가상현실 체험, 사이버 멀미 없이 즐긴다-가상현실 체험 시 발생하는 사이버 멀미, 정량적·객관적으로 측정 성공

가상현실 체험, 사이버 멀미 없이 즐긴다-가상현실 체험 시 발생하는 사이버 멀미, 정량적·객관적으로 측정 성공

 

2021-03-19관리자

 

가상현실 체험, 사이버 멀미 없이 즐긴다
- 가상현실 체험 시 발생하는 사이버 멀미, 정량적‧객관적으로 측정 성공 -
- 뇌파 변화 과정을 실시간으로 관찰… 향후 콘텐츠 제작 기준에 사용 기대 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민) 안전측정연구소 임현균 책임연구원 연구팀은 가상현실(Virtual Reality, VR)을 체험하면서 생기는 사이버 멀미를 뇌파를 이용해 정량적으로 측정하는 데 성공했다.

이번 연구의 핵심은 눈으로 가상현실을 체험하는 동안, 뇌의 특정 영역과 특정 뇌파가 일관성 있게 변하는 것을 정량적으로 분석해 규명한 것이다. 이를 바탕으로 설문지에 의해 주로 평가되던 사이버 멀미를 객관적으로 평가할 토대가 마련됐다.

가상현실은 의료·게임·스포츠·교육 등 다양한 영역에서 활용되며 급속도로 발전하고 있다. 교육·수술· 재활·훈련 등 여러 가지 기술체험을 간접적으로 경험할 수 있어 활용도가 매우 높다. 그러나 가상현실 체험 시, 고글형(HMD) 기기를 사용하면 몰입도가 상승하면서 사이버 멀미도 같이 증가한다는 단점이 지적돼왔다.

사이버 멀미는 디지털 기기 화면의 빠른 움직임을 보면서 어지럼과 메스꺼움을 느끼는 증상이다. 고글형 기기를 착용하고 시선을 급격히 돌리면 기기의 회전 속도를 맞추지 못해 화면 지연이 생기는데, 눈의 시각 정보와 몸의 위치 정보의 차이가 누적되면서 사이버 멀미가 더 커진다.
이를 최소화하기 위해서는 콘텐츠 제작 단계부터 개인의 멀미 정도를 고려해야 한다. 사이버 멀미를 정량적으로 측정해 영화처럼 등급을 부여할 수 있다면, 개인 맞춤형 가상현실 콘텐츠 제공이 가능해질 수 있다. 하지만, 사이버 멀미는 객관적‧정량적 평가법이 없어 설문지에 의해 주로 평가돼왔다.

가장 많이 사용되는 ‘시뮬레이터 멀미 설문’은 경험을 토대로 느낀 어지러움‧메스꺼움‧방향 상실‧발한‧토 나오는 정도‧현기증 등을 0에서 3점으로 묻는다. 그러나 이는 매우 주관적 평가로, 답변의 일관성이 부족할 가능성이 크고 즉각적인 변화 역시 관찰이 어렵다.

KRISS 안전측정연구소 임현균 책임연구원 연구팀은 이를 해결하기 위해 뇌파를 이용, 사이버 멀미를 정량적으로 측정하는 방법을 고안했다. ‘사이버 멀미 표준 영상’을 제작해 참가자들에게 제시하고, 뇌파의 변화를 측정한 것이다.

◦ 뇌파의 경우, 특정 사건이나 뇌파 변화를 실시간으로 쉽고 빠르게 관찰할 수 있다. 정확한 이미지 자료가 제공되므로 객관적이고 정량적이라는 장점이 있다.

연구팀은 1주일 간격으로 21명의 피실험자에게 동일 자극을 주었을 때 뇌파가 일정하게 반응했는지 관찰했다. 2번의 실험 결과, 같은 사람의 전두부·중앙부 등 특정 영역에서 델타·시타·알파의 주파수 범위가 일정한 것을 찾아냈다. 특히, 사이버 멀미가 심한 사람일수록 뇌파의 변화 범위가 큰 것으로 드러났다.

임현균 책임연구원은 “향후 콘텐츠 제작 및 개발에 사이버 멀미 등급을 부여해 개인 맞춤형 콘텐츠 제작에 활용할 계획”이라며, “실험 대상을 확대해 지속적인 연구를 수행할 예정”이라고 밝혔다.

이번 연구성과는 저명 국제학술지인 뉴로사이언스 레터스(Neuroscience Letters)에 지난 2월 온라인 게재됐다.

붙임1
연구성과 추가 설명

□ 용어 설명

○ 가상현실(Virtual Reality, VR)
컴퓨터 등을 사용한 인공적인 기술로 만들어낸 실제와 유사하지만, 실제가 아닌 어떤 특정한 환경이나 상황 혹은 그 기술 자체를 의미

○ 사이버 멀미
디지털 기기 화면의 빠른 움직임을 보면서 어지럼과 메스꺼움을 느끼는 증상. 배, 기차, 자동차 등 움직임이 있는 물체에 타고 있을 때 나타나는 멀미와 비슷함. 시선을 돌리는 속도와 화면에 나타나는 이미지 사이에 지연이 발생하는데, 눈으로 보는 것과 뇌로 판단하는 것의 차이가 누적되면서 발생

○ 뇌파
뇌에서 측정되는 주파수. 낮은 주파수 영역(4~8 Hz, 8~12 Hz)은 수면‧명상과 관련이 있고, 높은 주파수 영역(15~30 Hz)은 깨어서 활동하는 동안 발생

□ 연구성과 상세 설명

○ 실험 관련 설명
1. 설문 조사를 거쳐 실험 대상 선별(858명)
858명에게 설문을 진행했으며, 멀미 증상에 따른 양상으로 실험 집단을 선별
2. 선정된 실험 대상의 뇌파 측정(21명)
비교적 호르몬의 변화가 적은 20대 남성을 위주로 진행. 21명의 실험 대상자들의 사이버 멀미 증상을 일주일 간격으로 2번 측정함. 뇌파 측정을 일주일 간격으로 진행했으며, 언제, 어디서, 누가 하더라도 같은 조건과 크기로 측정됨

○ 측정 기기
실험에 사용한 뇌파 측정기기는 256 채널 뇌파 장비로 세계 최고 수준의 해상도를 갖고 있음. 연구팀은 이후 연구를 통하여 뇌 연결성, 신호원 국소화 등 다양한 분석을 추가로 계획하고 있음.

□ 어디에 사용할 수 있나?

○ 사이버 멀미 난이도 조절, 가상현실 콘텐츠 제작 기준으로 사용
가상현실 콘텐츠에 대해 개인별로 느끼는 멀미 체감도가 다르므로, 이번 연구결과를 바탕으로 가상현실 콘텐츠 제작 기준에 사용할 수 있다. 예를 들면, ‘회전속도 60°/sec 이상의 영상이 5초 이상 지속되고, 한편에서 10회 이상 사용될 때’를 멀미 등급 ‘상’으로 매기는 것이다. 이처럼 전체관람·12세·15세·18세 영화 관람등급처럼 상업용으로 사용되는 여러 콘텐츠 제작·개발에 멀미 등급을 부여할 기준을 마련할 수 있다.

□ 관련 논문

1. Neuroscience Letters(IF: 2.4) (2020.11.)
- 제목: “Test-retest reliability of the virtual reality sickness evaluation using
electroencephalography (EEG)”
- 주소: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304394020308594

□ 지원 사업 관련 정보

산업통상자원부 - “스마트 헬스케어 VR 기반 구축 사업” (2016-2021)

 

 

 

붙임2
사진 자료

 

▲ 사이버 멀미 실험 결과(비슷한 뇌 영역에서 비슷한 정도로 뇌파가 측정됐다.)

* EEG-1b(실험 1회차, 사이버 멀미 실험 전), EEG-2b(실험 2회차, 사이버 멀미 실험 전)
EEG-1s(실험 1회차, 사이버 멀미 실험 후), EEG-2s(실험 2회차, 사이버 멀미 실험 후)
멀미가 일어난 뇌파 (EEG-1s, EEG-2s) 사진을 비교해보면,
비슷한 뇌 영역에서 비슷한 정도 뇌파의 변화가 있는 것을 알 수 있다.

 

 

 

 

 

▲ 사이버 멀미 후 뇌파로 측정한 흥분과 안정회복 양상

*시작한 점(B)에서 멀미를 일으키고 나서 쉬기 시작하는 점(R1)부터
충분히 원래 상태로 돌아오는 점(T1, T2)까지 뇌파의 변화 및 크기가 정량적으로 관찰됐다.

 

▲ KRISS 임현균 책임연구원 연구팀
(왼쪽부터 장경미 Post-Doc, 임현균 책임연구원, 권문영 Post-Doc, 김다미 기술원)

 

 

 

▲ KRISS에서 개발한 ‘사이버 멀미 표준 영상’으로 뇌파 측정 실험을 진행하고 있다.

*화면이 네모난 것, 둥글게 휘어진 것, 그리고 머리에 쓰는 고글형(HMD) 모두 시험했는데, 화면이 클수록 멀미가 심해지고, 머리에 쓰는 형태가 가장 멀미가 심한 것으로 드러났다.

 

▲ KRISS 임현균 책임연구원이 연구성과를 설명하고 있다.

붙임3
임현균 책임연구원 프로필

1. 인적사항
○ 성 명 : 임현균
○ 소 속 : 한국표준과학연구원 안전측정연구소
의료데이터정밀측정팀
○ 직 위 : 책임연구원

 

2. 경력사항
○ 2005 – 현재, 한국표준과학연구원 책임연구원
○ 2020 – 현재, IEEE 3079.1 의장
○ 2018 – 현재, (사)아동운동과학기술연구회 회장
○ 2016 – 2017, 과학기술전략회의, 전문위원(대통령 직속 지원단)
○ 2011 – 2013, 한국표준과학연구원 의료융합단, 단장
○ 2006 – 현재, 과학기술연합대학원 대학교 부교수/교수

3. 수상실적
○ 보건복지부 장관 표창 - 고령친화산업발전 공헌(2015)
○ 대한민국 교육기부대상 - 부총리겸 교육부장관 표창(2014)
○ 과학의 날 과학유공자 - 교육감 표창(2013)
○ 우수 포스터상, International Forum on Medical Imaging in Asia(2012)
○ 이달의 과학자상 -대전광역시장 표창(2010)

4. 전문 분야 정보
○ 의공학: 중추신경계 운동능력 평가, EMG, 뇌과학(EEG, 가상현실 분야)
- 아동 및 성인 운동능력 평가법 개발

5. 발표논문, 특허, 저서
○ VR 멀미 평가연구 논문(Neuroscience Letters) 외 SCI급 27편
○ 심자도(MCG) 진단법 등 11개 특허
○ 의과학산책(단독, 2019년 세종도서목록 선정, 교양부분), 장애아동의 이해(공저, 2020년 세종도서목록, 학술부분 선정, 학술부분)