[논문]치과임상용 가상현실 시뮬레이션에서 사용자의 숙련도 수준이 과제부하와 사용용이성에 미치는 영향

정무석; 임태형; 류지헌

doi:10.5392/jkca.2021.21.08.258

치과임상용 가상현실 시뮬레이션에서 사용자의 숙련도 수준이 과제부하와 사용용이성에 미치는 영향
The Effects of Expertise Level on Task Load and Easy-to-use in Virtual Reality Based Dental Clinical Simulation 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.21 no.8, 2021년, pp.258 - 270

정무석 (전남대학교 교육학과) , 임태형 (전남대학교 교육학과) , 류지헌 (전남대학교 교육학과)

초록
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이 연구는 치의학 교육을 위한 부정교합 진찰용 가상현실 시뮬레이션의 적용 효과를 검증하기 위한 것이다. 부정교합 진단을 위해서는 치아모형을 사실적인 수준으로 만들어야 하며 이렇게 개발된 치아모형을 손으로 쥐고 상세하게 관찰할 수 있어야 한다. 이 연구에서는 치의학 가상현실 시뮬레이션을 만들기 위한 4단계 모델링 절차를 적용했다. 또한 이렇게 개발된 가상현실 시뮬레이션이 학습자의 숙달수준에 따라서 어떻게 지각되는가를 확인하기 위해서 HMD를 착용하고 진단을 하도록 했다. 이 연구에는 치의학전문대학원 재학생 3학년(29명), 4학년(29명), 치의학 전공의(28명)이 참여했으며, 두 가지 증례에 대한 진단활동을 통해서 과제부하와 사용용이성을 측정했다. 과제부하에 대한 검증에서 3학년이 전공의보다 더 많은 정신적 요구량과 당혹감을 지각하고 있었다. 이 결과는 시뮬레이션을 사용할 때 숙달수준에 따라서 지각하는 과제부하가 달라지고 있음을 보여주는 것이다. 반면에 사용용이성(구강모형의 조작, 오류수정, 오류인식)에서 4학년이 전공의보다 더 높은 용이성 지각을 보여줬다. 이 연구를 통하여 전문 훈련용 가상현실 시뮬레이션의 개발을 위한 함의점을 논의하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aimed to investigate the effects of the virtual reality simulation for malocclusion examination for dental education. A 4-step modeling procedure was applied to develop a tooth model with a realistic level in order to be held and observed in detail. Eighty-six participants used HMDs to examine the developed virtual dental simulation to identify their perception according to expertise levels. The independent variable, expertise group, included three levels: 29 juniors, 29 seniors, and 28 dentists, respectively. The dependent variables, that were task-load and usability, were measured through two cases. Results showed that the junior group perceived a higher level of mental demands and embarrassment than the dentist group. It indicated that the perceived task load varies according to the expertise levels in the simulation task. However, the senior group perceived a higher level of ease of use than the dentist group. This study presented the implications for the development of virtual reality simulation in detail.

주제어

표/그림 (16)

그림 그림 1. 모델링 단계
그림 그림 2. 모델링된 구강모형의 형태
그림 그림 3. 구강모형의 질감 구현
그림 그림 4. 부정교합의 증례 구현
그림 그림 5. 부정교합 시뮬레이션 개발 과정
그림 그림 6. 가상 진단실습실
그림 그림 7. 치아모형(좌: 교합 상태, 우: 상악-하악 분리)
그림 그림 8. 실험 진행 장면
그림 그림 9. 정신적 요구량의 집단 간 차이
표 표 1. 종속변수의 기술통계 결과
표 표 2. 과제부하의 집단 간 차이 비모수 검정 결과
그림 그림 10. 당혹감의 집단 간 차이
그림 그림 11. 구강모형 조작의 집단 간 차이
그림 그림 12. 오류 수정의 집단 간 차이
표 표 3. 사용용이성의 집단 간 차이 다변량분산분석 결과
그림 그림 13. 오류 인식의 집단 간 차이

AI 본문요약
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문제 정의

부정교합 진단 훈련 시뮬레이션의 실제 수행과정에서 사용자의 전문성 수준이 과제부하와 사용 용이성에 영향을 미치는가를 검증하고자 한다. 따라서 부정교합 진단훈련을 위한 가상현실 시뮬레이션을 개발하고, 학습자의 숙련 수준에 따른 과제부하와 사용용이성의차이를 확인하는 것이다. 이를 위해 가상현실 시뮬레이션에 사용될 부정교합 구강구조의 3D 오브젝트를 모델링하여 개발하였다.
치의학 같은 전문 분야를 위한 가상현실 시뮬레이션을 개발할 때는 부정교합 증례구현의 사실성과 더불어 사용자의 전문성 수준에 대한 고려가 모두 이루어져야 한다. 부정교합 진단 훈련 시뮬레이션의 실제 수행과정에서 사용자의 전문성 수준이 과제부하와 사용 용이성에 영향을 미치는가를 검증하고자 한다. 따라서 부정교합 진단훈련을 위한 가상현실 시뮬레이션을 개발하고, 학습자의 숙련 수준에 따른 과제부하와 사용용이성의차이를 확인하는 것이다.
이 연구의 목적은 부정교합 진단 훈련을 위한 몰입형 가상현실 시뮬레이션에 적용될 부정교합 증례의 3D 모델링의 개발 절차를 확인하고, 학습자의 숙련도 수준에 따른 학습자 지각의 차이를 밝히는 것이다. 이를 위해 부정교합 진단 시뮬레이션과 그 부정교합 증례를 개발하여 그 절차를 기술하고, 학습자의 숙련도 수준에 따른 지각한 과제부하와 사용용이성의 차이를 확인하였다.

가설 설정

3학년, 4학년, 전공의 세 가지 집단으로 구분되었다. 위의 세 집단은 실험과제인 부정교합진료에 대한 지식과 경험에서 뚜렷하게 구분된다고 가정하였다. 3학년은 부정교합 모형으로만 학습하여 실제 현장 경험은 거의 없는 집단이다.

제안 방법

시뮬레이션의 구조 설계 단계에서는 시뮬레이션의 전체 구성과 각 장면에 포함될 구성 요소를 결정하였다. 개발된 시뮬레이션은 2개의 부정교합 증례를 포함하며, 각 증례 별로 확인문제를 제공하여 지식 수준을 확인할 수 있도록 하였다. 구현 케이스 선정 및 분석 단계에서는 시뮬레이션에 포함될 부정교합 증례를 선정하고, 구현할 세부적 특징을 분석하였다.
훈련 단계에서는 시뮬레이션의 사용방법을 숙달하도록 하였다. 구강모형을 제시하여 시뮬레이션 내에서 증례를 손으로 잡고 문제를 풀도록 하였다. 참가자는 제시된 2개의 증례를 차례대로 수행하였다.
개발된 시뮬레이션은 2개의 부정교합 증례를 포함하며, 각 증례 별로 확인문제를 제공하여 지식 수준을 확인할 수 있도록 하였다. 구현 케이스 선정 및 분석 단계에서는 시뮬레이션에 포함될 부정교합 증례를 선정하고, 구현할 세부적 특징을 분석하였다. 구현 케이스는 소아 부정교합 증례 중 대표적인 사례 2건을 부정교합 분류에 따라 선정하였다.
이를 위해 가상현실 시뮬레이션에 사용될 부정교합 구강구조의 3D 오브젝트를 모델링하여 개발하였다. 그 후 개발된 시뮬레이션을 사용한 학습자의 숙련 수준에 따른 과제부하와 사용용이성의차이를 조사하였다. 본 연구에서 설정한 연구문제는 다음과 같다.
이후 모델링의 시각적 특성을 표면의 색상에 해당하는 이미지와 빛을 반사하는 성질인 쉐이더를 설정하여, 가장 자연스럽게 인식되는 설정을 확인하였다. 또한 실제 부정교합 증례가 가지는 특성을 분석한 뒤 모델링의 치아와 턱의 위치 및 각도를수정함으로서 부정교합 증례를 적용하였다. 위와 같은 절차를 통해 다양한 부정교합 증례를 정확하게 구현할 수 있을 것이다.
부정교합 3D 모델링의 개발 과정에서 주안점이 되었던 부분은 자연스러운 구강 구조의 개발, 구강 내 재질의 구현, 실제 부정교합 증례의 적용이었다. 이 연구에서는 이상적인 구강구조를 구현한 덴티폼을 3D 스캐너를 통해 스캔하여 자연스러운 형태의 구강 모형을 구현하였다. 이후 모델링의 시각적 특성을 표면의 색상에 해당하는 이미지와 빛을 반사하는 성질인 쉐이더를 설정하여, 가장 자연스럽게 인식되는 설정을 확인하였다.
이 연구의 목적은 부정교합 진단 훈련을 위한 몰입형 가상현실 시뮬레이션에 적용될 부정교합 증례의 3D 모델링의 개발 절차를 확인하고, 학습자의 숙련도 수준에 따른 학습자 지각의 차이를 밝히는 것이다. 이를 위해 부정교합 진단 시뮬레이션과 그 부정교합 증례를 개발하여 그 절차를 기술하고, 학습자의 숙련도 수준에 따른 지각한 과제부하와 사용용이성의 차이를 확인하였다.
종속변수는 두 가지로서 각각 과제부하(task load) 와사용용이성(easy-to-use)이다. 먼저, 과제부하는 주어진 과제를 수행하는 동안 참가자가 지각한 신체적, 정신적 부하를 의미하는 구인이다.

대상 데이터

이 연구에서 사용된 실험자료는 [그림 5]와 같은 과정을 통해 개발되었다. 개발은 설계-개발-평가의 과정을 통해 진행되었으며, 전 과정에 걸쳐 치과대학 전공의 3명의 검토를 받았다. 실험자료는 Unity 3D 2019.
이 연구의 대상은 광역시 소재 치의학전문대학원의 재학생과 전공의 총 86명(여성=51명, 남성=35명)으로, 편의표집에 의해 모집되었다. 집단별 구분으로는, 치전원 재학생 3학년 29명(여성=17명, 남성=12명), 4학년 29명(여성=16명, 남성=13명), 전공의 28명(여성=18 명, 남성=10명)이었다.
집단별 구분으로는, 치전원 재학생 3학년 29명(여성=17명, 남성=12명), 4학년 29명(여성=16명, 남성=13명), 전공의 28명(여성=18 명, 남성=10명)이었다. 전공의 집단은 레지던트 1년차 15명, 2년차 5명, 3년차 8명으로 구성되었다. 평균연령은 집단별로 3학년 집단 27.
이 연구의 대상은 광역시 소재 치의학전문대학원의 재학생과 전공의 총 86명(여성=51명, 남성=35명)으로, 편의표집에 의해 모집되었다. 집단별 구분으로는, 치전원 재학생 3학년 29명(여성=17명, 남성=12명), 4학년 29명(여성=16명, 남성=13명), 전공의 28명(여성=18 명, 남성=10명)이었다. 전공의 집단은 레지던트 1년차 15명, 2년차 5명, 3년차 8명으로 구성되었다.

데이터처리

과제부하와 사용용이성 각 종속변수에 대해 다변량분산분석(MANOVA)이 적용되었다. 또한 크루스칼-왈 리스 검정(사후검정: 본페로니)을 실시했으며, SPSS를 사용하여 분석하였고, 유의도 수준은 .
과제부하와 사용용이성 각 종속변수에 대해 다변량분산분석(MANOVA)이 적용되었다. 또한 크루스칼-왈 리스 검정(사후검정: 본페로니)을 실시했으며, SPSS를 사용하여 분석하였고, 유의도 수준은 .05였다.

이론/모형

표면 매핑 단계에서는 구강모형의 표면에 입혀질 이미지를 제작하였다. 구강 표면을 사실적으로 묘사하기 위해 치아의 색깔과 잇몸의 시각적 특징을 실제 사례를 통해 파악하고 Blender 소프트웨어를 통해 적용하였다. 특히 반투명한 잇몸을 구현하기 위해 핏줄과 잇몸 아래의 치아 뿌리를 색깔로 구현하였다.

성능/효과

둘째, 숙달수준이 높아질수록 정신적 요구량과 당혹감에서 큰 차이가 나타날 수 있다는 것이다. 인지 부하 이론의 관점에서 이러한 결과는 숙련도에 따라 학습자의 정신적 수행의 효율성에 차이가 있다는 것으로 해석할 수 있다.
사용용이성의 결과를 보면 ②배치된 구강모형 조작 의용 이성, ③조작 오류의 수정 용이성, ④조작 오류의 원인 인식 용이성에서 집단 간의 유의미한 차이를 확인할 수 있었다. 4학년과 전공의 사이에서만 유의미한 차이가 발견되었다.
이 연구를 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다. 첫째, 가상현실에서 구강모형을 실물처럼 만들기 위해서는 표면구현이 제일 중요하다는 것이다. 치의학 교육용 시뮬레이션에서 가장 중요한 요인 중 하나가 실제적인 증례를 구현하는 것이다.

후속연구

이와 같은 체계화된 절차를 통해 치의학 증례를 효율적으로 개발할 수 있을 것이다. 또한 이 절차는 부정교합 이외의 치의학 증례를 개발하는데 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

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저자의 다른 논문 :

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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