가상 현실 환경에서 사용자 이동 표현 방식이 공간 인식에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 가상 현실 환경에서 사용자 이동 시 제공되는 이동 표현이 공간 인식에 미치는 영향을 확인하고자 한다. VR 환경은 무한히 확장 가능한 가상 공간에서 높은 몰입감을 제공함으로써 사용자가 현실과 유사한 감각적 경험을 체험할 수 있도록 설계된다. 이동은 주변 환경과의 상호 작용에 있어 필수적이며, 사용자는 위치를 이동하면서 점진적으로 변화하는 가상 환경에 대한 정보를 수집할 수 있다. 그러나 VR 기기를 착용하고 있는 사용자의 실제 공간은 시스템이 추적 가능한 경계로 제한되기 때문에 대규모의 가상 공간을 탐색하기 위해서는 사용자가 컨트롤러를 조작하여 움직이는 인위적인 이동 기술이 필요하다. 인위적인 이동은 사용자의 신체 움직임 없이 헤드 마운트 디스플레이를 통해 시청하는 화면만 지속적으로 전환되어 시각-전정 감각 간에 불일치가 발생한다. 이는 공간적 혼란을 야기하고 현존감을 감소시켜 사용자의 공간 인식과 작업 수행에 부정적 영향을 미칠 수 있다.
따라서 본 연구에서는 가상 현실 환경의 이동 표현 방식인 이동 범위 자유도, 경로 연속성, 회전 제어가 사용자의 공간 인식에 미치는 영향을 탐구하고, 효과적인 공간 인식을 지원하는 이동 표현 방식을 확인하고자 하였다. Unity 3D Engine을 통해 구현된 VR 환경에서 참가자는 목표물을 수집하고 객체의 위치를 기억하는 과업을 수행하였으며, 이 과정에서 이동 범위 자유도(2가지), 경로 연속성(2가지), 회전 제어(2가지)의 세 가지 이동 표현을 조작하였다. 공간 인식은 객체 수집 시간과 객체 위치 기억 정확도, 그리고 현존감 척도를 통해 측정하였다.
연구 결과, 노드 기반의 제한된 이동 범위는 공간 이동 시 현존감을 저하시키고, 연속적인 이동 경로는 공간 인식을 향상시키는 것으로 나타났다. 또한, 신체를 직접 움직여 회전할 때 전반적인 공간 인식 수준이 모두 향상되는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 공간 탐색을 주요 목적으로 하는 VR 콘텐츠에서 사용자 이동 표현 방식을 설계하는 데 중요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to determine the effects of locomotion representations provided when users move in a virtual reality environment on spatial awareness. The VR environment is designed to enable users to experience a reality-like sensory experience by providing a high sense of immersion in an infinitely expandable virtual space. Locomotion is essential for interacting with the environment, and users can collect information about the virtual environment that gradually changes as they move their location. However, since the physical space of the user wearing the VR device is limited by the boundaries that the system can track, the artificial locomotion technology that allows the user to move by manipulating a controller is mainly needed to explore large virtual spaces. The artificial locomotion continuously switches the screen displayed through the head-mounted display without the user's body locomotion, resulting in a discrepancy between visual and vestibular senses. This can lead to spatial disorientation and reduce presence, which negatively affects the user's spatial awareness and task performance.
Therefore, the aim of this study was to investigate the effects of locomotion representation in a virtual reality environment, such as locomotion range, path continuity, and rotation control, on the user's spatial awareness and to identify a locomotion representation that supports effective spatial awareness. In a VR environment implemented by the Unity 3D Engine, participants performed the task of collecting targets and recalling the location of object, and locomotion range (2 levels), path continuity (2 levels), and rotation control (2 levels) were manipulated. Spatial awareness was measured by object collection time, object recall accuracy, and presence scale.
As a result of the study, it was found that a limited node-based locomotion range reduces the sense of presence when moving through space, while a continuous locomotion path improves spatial awareness. In addition, it was confirmed that overall spatial awareness improved when the body was directly moved and rotated. The results of this study are expected to serve as important baseline data for designing methods to express user movements in VR content with the main purpose is spatial exploration.

목차 (Table of Contents)

• 표 차례
• 그림 차례
• 국문 요약
• 제 1장 서론
• 1.1. 연구 배경
• 1.2. 연구 목적
• 제 2장 이론적 배경
• 2.1. VR 공간 이동
• 2.1.1. VR에서 이동의 역할
• 2.1.2. 인위적 이동
• 2.1.3. 감각 갈등 이론
• 2.2. 사용자 이동 표현
• 2.2.1. 이동 범위 자유도
• 2.2.2. 이동 경로 연속성
• 2.2.3. 회전 제어 방식
• 2.3. 이동과 공간 인식
• 제 3장 연구 방법
• 3.1. 가설
• 3.2. 실험 설계
• 3.2.1. 독립 변수
• 3.2.2. 종속 변수
• 3.3. 실험 구성
• 3.3.1. 실험 참가자
• 3.3.2. 실험 환경
• 3.3.3. 자극물 설계
• 3.4. 실험 절차
• 3.4.1. 실험 단계
• 3.4.2. 과업
• 3.5. 자료 수집 및 분석
• 제 4장 연구 결과
• 4.1. 설문 문항 타당성 검증
• 4.2. 정규성 검정
• 4.3. 가설 검정
• 4.3.1. 이동 범위 자유도에 따른 VR 공간 인식
• 4.3.2. 이동 경로 연속성에 따른 VR 공간 인식
• 4.3.3. 회전 제어 방식에 따른 VR 공간 인식
• 4.4. 인터뷰 결과
• 제 5장 논의
• 5.1. 이동 범위 자유도에 따른 VR 공간 인식
• 5.2. 이동 경로 연속성에 따른 VR 공간 인식
• 5.3. 회전 제어 방식에 따른 VR 공간 인식
• 제 6장 결론
• 6.1. 연구 의의
• 6.2. 연구 한계점
• 6.3. 추후 연구
• 참고 문헌
• 부록
• 영문 요약