[논문]HMD 기반 가상현실 자전거의 영상피로 분석

김선욱; 한승조; 구교찬

doi:10.5762/kais.2017.18.5.692

HMD 기반 가상현실 자전거의 영상피로 분석
Analysis of Display Fatigue induced by HMD-based Virtual Reality Bicycle 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.5, 2017년, pp.692 - 699

김선욱 (단국대학교 산업공학과) , 한승조 (국방과학연구소) , 구교찬 (단국대학교 산업공학과)

초록
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본 논문의 목적은 자전거를 사용할 경우 제시되는 2D 영상과 비교하여 HMD기반의 3D VR 영상 유발하는 영상피로를 정성적으로 분석하는 것이다. 2D에 비해 3D 영상이 더 많은 영상피로를 유발할 것이라고 일반적으로 알려져 있었지만, 과학적으로 영상피로를 측정하고자 하는 연구는 많지 않았다. 20명의 20대 남 여가 2D와 HMD 기반의 3D VR 영상을 자전거 패달을 밟으면서 5분간 경험한 한 후, 경험 전과 후의 사이버 멀미(Cyversickness)와 Flicker Fusion Frequency(FFF)가 측정되었다. 경험 전과 후의 두 종속변수를 비교함으로써 정량적으로 3D VR 영상이 2D에 비해 어느 정도 영상피로를 발생시키는지를 이론적 고찰과 함께 과학적인 기기와 방법으로 측정하였다. 주관적인 척도인 사이버 멀미 증가율은 2D에 비해서 3D VR 영상에서 통계적으로 유의하게 높게 나타났으며, FFF 감소율도 3D VR 영상이 2D에 비해 높은 결과를 보였다. 본 연구는 VR 기술이 운동기구 등에 접목됨에 따라 일반적으로 3D VR 영상이 2D 영상에 비해 영상피로를 크게 유발함을 과학적인 방법과 객관적인 데이터로 증명했다는데 의의가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to investigate the display fatigue quantitatively when operating 2D and HMD-based 3D VR bicycles. Though it is generally accepted that the display fatigue induced by 3D VR is greater than that induced by 2D VR, there have been few studies which attempted to measure the display fatigue scientifically. The subjective degree of cybersickness and quantitative flicker fusion frequency (FFF) were measured in twenty subjects (Male 10, Female 10) before and after they operated 2D and 3D VR bicycles for 5 min. Two dependent variables affected by the 2D and 3D VR displays were analyzed and compared statistically based on scientific evidence and research. This study showed that 3D VR resulted in a significantly higher cybersickness rate and a significant lower FFF rate than 2D VR. Given the current propensity to couple VR techniques with exercise equipment, it seems appropriate to verify the general beliefs through scientific methods and experimental measures such as the FFF and cybersickness questionnaires.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 실내 운동 및 레저용 자전거를 운용자가 사용할 경우 제시되는 2D 영상(Monitor)과 VR 영상(Head Mounted Display; HMD)으로 유발되는 신체적 영향을 Cybersickness와 정신적 피로 분야에서 정량적으로 실험을 통해 비교하고, VR 영상으로부터 발생하는 문제점을 경감할 수 있는 방안을 개념적으로 제시하는데 있다.

제안 방법

영상피로를 측정하는 방법으로 피실험자의 주관적인 답변을 요구하는 16개 항목으로 구성된 사이버 멀미 관련 질문지를 분석하였고, 시각 및 뇌 부하를 측정하기 위해 FFFT를 이용하여 FFF를 분석하였다.

대상 데이터

피실험자는 20대 대학생 20명(남성 10, 여성 10)이선정되었고, 평균나이 22.58(±1.61)로 실험 당일 시각적인 상태를 포함한 전반적인 신체적 건강상태가 양호하였다.

데이터처리

05). 또한, Post-Hoc Test를 위해 Pairwise t-Test를 실행한 결과, 영상 Type은 남성과 여성 모두에서 사이버 멀미에서 유의하게 차이가 나타났다(P<0.05).
Table 2는 위에서 설명한 종속변수를 기준으로 사이버 멀미 설문에 대한 분석결과를 나타내고 있다. Table 2를 이용하여 두 개의 독립변수(Gender, Type)가 종속변수(Increase Rate)에 통계적으로 유의하게 영향을 미치는지 알아보기 위해 반복있는 이원분산분석(ANOVA)[6,13]을 Table 3과 같이 유의수준 0.05를 기준으로 실시하였다.
단, FFFT를 이용하여 측정할 경우 FFF는 주파수를 점차 높이는 경우(상향식, Bottom-up)와 낮추는 경우(하향식, Top-down)의 두 번을 측정하고 평균하여 최종 FFF를 결정하였다. 낮은 FFF는 높은 영상피로를 발생시킨다고 해석한다[5].
또한, Pairwise t-Test를 실행한 결과, 영상 Type은 남성과 여성 모두에서 FFF 감소율에서 유의하게 차이가 나타났다(P<0.05). 여기서 사이버 멀미의 종속변수는 증가율이지만, FFF에서는 감소율임에 유의할 필요가 있다.

성능/효과

두 측정에서 모두 2D 영상보다는 VR 영상이 피실험자에게 영상피로를 크게 만들었으며, FFF는 성별에 대한 차이가 없었으나, 사이버 멀미에서는 남성이 여성보다 더 큰 영상피로를 느끼는 것으로 나타났다.

후속연구

둘째, 본 연구에서는 피실험자를 20대 대학생을 선정하였지만, 연령대에 따라 영상피로를 느끼는 정도가 다르다. 예를 들어 감기택(2016) 연구에 의하면 연령이 높아질수록 3D 영상물을 시청 할 경우 주관적인 불편감(눈통증, 어지러움, 상흐림 등)이 증가함을 보인 바 있다[23].
마지막으로 생생한 입체시 구현은 VR, AR에서 핵심적인 관심분야이며, 영상피로를 해결하는 것은 부차적인 과학적 관심분야일 수 있다. 즉, 제조사 입장에서는 부차적인 분야로 인해 제품 가격을 높여야 하는지 주저할 수 있기 때문에, 기술이 성숙 이후 제조과정에서의 영상피로 감소방안에 따른 효과 대 비용분석(Cost-Benefit Analysis)도 연구의 한 분야가 될 수 있다.
첫째, 본 연구에서는 독립변수로 영상 타입과 성별만을 고려하였고 통제변수(Control Variable)로써 피시험자의 동일한 자전거 운용을 선정하였다. 하지만 영상피로가 영상 타입과 성별 외에도 신체 움직임(예, 패달 밟기, 상체 움직임 등)과 상호작용(Interaction)이 될 수 있기 때문에 Multi-Camera System 등을 통한 복합적인 실험계획과 분석이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영상피로의 특징은?	영상피로(Display Fatigue)는 영상을 접하는 운용자가 안구통증, 이중상의 경험과 같은 시각적 피로 외에도 두통이나 멀미 등을 유발하는 인자로써, 작게는 운용자에 신체적인 악영향을 주기도 하지만 원전조작/감시나 군 무기체계 운용상에 심각한 인적오류(Human Error)로 발전될 수도 있다[5,6]. 일상생활에서도 2D 영화보다 입체감 있는 3D를 포함한 VR 영화를 압도적으로 선호하지는 않는 현상이나 가정의 3D TV의 보급이 기존 2D TV를 완전히 대체하지 않는 경우도 이러한 영상피로와 일부 연관이 있다.
	VR 이란?	VR(Virtual Reality; VR)은 컴퓨터로 만들어진 인공의 환경이나 상황을 운용자에게 제시하여 이들이 실제 환경이나 상황과 상호작용하고 있는 것처럼 느끼게 하는 컴퓨터와 인간의 인터페이스로 정의한다[1].
	VR 및 AR을 인간이 활용하며 신체적, 정신적으로 부작용을 끼친 사례는?	하지만 VR 및 AR은 최종적으로 인간이 활용을 하게 되며, 인간에 적용 시 발생될 수 있는 신체적, 정신적 영향도 간과할 수 없는 학문적 분야이다. 애니메이션 기술이 발전함에 따라 시청자가 영상에 몰입하는 정도가 높아지게 되었고 이에 따른 부작용도 종종 보고되고 있다. 일례로 1990년대 후반 일본에서는 약 700명의 어린이가 포켓몬스터 애니메이션을 시청하는 도중에 구토, 두통, 발작 증세를 일으켜 사회적 파장을 일으킨 경우도 있다[4]. 즉, 시스템공학의 4M(Man, Machine, Method, Material) 개념을 근거로 Machine과 Man과의 인터페이스 분야도 발전되어야 할 분야임에는 틀림이 없다.

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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