[논문]햅틱 인지 요인 분석을 적용한 진동 촉감 인터페이스 설계 프로세스 제안

허용해; 김승희

doi:10.7236/jiibc.2021.21.5.79

햅틱 인지 요인 분석을 적용한 진동 촉감 인터페이스 설계 프로세스 제안
Design Process Suggestion of Vibrotactile Interface applying Haptic Perception Factor Analysis 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.21 no.5, 2021년, pp.79 - 87

허용해 (한국기술교육대학교 창의융합공학협동) , 김승희 (한국기술교육대학교 IT융합SW공학과)

초록
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본 연구에서는 인간의 촉감 메커니즘을 반영하여 햅틱 인지 요인을 적용할 수 있는 진동 촉감 인터페이스 설계 프로세스를 제안하였다. 본 프로세스는 총 4단계로 햅틱 감각의 요구사항 분석 단계, 햅틱 요소 분석 단계, 햅틱 인지 요인분석 단계, 햅틱 요구사항 상세 설계 및 시제품 구현 단계로 구성된다. 본 설계 프로세스의 장점은 햅틱 인지 요인 분석을 적용함으로써 사용자 요구사항 도출 및 구현 시 불필요한 작업들을 배제할 수 있으며, 가장 큰 특징은 인체공학적 특징을 설계에 반영할 수 있고, 사용자 평가와 사용성 테스트, 햅틱 기능 최적화 작업을 동시에 수행함으로써 시제품 개발이 완료됨과 동시에 햅틱 요구사항 명세서가 완료된다는 것이다. 본 설계 프로세스는 사용자의 요구사항에서부터 햅틱 기능 상세설계 및 시제품 구현에 대한 전체 단계를 포함하고 있어 햅틱에 대한 전문 지식이 부족한 일반 개발자들도 사용자 중심의 설계가 가능하여 일정 수준 이상의 햅틱 기능 설계 및 구현을 가능케 할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study suggests a design process for vibrotactile interface that can apply haptic perception factors reflecting human tactile mechanisms. This process consists of 4 stages: the haptic sense requirement analysis stage, the haptic element analysis stage, the haptic perception factor analysis stage, the haptic requirement detailed design, and the prototype implementation stage. The advantage of this design process is that unnecessary tasks can be excluded in deriving and implementing user requirements, by applying haptic perception factor analysis, and the biggest feature is that research results on ergonomic mechanisms can be reflected in the haptic design, completes prototype development simultaneously while determining the haptic requirements statement by performing user evaluation, usability testing, and haptic feature optimization tasks simultaneously. This design process includes all stages from user requirements to haptic function detailed design and prototype implementation, so it is expected that general developers who lack expertise in haptic will also be able to design user-centered designs, enabling design and implementation of haptic functions at a certain level.

주제어

표/그림 (10)

그림 그림 1. 네 가지 기계 수용체와 반응 감도^[6] Fig. 1. The four mechanoreceptors and their response sensitivity^[6]
그림 그림 2. 주파수에 따른 사람의 진동 역치^[7] Fig. 2. Vibrating kinesthetic of the human body by frequency^[7]
그림 그림 3. 진동 시간에 따른 역치 변화^[8] Fig. 3. kinesthetic change by vibration time^[8]
그림 그림 4. 면적에 따른 사람의 역치 변화^[9] Fig. 4. Vibrotactile threshold as a function of contactor area^[9]
표 표 1. 9개의 햅틱 진동 특성 요인 개요^[10] Table 1. A Summary of the Properties of Nine Tactile Characteristics^[10]
그림 그림 5. 햅틱 인지 요인 분석을 적용한 진동 촉감 인터페이스 설 계 프로세스 개요 Fig. 5. Overview of Design Process for Vibrating Tactile Interface Using Haptic Cognitive Factor Analysis
그림 그림 6. 햅틱 감각의 기능적 요구사항 WBS Fig. 6. Functional requirements of the haptic sense WBS
그림 그림 7. 햅틱 감각의 비기능적 요구사항 WBS Fig. 7. Non-functional requirements of the haptic sense WBS
표 표 2. 진동 액추에이터 개수에 따라 분석되어야 할 햅틱 요소 Table 2. Haptic factors to be analyzed depending on the number of vibration actuators
표 표 3. 선행연구로부터 도출한 햅틱 인지 관련 설계의 기초 기준 정보 Table 3. Basic Reference information for haptic cognition-related designs derived from preliminary studies

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 이광일과 김성민의 진동 촉감 설계 방법론의 절차에서 강점과 장점을 적용하고, 인간의 촉감 메커니즘에 대한 연구결과를 반영하여 개인화에 따른 촉감 최적화 요구를 명확히 반영할 수 있는 새로운 진동 촉감 설계 프로세스를 제안한다.
본 연구는 사람이 인지 가능한 주파수 영역, 사람의 진동 역치 등을 고려한 새로운 진동 촉감 인터페이스 설계 및 평가가 가능할 뿐만 아니라 사람이 구분할 수 없는 수준의 진동 촉감도 설계 및 평가할 수 있는 방안을 제시할 수 있다. 활용적 측면으로는 햅틱 디바이스나 콘텐츠 개발 시 불필요한 작업을 사전에 배제할 수 있어 시간적, 경제적 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 사용 능력에 제약이 있는 사회적 약자로 분류되는 사용자를 고려한 최적화된 진동 촉감 인터페이스를 제공하는데 매우 유용할 것으로 사료된다.
본 연구를 통하여 인간의 촉감 메커니즘에 대한 결과를 반영하여 기존 햅틱 설계방법론에서 언급되지 않은 햅틱 인지 요인을 고려한 진동 촉감 인터페이스 설계 프로세스를 제안하였다. 총 4단계로 구성되며, 1단계는 햅틱 감각의 요구사항 분석단계로 기능과 비기능의 요구사항을 분석한다.
본 연구에서는 지금까지 살펴본 햅틱 인지 요인과 관련된 연구들을 종합적으로 정리하여 진동 촉감 설계를 위한 방법을 제시할 것이다.

제안 방법

2단계는 햅틱 요소 분석 단계로 단일 액추에이터와 다수 액추에이터로 구별하여 햅틱 요소를 분석한다. 3단계는 햅틱 인지 요인분석 단계로 액추에이터별 도출된 분석 결과를 종합하여 햅틱 인지 기초 기준 정보를 포함하여 인지 실험 및 분석을 수행한다. 4단계는 햅틱 요구사항 상세 설계 및 시제품 구현 단계로 분석된 햅틱 요인 분석 정보를 통합하여 상세설계를 통해 시제품을 구현한다.
액추에이터 분석 결과를 통합하여 본 단계에서는 햅틱인지 요소가 햅틱 대상자의 상황이나 나이 등 여러 가지 요인에 따라 달라질 수 있다. 따라서 설계자는 햅틱 대상자에 대한 구체적인 햅틱 인지 요인을 분석하기 위해서는 검증된 기존 햅틱 인지 연구 사례의 실험 방법을 참고해서, 햅틱 대상자들의 인지 실험을 직접 진행한다. 만약 햅틱 대상자들의 특성을 분석하여 특이사항이 없다고 판단되는 경우라면, 햅틱 기능 상세 설계 완료 시간을 단축시키기 위해 본 연구에서 제안한 햅틱 인지 관련 설계의 기초 기준 정보를 사용할 것을 권장한다.
그림 6는 본 연구에서 정의한 햅틱 감각을 구현하는데 있어서 필요한 기본적인 기능적 요구사항에 대한 WBS(Work Breakdown Structure)이다. 본 연구에서는 정의한 햅틱 감각을 사용자에게 제공할 때 고려해야 될 기능적 요구사항에 관한 WBS를 1.0 상호작용, 2.0 표현, 3.0 성능으로 구분하였다. 1.
그림 7은 본 연구에서 정의한 햅틱 감각을 구현하는데 있어서 필요한 기본적인 비기능적 요구사항의 WBS이다. 본 연구에서는 햅틱 감각을 사용자에게 제공할 때 고려해야 될 비기능적 요구사항에 관한 WBS를 1.0 접촉, 2.0 알람, 3.0 감성으로 구분하였다. 1.
본 연구에서는 햅틱 기능 요구사항 상세설계 및 시제품 구현 단계에서, 햅틱 정보 통합, 프로토타입 햅틱 기능 구현, 사용성 테스트, 최종 햅틱 기능 설계 완료 및 시제품 구현의 주요한 4가지 프로세스를 진행한다.
본 연구에서는 햅틱 기능 요구사항 상세설계 및 시제품 구현 단계에서, 햅틱 정보 통합, 프로토타입 햅틱 기능 구현, 사용성 테스트, 최종 햅틱 기능 설계 완료 및 시제품 구현의 주요한 4가지 프로세스를 진행한다.
그림 5는 본 연구에서 제안하는 진동 촉감 설계방법론을 도식화한 것이다. 본 연구의 진동 촉감 설계방법론은 햅틱 감각의 요구사항 분석(Step 1), 햅틱 요소 별 분석 (Stpe 2), 햅틱 인지 요인 분석(Step 3), 햅틱 기능 구현 (Step 4)이라는 총 4가지 단계로 구분된다.
인간의 촉감 메커니즘에 대한 선행 연구에서 살펴본 주파수에 따른 사람의 진동 역치, 진동 시간에 따른 역치 변화, 진동이 발생되는 면적에 따른 사람의 역치 변화 연구 결과를 근거로 표 3과 같이 햅틱 기능을 설계할 때 참고할 수 있는 기본으로 설정해야 할 값, 필수 고려 사항, 권장 사항으로 분류하여 햅틱 인지 설계를 위한 기초 기준 정보를 제시한다.

성능/효과

4단계는 햅틱 요구사항 상세 설계 및 시제품 구현 단계로 분석된 햅틱 요인 분석 정보를 통합하여 상세설계를 통해 시제품을 구현한다. 이때 사용자 평가와 사용성 테스트, 햅틱 기능 최적화 작업을 동시에 수행한 결과를 반영하여 햅틱 요구사항 명세서가 완성되며, 요구사항 명세서가 완성과 시제품 구현이 동시에 완료된다.
제안된 프로세스의 가장 큰 특징은 인간 공학 관련 연구 결과를 햅틱 설계에 반영하도록 설계 공정을 구성하고 있으며 햅틱관련 요구사항명세가 분석과 설계, 프로토타입 과정을 통해 구현 및 검증됨으로써 프로토타입과 동시에 완료된다는 것이다. 이러한 프로세스의 장점은 설계자가 햅틱 기능을 구현할 때 불필요한 작업들을 배제할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 사용자의 요구사항 WBS에서부터 햅틱 기능 상세 설계까지 햅틱 기능을 설계 하는데 있어서 필요한 전단계에 대한 프로세스를 가지고 있기 때문에 햅틱의 전문 지식을 가지고 있지 않은 사람도 일정 성능 이상의 햅틱 기능 설계를 할 수 있을 것으로 기대된다.
제안된 프로세스의 가장 큰 특징은 인간 공학 관련 연구 결과를 햅틱 설계에 반영하도록 설계 공정을 구성하고 있으며 햅틱관련 요구사항명세가 분석과 설계, 프로토타입 과정을 통해 구현 및 검증됨으로써 프로토타입과 동시에 완료된다는 것이다. 이러한 프로세스의 장점은 설계자가 햅틱 기능을 구현할 때 불필요한 작업들을 배제할 수 있다는 장점을 가진다.

후속연구

이러한 프로세스의 장점은 설계자가 햅틱 기능을 구현할 때 불필요한 작업들을 배제할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 사용자의 요구사항 WBS에서부터 햅틱 기능 상세 설계까지 햅틱 기능을 설계 하는데 있어서 필요한 전단계에 대한 프로세스를 가지고 있기 때문에 햅틱의 전문 지식을 가지고 있지 않은 사람도 일정 성능 이상의 햅틱 기능 설계를 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 제안된 설계 프로세스는 햅틱 설계에 적용하는 추가 실증 연구를 통해 적용성과 실효성 검증이 진행될 것이다.
또한 사용자의 요구사항 WBS에서부터 햅틱 기능 상세 설계까지 햅틱 기능을 설계 하는데 있어서 필요한 전단계에 대한 프로세스를 가지고 있기 때문에 햅틱의 전문 지식을 가지고 있지 않은 사람도 일정 성능 이상의 햅틱 기능 설계를 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 제안된 설계 프로세스는 햅틱 설계에 적용하는 추가 실증 연구를 통해 적용성과 실효성 검증이 진행될 것이다.

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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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