Analgesic effect of TLR4 Antagonistic Peptide 2

윤옥화 忠南大學校 大學院 2020 국내박사

Neuroinflammation is one of the key mechanisms of neuropathic pain, which is primarily mediated by the Toll-like receptor 4 (TLR4) signaling pathways in microglia. Therefore, TLR4 may be a reasonable target for treatment of neuropathic pain. Here, I examined the analgesic effect of TLR4 antagonistic peptide 2 (TAP2) on neuropathic pain induced by spinal nerve ligation in rats. When lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV2 microglia cells were treated with TAP2 (10 μM), the mRNA levels of proinflammatory mediators, such as tumor necrosis factor (TNF)-α, interleukin (IL)-1β, IL-6, cyclooxygenase (COX)-2, and inducible nitric oxide synthase (iNOS), were markedly decreased by 54-83% as determined by quantitative PCR (qPCR) analysis. Furthermore, when TAP2 (25 nmol in 20 μL PBS) was intrathecally administered to the spinal nerve ligation-induced rats on day 3 after surgery, the mechanical allodynia was markedly decreased for approximately 2 weeks in von Frey filament tests, with a reduction in microglial activation. On immunohistochemical and qPCR analyses, both the level of reactive oxygen species and the gene expression of the proinflammatory mediators, such as TNF-α, IL-1β, IL-6, COX-2, and iNOS, were significantly decreased in the ipsilateral spinal dorsal horn. Finally, the analgesic effect of TAP2 was reproduced in rats with monoiodoacetate-induced osteoarthritic pain. These findings of the present study suggest that TAP2 efficiently mitigates neuropathic pain behavior by suppressing microglial activation, followed by downregulation of neuropathic pain-related factors, such as reactive oxygen species and proinflammatory molecules. Therefore, it may be useful as a new analgesic for treatment of neuropathic pain. Key words: Neuropathic pain, Toll-like receptor 4, Analgesic, Microglia 척수신경 또는 말초신경의 손상에 의해 유발되는 신경병증성통증은 기존의 진통제, 신경차단술, 또는 다른 통증치료방법 등에 의한 치료효과가 부족한 실정으로 신경병증성통증을 치료하기 위한 새로운 통증 치료제 개발이 시도되고 있다. 본 연구에서 흰쥐의 5번째 요추 신경을 결찰(spinal nerve ligation, SNL)을 한 통증모델에서 미세아교세포(microglia)의 표현형 조절에 관한 연구를 하였다. 미세아교세포는 신경병증성통증의 병리기전인 중추감작(central sensitization)에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 또한 미세아교세포의 표현형으로는 조직 손상을 야기하는 classical activation (M1)과 손상 후 회복과정에 기여하는 alternative activation (M2)가 있으며, 이를 조절하는 것이 통증 치료의 전략으로 여겨진다. 본 연구에서는 신경병증성 통증에서 M1 표적화를 위한 TAP2 와 M2 표적화를 위한 Arg2유전자가 통증치료제로서의 가능성을 조사하였고 그 기전을 밝히고자 하였다. M1 미세아교세포 표현형인 TLR4를 표적하는 TAP2를 흰 쥐의 척수강내로 직접 투여한후 통증 회피 반응의 변화를 관찰할 수 있는 본프레이 필라멘트 실험을 통하여 이질통이 감소하는 것을 확인하였다. 각 그룹에서 통증이 가장 많이 완화된 시기에 흰 쥐의 척수 후각(spinal dorsal horn)에서 미세아교세포 항체의 면역염색을 실시한 결과 TAP2가 미세아교세포의 활성과 활성산소종(ROS)을 감소시켰으며 염증반응물질(proinflamatory cytokine)의 발현을 감소시키는 것을 확인하였다. 또한 M2표현형관련 인자인 Arg2 유전자 제거 생쥐(knock out mouse)로 신경병증성통증 모델을 제작한 다음 본프레이 필라멘트 실험을 통하여 Arg2유전자가 제거되면 이질통이 증가 하는 것을 확인 하였다. 또한 황성산소종과 염증반응물질의 발현의 감소를 면역염색 및 정량분석을 통하여 확인하였다. 본 연구는 미세아교세포의 양극화를 조절하면 신경병증성통증의 치료를 위한 새로운 도구가 될 수 있음을 강조한다. Keywords: 신경병증성 통증, M1 M2 미세아교 세포, TLR4, TAP2, Arg2.

딥 러닝을 통한 게이머의 얼굴 표정 변화에 기반한 게임의 난이도 제어에 관한 연구

왕지소 중앙대학교 첨단영상대학원 2018 국내석사

이제는 모바일 마켓순위에서 많은 게임이 높은 점유율을 차지하지만 점유율을 오랫동안 유지하는 것은 쉽지 않다. 게이머를 끌어당기는 중요한 요소는 게임 재미(Game Fun)이고, 게임을 재미있게 만드는 가장 중요한 요소는 게임 난이도이다. 하지만 게임 난이도를 디자인하는 것은 매우 어려운 일이다. 게임 난이도는 플레이어의 실력을 적당하게 맞추기 위해 게임 난이도의 동적 균형을 제시하였다. 본 논문은 딥 신경망을 이용하여 게임 시 플레이어의 얼굴 표정을 실시간으로 검출하고 판단한다. 플레이어의 얼굴 표정에 의한 게임 난이도를 조절하여 게임을 좀 더 재미있게 구현하였다. 얼굴 표정 인식 시스템은 딥 신경망과 SVM 분류기를 결합으로써 설계됐다. 딥 신경망 모델이 일반 신경망 대신 신경망 속에 두 개 연속적인 컨볼루셔널 레이어를 사용하여 미세한 특징을 효과적으로 추출할 수 있다. 인간 표정 인식 기술과 게임 난이도에 관련을 위하여 설문 조사를 하고 주로 플레이어가 ‘자주 플레이하는 게임의 장르’, ‘게임에 자주 나타나는 정서 상태’ 및 ‘게임 속에서 자신 생각한 어려운 점’에 통계를 수행했다. Unity3D 엔진을 사용하여 러닝 게임을 제작하였고 게임 난이도는 일정한 거리가 지남에 따라 그동안 인식한 표정의 수량을 기준으로 난이도가 변화된다. 본 논문 실험에서는 실험자들을 무작위로 20명을 지정하여 표정 인식 기술을 사용하기 전후의 게임의 점수, Play-time 및 게임 난이도 변화를 비교분석을 하였다. 결론은 딥 러닝을 이용한 표정 시스템은 게임 play-time 및 score를 늘릴 수 있고, 게임 재미를 증진시켰다. Many games nowadays have a certain share in the market. However, to maintain the market position for long is not common. The most appealing element for gamers is Game Fun. The element that can make game interesting is game difficulty. While the game difficulty has no uniform evaluation standard until now. In order to make the game difficulty close to player's level, the game difficulty of dynamic balance has been proposed in this paper. The proposed paper adopts the deep learning network model to recognize the player's expression in real time. The system infers the player's psychological activity based on different expressions and makes adjustments to the game difficulty level to meet the user's needs. Facial expression recognition system is composed of deep neural network and SVM classifier. The deep learning network model uses a continuous convolutional neural network instead of the existing convolutional network. Through the use of two continuous convolutional layer structures in the network, the subtle features of face facial expression can be effectively extracted. In order to associate facial expression detection with game difficulty, the game category, three expressions commonly used in playing game and the most difficult points considered in the game are fixed through the questionnaire survey. This paper uses Unity3D engine to design different levels of running game on the basis of the questionnaire. After reached a certain distance, the game difficulty will be varied based on the number of facial expressions recognized in the meantime. In the game experiment, twenty testers are selected without scope to compare the scores, play-time and the change of game difficulty before and after using the face recognition technology. The result showed that the facial expression recognition system using deep learning could increase the play-time and score in game, and promote the fun of games.

기계학습을 이용한 e-Sports 승부예측 : League of Legends 사례를 중심으로

김유철 중앙대학교 첨단영상대학원 2018 국내석사

구글 딥마인드에서 개발한 인공지능 바둑로봇 알파고와 한국의 이세돌 기사의 바둑 대결 이후 많은 사람들의 관심이 딥러닝에 집중되었다. 이에 구글에서는 Tensorflow 오픈소스 머신러닝 프레임워크를 제공하였고, 학계에서도 딥러닝을 접목시킨 연구가 진행되고 있다. 최근 e-Sports가 제18회 자카르타-팔렘방 아시안게임에 채택되면서 많은 주목을 받고 있는 가운데, 스포츠 종목과 게임에서도 경기 내적데이터를 이용한 승패 예측에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 데이터를 가지고 효율적인 훈련방안을 제시하기도 한다. 이에 따라 e-Sports에서도 승패예측에 관한 연구가 조금씩 진행되고 있다. 하지만 지금까지 승패예측에 관련된 연구들은 주로 기계학습을 이용한 것에 초점을 두고 있지만 기계학습 중 인공신경망을 이용한 연구는 전무하다. 따라서 본 논문에서는 인공신경망을 이용한 실험을 시도하였으며, 이를 위해 e-Sports 대회 중 하나인 League of Legends를 채택하여 2018년 봄 시즌에 진행된 1라운드 데이터를 가지고 2라운드의 경기결과를 예측하였다. 본 실험을 위해 두 가지의 활성화 함수를 사용하여 인공신경망 모델을 설계하였는데, 검증은 실제 2라운드 데이터를 가지고 진행하였다. 실험 후 예측결과에 따르면, 상ㆍ하위권 팀의 예측률은 약 86% 이상이었으며, 중위권 팀의 경우 약 65%의 예측률을 보였다. After the Baduk(‘Go’) confrontation between artificial intelligence Baduk robot AlphaGo, being developed by Google Deep Mind and Korea's champion Lee, Sedol, many people's attention was focused on deep learning. Accordingly, Google has provided a Tensorflow open source machine learning framework, and academic research incorporating deep learning is being made. Recently, e-Sports has been attracting much attention since its adoption in the 18th Jakarta-Palembang Asian Games, and researches on the prediction of victory / defeat using in-game data have been actively conducted in sports events and games. These data are also providing an effective training plan. As a result, research on prediction of victory / defeat is progressing gradually in e-Sports. However, until now, studies on prediction of victory / defeat have mainly focused on artificial neural network. Therefore, in this paper, an experiment using an artificial neural network was attempted. For this purpose, League of Legends, one of the e-Sports competitions, was adopted to predict the result of second round of the game with the first round data of spring 2018 season. For this experiment, an artificial neural network model was designed using two activation functions. The verification was carried out with real second round data. According to the prediction results after the experiment, the predictions rate of the top and bottom teams were more than 86%, and the mid-level teams had a prediction rate of about 65%.

가시광선을 기반으로 한 음악공학적 구조와 예술 사운드의 제작

이동재 중앙대학교 첨단영상대학원 2018 국내박사

Issac Newton discovered that the structure of visible light resembled the music structure regarding wave-form patterned with the measurement unit called Hertz. The source of magnetic radiation frequencies is the sun relating to the birth of every life-form in the earth, and it has a wide range of frequencies including the white light. The range of visible light and musical octave will be in the comparison analyzed to their pattern. Then music emotions determining 'happy and sad' is following issues as 1) how to prove musical structure between 'Happy and Sad', 2) How is the results of visible light and music pattern, 3) How to find the phenomenon of semitone and whole-stone structures in nature life for creating 'description sounds' with the structure of music emotions caused by the semitone and wholetone structures. The survey method for the music emotions by playing typical music harmonies with a piano and respondents listen to the harmonies directly. At the introduction to the study, relevant areas are in a range of topics with “Color music” matching colors to visible light and the traditional term of music emotions. At the core of research are the structures of major and minor in music interval structure, which correlated with the emotions 'happy and sad' modes in typical music. Therefore, the statistical method required with the chosen 104 respondents to confirm the different emotions between major and minor harmonies. At the survey stage, simple questions were given to respondents to determine whether the music was 'happy or sad' and respondents described the density of the emotions between major and minor chords. Finally, the results showed no differences from the typical theory of musical harmony. Following from the results of this study, 'happy and sad' modes, matching colors to musical pitches, scales, harmonies, and composition sound art-work will be arranged. The range of the electromagnetic spectrum with the distinct characteristics of every frequency ranges including the wavelength of visible light is described to compare the musically tuned 1-octave system of musical range. The finalized music scale is used to have more accurate colors in chromatic 12 notes of equal temperament. The formula, 1.0594635 is multiplied from the lower the pitch to the upper semitone. 1 octave in 2X frequency, from the octave lower and 1.5 times to the perfect 5th in the interval are used to have every frequency in Hz for chromatic scale. As a result, six notes with the music “c, e, f, g, a, a#” named as “Rainbow scale” become the main frame of the visible light and compared the present scales of 'Scriabin and Debussy'. The main harmonies from resulted rainbow scale are composite of the two major chords (Ⅰ: major 3rd + minor 3rd from lower base note), (Ⅳ: major 3rd + minor 3rd from lower base note) and minor chord (Ⅴ: minor 3rd + major 3rd). Finally, the emotions regarding 'sad' is confirmed in the formula of 1.0594635 and the semitone structure determining emotion is the starting point. On the other hand, the rate for 'happy' is 1.1224629' which is a wholetone(Two semitones) structure. By the following the rules found on the 3.1 and 3.2, five artistic sound on mp4 created including video, 1) The explanation of Music emotional structure in music, 2) The song of the moon; Moving moon in the sky has semitone structure, 3) The song of visible light(whole-tone structure; rising sun has the color in red, major 3rd of music interval) 4) The song of photosynthesis(double whole-tone structure), 5) Dreamers in Galaxies(particle sound)are ready to be shown. 인간의 탄생 및 생명에 가장 근본이 되는 가시광선은 7가지 색으로 구성되어 있고 이 7가지 색은 비록 눈에만 작용하는 주파수이지만 실제로는 음악의 음계와 비슷한 구조를 가지고 있다. 주파수에는 공진현상과 그에 따른 결과 상호작용의 과학적인 현상이 있지만 이를 증명하기란 어렵다. 기존의 융합학문으로서 주파수와 관련된 분야는 무수히 많으며 각각의 분야는 자신에게 맞는 주파수만 취급하여 상호간에 정보교류가 어렵다. 전자기파의 영역 중 가시광선의 영역과 음악 주파수의 영역은 1옥타브의 주파수 대역을 가지고 있으며 가시광선 중 색상은 색상별로 주파수 대역이 달라 온음과 반음사이로 구성된 음악의 구조와 같다. 또한 가시광선은 인간에게 상상력을 동원하게 하여 종교, 철학, 예술에 영향을 끼쳐 공감각(Synasethesia) 혹은 색청(Color music) 등 또 다른 파생작용을 만들어 낸다. 인간의 음악에 대한 인지구조 및 감성구조와 음성관련 파형은 파형자체만 대상으로 그 감성을 분석할 방법이 없어 통계학적인 방법을 사용한 통계치를 음악이론을 통해 입증하고자 하였고 다시 가시광선에 도입하여 ‘음악감성구조’를 추정하고 소결을 바탕으로 가시광선으로 인해 발생하는 자연계의 현상을 음악적으로 묘사하였다. 통계의 방법을 이용한 ‘음악감성구조’에 대한 입증은 104명의 음악에 민감한 연령층을 대상으로 장음계와 단음계의 주요 3화음을 경청하고 그 결과 치를 분석하였다. 장음계는 ‘기쁨’ 단음계는 ‘슬픔’의 구조가 입증 되었고 감성구조의 변별력이 ‘반음사이’에 있다는 추론을 하였다. 가시광선에 대한 색상의 구조를 음악적인 영역으로 재해석하여 그 음악적인 영역을 다시 색상과 연결하였다. 그 색상영역을 분석한바 가시광선은 6음 음계 중 독특한 구조를 가지고 있으며 그 화성들은 장음계 단음계로 명확히 구별 짓는 구조가 아닌 기쁨, 슬픔, 날카로운 느낌을 가진 화성의 구조가 발견 되었다. 따라서 가시광선 음계, 가시광선 색상과 음계에 포함된 각 음표의 색상연결, 12 평균율에 대한 색상, 가시광선에 대한 화성을 개발하였다. 감성구조를 만들어 내는 가장 근본은 단음으로 진행하는 횟수가 많으면 ‘슬픔’ 구조가 자동으로 만들어 진다는데 있다. 음악적으로 단음계는 멜로디 진행상 빨리, 더 많이 나온다. 단음계 수치는 12 평균율의 계산식을 따라 반음은 1.0594635(슬픔) 온음은 1.1224629(기쁨)의 수치가 발생하였다. 3.1과 3.2의 결과에 따라 자연계에 위치한 반음구조, 온음 구조에 대한 음악적인 사운드를 4장에서 구성하고 최종 설명 학기 위하여 1) 감성구조 입증을 위한 실험사운드(mp4) 2) 반음구조를 표현하는 실험 사운드 ‘달의 노래’ 3) 온음구조의 ‘가시광선의 노래’ 4) 온음구조의 복층 구조 ‘광합성의 노래’ 5) 상상 속의 ‘태양계를 도는 혹성들의 노래’를 사운드 합성하였다.

뉴미디어 아트의 표현 방법으로서의 아트 게임에 관한 연구

이혜영 중앙대학교 첨단영상대학원 2018 국내박사

디지털 시대의 예술은 새로운 예술 표현 방법을 제시하고, 끊임없이 시도 하고 있다. 기존의 권위적이던 예술과는 다른 형태의 뉴미디어 아트는 기술의 활용으로 인해 작가가 만든 작품을 관객이 관람하던 형태에서관객이 참여하는 과정이 중시되며, 또한, 작가와 관객 그리고 작품이 함께 완성하는 형태로 나타난다. 상호작용성, 가상성, 몰입성, 참여성, 변형가능성과 같은 뉴미디어 아트로서의 특성 뿐 아니라 유희성, 조작 가능성, 행위성, 규칙성, 몰입성과 같은 게임의 특성이 강하게 나타는 아트 게임은 비디오 아트와 비디오 게임이 등장한 동시대에 등장하였으며 점차, 그 대중성이 증가하고 있다. 현대 예술계와 계임분야에서는 예술의 게임화, 게임의 예술화에 대한 논쟁이 대두되고 있다. 본 연구에서는 기술의 발전아래, 유사한 기술과 표현 방법을 가진 두 분야를 적용한 사례들을 살펴 볼 수 있다. 두 분야의 협업은 예술을 더욱 다양하게 표현할 수 있는 방향을 제시한다. 본 연구는 뉴미디어 아트를 표현 하는 방법으로서 게임이 가지는 주요 특성을 융합하는 시도로서, 아트 게임에 대하여 연구하였다. 그 연구를 바탕으로 아트 게임 작품 「The Universe」를 설계 및 구현하였다. 구현된 작품을 통해, 아트 게임이 뉴미디어 아트와 게임의 융합을 통해, 어떻게 표현되는지를 살펴 볼 수 있다. 게임의 특성이나 요소를 포함한 뉴미디어 아트의 한 장르로서의 아트 게임은 영상, 사운드, 3D 그래픽이 화려한 컴퓨터 프로그래밍 및 센서 기반으로 제작되는 수많은 뉴미디어 아트 작품들에 비해 학술적으로 용어가 쓰인 역사가 짧고 그 연구의 수가 미비하다. 향후 본 논문이 디지털 매체를 활용한 뉴미디어 아트의 표현 방법으로서 게임 분야와의 협업을 통한 여러 작품의 창작 활동에 일조하기를 바란다. The art of the digital age presents a new way of expressing art and is constantly trying. New media art is different from the existing authoritarian art. It is the art that the audience participates in the way that the audience watches the work created by the artist due to the utilization of technology. In addition, the artist, the audience, and the work appear together as a form to be completed together. Art games, which have strong characteristics of games such as playfulness, operability, activity, regularity and finality as well as characteristics of new media art such as interactivity, virtuality, immersion, participation and transformation, it appeared in the age of video games and video art, and its popularity is gradually increasing. In the field of arts and games, there is a debate about the art to game and game to art. Under the development of technology, this study examines the application of two fields with similar technologies and expression methods. Collaboration of the two field is presented in the direction of even more variety of art to express. This study investigated art game as an attempt to converge main characteristics of game as a way of expressing new media art and based on the research, this paper designed and implemented the art game 「The Universe」. Through this work, we can see how art game tries to express the fusion of new media art and game. Art game as a genre of new media art, including the characteristics and elements of the game, has short history and study compared to the number of new media artworks produced by computer-based programming and sensors based on video, sound, and 3D graphics. I hope that this paper will contribute to the creation of various works through collaboration with the game field as a way of expressing new media art using digital media.

스마트폰 여행앱 인터페이스의 패턴이 사용자주의력에 끼치는 영향에 관한 연구

이암 中央大學校 尖端映像大學院 2017 국내석사

현대 관광산업에서 관광객에게 필요한 정보는 산재되어 있으나, 여행자들은 관광정보를 스마트폰 앱에서 찾는 경우가 많다. 여행회사의 스마트폰 앱은 회사의 관광정보를 중요도에 따라 스마트폰 화면에 배치할 필요가 있다. 또한 인터페이스의 사용성이 사용자한테 매우 중요한다. 분 논문에서는 스마트폰 여행 앱 인터페이스의 패턴과 도형이 사용자 주의력에 끼치는 영향에 대한 연구했다. 실험은 두 가지 방법으로 실행되었으며, 50명의 피험자가 참여했고. 20개의 여행 앱 UI를 실험을 위한 자극으로 선정하였다. Tobi 아이트래킹을 이용해 눈동자의 움직임을 기록하였으며, 비매개변수 테스트(Non-parametric test)와 분산분석(ANOVA)등 통계 분석방법을 적용하였다. [실험1]결과, 그림자극(위치 정보 포함) 및 AOI (Area of Interest) 등의 요인은 관찰변수에 영향을 미친다. 여러 요인 분산분석을 통해 결과가 도출했다. 다른 자극유형은 AOI (1) ~ (3)에 영향을 미치며, 단 AOI (4)에 영향을 미치지 않아서 AOI (4)에는 주의력에 영향을 잘 미칠 수 있고 중요한 정보 설계가 적용되지 않았다. [실험2] 결과, 다양한 도형(원형, 정사각형, 직사각형) 요인은 주의력에 영향을 미친다. AOI (1) ~ (4)에서 다른 자극은 관찰변수에 영향을 미치며, AOI (2)에 있는 도형이 큰 영향을 미친다. 그래서 주요 도형 요소를 AOI (2)에서 배치하면 좋다. 또한 Wilcoxon rank sum test를 통해 두 실험이 독립적으로 다른 인구 집단에 속한다는 것을 인식 한 통계적 테스트가 적용되었다. 그리고 The classifier 알고리즘을 통해 피험자의 행동 상태를 구분했다. [실험1] 결과로 피험자의 주시행위가 4 가지로 나누어지고, [실험2] 결과로 total fixation duration을 토대로 피험자의 행동이 6개 클래스로 나누어질 수 있고, fixation percentage에 6개의 카테고리로 나눌 수 있다. 그리고 fixation count에 기반 행동이 2 가지로 나누어졌다. With the popularity development of smart phones and the big arising adults’ interest in tourism, the tour app is promoted largely in recent years. Moreover, user interface of tour app is very important to user experience. The aim of my thesis is to explore how the factors such as layout positions and shapes have effect on human’s attention in tour app user interface design. Two experiments have been proposed and 50 subjects participated in the study. Twenty pictures of tour-app user interface (UI) were chosen as the stimulus. Eyes movement tracking, measuring attention, were recorded by Tobi as subjects saw the mobile phone user interfaces. Statistics methods were applied into such data analysis including non-parameter test and analysis of variance (ANOVA). The first experiment was designed to find out the factors such as picture-stimulus (including position information) and AOIs (area of interest) effects on observed variables. Through the multi-factor analysis of variance, the result is that different stimulus type was affected by AOI(1)-(3) while no effect was caused by AOI(4) which could be applied into tour app design without key information in AOI(4). For the experiment 2, we focused on the different shapes (circle, square and rectangle) effect on human’s attention. Different stimulus type had effect on observed variables based on AOI(1)-AOI(4) and then the shapes in AOI(2) could arouse higher effect. So it was better to put key shape resources into position AOI(2). Furthermore, through the Wilcoxon rank sum test, the result showed that the two experiments were significant difference from each other. In addition, the classifier algorithm was applied to find out the subjects’ behavior modes in the proposed experiments. There were four classifications in experiment 1. The subjects’ behaviors could be classified into 6 categories based on total fixation duration, 6 categories based on percentage fixation and 2 categories for fixation count in experiment 2.

게이미피케이션을 통한 학습효과 증진 역학모델 : 교육용 게임의 학습효과 향상을 위한 4가지 핵심요소 시뮬레이션

김정태 중앙대학교 첨단영상대학원 2014 국내박사

본 논문은 게이미피케이션을 활용한 학습 환경에서의 역학적 모델을 제안하고자 한다. 이 모델의 주요 아이디어는, 컴퓨터게임을 이루는 4가지의 각각의 이론들 ; 1) 게이미피케이션의 이론적 배경인 MDA(기법, 역학, 미학) 프레임워크 2) 게임 디자인 특색들 ( GDF - 훌륭한 특질, 멋진 그래픽, 도전적인 퍼즐들, 흥미진진한 배경과 이야기) 3) 학습게임의 핵심 특징들 ( KCLG - 도전, 호기심, 환상, 조절) 4) 교육 환경 디자인 이론 ARCS 모델(주의집중, 관련성,자신감, 만족감) 로부터 도출해 낸, 4가지 핵심 요소(호기심, 도전, 환상, 그리고 조절)들의 상관관계에 기반으로 한다. 게이미피케이션을 활용한 교육효과 측정을 위한 방정식을 역학모델로, 4가지 핵심 요소는 각각 의미있는 상수로서 제시된다. 이 역학모델에 따르면, 도출된 4가지 핵심 요소들 간의 합리적 관계설정 하에서 적응시간이 어느 정도 경과하게 되면, 전통적인 방식에서 보다 게이미피케이션이 적용되었을 경우에 교육효과가 월등한 효과를 거둘 수 있다. 고안 된 역학모델의 시뮬레이션을 통해 4가지 핵심요소들 사이에서 , , , 등을 도출하였으며, 게이미피케이션을 통한 교육효과는 전통적인 방식의 학습을 어렵지 않게 뛰어넘을 수 있도록 설계가 가능함을 입증하였다. 시뮬레이션 초기에는 게이미피케이션이 적용된 환경에서의 학습효과는 전통방식에 비해 절반정도 낮았으나, 1시간 전체동안의 어휘 학습량은 게이미피케이션을 적용했을 경우가 전통학습 환경에 비해 25% 상승하였다. 나이와 성별까지를 고려한 경우에는, 게이미피케이션을 적용했을 때는 그렇지 않았을 때 보다 최저 –10.1%에서 최대 39.9% 의 범위를 나타냈다. 본 게이미피케이션 역학 모델은 이제 막 시작된 게이미피케이션 연구에 이론적 기반을 강화시킬 것이며, ‘디지털게임’의 양성화 및 순기능 확산에 일조할 것으로 기대한다. This paper proposes a dynamical model for the gamification of learning. The main idea of this model is based on the correlations of four primary factors (curiosity, challenge, fantasy and control ) which originating from digital games which are built on the foundations of separate theories : 1) the theoretical background of gamification labeled the MDA framework (mechanics, dynamics and aesthetics). 2) Game Design Features (GDF - cool features, fancy graphics, challenging puzzles, and an intriguing setting and story), 3) Key Characteristics of a Learning Game (KCLG - Challenge, Curiosity, Fantasy and Control), and 4) a theory of educational environment design known as the ARCS Model (attention, relevance, confidence and satisfaction). Through this dynamical model we will show that the effectiveness of the gamification of learning is educationally superior to traditional ways of learning in specific setting, after an elapsed adaptive time period with reasonable relationship of the four primary factors. The model presents the meaningful positions of four primary factors on the equation for educational effectiveness of gamification. When the four primary factors have profitable values such as , , and from simulations, the educational effectiveness through Gamification can easily exceed the educational effectiveness using the traditional way. The results of simulations shows that at the beginning, educational effectiveness through Gamification is just half of the traditional way but the total amount of vocabulary words that can be learned through Gamification during 1hr is 25% better than traditional way. Considering the different ages and genders start, the results are varied from above 39.9% to below 10.1% of traditional way. We posit that this dynamical model for the gamification of learning can strengthen the “theoretical foundation” of gamification as well as spread the idea of “the pure and right function of game”.

등방성 AM-FM 하이브리드 디지털 하프토닝에 관한 연구

조청운 중앙대학교 첨단영상대학원 2017 국내박사

Digital halftoning is very important technology in the printing industries. Diverse researches and patents are produced for every year and very large amount of printing devices and monochrome display devices such as e-ink are used. Objective of our research is developing new AM-FM digital halftoning technique which is recent major research area of digital halftoning technology. First one is solving anisotropy of halftoing pattern produced in error diffusion method. Anisotropy of error diffusion is due to scanning method we will propose new solution method. And we will extend error diffusion method which is limited to one pixel processing to can handle multiple pixels. Second one is to develop digital halftoning method which is based on reaction-diffusion model. The reaction-diffusion model is developed mathematical model to explain about various animal skin texture pattern. In this research we take notice of pattern produced by this model shows continuous transition from spot pattern to stripe pattern and can control the size of produced dot pattern freely, this properties is useful as a AM-FM hybrid technique. In this dissertation we proposed two novel AM-FM hybrid techniques which is new area in digital halftoning technology. First one we proposed is error diffusion method which can generate random processing order. This randomly changing direction method is general technique is applicable not only to grouped pixel but also to non-square pixels. In second method we showed pattern generated by reaction-diffusion model can be applied to digital halftoning results. This method can control size of dot and distance between dots and unique pattern of continuous transition from spot to stripe which is tone-representing method differentiated from stippling method. In this thesis we proposed tow novel AM-FM hybrid digital halftoning techniques. One method applicable to error diffusion resolve anisotropy problem and another method based on reaction-diffusion model is free from anisotropy due to iterative process. All two methods can generate variable size of dots and we showed new techniques is possible in digital halftoning area. 디지털 하프토닝은 인쇄분야에 있어 매우 중요한 기술이다. 매년 매우 많은 연구 와 특허나 나오고 있으며 다양한 인쇄 장치와 e-ink와 같은 단색 디스플레이 장치 가 사용되고 있다. 본 연구의 목적은 최근의 디지털 하프토닝 방법의 주요 연구 분야인 AM-FM 하 이브리드 기법에 있어 새로운 기법을 개발하는 데 있다. 첫 번째는 오차 확산 하 프토닝 방법에서 발생하는 하프토닝 패턴의 비대칭성을 해결하고자 한다. 오차 확 산 방법에서의 비대칭성은 스캐닝 방법에서 기인한 것으로 이에 대한 해결 방안을 제시하고자 한다. 또한 한 픽셀 단위 위주로 되어 있는 오차 확산 방법을 여러 픽 셀 단위에 대해서도 적용할 수 있도록 확장하고자 한다. 두 번째는 반응-확산 모 델을 이용한 하프토닝 방법을 개발하고자 한다. 반응-확산 모델은 다양한 동물의 피부 무늬에 대한 형성을 설명하기 위해 개발된 수학적 모델이다. 본 연구에서는 이러한 모델에 의해 만들어지는 패턴이 점무늬에서 줄무늬까지 연속적으로 변하는 특성과 연속적인 2차원 공간에서 정의되기 때문에 크기의 제어가 자유롭다는 점 때문에 AM-FM 하이브리드 기법으로 유용할 것이라는 점에 착안했다. 본 논문에서는 디지털 하프토닝 기술에 있어 비교적 새로운 분야인 AM-FM 하 이브리드 기법에 대한 새로운 두 가지 기법을 제시한다. 첫 번째 방법은 오차 확 산 방법에 있어 랜덤한 처리순서를 생성할 수 있는 방법을 제안하였다. 임의의 방 향으로 처리순서를 생성하는 방법은 여러 개의 픽셀이 그룹된 경우뿐만 아니라 비 사각형 픽셀에도 적용가능한 범용적인 방법이다. 따라서 단일 픽셀에만 처리되던오차 확산 방법을 1보다 큰 AM에 적용할 수 있게 해준다. 또한 방향이 랜덤하게 바뀜으로 해서 하프토닝 패턴의 비대칭성을 해결할 수 있게 되었다. 두 번째 방법 은 반응-확산 모델에 의해서 생성되는 패턴을 이용하여 하프토닝의 결과를 만들 수 있음을 보였다. 점의 크기와 점의 거리를 제어하여 패턴을 만들 수 있으며 중 간 밝기구간에서는 점 무늬가 줄 무늬로 자연스럽게 전환되어 표현되어 점묘법과 는 다른 톤 표현 방법을 보여준다. 본 연구에서는 새로운 AM-FM 하이브리드 디지털 하프토닝 기법으로써 두 가지 방법을 제시하였다. 오차 확산에 적용할 수 있는 방법은 오차 확산 방법에서의 순 차 처리에 따른 비대칭 패턴 문제를 해결하였으며, 반응-확산 모델에 의한 방법은 반복법인 특성으로 인해 비대칭성이 나타나지 않게 된다. 두 방법 모두 다양한 크 기의 도트 패턴에 사용할 수 있으며 기존의 방법과 다른 새로운 방법으로 디지털 하프토닝을 할 수 있는 가능성을 보였다.

HMD 환경의 공포게임에서 적대적 오브젝트의 이동속도와 몰입도의 상관관계에 대한 연구

남훈희 中央大學校 尖端映像大學院 2016 국내석사

2012년, 오큘러스의 등장 이후로 소비자들은 비교적 낮은 비용으로 게임과 같은 콘텐츠에서 높은 몰입도와 현장감을 느낄 수 있게 되었다. 그로 인해 많은 가상현실 콘텐츠가 증가하였으며, 공포게임 또한 많은 발전과 사랑을 받고 있다. 본 논문에서는 HMD기기 Oculus Rift를 이용하여 몰입감을 최대한 올린 공포게임에서 적대적 상황을 유발하는 오브젝트의 유무가 몰입도에 어떠한 영향을 끼치는지에 대하여 뇌파 분석을 통해 알아보았으며, 두 게임의 측정된 결과 값의 차이가 유의미한 차이인지를 검증하기 위해 대응표본 t-검증을 사용하였다. 이완도는 유의미한 차이가 아니었지만, 집중도는 유의미한 차이가 있는 결과가 나왔고, 오브젝트의 속도에 따라 3가지 유형으로 분류하였고, 적대적 상황을 유발하는 오브젝트의 속도와 몰입도의 상관관계를 알아보기 위하여 실험을 진행하였다. 실험 결과 Jumpsacare Object 유형의 게임이 가장 높은 집중도를 기록하였으며, 그다음으로 Low Speed Object, High Speed Object의 순서로 나타났다. 측정된 결과 값이 유의미한 차이인지 확인하기 위하여 반복측정 분산분석을 실시하였고, 세 개의 오브젝트 유형 중 어느 유형에 따라 집중도의 차이가 있는지 사후분석을 위해 쌍대 비교를 사용하여 재검증하였다. Since the invention of Oculus in 2002, consumers have experienced high level of immersion and the sense of reality at lower cost in contents like game. It greatly increased virtual reality contents, and horror games are being loved as well. In this study, a brain-wave analysis was used to investigate the impact of hostile objects on the player's immersion, in a horror game where the sense of immersion is maximized using an Oculus Rift, a type of Head-Mounted Display(HMD) equipment. Paired t-test was conducted in order to verify if the difference of the immersion level between two games is meaningful. The result was that the difference of attention between them was statistically meaningful, whereas that of meditation was not. Also, experiments were performed to investigate the correlation between the moving speed of hostile objects and the player's immersion. For this, 3 types of games were played, which were differentiated by the moving speed of hostile objects in them. The result showed that the immersion in the game with Jumpscare Object was the highest, followed by that in the game with Low Speed Object and that in High Speed Object. In order to verify if the differences of immersion among them are meaningful, repeated ANOVA was conducted. In addition, post-hoc analysis was performed to examine which pair of games had difference of immersion.

실험영상에서 색감과 형태에 따른 프레즌스 강화

전성신 중앙대학교 첨단영상대학원 2016 국내박사

The presence is the feeling of being in "the place in the images" when watching media contents, artwoks and moving images. Presence can be initiated or modified including five perception such as vision, auditory sensation, tactile sensation, and also, rendering devices. Previous studies include the research on what is the main factor to enhance the presence. In this paper, the author raises a question: what makes presence in artistic works and how to increase the feeling of presence. In this paper, first, we define “presence” as a physiological and emotional feeling which feels that he or she is immerged in a specific artworks when he or she is very interested in the artwork. Second, we analyze what is the main factor to make presence. Third, we analyze how to increase the feeling of presence and how to measure the increased presence. To measure the presence, we use a combined approach of subjective and objective measurement: survey research and brain signals (EEG) analysis. For the subjective survey, the author uses PQS (Presence Questionnaire Survey) and IDQS (Individual Differences Questionnaire Survey). The author experimented with 30 random populations (we set high variation on sex, age, and emotional state) to analyze the relationship between presence and identified factors. To guarantee the reliability of our measurement, we performed Cronbach′s α (alpha) test. Experimental results show that Cronbach′s α exceeds 0.6 for the PQS and IDQS, and it means that we can guarantee the validity of the PQS and IDQS survey results. We also cross-checked the survey with EEG test for the populations. To guarantee the reliability of EEG test, we also analyze the cross-relation between EEG response and PQS. Experimental results show that we get the cross-correlation of 0.65, which we can trust as a good measurement of presence. From our experiment the author concludes that (1) opponent color (e.g. yellow and blue) makes strong excitation on presence, (2) interactivity (e.g. interaction depending on viewing distance) also makes strong excitation to the presence. In this paper, we believe that there are strong presence even in the abstract images, and it can be stronger than photo-realistic images if we well-design color, forms, and interactivity on the artwork. From experimental results, the author identified the three main factors of presence: color, shape, and interactivity. To verify the proposition: “we can control color, shape, and interactivity to level up and down the presence”, the author designed and implemented a media art “The Light” which uses the color, light trace (shape), and interactivity with audience to increment the presence. Frequency spectrum of light on specific object which we perceive makes color; Motion of light or trace of light with object makes shape, which we perceived in our human visual system; Interactivity or perceived distance between object and observer makes intensity of perception. The author experimented with "The Light" using subjective survey (PQS and IDQS) and objective test (brain signals analysis using EEG). From experimental result with “The Light” moving images, we conclude that we can make more presence as we add more interactivity with images at the experimental images. As we get more focused on art works, photo-realistic images is transformed into abstract images, which is mentioned in abstract expression artists. In this paper, the author contributes to three main aspects. (1) the author defines new definition of presence, which we feel when we get more focused on the specific art works. (2) the author identifies three main factors of presence: color, shape, and interactivity which is the interaction between audience and the light emerged from art works. (3) the author gives a measurement guideline using survey research including PQS and IDQS and brain signal analysis using EEG test. To guarantee the reliability of our measurement, the author performed internal consistency reliability test and got 0.6 Cronbach coefficient. (4) the author presents an exemplar media art “The light” which uses the main controlling factor to set the presence level. 최근 커뮤니케이션 과정과 가상 상황에서 겪는 심리학적 · 생리학적 반응이 중요한 연구과제로 부각되었다. 순수예술 작품을 포함하여 미디어 아트, 영화 등을 보면서 작품에 몰입하게 되는 경우가 있다. 프레즌스를 위한 심리적인 작용은 촉각, 시각, 청각, 후각을 포함한 오감과 매체에 의해 촉발될 수 있다. 이런 근거로, 촉각적 프레즌스, 네비게이셔널 프레즌스, 디바이스에 따른 프레즌스 등 다양한 프레즌스 형태가 가능하며, 본 논문에서는 실험영상작품의 공간적 프레즌스에 관한 연구에 중심을 두었다. 본 논문에서는 프레즌스가 발생되는 환경, 강화조건이 무엇인지에 대한 의문점에서 출발하였다. 첫번째는, 프레즌스 발생의 주요요인은 무엇인지, 두번째는, 그러한 요인을 어떻게 강화할 수 있는 지였다. 본 논문에서 다룬 주요 문제는 다음과 같다. (1) 어떤 영상 이미지의 색감과 형태에 따라 강화되는지, (2) 관람자의 감성에 따른 프레즌스의 변화 정도, (3) 인터랙티비티가 프레즌스 강화에 영향을 미치는 정도이다. 본 논문에서는, 프레즌스를 ‘관람객이 예술작품 관람 시 나타내는, 이미지에 관한 심리학적 · 생리학적 반응’ 로 정의하였다. 관람객 자신이 보고 있는 영상 콘텐츠의 공간속에 있는 느낌이나 심리적 경험을 프레즌스로 정의하였다. 실험영상과 인터랙티브가 가미된 실험영상의 프레즌스를 측정하기 위해, 기존 프레즌스 측정연구를 토대로 새로운 설문지 조사형태인 PQS (Presence Questionnaire Survey), IDQS (Individual Differences Questionnaire Survey)를 구성하였으며, 뇌파측정 방법인 EEG (electroencephalogram) 측정을 결합하여 실험하였다. 프레즌스 측정 대상은 30명이었으며, 다양한 직업군, 혈액형, 연령, 성별의 변이가 다양하게 대상군을 정하였다. PQS 설문지 분석을 통해, 감각적 프레즌스, 공간적 프레즌스를 측정하였다. 감각적 프레즌스를 평가하기 위해, (1) 영상안의 사물들이 실재하고 있는 것처럼 보였는가?, (2) 영상안의 사물들이 실재하고 있는 것처럼 느꼈는가? 를 측정하였으며, 공간적 프레즌스를 평가하기 위해, (1) 영상을 보는 동안 영상 안에 내가 존재 하는 것처럼 느꼈는가?, (2) 영상 안의 장소에 내가 방문한 것 같은 느낌을 받았는가? 를 측정하였다. PQS 측정결과를 통해, 이미지가 실제세계와 비슷해 보이는 점, 또한 그렇게 느끼는 점, 공간에 있다는 느낌, 그 장소를 방문한 것 같다는 느낌이 프레즌스를 느끼는데, 가장 중요한 요인임이 밝혀졌다. IDQS 측정에서는 프레즌스를 결정하는 주요요인은 그날의 관람자 개인의 감정상태가 매우 중요하다는 것을 알 수 있었다. 프레즌스 강화요인 중에서 인터랙티비티 요인의 중요성을 실증하기 위해, 구체적인 실험영상작품 「The Light」을 제작하였다. 설문지를 통한 평가와 EEG 뇌파신호 분석을 통한 평가를 통해, 실험영상에 인터랙티브가 가미된 영상을 제작하는 것이 프레즌스를 높인다는 결과를 얻었다. 이를 통해, 관람객들이 수동적인 감상자가 아닌 능동적인 참여자이자 작품의 주체가 되는 경우, 프레즌스가 강화될 수 있음을 확인하였다. 본 논문은 관람객이 예술작품을 통해 느끼는 몰입상태인 프레즌스를 정의하고, 프레즌스를 이루는 중요한 요인이 색감과 형태, 인터랙션임을 확인하였다. 구체적인 검증을 위해, 본인이 제작한 실험영상을 대상으로, 색감, 형태, 인터랙션이 프레즌스에 미치는 영향을 분석하였으며, 검증을 위한 수단으로 설문지와 뇌파검사에 의한 평가지표를 제시하였다. 본 논문의 연구를 통해, 다양한 프레즌스 강화요소인 관람자의 감정 상태, 색감, 형태, 인터랙티비티의 영향을 분석하는 프레임워크를 제시함으로써, 프레즌스 강화 연구의 기초적이며 실증적인 방법을 제시하였다.