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본 실험 대상은 양안 교정 및 나안 시력이 1.0 이상(정시 및 콘택트렌즈 착용자, 안경 착용자 제외)인 23-33세(평균연령 25.67±1.6세)의 피검자 15명(남 8명, 여 7명)을 대상으로 하였다. 사시와 부등시 등 특별한 안과 질환 및 전신 질환이 없고, 근거리 입체시력 60 초(sec) 이상으로 입체영상 시청에 무리가 없는 피검자들을 대상으로 진행했다.

실험 기기로 편광안경 방식 3D를 사용하는 LG 전자의 15.6 인치(34.6×19.4 cm) 노트북(X-NOTE A530)을 사용했다. 실험실의 조도는 50 lux, 시청거리는 근거리 조건인 0.5 m로 하였다. 영상 시청을 방해할 수 있는 요소 차단 및 영상 집중도를 높이기 위해 광택이 없는 검은색의 차단막(60×60×90 cm)을 사용했다(Fig. 1). 스크린의 위치는 피검자의 눈높이에 맞게 조정하였으며, 시청 화면이 시야에서 차지하는 각도는 수평방향으로 34.68^o 이었다.

Fig. 1. 
Experimental setup.

실험에 사용된 영상은 아바타(Avatar, 2009년)와 어벤져스(The avengers, 2012년)의 처음부터 90분까지이다. 시청순서는 2D 및 3D의 영향을 배제하기 위해 실험 대상자의 절반은 2D를 먼저 시청 한 후 3D를 시청하였으며 나머지 절반은 3D 영상 시청 후 2D 영상을 시청하였다. 첫 번째 영상 시청 후 7일간의 휴식 시간을 둔 후에 두 번째 영상을 시청했고 모든 영상은 한글 자막과 함께 상영되었다(Fig. 2).

Fig. 2. 
Schedule of experimental procedure. (V.F.T. = Visual Function Test, A.R. = Auto Refractometer)

3D 영상을 근거리에서 시청할 경우 시기능과 피로도에 미치는 영향을 수치화하기 위하여 실험 전, 영상 시청 중 30분, 60분, 90분 간격으로 총 4차례의 피로도 설문지와 AR 측정을 하였고 실험 전·후 총 2 차례의 시기능 검사를 시행하였다. 시기능 검사는 크게 이향 운동 기능 검사와 조절 기능 검사로 나눌 수 있다. 이향 운동 기능검사에서는 수정된 토링톤 차트를 이용한 원·근거리 사위, 원·근거리 개산 및 폭주 융합 여력, 3 Δ B.I.과 12 Δ B.O. 플리퍼를 이용한 버전스 용이성, 계산 및 경사 조절성 폭주 비(AC/A), 폭주 근점을 검사하였고 조절 기능 검사에서는 push-up 방법을 통한 최대 조절력, 상대 조절, ±2.00 D 플리퍼를 이용한 조절 용이성, Open-view autorefractometer를 이용해 조절 래그를 측정하였다(Table 1).

Kuze 등의 연구를 참고해 본 연구는 보완된 SSQ 설문지의 5가지 범주, 28개의 평가항목을 사용하여 진행하였다. Table 2의 보완된 SSQ(Simulator Sickness Questionnaire) 설문지는 MSQ(the Pensacola Motion Sickness Questionnaire)에서 발전된 방법으로서 Kennedy 등에 의해 개발되었다.^[22]

피로도는 최소 1 점에서 최대 7 점으로 평가되었다. 1점은 무증상으로서 해당 항목에 대해 전혀 자각하지 못한다는 뜻이며 7 점은 매우 심각한 증상을 뜻한다. 영상 시청 전후 및 시청 중 30분 간격으로 피검자가 직접 응답하여 증상 변화를 평가하였다. 피로도 설문지로 평가한 7 가지 수준은 Table 3과 같다.

자료 분석은 SPSS의 paired t-test를 사용하여 시기능 데이터의 경우 실험 전·후 데이터를 비교하였으며, 피로도의 경우 실험 전, 실험 30분, 60분, 90분 후로 나누어 2D와 3D의 측정 결과를 비교 분석하였다.

2D 시청 후와 3D 시청 후의 피로도 차이를 비교했을 때 피로도 검사의 28가지 항목 중 7가지 항목에서 유의한 차이를 보였다.

5가지 범주 중 일반적인 불편함 범주에서는 시청 후 30분에서는 2D에 비해 3D 영상 모든 항목에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 하지만 시청 60분 후 집중하기 어려움(difficulty concentrating) 항목 차이 값은 0.73±1.23 (p = 0.036)로 유의하게 더 큰 것으로 나타났으며, 90분 시청 후 2D, 3D의 차이는 집중하기 어려움(difficulty concentrating) 1.13±1.51(p = 0.011), 어지러움(dizzy) 1.13±1.73(p = 0.023), 목이 뻐근함(stiff neck) 0.73±1.163(p = 0.028), 그리고 졸림(sleepy) 1.07±1.71(p = 0.030)로 유의하게 차이 나는 것으로 나타났다. 전반적인 불편함(General discomfort) 범주의 거의 모든 항목에서 2D에 비해 3D의 값이 점진적으로 증가하며 그 증가폭이 큰 것을 볼 수 있었다(Fig. 3).

Fig. 3. 
SSQ score difference changes in general discomfort category. Statistical significant differences between 2D and 3D were noted by *.

5가지 범주 중 눈의 불편함에서는 2D와 3D 영상 시청 시작부터 30분, 60분의 모든 항목에서 유의한 차이가 없었다. 하지만 90분 시청 후 눈의 통증(pain in the eye)은 0.53±0.83(p = 0.027)로 유의하게 더 큰 것으로 나타났다. 눈의 건조함(dry eye), 눈의 피로함(eyestrain), 눈의 이물감(gritty), 눈의 졸림(eyes heavy) 항목은 2D 값보다 3D 값이 점진적으로 증가하고, 통계적으로 유의하진 않으나 그 차이가 조금 더 큰 경향을 나타냈다. 그 외 나머지 항목들은 2D와 3D의 피로도 변화 양상이 비슷하게 나타났다(Fig. 4).

Fig. 4. 
SSQ score difference changes in eyestrain category. Statistical significant difference between 2D and 3D was noted by *.

Fig. 5는 메스꺼움, 집중력, 두통의 3가지 범주의 결과이다. 30분 시청 후 메스꺼움 범주의 구토(vomiting), 현기증(vertigo), 메스꺼움(nausea) 3가지 항목 모두 유의한 차이를 보이지 않았다. 60분 시청 후 현기증 항목에서 0.80±1.52(p = 0.061) 차이로 3D에서 더 큰 것으로 나타났다. 90분 시청 후에는 현기증 항목이 3D에서 1.20±1.66(p = 0.014)로 유의하게 큰 것을 확인하였다. 또한 메스꺼움 항목에서도 2D에 비해 3D에서 시간에 따라 증가하는 경향을 확인할 수 있는데 이는 임상적으로 근거리에서 3D 영상 시청이 어지러움이나 메스꺼움을 유발할 수 있음을 나타낸다. 집중력(focusing difficulty) 범주의 2D와 3D의 유의한 차이점은 발견되지 않았다. 두통(headache) 범주에서는 관자놀이, 앞이마, 뒤통수의 두통 3가지 항목 모두 유의한 차이는 없었다. 다만 이 3가지 항목에서 2D의 값 보다 3D의 값이 점진적으로 증가하는 경향을 볼 수 있다.

Fig. 5. 
SSQ score difference changes in nausea, focusing difficulty, headache category. Statistical significant difference between 2D and 3D was noted by *.

최근의 3D 시청에 관한 연구들을 살펴보면 원거리에서 3D 영상을 볼 때 60분 이상의 시청에도 불편감이 크지 않다고 알려져 있다.^[11,13] 본 연구와 동일한 영상을 이용한 Kang 등의 결과에서는 30분까지 불편감이 크기 않았다.^[12] 하지만 본 연구의 결과를 살펴보면 근거리에서 3D 영상을 시청할 시에는 시청 30분까지는 피로도가 크지 않았으나, 시청 60분 후부터, 2D를 시청했을 때 보다 다수의 항목에서 피로도가 크게 나타났으며, 이는 시청 시간이 길어질수록 증가하는 경향을 보였다. 즉, 원거리와 비교해 근거리 시청 시 비교적 짧은 시간에 피로가 발생할 가능성이 큼을 알 수 있다.

원거리 영상에 비해 근거리 실험 조건에서 피로도가 더 크게 발생한 원인을 살펴보면, 근거리 실험의 0.5 m, 원거리 실험의 2.5 m, 3 m에 위치한 영상 표시 장치의 조절 자극량은 각각 약 2, 0.4, 0.33 디옵터(D)로, 근거리 영상 시청 시 요구되는 조절량이 원거리에 비해 큰 것을 알 수 있다. 그러므로 영상 표시 장치의 스크린 위치 보다 상이 앞으로 튀어나오거나, 뒤로 멀어져 보이는 입체 영상에 의한 조절 자극은 원거리보다 근거리에서 더 크게 지각될 수 있다. 따라서 원거리와 비교하여 근거리에서 초점 심도를 벗어나는 3D 영상을 더 빈번하게 시청할 가능성이 높기 때문에 3D 멀미의 원인 중 하나인 조절-폭주의 불균형 문제와 연관되어 피로가 발생했음을 추론할 수 있다.^[23-25] Ukai 등^[23]과 Lee 등^[24]의 연구를 살펴보면 3D 영상을 시청할 경우 우리 눈은 스크린이나 영상의 위치에 맞춰 조절하는 반면, 이향 운동인 폭주와 개산의 경우 영상 시차에 맞춰 매 순간 변하게 되어 조절과 폭주의 불일치가 발생하는 것으로 알려져 있다. 3D 영상의 양안 시차가 크지 않은 경우 조절과 폭주는 비교적 비슷한 위치에 반응하여 영상 시청에 큰 무리를 주지 않지만, 양안 시차가 커지는 경우 조절과 폭주의 불일치가 크게 되어 3D 영상으로 인한 피로가 발생되는 것이다. 또한 Okada 등에 의한 연구에 따르면 이러한 경향은 영상이 더 선명할수록, 조절 자극량이 클수록 심해질 수 있다고 하였다.^[25]

시기능 검사에서는 14가지 항목 중 폭주 근점, 최대 조절력, 조절 용이성의 3가지 항목에서 유의한 변화가 있었다(Table 4).

조절 용이성(Accommodative facility) 항목은 단안(O.S.)에서 2D 시청 전 12.80±4.55 cycle/min, 시청 후 14.33±5.31 cycle/min으로 유의한 차이를 보였다(p = 0.011), (Fig. 6).

Fig. 6. 
Results of Accommodative facility after watching 2D and 3D movies. Statistical significant difference between before and after watching movie was noted by *.

폭주 근점(Near point of convergence) 항목은 2D 시청 전 6.46±2.51 cm, 시청 후 7.77±3.26 cm로 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p=0.039). 또한 3D 시청에서도 전 6.33±2.76 cm, 시청 후 7.11±2.47 cm로 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p=0.012) (Fig. 7).

Fig. 7. 
Results of Near point of convergence before and after watching 2D and 3D movies. Statistical significant difference between before and after watching movie was noted by *.

최대 조절력 (Amplitude of accommodation) 항목은 단안(O.D.)에서 3D 시청 전 13.26±3.06 D, 시청 후 11.75±2.25 D로 유의한 차이를 보였다(p = 0.028). 2D 시청 전, 후 그리고 3D 시청 시 좌안에서는 유의한 차이를 보이지 않았다(Fig. 8).

Fig. 8. 
Results of Amplitude of accommodation before and after watching 2D and 3D movies. Statistical significant difference between before and after watching movie was noted by *.

2D와 3D 영상 시청 후 시기능 변화를 살펴보면 폭주 근점은 2D와 3D 근거리 영상 시청 전, 후 모두 증가하였고, 2D에서 좌안 조절 용이성의 증가, 3D에서는 우안의 최대 조절력이 유의하게 감소하였다. 이 3가지 항목에서 통계적 유의차는 있으나 변화 폭이 크지 않았다. 3가지 항목 외에 원거리 및 근거리 수평·수직 사위, 음성 및 양성 상대 조절력, 버전스 용이성 등의 11가지 항목에서는 유의한 차이가 없었다. 본 실험의 피실험자들이 모두 부등사시, 사시 및 사위, 조절 기능 등 양안 시기능에 이상이 없는 20대 초반이 대부분이었기에 사위 및 융합 여력 등에서 유의한 변화가 없었음을 추측할 수 있다.

근거리 영상 시청에 관한 연구 결과를 살펴보면 근업 작업으로 인한 조절 기능 감소 등의 영향을 확인할 수 있으며,^[17-18,21] 영상 시청 전과 비교해 보았을 때 2D 영상 시청 후, 3D 영상 시청 후의 순서로 조절력의 감소는 안정피로와 관련이 있음이 보고되었다.^[18] 본 연구 결과에서 2D, 3D 영상 시청 후 모두 폭주 근점이 증가했으며, 3D 영상 시청 후 단안 최대 조절력(O.D.)이 유의하게 감소했다는 점에서 기존의 연구들과 조절 관련 검사 결과에서 유사한 특성을 보인다. 하지만 이는 근거리 작업으로 인한 일부 조절력 검사 항목에서 일시적이고 크지 않은 변화였으며, 유의한 차이가 있는 3가지 항목의 경우에도 90분 시청 직후에도 시기능의 비정상적인 변화는 관찰되지 않았다. 또한 나머지 11가지 항목에서 2D와 3D 영상 시청 사이에도 큰 차이는 발견할 수 없었다.