개요
본 연구는 VR 환경에서 발생하는 멀미(VR sickness)를 완화하기 위한 적응훈련 시스템 개발 연구로,
적응훈련 시스템은 사용자가 반복적인 훈련 콘텐츠에 점진적인 강도로 노출되도록 설계됨
이를 통해 사용자가 VR 환경에 적응하여 멀미 수준 감소와 시청 지속 능력 향상을 유도
훈련용 VR 콘텐츠는 IEEE 표준 및 선행 논문을 기반으로 멀미 유발 요인을 도출하고 이를 콘텐츠에 반영하여 개발함
개발된 멀미 적응훈련 시스템의 효과를 검증하기 위해 피험자 실험을 수행함
실험 결과, 적응훈련을 받은 피험자의 멀미 강도와 시청 지속 능력이 향상됨을 확인함
연구 목적 & 필요성
가상현실(VR) 환경에서 사용자는 몰입감 높은 시각·공간적 자극을 경험하지만, 멀미(VR sickness)가 유발된다는 문제가 있음
이에 기존 멀미 저감 연구는 주로 콘텐츠 단위의 일회성 개선에 집중되어 있어, 사용자 개개인의 적응 특성이나 생리적 변화에 기반한 장기적 적응 메커니즘을 충분히 반영하지 못한다는 한계가 있음
이에 본 연구는 새로운 시각으로 접근하여 반복적 노출을 통한 생리적·인지적 적응을 유도하는 VR 멀미 적응훈련 프로세스를 제안하고, 그 효과를 실험적으로 검증함
이를 통해 향후 VR 기반 교육, 시뮬레이션, 치료·재활 등 다양한 응용 분야에서 사용자의 VR 환경 내 멀미 개선에 활용될 수 있음
VR 멀미 적응 훈련 프로세스
VR 멀미 적응훈련 프로세스를 설계하기 위해 일반 멀미(Motion Sickness), 시뮬레이터 멀미(Simulator Sickness)의 반복 노출 및 적응에 관한 선행 문헌을 검토하고, 이를 기반으로 도출된 멀미 적응에 대한 4개의 특징을 기반으로 설계함
단일 세션에서 노출 시간이 증가하면 시뮬레이터 멀미가 증가하고, 빈번한 멀미 노출은 시뮬레이터 멀미 수준이 감소함
멀미는 특정 자극 조건의 영향을 받으며, 적응된 자극 조건에서 벗어날 경우 멀미에 대한 적응 효과가 감소함
멀미 적응에는 갑작스러운 단일 자극보다 점진적 자극이 더 효과적임
특정 자극에 대해 48시간 간격으로 세 번 반복하면 멀미가 감소함
VR 멀미 적응 훈련 콘텐츠
VR 멀미 훈련 콘텐츠는 사용자가 VR 멀미에 적응할 수 있도록 인위적으로 주요 멀미 유발 인자를 포함하도록 개발함
이를 위해 VR 멀미 관련 선행 문헌 및 IEEE 표준 문서(2021)를 검토하여 콘텐츠 수준의 7개의 주요 멀미 유발 인자를 도출함
또한, 멀미 적응 훈련 프로세스의 특징을 반영하여 콘텐츠는 점진적으로 멀미 유발 강도가 높아지도록 개발함
Factor
Description
Camera movement speed
VR sicknesss increases when the camera movement within the content rapidly changes.
Scene complexity
VR sickness increases when the number of objects within the user’s FoV increases.
Fixed objects
VR sickness decreases when objects such as fixed frames are present within the user’s FoV.
Moving objects
VR sickness increases when there are moving objects in the user’s FoV.
FoV
VR sickness decreases when the content FoV is smaller.
Movement latency
VR sickness increases when there is a delay in when the user’s movements are reflected within the content.
Screen resolution
VR sickness increases when the screen resolution is lower.
멀미 측정 도구
VR 멀미 적응 훈련의 멀미 저감 효과성을 확인하기 위해, 주관적·객관적 측정 도구를 활용함
주관적 측정
SSQ(Simulation Sickness Questionnaire): 사용자들은 VR 콘텐츠 시청 완료 시, 설문지를 통해 현재 멀미 수준을 평가함
VR Sickness Response: 사용자가 VR 콘텐츠를 시청 중, 멀미가 느껴지면 VR controller Button을 클릭
객관적 측정
EEG: Vive Pro에 Looxid Link 뇌파 측정기를 장착하여 측정
ECG: 사용자의 가슴에 ECG 센서를 부착하여 실시간 측정
Eye Tracking: Vive Pro Eye를 통해 측정
실험
실험 목적: 본 실험은 개발된 VR 멀미 적응훈련 프로세스(VR Sickness Adaptation Process)의 효과성과 실질적 유효성을 검증하기 위해 수행
피험자: 총 15명 (남 11명, 여 4명, 평균 22.9세 ± 2.9)
실험 프로세스: 사전 실험(Baseline Session) → VR 멀미 적응훈련(Training Session) → 사후 실험(Evaluation Session)의 순서로 진행
Baseline Session: 상용 VR 콘텐츠를 시청하여 피험자들의 초기 VR 멀미 수준을 측정
Training Session: VR 멀미 적응 훈련 프로세스 수행
Evaluation Session: 상용 VR 콘텐츠를 시청하여 적응 훈련 후 피험자들의 변화된 VR 멀미 수준을 측정
실험 결과
실험에는 중간에 포기한 피험자 2명을 제외한 총 13명의 피험자로 분석을 수행
SSQ
피험자가 30명 미만이므로 Shapiro–Wilk 검정을 사용하여 정규성 검정을 수행한 결과, 정규성을 따르지 않음을 확인함
따라서 실험 전후 세션 간 SSQ 점수의 평균을 비교하기 위해 분석에 Wilcoxon rank-sum test를 수행함
훈련 이후 SSQ의 모든 하위 항목에서 평균 점수가 감소, 특히 Nausea와 Oculomotor 영역에서 통계적으로 유의한 차이(p<0.05)를 확인함
VR sickness response
단위 시간당 클릭 빈도(회/분)로 멀미 반응 강도를 측정
평균 31% 감소, 통계적으로 유의하지는 않지만 일관된 감소 경향을 보임
객관적 데이터
논문에 공개되지 않은 데이터이므로 본 포트폴리오에는 기재하지 않았음
역할
본 연구에서는 석사과정 연구원으로 참여하여 VR 멀미 적응훈련 시스템의 개발 및 실험 검증 전반에 기여하였다. 선행문헌을 기반으로 멀미 유발 인자(카메라 이동속도, 시야각, 장면 복잡도 등)를 반영한 훈련용 VR 콘텐츠 구현하였으며, Looxid Link 뇌파 측정기와 Unity 환경 간 API 연동을 통해 EEG 신호를 실시간으로 수집·분석할 수 있도록 콘텐츠에 통합하는 역할을 수행하였다. 또한, 실험을 통해 수집된 데이터를 기반으로 결과 해석 및 데이터 분석을 보조하여, VR 멀미 적응훈련 프로세스의 효과성을 검증하고 관련 학술 논문 게재에 기여하였다. 이를 통해 Vive 기반의 VR 콘텐츠 개발 및 외부 센서 API 연동 기술, 그리고 개발된 시스템의 효과성을 검증하기 위한 실험 데이터 분석·논문 작성 전 과정을 실무적으로 습득할 수 있었다.
본 연구는 한국연구재단의 "장시간 HMD 시청을 위한 사용자 특성에 강인한 VR멀미 적응훈련 프로세스 개발" 연구 과제로 수행되었습니다.
