가상현실 영상 시청 시 화면 크기가 피로 및 사이버 멀미에 미치는 영향과 요인

서 론

가상현실(virtual reality, VR)은 메타버스에 대한 관심과 더불어 고화질, 고성능, 컨트롤러 등 기술의 발달로 360도 3D 동영상 및 가상현실 게임에 대한 수요를 증가시키며 새로운 콘텐츠 소비 형식으로 쓰이고 있다.^[1] VR은 실제와 유사해 보이지만 인공적인 기술로 만들어낸 가상의 환경이나 상황 및 기술 자체를 의미하며, 사용자에게 새로운 체험과 몰입감의 경험을 준다.^[2] VR은 단순히 게임, 멀티미디어 분야뿐만 아니라 수업에 활용되기도 하며, 항공·군사 분야에서는 비행 조종 훈련, 의학 분야에서는 수술 및 해부 연습, 트라우마 치료에 이용되는 등 의료, 교육, 훈련, 디지털 치료제 등 다양한 분야에 도입되어 활용되고 있다.^[3-5]

VR 기기를 이용하면 볼록렌즈로 인한 상의 확대로 사용자는 큰 화면을 보는 효과를 느낄 수 있으며, 화면을 두 개로 나누어 각각 화면에 양안시차가 있는 영상을 송출하면 기기에 장착된 두 개의 렌즈를 통해 입체감을 느끼게 된다. 이때 사용자의 머리나 시선 방향을 감지하여 실시간으로 보여주는 영상을 변화시킬 수 있다. 또한 주변 환경이 차단된 상황에서 영상을 시청하기 때문에 임장감을 준다. VR 기기는 스마트폰과 결합해 사용하는 방식과 고성능 PC 등에 연결하여 쓰는 방식이 있으며, 최근에는 무선으로 조작 가능한 VR 기기가 상용화되었다.^[6] PC용 VR은 경험할 수 있는 콘텐츠의 수준이 높지만 가격이 비싸다는 단점이 있고 스마트폰 결합형 VR은 이동성이 좋고 가격이 비교적 저렴하지만, 여전히 가상현실 멀미(cybersickness)가 발생할 수 있다고 보고되고 있다.^[7,8]

VR 영상을 시청할 때 사이버 멀미가 발생하는 이유는 개인적(individual), 기계적(device), 작업(task) 요인 등으로 알려져 있다.^[9] 첫 번째 개인적 요인으로는 사용자의 나이, 성별, 질병, 자세 등에 의해 멀미를 느끼는 차이가 있다는 것이다. 두 번째 기계적 요인으로는 VR 영상이 사용자의 시선 및 머리 움직임을 빠르게 따라오지 못하기 때문에 발생하는 지체(lag)와 화면의 깜박거림(flickering), VR 영상의 상의 확대로 인한 해상도 저하 문제, 또한 기기의 무게나 착용감 등이 해당 되는 인체공학(ergonomics)적인 설계 등이 아직 충분하지 않기 때문에 발생한다. 세 번째 작업 요인으로는 시청화면의 크기(field of view, FOV) 와 VR 사용 시간이 증가할수록 사이버 멀미가 증가할 수 있으며, 반면에 노출 빈도와 조작의 능동성이 증가할수록 사이버 멀미는 감소할 수 있다. 또한, 몸은 정지해 있는데 시각 정보는 움직이는 화면을 보기 때문에 발생하는 시각-전정 감각의 불일치(visual-vestibular mismatch)로 인한 인지부조화에 따라 발생한다고 알려져 있다.^[10-12]

VR 영상의 시야각에 대한 연구들을 살펴보면 화면크기에 따른 다양한 효과를 확인할 수 있다. 첫 번째로 자세불안정성에 따른 시청각도 및 동적·정적 시야의 사이버 멀미 연구에서는 동적 시야각의 제한에 의해 사이버 멀미가 크게 감소했다는 결과가 보고되었다.^[13] 또한, 주변 자극이 완전히 차단된 VR 환경과 넓은 시야각을 제공하는 자동차 주행 시뮬레이터의 사이버 멀미와 몰입감에 대한 비교연구에서는 주변 자극이 차단되며 360^o 화면을 제공하는 경우 사이버 멀미가 더 발생했지만 더 나은 몰입감을 제공한다고 하였다.^[14] 전정 재활훈련에서 VR을 사용하기 위한 예비 실험 연구에서는 넓은 FOV가 필요하지만 많은 사이버 멀미가 발생하는 문제가 있음을 지적했다.^[15] 또한 시각-전정 감각의 불일치로 발생하는 사이버 멀미는 움직임 정보가 동반되는 주변부 시야에 의해서 심해질 수 있기 때문에 FOV를 줄이는 것이 시각-전정 감각의 불일치로 인한 사이버 멀미를 최소화할 수 있다고 하였다.^[16]

게임이나 360^o VR 영상 등을 시청할 시에 기기의 착용 시간은 보통 10분 내외이지만 영화영상은 보통 1~2시간 정도이다. VR로 영화를 시청한다면 다른 VR 체험에 비해 착용시간이 더 길어질 것이라 생각된다. VR을 통한 영상 시청 시에 화면을 크게 본다면 임장감 및 몰입감이 커져 영상을 더욱 실감 나게 볼 수 있는 장점이 있는 반면, 화면크기가 클수록 주변부 왜곡 등으로 인한 불편함으로 안정피로와 사이버 멀미가 증가할 수 있다. 따라서 본 실험에서는 VR을 착용하여 영상을 20분 이상 시청할 경우에 화면 크기에 따라 발생할 수 있는 피로와 사이버멀미에 대해 알아보고자 하였다.

대상 및 방법

1. 실험대상

실험은 20~33세의 범위의 성인남녀 60명을 대상으로 하였다. 평균 연령은 24.65±3.10세이며 60명 중 남자 30명의 평균 연령은 25.43±2.86세, 여자 30명의 평균연령은 23.87±3.18세이다. 또한 24세 미만 29명의 평균 연령은 22.07±1.03세, 24세 이상 31명은 27.06±2.34세였다. 피검사자는 평상시에 착용하는 보정 용구를 착용한 상태에서 실험을 진행하였으며 안경 착용자는 20명, 안경 미착용자는 총 40명으로 콘택트렌즈 착용자 20명, 나안 및 굴절이상 교정 수술자 20명으로 구성되었다(Table 1).

Table 1.

Classification of participants(N=60)

3. 피로도 설문

피로도 설문지는 Kuze 등에 의해 개발된 SSQ 설문지를 사용하여 5가지 범주, 28개 항목을 평가하였다(Table 2).^[17] SSQ(simulator sickness questionnaire)는 MSQ(the pensacola motion sickness questionnaire)에서 개선된 설문지로 시뮬레이터 장치에 의한 증상들을 각 범주마다 세부적으로 평가하는 방법이며, 디스플레이 장치의 피로도 연구에 널리 쓰이는 조사 방법 중 하나이다.^[18] 피로도 설문 항목은 안정피로, 일반적인 불편함, 메스꺼움, 초점 맞추기 어려움, 두통으로 5가지 범주에 28가지 항목으로 나눠진 설문지를 사용하였다.

Table 2.

Questionnaire for evaluating visual fatigue

실험 참가자에게 각 항목에 대해 1(증상 없음), 2(아주 약간), 3(조금 느낌), 4(보통), 5(조금 심함), 6(심함), 7(매우 심함)로 피로도 정도를 설문하도록 하였다.

4. 실험방법

Google Play Movie/TV 애플리케이션의 영화관 모드에서 제공하는 화면조정기능을 사용하여 큰 화면과 작은 화면의 조건에서 시청하도록 하였다(Fig. 1). Daydream View VR Headset이 구현하는 좌우 시야각의 한계는 약 90^o이다. 본 실험에서 큰 화면의 시야각은 약 70^o, 작은 화면은 약 30^o로 설정하였다.

Fig. 1.

Field of view (FOV) in virtual reality (VR).A. 30° FOVB. 70° FOV

영화의 2분~22분, 22분~42분 두 구간의 영상을 시청하도록 하였다. 조건에 의한 실험의 오차를 줄이기 위해 화면의 크기를 작은 것부터 큰 순서로 시청한 군과 큰 것부터 작은 것 순으로 시청한 군으로 나누었다. 연속 시청에 따른 부담을 줄이기 위해 일주일 정도 차이를 두어 두 영상을 시청하였으며, 기기의 무게로 인한 머리의 무거움이나 얼굴의 눌림 등을 방지하기 위하여, 실험의 기본자세는 앉은 상태로 두 손으로 기기를 받치고 팔꿈치를 책상에 붙이고 시청하였다.

화면 크기 두 조건에서 영상을 시청한 후 피로도 설문지를 각각 작성하도록 하였다. 결과의 ‘설문의 평균값 차이’란 화면을 크게 보았을 때의 피로도 평균에서 화면을 작게 보았을 때의 피로도 차이의 평균이다. 따라서 화면을 크게 보았을 때의 피로도가 더 높은 피검사자의 경우에는(+) 값이다.

결과 및 고찰

1. 화면 크기에 따른 전체 피로도와 사이버 멀미 설문 결과 및 고찰

전체 피검사자의 설문 평균값 차이는 0.38±0.48로 나왔으며 5가지 항목의 설문의 평균값 차이는 초점 맞추기 어려움(0.5), 일반적인 불편함(0.47), 안정 피로(0.46), 메스꺼움(0.37), 두통(0.22) 순으로 나타났다. 전체 평균의 값이 0보다 큰 값이라는 것은 화면을 크게 하였을 때가 피로도가 높다는 것을 나타내지만 각 증상들의 평균 점수 차이가 1 미만인 것을 고려하면 시청 각도가 30도와 70도인 조건에서 화면의 크기에 따른 피로도 차이는 크지 않다고 생각된다(Fig. 2).

Fig. 2.

Differences in visual fatigue survey between 70-and 30-degree field of view (FOV). Data are expressed as mean±SD.

2. 화면 크기로 인한 피로 및 사이버 멀미에 영향을 미치는 요인 및 고찰

화면 크기에 따라 피로 및 사이버 멀미의 측정값에 큰 차이는 보이진 않았지만 FOV가 70^o 일 때 피로 및 사이버 멀미가 더 발생하는 것으로 나타났다. 이에 추가로 FOV가 70^o와 30^o의 차이 값을 통해 안경 착용 여부, 성별, 나이 요인이 화면 크기 차이에 의한 전체 평균에 어떻게 영향을 미쳤는지 알아보았다.

1) 안경 착용 여부

피검사자 중 안경 착용자는 20명, 콘택트렌즈 착용자는 20명, 나안 및 교정 수술자는 20명으로 안경 미착용자는 40명이었다(Table 2).

안경 착용자의 피로도 설문의 평균값 차이는 0.58±0.39, 안경 미착용자는 0.28±0.23이다. 전체 평균인 0.38±0.48과 비교해 보았을 때 안경 착용자의 피로도가 전체 평균보다 높았다. 안경을 착용하게 되면 착용하지 않은 경우에 비해 안경테로 인한 주변시야의 방해를 받게 되며, 화면을 크게 볼 때 안경 렌즈 주변부의 왜곡이나 프리즘 효과의 영향을 받을 수 있다.

안경 착용 여부를 5가지 범주로 나누어 분석한 결과에서는 일반적인 불편함(p=0.000), 안정 피로(p=0.041), 메스꺼움(p=0.005)에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다(Fig. 3).

Fig. 3.

Differences in visual fatigue survey between the use of glasses and non-use of glasses. Data are expressed as mean±SD.

세부적으로 살펴보면 안경 착용자가 안경 미착용자보다 28가지 항목 중 24가지 항목에서 큰 값을 보이면서 VR 시청 시 불편한 것을 알 수 있었다. 안경 착용자와 안경 미착용자는 흐려 보이거나 번져 보임, 눈의 건조함, 피로함, 어지럽고 핑도는 느낌, 현기증의 5가지 항목에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 세부 항목 중 안경 미착용자가 높은 값을 나타낸 항목으로는 눈의 건조함이 있다. 이는 VR 시청 상황 외에서도 콘택트렌즈 사용자와 시력교정수술자에게 나타나는 자주 발생되는 불편함의 증상 중 하나이다.^[19,20]

2) 성별

피검사자 60명 중 남성과 여성은 각각 30명이었다. 설문의 평균값 차이는 남성이 0.43±0.25, 여성이 0.34±0.31로 나타났다.

성별에 따른 차이를 5가지 범주로 나누어 분석한 결과 두통은 남성에서 0.23±1.32, 여성에서 0.55±1.06로 여성에서 더 크게 나타났으며 통계적으로 유의한 결과를 보였다(p=0.041). 반면에 메스꺼움의 경우 남성이 0.42±1.05, 여성이 0.17±0.89로 남성에서 더 크게 나타났지만 통계적으로 유의한 값은 아니었다(p=0.080)(Fig. 4).

Fig. 4.

Differences in visual fatigue survey between gender. Error bars mean standard deviation. Data are expressed as mean±SD.

두통의 경우는 여성에서 상대적으로 크게 나타난 이유를 분석해보면, 상대적으로 VR 기기를 무겁게 느꼈기 때문으로 생각된다. 메스꺼움의 경우는 남성에서 크게 나타났다. 일반적으로는 메스꺼움의 경우 안경 착용으로 인한 영향으로 예상되지만 30명의 여성 중 안경 착용자는 11명이며 남성은 30명 중 9명이 안경을 착용한 것을 고려해보았을 때 안경 착용 여부와는 크게 관련이 없는 것으로 보인다.

3) 나이

피검사자 60명의 평균 나이는 24.6±3.1세이기 때문에 평균과 근접한 24세를 기준으로 24세 미만과 24세 이상으로 나누어 결과를 비교해 보았다. 24세 미만의 피검사자 29명의 설문의 평균값 차이는 0.3±0.29이며 24세 이상 피검사자 31명은 0.46±0.28의 값이 나왔다.

나이에 따른 차이를 5가지 범주로 나누어 분석한 결과 안정피로는 24세 미만에서 0.34±1.10, 24세 이상에서 0.51±1.02로 24세 이상에서 더 크게 나타났으며 통계적으로 유의한 결과를 보였다(p=0.034). 또한 일반적인 불편함의 경우 24세 미만에서 0.23±1.32, 24세 이상에서 0.55±1.06으로 24세 이상에서 더 크게 나타났으며 통계적으로도 유의한 차이를 보였다(p=0.006). 그 외에 메스꺼움, 초점 맞추기 어려움, 두통에서도 24세 이상에서 평균적으로 더 불편함이 큰 것으로 분석되었다(Fig. 5).

Fig. 5.

Differences in visual fatigue survey between under 24 years old and over 24 years old. Data are expressed as mean±SD.

나이의 경우 실험 참가자의 경우 대부분 20대에 해당하는 비교적 젊은 층이었지만 실험참가자의 평균 나이인 24세를 경계로 비교해 보았을 때 나이가 많은 쪽에서 더 큰 불편함을 느끼는 것으로 나타났다.

세부 내용을 살펴보면 24세 미만과 24세 이상의 피검사자 사이에서 건조함, 안정 피로, 이물감, 가까운 것이 잘 안보임에서 24세 이상의 피검사자가 통계적으로 유의하게 높은 값을 보였다(p<0.05).

성별과 나이, 안경 착용 여부를 포함하여 비교한 표를 보면(Table 2) 24세 미만에서는 안경 미착용자 여성이 29명 중 14명(48.3%), 24세 이상에서는 안경 미착용자 남성이 31명 중 15명(48.4%)으로 높은 비율을 차지하고 있다. 나머지 안경 착용자의 수는 여성이 11명, 남성이 9명이기 때문에 성별과 나이를 비교하여 볼 때는 안경 착용 여부의 영향은 미미할 것이라 생각된다. 실험 참가자들을 여성과 남성, 24세 미만과 이상으로 비교한 결과의 경향성을 보았을 때 흐려 보이거나 번져 보임, 눈의 통증, 따가움, 안구의 발열 등의 23개의 항목에 대하여 통계적으로 유의하진 않았지만 여성은 24세 미만, 남성은 24세 이상의 그룹과 같거나 유사한 경향을 띄고 있었기 때문으로 생각된다.

결 론

본 연구에서는 VR을 통해 영화관 모드로 영상을 시청할 때 화면 크기에 따른 피로와 사이버 멀미에 대해 알아보았다.

피로도 및 사이버 멀미에 관련된 설문의 결과에 대하여 FOV 차이에 대해 분석한 후 안경 착용 여부, 성별, 나이로 세분하여 분석하였다. 안경 착용 여부에 따른 비교에서는 일반적인 불편함, 안정 피로, 메스꺼움에서 통계적으로 유의한 차이를 보였기 때문에 안경 착용이 불편함의 요소로 작용하는 것을 알 수 있었다. 성별로 분석해보았을 때는 여성에서는 두통 범주가 크게 나타남을 보였다. 나이에서는 24세 이상 피검사자는 남성 피검사자와, 24세 미만 피검사자는 여성 피검사자와 유사한 것을 확인 할 수 있었다. 전반적으로 24세 이상 피검사자가 피로도가 큰 경향을 보였다.

대부분의 피검사자는 화면크기에 따른 피로도 차이를 크게 느끼지 않았기 때문에 임장감과 몰입감을 느낄 수 있게 화면을 크게 시청하는 것이 적절해 보인다. 하지만 나이, 성별, 안경 착용 여부 요인 중에서는 안경 착용에서 불편함을 가장 많이 느낀 것으로 나타났으며, 나이와 성별에 따른 차이도 관찰되었다. 이는 VR을 통한 영상 시청 시에 일부 사람에게는 화면의 크기가 피로에 영향을 주는 요인으로 작용할 수 있는 것이며, 이러한 경향성 이외에도 개인별로 피로 및 사이버 멀미를 느끼는 요소에 차이가 있는 만큼 개인에 맞는 적절한 화면크기를 설정하여 시청하는 것을 권장하는 바이다.

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