[논문]가상현실(VR) 콘텐츠에서 3D 객체의 셰이더 적용에 따른 사이버 멀미 연구

이수열; 박선희; 배종환

doi:10.9717/kmms.2021.24.11.1560

가상현실(VR) 콘텐츠에서 3D 객체의 셰이더 적용에 따른 사이버 멀미 연구
A Study on Cyber Sickness according to Shader Application of 3D Objects in Virtual Reality Content 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.24 no.11, 2021년, pp.1560 - 1566

이수열 (Utobiz Co. Ltd.) , 박선희 (Utobiz Co. Ltd.) , 배종환 (Utobiz Co. Ltd.)

Abstract ▼ AI-Helper

Cyber Sickness, which occurs when using Virtual Reality contents, is the most serious problem in immersive Virtual Reality contents. The purpose of this study is to identify the effects and causes of graphic environmental factors on Cyber Sickness in Virtual Reality contents. To this end, cyber sickness experiments were conducted according to the light source and material settings, which are most commonly used in graphical environmental elements. Cyber Sickness measurements were based on the Simulator Sickness Question(SSQ) tool to derive an index that causes Cyber Sickness As a result of the analysis, the smaller the surface roughness, the higher the degree of Cyber Sickness, and the smaller the surface roughness, the smoother the surface of the 3D object, and many specular reflections from the light source occurred, which was confirmed to be the cause of great Cyber Sickness.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Ship interior content(Metallic/Non-Metallic).
그림 Fig. 2. Test equipment(HTC VIVE Pro).
표 Table 1. SSQ Calculation Method.
그림 Fig. 3. VR content background.
표 Table 2. Experimental conditions.
그림 Fig. 4. Cybersickness experiment.
그림 Fig. 5. Experimental result chart (Average of SSQ total score).
표 Table 3. Experimental result (Average of SSQ total score).

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 가상현실 콘텐츠 사용 중에 발생하는 하드웨어적인 원인의 사이버 멀미보다는 그래픽환경 요소가 사용자에게 미치는 사이버 멀미 영향과 원인을 확인하고자 한다. 그래픽 환경 요소에 의한 문제점들은 고성능 하드웨어의 출시에 의해 해결될 수도 있지만, 근본적으로 HMD와 같은 장치에 시각화되는 디스플레이 화면은 현실 장면과 차이가 발생할 수밖에 없다.
본 연구에서는 가상현실 콘텐츠에서 하드웨어적인 원인의 사이버 멀미보다는 그래픽 환경 요소가 사이버 멀미에 미치는 영향과 원인을 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 3D 객체에 적용되는 셰이더 효과 중에서도 가장 많이 사용되는 광원 및 재질 설정에 따라 시각 정보가 부자연스러워 감각 부조화를 일으키는 사이버 멀미의 원인과 그에 따른 영향을 확인하였다.
따라서 가상현실 콘텐츠에서는 사용자에게 제공되는 시각 정보를 실제 환경과 더 유사하게 표현하기 위해 3D 객체에 적용되는 셰이더 (Shader) 효과와 같은 그래픽 환경 요소를 적용하고 있다. 하지만 근본적으로 고해상도의 화상 정보가 낮은 해상도의 HMD에 가시화 되며 부각되는 다즐링문제(Dazzling Trouble)는 셰이더 효과 중에서도 가장 많이 사용되는 광원 및 재질 설정에 따라 가상현실을 체험하는 사용자에게 현실과 다른 3D 객체 표면의 반짝거리는 현상으로 시각적 감각 부조화를 일으켜 사이버 멀미의 원인 되는 것으로 파악되었고 그에 따른 영향을 파악하고자 본 연구를 진행하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 가상현실 콘텐츠에서 하드웨어적인 원인의 사이버 멀미보다는 그래픽 환경 요소가 사이버 멀미에 미치는 영향과 원인을 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 3D 객체에 적용되는 셰이더 효과 중에서도 가장 많이 사용되는 광원 및 재질 설정에 따라 시각 정보가 부자연스러워 감각 부조화를 일으키는 사이버 멀미의 원인과 그에 따른 영향을 확인하였다.
3D 객체에 적용되는 셰이더 효과(재질의 금속성과 표면 거칠기)가 사이버 멀미에 미치는 영향을 연구하기 위해 넓은 공간과 높은 해상도의 HMD를 이용한 실험 환경을 구축하였으며, 사이버 멀미를 쉽게 유발 할 수 있는 실험 콘텐츠를 선정하여 3D 객체에 적용되는 셰이더 효과에서 재질의 금속성과 표면 거칠기 값을 변경하고 다수의 피실험자에 의한 실험을 진행하였다. 멀미 정도 측정은 SSQ 도구를 바탕으로 사이버 멀미를 유발시키는 지수를 도출하여 측정하였다.
1에서와 같이 선박 실내를 모델링하여 실험 콘텐츠로 사용한다. 그리고 그래픽적인 셰이더효과인 재질 설정에 따라 개인이 느끼는 사이버 멀미 정도를 측정한다.
3D 객체에 적용되는 셰이더 효과(재질의 금속성과 표면 거칠기)가 사이버 멀미에 미치는 영향을 연구하기 위해 넓은 공간과 높은 해상도의 HMD를 이용한 실험 환경을 구축하였으며, 사이버 멀미를 쉽게 유발 할 수 있는 실험 콘텐츠를 선정하여 3D 객체에 적용되는 셰이더 효과에서 재질의 금속성과 표면 거칠기 값을 변경하고 다수의 피실험자에 의한 실험을 진행하였다. 멀미 정도 측정은 SSQ 도구를 바탕으로 사이버 멀미를 유발시키는 지수를 도출하여 측정하였다. 본 연구를 통해 셰이더 효과에서도 표면 거칠기 값이 작을수록 사이버 멀미 정도가 높게 나타나는 것을 확인하였으며, 이는 3D 객체의 표면 거칠기 값이 작아질수록 표면이 매끄러워져 정반사가 나타나는 부분들이 많아지고 이로 인해 화면상에 나타나는 불규칙한 반짝임 현상이 피실험자들에게 큰 멀미 감을 주는 원인인 것으로 확인되었다.
16개의 증상은 정도에 따라 0점에서 4점까지의 척도로 설정하였으며, 설문에 의해 작성된 점수를 이용하여 Table 1에서와 같이 각 증상 요소에 따라 가중치를 부여하여 사이버 멀미 종합점수를 측정한다. 본 연구에서는 3D 객체에 적용된 셰이더 효과 중에서도 재질 설정에 따른 사이버 멀미 영향을 확인하고자 함으로 종합점수만을 이용하여 실험 결과를 도출하였다. 또한 종합점수 계산방식을 수정하여 모든 증상의 정도를 최고 척도(4점)로 산정한 결과를 기준으로 종합점수의 최고점이 100점이 되도록 하여 비교 분석 정보의 가시성을 높였다.
이를 위해, 그래픽 환경에서 광원은 동일하게 유지하고 3D 객체의 표면을 표현할 때에 가장 많이 사용되는 표면 거칠기(Roughness)의 값에 따라 나타나는 사이버 멀미를 느끼는 정도를 확인할 필요가 있었으며, 표면 거칠기 값의 차이를 비교하기 위해 3D 객체의 재질을 금속성과 비금속성으로 설정하였다. 표면 거칠기 값은 단계별로 구성하고 가상현실 콘텐츠 사용자의 멀미 정도를 측정하는 실험에 사용하여 재질 설정에 따른 사이버 멀미에 미치는 영향과 원인을 확인한다.
이를 위해, 그래픽 환경에서 광원은 동일하게 유지하고 3D 객체의 표면을 표현할 때에 가장 많이 사용되는 표면 거칠기(Roughness)의 값에 따라 나타나는 사이버 멀미를 느끼는 정도를 확인할 필요가 있었으며, 표면 거칠기 값의 차이를 비교하기 위해 3D 객체의 재질을 금속성과 비금속성으로 설정하였다. 표면 거칠기 값은 단계별로 구성하고 가상현실 콘텐츠 사용자의 멀미 정도를 측정하는 실험에 사용하여 재질 설정에 따른 사이버 멀미에 미치는 영향과 원인을 확인한다.

대상 데이터

실험에 사용될 가상현실 콘텐츠는 사이버 멀미가 쉽게 유발될 수 있는 좁은 공간을 구성하기 위해 Fig. 1에서와 같이 선박 실내를 모델링하여 실험 콘텐츠로 사용한다. 그리고 그래픽적인 셰이더효과인 재질 설정에 따라 개인이 느끼는 사이버 멀미 정도를 측정한다.
가상현실에서의 멀미 정도를 현실과 보다 비슷한 환경에서 측정하기 위해 HMD는 Fig. 2와 같은 HTC 사의 VIVE Pro를 사용하여 사이버 멀미 실험을 실시하였다. 최대 2880×1660의 해상도를 통해 주위 환경의 가상 윤곽을 완벽하게 구현하여 주변 상황을 정확하게 인식하는 것이 가능하기 때문이다.
가상현실에서의 사이버 멀미 영향을 확인하기 위해 실험 장비를 지정하고 원활한 실험을 위해 환경을 통제하였다. 실험에 사용될 가상현실 콘텐츠는 사이버 멀미가 쉽게 유발될 수 있는 좁은 공간을 구성하기 위해 Fig. 1에서와 같이 선박 실내를 모델링하여 실험 콘텐츠로 사용한다.

데이터처리

본 실험의 결과는 제안한 실험절차에 따라 피실험자들이 가상현실 콘텐츠를 체험하고 SSQ 설문으로 사이버 멀미의 정도를 측정한 결과로 산출된 종합점수의 평균값으로 Table 3과 Fig. 5와 같다.

이론/모형

사이버 멀미 측정은 16개 증상으로 사이버 멀미 정도를 측정하는 SSQ(Simulator Sickness Ques- tionnaire) 설문을 사용하였다. SSQ 설문은 케네디 (Kennedy, 1993)가 발표한 SSQ를 기반으로 개발되었으며, 16개의 증상을 3가지 요소로 분류하였다. 3 가지 요소는 안구 운동 불편(Oculomotor), 방향감각 상실(Disorientation), 구토 증상(Nausea)이다.
사이버 멀미 측정은 16개 증상으로 사이버 멀미 정도를 측정하는 SSQ(Simulator Sickness Ques- tionnaire) 설문을 사용하였다. SSQ 설문은 케네디 (Kennedy, 1993)가 발표한 SSQ를 기반으로 개발되었으며, 16개의 증상을 3가지 요소로 분류하였다.

성능/효과

둘째로, 사이버 멀미의 정도가 특정 구간에서 큰 폭으로 상승하는 것을 확인 할 수 있으며, 표면 거칠기가 6단계에서 7단계로 변경되는 구간에서 3D 객체의 재질 속성과 관계없이 사이버 멀미 정도가 가장 큰 폭으로 나타났다. 또한 3D 객체의 재질 속성이 비금속 성인 경우가 금속성인 경우보다 여러 구간에서 사이버 멀미 정도가 큰 폭으로 상승하는 것을 확인 할 수 있다.
둘째로, 사이버 멀미의 정도가 특정 구간에서 큰 폭으로 상승하는 것을 확인 할 수 있으며, 표면 거칠기가 6단계에서 7단계로 변경되는 구간에서 3D 객체의 재질 속성과 관계없이 사이버 멀미 정도가 가장 큰 폭으로 나타났다. 또한 3D 객체의 재질 속성이 비금속 성인 경우가 금속성인 경우보다 여러 구간에서 사이버 멀미 정도가 큰 폭으로 상승하는 것을 확인 할 수 있다.
본 연구는 가상현실 콘텐츠의 3D 객체에 적용되는 셰이더 효과 중에서도 재질의 금속성과 표면 거칠기의 변화가 가상현실 콘텐츠 사용자에게 미치는 사이버 멀미 영향과 그 원인을 규명한 것에 의의가 있다. 본 연구 결과를 통해 향후 현실과 유사한 몰입감을 조성하기 위해 3D 객체에 적용하는 셰이더 효과가 오히려 사용자들에게 더 큰 멀미를 발생시킬 수 있다는 것을 가상현실 콘텐츠 개발자들이 인지하여 콘텐츠 개발에 활용할 것을 기대한다.
멀미 정도 측정은 SSQ 도구를 바탕으로 사이버 멀미를 유발시키는 지수를 도출하여 측정하였다. 본 연구를 통해 셰이더 효과에서도 표면 거칠기 값이 작을수록 사이버 멀미 정도가 높게 나타나는 것을 확인하였으며, 이는 3D 객체의 표면 거칠기 값이 작아질수록 표면이 매끄러워져 정반사가 나타나는 부분들이 많아지고 이로 인해 화면상에 나타나는 불규칙한 반짝임 현상이 피실험자들에게 큰 멀미 감을 주는 원인인 것으로 확인되었다.
첫째로, 3D 객체의 재질 속성인 금속성과 비금속 성에 따른 사이버 멀미의 큰 차이는 없었지만 금속성 재질로 설정했을 때가 비금속성 재질 일 때 보다 멀미 정도가 다소 높게 나타나는 것을 확인 할 수 있으며, 그에 따라 표면 거칠기 값이 사이버 멀미에 더 많은 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

후속연구

본 연구는 가상현실 콘텐츠의 3D 객체에 적용되는 셰이더 효과 중에서도 재질의 금속성과 표면 거칠기의 변화가 가상현실 콘텐츠 사용자에게 미치는 사이버 멀미 영향과 그 원인을 규명한 것에 의의가 있다. 본 연구 결과를 통해 향후 현실과 유사한 몰입감을 조성하기 위해 3D 객체에 적용하는 셰이더 효과가 오히려 사용자들에게 더 큰 멀미를 발생시킬 수 있다는 것을 가상현실 콘텐츠 개발자들이 인지하여 콘텐츠 개발에 활용할 것을 기대한다. 추후에는 더 많은 셰이더 효과들과 광원의 관계에 대해 검증할 수 있는 연구를 진행하여 가상현실 콘텐츠 개발에 도움이 될 수 있도록 할 예정이다.
본 연구 결과를 통해 향후 현실과 유사한 몰입감을 조성하기 위해 3D 객체에 적용하는 셰이더 효과가 오히려 사용자들에게 더 큰 멀미를 발생시킬 수 있다는 것을 가상현실 콘텐츠 개발자들이 인지하여 콘텐츠 개발에 활용할 것을 기대한다. 추후에는 더 많은 셰이더 효과들과 광원의 관계에 대해 검증할 수 있는 연구를 진행하여 가상현실 콘텐츠 개발에 도움이 될 수 있도록 할 예정이다.

참고문헌 (10)

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J.J.Jr. LaViola, "A Discussion of Cybersickness in Virtual Environments," ACM SIGCHI Bulletin, Vol. 32, No. 1, pp. 47-56, 2000.

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E. Nalivaiko, S.L. Davis, K.L. Blackmore, and K.V. Nesbitt, "Cybersickness Provoked by Head-Mounted Display Affects Cutaneous Vascular Tone, Heart Rate and Reaction Time," Autonomic Neuroscience, Vol. 192, pp. 63, 2015.

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원문보기 상세보기
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K. Han and H. Kim, "The Cause and Solution of Cybersickness in 3D Virtual Environments," The Korean Journal of Cognitive and Biological Psychology, Vol. 23, No. 2, pp. 287-299, 2011.

상세보기
J. Koo and S. Kim, "A Study on the Cyber motion Sickness of VR Content -Focused on Content Environment," Journal of the Korea Convertgence Society, Vol. 10, No. 3, pp. 135-140, 2019.
Y. Ko and J. Han, "A Study on the Effect of Virtual Reality Operations on Cyber Motion Sickness," Journal of Digital Convergence, Vol. 18, No. 6, pp. 451-457, 2020.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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