[논문]화재 탈출 체험 VR 게임 개발과 효과 분석

김경식; 박용환

doi:10.7583/jkgs.2020.20.2.153

초록
AI-Helper

본 연구에서는 건물 화재의 위급한 현장 속에서 침착하면서도 신속하게 탈출해야하는 상황을 가상 체험하는 VR 기능성 게임을 개발하였다. 사용자는 바이브(VIVE) 양손 컨트롤러를 이용하여 화재 건물 속에서 방화문과 계단, 복도을 통해 출구로 탈출해야한다. 화염이나 연기로 인하여 더 이상 진행하지 못하면 돌아서서 다른 통로로 진행할 수 있다. 호서대의 한 건물을 모델링 하였으며, 학생들에게 본 게임을 체험시키고 사용성과 효과성을 중심으로 설문 조사하여 그 반응 결과를 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this research, a VR game was developed to experience the fire evacuation from a fired building, intending calm and fast reaction in urgent fire situations. The user should move out through the fire door, stairs and corridors toward exit door using the VIVE controllers. When the user can't proceed...

In this research, a VR game was developed to experience the fire evacuation from a fired building, intending calm and fast reaction in urgent fire situations. The user should move out through the fire door, stairs and corridors toward exit door using the VIVE controllers. When the user can't proceed the path because of fire flame or smoke, he/she should turn back to find another path. A building of Hoseo university was modeled and tests were carried out by students with polls focused on the usability and the effectiveness of this VR game. The result has been analyzed to show their responses.

Keyword

표/그림 (14)

그림 [Fig. 1] Modeling of fire building which is the north area of No. 1 Engineering Building, Asan Campus, Hoseo University.
그림 [Fig. 2] The Doors and Stairs of the 1st Engineering Building (North Area) of Hoseo University.
그림 [Fig. 3] Both Controllers of this VIVE game
그림 [Fig. 4] Stairs before entering (above) and after exiting (below)
그림 [Fig. 5] Fire doors are closed unlocked (above), and temporary opened by access (below)
그림 [Fig. 6] Experiment environment (taking VIVE head set on the face, grab VIVE controllers on both hands)
그림 [Fig. 7] Size of life heart and state of benting upper body (above) before benting, (below) after benting.
그림 [Fig. 8] Prior knowledge on the overall fire safety before experiments of VR game
표 [Table 1] Demographic characteristic of participants (N=14)
표 [Table 2] Survey items and response(#person) before experiments of the VR game with 4 values (VN:very negative, N: negative, P: positive, VP: very positive)
그림 [Fig. 9] Change on understanding of the fire safety after VR game experiments
그림 [Fig. 10] Graph of mean values of 7 groups of usability test of the VR game (VR convenience was lowest, 3.04 which means still difficult to use VR devices even VIVE)
표 [Table 3] Survey items and response(#person) after experiments of VR game with 4 values
표 [Table 4] Survey items of usability test of the VR game (7 groups and 15 questions of its usage) with each mean value (N=14)

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 VR 기능성 게임[8]을 통해 화재의 위험성과 연기로 인한 시야 확보의 어려움, 호흡 곤란 그리고 이로 인한 공포감을 미리 경험해 봄으로써 비상시의 화재 피난에 도움이 되고자 하였다.
본 연구에서는 건물 내에서 화재가 발생했을 때, 화염과 연기 속에서 복도, 방화문과 계단을 내려와 출입문으로 탈출하는 VR 기능성 게임을 개발하였다.
본 게임은 바이브를 착용하고 가상 화재 상황이 되었을 때의 탈출을 수행하는 게임으로서 화염과 연기에 따른 시야 확보의 어려움 속에서 비상 대피 안내를 따라 복도와 방화문, 계단을 통해 층간 이동을 가상 체험토록 하는 것이 주목적이다.
본 연구에서 개발한 화재탈출 VR 게임이 목적에 부합하는지 효과성을 살피기 위해, 실험 참여자들을 대상으로 게임 전과 후의 생각과 느낌에 대한 설문조사를 실시하였다[12].
본 연구에서는 VR장비인 VIVE를 사용하여 화재가 발생한 다층 복합건물 내에서 화염과 유해한 연기를 피하여 탈출하는 것을 체험할 수 있는 VR 기능성 게임을 개발하였다.

제안 방법

VR 장비는 HTC VIVE(이하 바이브)[9,10]를 사용하였으며, 이동할 때 충돌의 위험이 있어 자리에 앉아서 게임을 진행하고, 시야를 확인하며 컨트롤러로 캐릭터를 이동하고(전/후) 회전하며(좌/우), 고개를 숙일 수 있도록 (연기에 대비) 설계하였다.
호서대 학생들에게 익숙한 제1공학관(북측)을 3D 모델링하였으며 ([Fig. 1]참고), 학생들 14명에게 테스트하여 게임의 사용성과 효과성을 조사 분석하였다[11,12].
참여 학생은 IRB(생명윤리위원회) 승인을 따라 공고문을 통해 모집하였고, VR 게임의 효과성과 사용성은 참여자들의 실험 전후의 설문 조사를 통계적으로 분석하였다.
그리고 복도 중간의 방화문은 규정에 따라 평소에 잠금 없이 닫혀 있다가 실험자가 가까이 접근하면 자동으로 잠시 열리고([Fig. 5] 참고) 통과 후 다시 닫히도록 설계하였다.
본 실험은 충돌의 위험을 줄이기 위해, 지정된 자리에 앉아서 진행하도록 설계하였다. 바이브를 착용하고 실험하는 화면은 [Fig.
VR 장비의 단점인 시야 혼란으로 인한 현기증을 피하기 위해 플레이 시간의 제한이 필요했다(7분 이내로). 정상인도 실험 후 약간의 휴식시간이 필요하며, 현기증이 심할 경우는 실험을 즉시 중단하도록 했다. VR 게임에 의한 인체 영향을 최소화하기 위하여 IRB 승인을 받고 실험을 진행하였다.
본 연구에서 보이고자 하는 게임의 효과성은 참여자들을 모집하여 개발된 VR 게임의 체험 전후의 생각과 자세의 차이를 설문 조사하여, 통계로 그 결과를 분석해 비교하는 방법을 사용했다.
본 VR 게임의 사용성 파악을 위해 [Table 4]와 같이 7개 영역(조작의 편의성, 조작방식의 학습성, 도전감, 능률성, 압박/속도감, 친숙성, 만족성, G1~7)의 15개 문항(U1~U15)에 대한 설문조사도 수행하였다[13,14].
문항의 측정은 모두 4점 척도로 진행하였고, 사용성 파악은 문항별 최소 1점에서 최대 4점으로 점수화하여, 문항별 영역별로 분석하였다.
실험은 IRB 승인에 따라 호서대 학생들(20대) 14명에게 VR게임 참여와 설문 조사 형식으로 시행하였으며 체험 전후를 설문으로 비교하는 실험 통계 분석을 통해 그 효과성과 사용성을 분석하였다.

대상 데이터

본 게임에 사용된 가상의 화재 현장은 테스트 받을 학생들에게 친숙한 환경으로 호서대의 한 복합건물인 제1공학관의 북쪽 영역을 대상으로 모델링하였다([Fig. 1] 참고). 총 4층 건물로 엘리베이터는 없으며, 각 층은 양 끝에 있는 2개의 계단으로 연결되어 있다.
화재는 대상 건물의 1층 출입문 4곳중 한 곳에서 랜덤으로 발생하며([Fig. 2]), 탈출 출발점은 4층의 실험실 2곳 중에 한 곳이다 ([Fig. 1]). 최종 탈출은 1층 출입문 4곳 중 한 곳으로 나오면 성공으로 간주된다.
본 실험에 사용된 바이브는 밸브(Valve) 코퍼레이션과 HTC의 협력으로 개발한 가상현실 HMD(Head Mount Display)기기로서, 현행 최고 수준의 그래픽 화면과 편리한 조작성을 갖추고 있다[9,10].
본 실험은 IRB 승인기준에 맞는 대학생으로 15명을 모집하여 진행했으나, 1명이 현기증으로 중도 포기하여 최종 14명이 참여하였다[8]. 참여자들의 일반적 특성은 [Table 1]과 같다.
조작의 편의성(G1)이 비교적 낮은 점수가 나온 것은 그만큼 VR 컨트롤이 쉽지 않았다는 것인데 당황하여서 사망한 5명이 이에 해당될 것이다. 실제로 VIVE 안경을 착용하고 좌우 컨트롤러로 방향전환하며 전 후진으로 이동하는 기기 조작이 처음해보는 사람들에게는 쉽지 않을 것이다(U2 낮게 나옴).

성능/효과

실험 결과, 참여자들은 나서 화재 대피 요령과 비상 대피로에 대해서 훨씬 더 주의를 기울일 수 있겠다고 분석되어 체험 효과가 우수하였다. VR게임의 사용성에 대해서도 양호한 결과를 얻었다.
(3) 복도와 방화문을 지나 계단을 내려가며, 건물 1층 출입문까지 제한시간 7분 이내에 도착하면 게임 종료와 함께 탈출 성공한 것으로 본다.
실험 참여자를 대상으로 실시한 화재탈출 VR 게임 실험 결과를 보면 14명의 실험자 중 9명이 탈출에 성공하고, 5명이 탈출에 실패하여 약 64.3%의 성공률을 나타내었다.
문항별 분석 결과를 보면 A1, A3, A4에 대해서는 80% 이상의 실험자들이 상당히 잘 인지하고 있는 편이지만, A2, A5, A6에 대해서는 50-60%정도로 인지하고 있음을 알 수 있다. 특히 실험자들은 피난에 대해서 어느 정도 잘 안다고 하면서도 실제로는 피난과 직접적인 연관이 있는 피난안내도와 방화문에 대한 지식은 부족하였다.
실험 전후를 비교할 때 사용자들은 VR게임을 체험하고 나서 화재 대피 요령에 대해 훨씬 잘 알게 되었고(A1/B1), 대피로에 대해서도 월등히 주의를 기울일 수 있겠다고(A2/B2) 응답하였다. 다만 실험 후 화재 시 연기의 대처 요령에 대한 긍정적인 답변이 줄어든 것은 실험 전 지식으로 알고 있던 것보다 게임을 통해 실제 겪어보니 연기의 특성에 대하여 오히려 잘 몰랐다는 것을 인지한 것으로 해석되었다. 이는 연기로 인한 사망자가 5명이나 나온 것과 일치한다.
체험 후 참여자들은 나서 화재 대피 요령에 대해 훨씬 잘 알 게 되었고, 대피로에 대해서도 훨씬 더 주의를 기울일 수 있겠다고 분석되었다. 특히 건물 내 비상 대피로에 대한 인식 정도는 가장 많은 향상을 보여 체험 효과가 명확히 보였다.
체험 후 참여자들은 나서 화재 대피 요령에 대해 훨씬 잘 알 게 되었고, 대피로에 대해서도 훨씬 더 주의를 기울일 수 있겠다고 분석되었다. 특히 건물 내 비상 대피로에 대한 인식 정도는 가장 많은 향상을 보여 체험 효과가 명확히 보였다.
게임의 사용성에 대해서도 능률성, 조작방식의 학습성, 만족성, 도전감, 압박/속도감, 친숙성, 조작의 편의성 순으로 3.04 ~3.64점 범위(4점 척도)에 응답 점수가 분포되어 있어 실험에 참여한 자들의 게임 플레이에 대한 만족도가 높았다고 분석되었다.
본 연구에서 개발한 화재 비상탈출 VR 게임[15]은 대학생들에게 체험 전과는 다른 인지도 변화를 도모하였다는 점에서 기능성 게임의 효과를 확인시켜 주었다. 나라에서 실시하는 정기적인 소방대피 훈련에 본 VR 게임을 병행한다면 일반 국민들에게도 화재 대피에 대한 경각심을 높일 수 있는 도구가 될 것으로 기대한다.

후속연구

개발된 VR게임은 훈련용으로 사용되어 실제 화재 피난 시 덜 당황하며 효과적으로 대처하는 방법을 훈련시키는데 활용될 수 있을 것이다.
본 연구에서 개발한 화재 비상탈출 VR 게임[15]은 대학생들에게 체험 전과는 다른 인지도 변화를 도모하였다는 점에서 기능성 게임의 효과를 확인시켜 주었다. 나라에서 실시하는 정기적인 소방대피 훈련에 본 VR 게임을 병행한다면 일반 국민들에게도 화재 대피에 대한 경각심을 높일 수 있는 도구가 될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	갑작스런 재난에 따른 인명 피해가 줄지 않는 큰 이유는?	우리나라 재난 및 안전관리기본법 제35조에 의거하여 전 기관들이 재난대비 훈련을 해옴에도 불구하고, 갑작스런 재난에 따른 인명 피해는 줄지 않고 있다. 그 이유는 재난 대비 필수 시설의 노후 및 미보수도 있겠지만, 국민들의 안전불감증이 큰 이유를 차지한다.
	바이브란?	본 실험에 사용된 바이브는 밸브(Valve) 코퍼레이션과 HTC의 협력으로 개발한 가상현실 HMD(Head Mount Display)기기로서, 현행 최고 수준의 그래픽 화면과 편리한 조작성을 갖추고 있다[9,10].
	바이브의 장점은?	본 실험에 사용된 바이브는 밸브(Valve) 코퍼레이션과 HTC의 협력으로 개발한 가상현실 HMD(Head Mount Display)기기로서, 현행 최고 수준의 그래픽 화면과 편리한 조작성을 갖추고 있다[9,10].

참고문헌 (15)

Sangwoo Lim, Kyungwon Seo, AR/VR Technology, KISTEP Technical Review Brief, 2018. 09.
K. Kim, S. Cho and G. Jeon, "A Study on the Optimal Routing Planning Algorithm for Rescue of Multiple Victims in Disaster Area", Journal of Korea Safety Management & Science, Vol. 12, No. 2, pp. 17-23, 2010. 02.
B. Lee, J. Park and U. Kang, "Design and Implementation of a Real-time Automatic Disaster and Information Broadcasting System", Journal of Digital Convergence, Vol. 10, No. 7, pp.141-152, 2012. 08.

원문보기 상세보기
M. Kinateder, E. Ronchi, D. Nilsson, M. Kobes, M. Muller, P. Pauli and A. Muhlberger, "Virtual Reality for Fire Evacuation Research", Proc. Conf. 1st Complex Events and Information Modelling at the Federated Conference on Computer Science and Information Systems, pp. 316-324, 2014. 01.
JAFS Syed and J. Aroma, "Simulation of Fire Safety Training Environment Using Immersive Virtual Reality", . Int. Res. J. Eng. Technol. Vol. 7, No. 4, pp. 347-350, 2019. 01.
K. Kim, "A Study on the Development of VR Games to Experience the Escape from the Fire Emergency of the Movie Theater", Journal of Hoseo Engineering, Vol. 37, No. 1, ISSN: 1266-6558, pp.52-56, 2018. 06. 30.
H. Oh, Y. Kim, B. Kim, D. Choi and J. Jeong, "Internet-of-Things Based Fire Detection and Indoor Evacuation Navigation System", Proc. Conf. 2018 Autumn KICS, the Korean Institute of Communications and Information Sciences, pp. 280-281, 2018. 10.
Clark. C. Abt, Serious Games, The Viking Press, NY, USA, 1970.
KyungHwan Kim, The Basic of VIVE VR(Developing Basic Games Using VIVE and Unity), Hongrung Science Book, 2018. 3.
Namu Wiki, https://namu.wiki/w/HTC Vive.
Pye, V., Taylor, N., Clay-Williams, R., & Braithwaite, J., "When is enough, enough? Understanding and solving your sample size problems in health services research". BMC research notes, Vol. 9, No. 1, p.1. 2016.
K. Kim and Y. Lee, "A Study on the Development of VR Games for Experiencing Presbyopia and the Effect Analysis of their Experiences", Journal of Korea Game Society, Vol. 19, No. 2, pp. 123-133, 2019. 4. 20.

원문보기 상세보기
Nielsen, J., "Usability Engineering," Morgan Kaufmann, p.23, 1993.
Nielsen, J, "Designing Web Usability: The Practice of Simplicity", Indianapolis, Indiana USA: New Riders Publishing, 2000.
K. Kim and Y. Park, A VR Game to Experience Fire Evacuation, https://www.youtube.com/watch?vLaXjngkQVIk, 2019. 08.

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 화재 탈출 체험 VR 게임 개발과 효과 분석
A Study on the Development of a VR Game to Experience the Fire Evacuation and its Effect Analysis 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

표/그림 (14)

표/그림 (14)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (15)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 화재 탈출 체험 VR 게임 개발과 효과 분석 A Study on the Development of a VR Game to Experience the Fire Evacuation and its Effect Analysis 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

표/그림 (14) 모든 표/그림 보기

표/그림 (14) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (15)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

박용환 (31)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 화재 탈출 체험 VR 게임 개발과 효과 분석
A Study on the Development of a VR Game to Experience the Fire Evacuation and its Effect Analysis 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (14)

표/그림 (14)

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문