다감각 피드백 기반 VR Portal 환경에서 인지 정확도 향상 = Enhancing cognitive accuracy in VR portal environments through multisensory feedback

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In immersive virtual‐reality (VR) environments, users typically rely almost exclusively on visual information, which can limit both presence and realism. In this study, we investigated whether olfactory and auditory cues could compensate for the restricted visual information inherent to Portal‐based locomotion. Two experiments were conducted to assess the effects of multisensory stimulation on spatial and object recognition. Experiment 1 involved 27 participants who were asked to select, from among four VR Portals, the environment best matching a given description (e.g.,“forest trail”). Four sensory conditions were tested: visual only (V), visual + olfactory (VO), visual + auditory (VA), and visual + auditory + olfactory (VAO). One‐way ANOVA revealed a significant effect of sensory condition on identification accuracy (p < .01), with the VAO condition yielding the highest mean accuracy and the V condition the lowest. Experiment 2 recruited 10 participants to identify objects passing through a Portal under the same four sensory conditions. Analysis showed a statistically significant improvement in accuracy for the VAO condition compared to V (p < .05). Together, these findings demonstrate that multisensory integration— particularly the simultaneous provision of olfactory and auditory cues— substantially enhances spatial and object recognition in VR Portals when visual information is limited. This work underscores the importance of incorporating olfactory and auditory stimuli in VR design to bolster immersion and usability.

Keywords: Virtual Reality, Multisensory, Olfactory device

국문 초록 (Abstract)

가상현실(VR) 환경에서는 주로 시각 정보에 의존하기 때문에 몰입감과 현실감에 한계가 있다. 본 연구는 Portal 기반 이동 기술이 제공하는 제한된 시각 정보를 역으로 활용하여, 제한된 시각 정보 에서 후각 및 청각 자극이 사용자의 공간 및 물체 인지에 미치는 영향을 평가하고자 두 차례의 실험을 수행했다.
실험 1에서는 27명의 참가자가 VR 내 네 개의 Portal 중 주어진 설명(예: “숲 속 산책로”)에 가장 적합한 Portal을 선택하도록 했다. 감각 조건은 시각(V), 시각+후각(VO), 시각+청각(VA), 시각+청각+후각(VAO) 네 가지로 구분되었다. 그 결과, VAO 조건에서 평균 정답률이 가장 높게 나왔으며 V 조건에서 가장 낮게 나왔다. 일원배치 분산분석(One-Way ANOVA) 결과 감각 조건 간 정답률 차이는 통계적으로 유의미했다. 실험 2에서는 10명의 참가자가 Portal 너머를 통과하는 물체를 식별하는 과제를 수행했다. 동일한 네 가지 감각 조건을 적용한 결과, 정답률에서 VAO 조건에서 유의미하게 향상되었다. 본 연구는 VR 내 Portal 탐색 시 다감각 자극이 시각 정보만으로는 파악하기 어려운 공간 및 물체 인지를 효과적으로 보완함을 확인했다. 특히 후각과 청각을 동시 제공할 때 인지 성능이 가장 크게 향상되며, 이는 향후 VR 설계에서 다감각 통합이 몰입감 및 사용성 개선을 위해 필수적임을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문 초록 1
• 제1장 서론 2
• 제 2장 관련 연구 4
• 2.1. VR 다감각 연구 4
• 2.2. VR 후각 장치 5
• 2.3. Portal 6
• 제 3장 파일럿 테스트 : 고정형&장착형 후각 장치 비교 7
• 3.1. VR 전용 후각 장치 7
• 3.1.1. 장착형 후각 장치 7
• 3.1.2. 고정형 후각 장치 10
• 3.2. 장착형 & 고정형 후각 장치 비교 실험 11
• 3.2.1. 실험 설계 11
• 3.2.2. 참가자 및 절차 12
• 3.3. 결과 13
• 3.3.1. 정답률 분석 13
• 3.3.2. 소요 시간 분석 14
• 3.3.3. 향 종류별 분석 14
• 3.3.4. UEQ 및 사후 설문지 14
• 3.4. 요약 및 논의 16
• 제 4장 Portal 사용시, 고정된 화면에 따른 다감각 인지 18
• 4.1. 가설 및 실험 설계 18
• 4.2 구현 및 실험 20
• 4.2.1. 구현 20
• 4.2.2. 실험 대상 22
• 4,2,3, 실험 방법 22
• 4.2.4. 실험 진행 23
• 4.3. 실험 결과 25
• 4.3.1. 정답률 및 소요 시간 25
• 4.3.2. 신뢰도 26
• 4.3.3. NASA-TLX 및 SSQ 설문 결과 27
• 4.4. 논의 31
• 제 5장 Portal 사용시, 동적인 화면에 따른 다감각 인지 33
• 5.1. 가설 및 실험 설계 33
• 5.2. 구현 및 실험 34
• 5.2.1. 구현 34
• 5.2.2. 실험 대상 38
• 5.2.3. 실험 방법 38
• 5.2.4. 실험 진행 39
• 5.3. 실험 결과 39
• 5.3.1. 정답률 및 소요 시간 39
• 5.3.2. 신뢰도, NASA-TLX 및 SSQ 설문 결과 40
• 5.4. 논의 42
• 제 6장 결론 및 향후 연구 44
• 제 7장 참고 문헌 45
• 영문 초록 51