은 미래에는 증강현실 분야가 실내/외 운동기구와 결합이 클 것으로 예상된다. 뿐만 아니라 증강현실은 운동 외에도 U-Health 시스템에 적극 이용될 수 있는 분야가 많기 때문에[20,21] 증강현실 영상이 운용자에게 인간공학적으로 미치는 영향을 과학적으로 연구될 필요가 있다.
13개의 세부지표를 기준으로 2D와 3D VR이 통계적으로 유의한지 알아보기 위해 Pairwise t-Test를 실시하였다. 유의수준 0.05를 기준으로 사용성 측면에서는 유의한 차이가 나타나지 않았지만, 감정적인 분야의 몰입도 측면에서는 유의하게 3D VR이 높은 결과를 나타내었다. 또한 사용자 가치와 관련된 자기만족도는 3 VR이 2D보다 높은 값을 나타내었고, 현실감 측면에서 FOV 및 FOR을 느끼는 정도, 그리고 주행로의 커브환경으로부터 발생하는 만족도에서도 3D VR이 2D보다 높은 값을 나타내었다.
또한 가상 자전거와 직접적인 연구는 김종윤 등[11]에 의해서 수행된 바 있다. 이 연구에서 2D 기반의 영상이 주어지고 자전거를 운행하면서 발생할 수 있는 신체적인 변화(예, 무게중심 이동 등)에 관심이 있었으나 UED 관련 평가지표를 통한 평가는 아니었다.
델파이 기법은 1, 2차를 통해 적용되었으며, 이를 위해 전문가 집단은 VR 및 가상 자전거의 연구 및 제조에 관련이 있는 12명(교수, 박사과정 학생, 업체 연구원)을 선정하였으며, 모두 1, 2차 델파이에 참여하였다. 전문가집단의 의견은 모두 대면과 e-mail을 통해 접수하였고 100%의 응답률을 보였다.
이러한 연구의 차이는 기존 연구에서는 피실험자로 하여금 Primary Task인 영상시청만 수행하도록 하였으나[5,18,19], 본 연구에서는 Primary Task인 영상시청 외에 Secondary Task인 자전거 운용을 추가적으로 요구한 것에 기인한다고 볼 수 있다. 즉, 본 연구에서는 영상피로를 느끼는 정도가 Secondary Task에 의해 희석(Dilution)되었다고 분석될 수 있다. 이론적으로 인간공학 및 인지과학 측면에서 인간의 뇌는 자원이론(Resource Theory)로 일부 설명되는데, 뇌에서 여러 가지 정보를 처리할 경우 한쪽에 더 많은 노력이 요구되면 상대적으로 다른 방향의 노력은 줄어들 수 밖에 없다는 것이다.
첫째, 몰입도 측면에서 3D VR은 2D에 비해서 많은 시각적 정보를 부여하면서 입체감을 준다는 점이 기술되었다. 또한, 3D VR은 입체감 외에도 현실감과 재미를 더 크게 부여하고 있으며, 운용환경의 입체감으로써 발생하는 기계적인 자전거 조작의 Primary task(주요과업)에 주의 집중하는 것보다 상대적으로 영상을 시청하는 Secondary task(보조과업)에 집중함으로써 몰입도가 증가된다고 분석되었다.
후속연구
둘째, 앞서 설명한 영상피로 측면은 더 심도 있는 연구가 필요하다. 즉, 어느 타입이 많은 영상피로를 발생시키는가를 연구하는 것도 중요하지만, 더 나아가 영상피로를 줄이기 위한 방안도 연구가 진행되어야 한다.
마지막으로 본 연구에서는 영상 타입에만 국한된 영상피로 정도를 연구하였지만, 나이/성별/ICT 경험 등 다양한 변수에도 영상피로 차이가 나타날 수 있기 때문에 인구통계학적인 연구를 통해 테크노 스트레스(Techno-Stress)[22,23]의 일종이라고 간주할 수 있는 영상피로를 다양하게 연구할 필요가 있다.
둘째, 앞서 설명한 영상피로 측면은 더 심도 있는 연구가 필요하다. 즉, 어느 타입이 많은 영상피로를 발생시키는가를 연구하는 것도 중요하지만, 더 나아가 영상피로를 줄이기 위한 방안도 연구가 진행되어야 한다. 운동기구가 신체적 정신적으로 긍정적인 효과를 발생시켜야 된다는 것은 불변하다.
첫째, 본 연구에서는 3D VR이 접목된 자전거를 대상으로 연구가 수행되었지만, 이외에도 많은 VR이 접목된 운동기구를 인간공학적으로 평가하고자 한다면 이에 적합한 세부지표를 델파이 기법을 통해 일부 수정/보강해야 한다. 예를 들어 본 연구의 결과를 Treadmil에 그대로 적용되기에는 무리가 있을 수도 있기 때문에 Treadmil과 관련된 기술자, 인간공학자 등 전문가들이 모여서 델파이 기법을 적용한 평가기표를 다시 선정할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
VR은 어떤 분야인가?
VR은 증강현실(Augmented Reality; AR)과 함께 ICT와 연계되어 미래 핵심기술로 각광을 받고 있는 과학기술분야이다. 미국의 Gartner 社는 2015년에 “VR 기술은 2017년을 이끌어갈 10대 전략 기술 Trend”라고 발표하였으며[1], 국내 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서는 미래 기술백서를 발간하면서 미래기술 500선에 “무안경방식의 3D 입체영상 기술”[2]을 포함시키는 등 VR과 관련된 기술을 미래 핵심 기술로 여기면서 국가적 차원에서 지원이 이루어질 전망이다.
UED에 대한 관심이 높아지는 배경은 무엇인가?
최근 스마트폰 보급이 국내외적으로 폭발적으로 증가함에 따라 UED에 대한 관심이 어느 때보다 높아지고 있다. UED의 중요한 연구분야 중에 하나가 평가척도를 어떻게 구성하는가에 달려있다고 해도 무방하다.
VR 및 AR을 운동(훈련)이나 교육적인 분야에 접목했을 때 어떤 부작용이 있는가?
Lee & Kim 연구에서 VR 및 AR을 운동(훈련)이나 교육적인 분야에 접목하면 감각적 몰입감 및 현존감, 인지적 조작성 측면에서 장점이 있다고 분석되었지만[4], 기계적인 자전거에 가상의 영상이 사용자에게 부여되기 때문에 이에 대한 부작용도 분명히 존재한다. 특히 신체의 움직임과 영상으로부터 발생되는 정보가 뇌에서 인식하는 프로세스간의 불균형으로 인해 영상피로(Display Fatigue)가 발생하는데, 이러한 영상피로는 사용자에게 안구통증, 이중상과 같은 시각적 피로, 두통, 멀미 등을 유발할 수 있다[5]. 기존의 2D 기반의 TV나 영화관이 완전하게 3D TV나 영화관으로 전환되지 않는 원인 중 하나도 영상피로와 연관이 있다.
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