선형 및 회전운동 자극에서의 HMD (Head Mounted Display) 시스템 시간지연에 의한 멀미의 영향 고찰

Abstract

최근 가상현실(VR, Virtual Reality) 관련 기기 및 콘텐츠가 새로운 시장으로 떠오르고 있다. 가상현실을 시각적으로 구현하는 효과적인 방법으로써 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)가 사용되고 있다. 그러나 HMD를 사용하여 가상현실 구현 시 가상현실 공간 및 HMD 특성으로 인해 감각 충돌이 발생하여 사용자가 멀미를 느끼게 된다. HMD를 이용하여 구현한 가상현실에서 감각 충돌을 야기하는 요소 중 HMD 성능과 밀접한 관계가 있는 시간지연(Latency)은 사용자의 머리 움직임에 대한 화면 변화가 HMD 화면으로 출력되기까지 소요되는 시간이다. 시간지연이 클수록 HMD 사용자의 움직임에 대한 시각적 피드백과 실제 움직임과의 차이가 크게 발생하여 감각충돌로 인한 멀미가 발생한다. 선행 연구에서 HMD 시스템의 시간지연이 클수록 멀미가 증가하는 것이 보고되었으며 사람이 시간지연을 느낄 수 없게 되어 멀미에 영향을 미치지 않게 되는 임계 시간지연의 존재가 예견되었으나 적절한 수준의 시간지연 정도에 대하여 알려진 바가 없다. 앞서 HMD의 시간지연과 멀미의 상관관계를 확인하기 위한 실험이 있었으나 서로 상반되는 결과가 보고되었고 이는 멀미를 야기하는 움직임 자극 요소에 대한 세부적인 구분 및 재현 가능한 일관성 있는 자극 설정이 부족하였기 때문으로 생각된다. 그러므로 본 연구에서는 HMD 시스템의 시간지연이 사용자의 멀미에 미치는 영향을 실험을 통해 확인하되 가상현실을 구현하기 위한 HMD 사용 시 겪을 수 있는 운동 자극을 선형 및 회전 그리고 자발적 및 비자발적 움직임으로 구분하여 각 움직임 자극 요소에서의 시간지연과 멀미에 대하여 고찰하였다. 자발적 움직임보다 비자발적 움직임에서 멀미가 더 발생한다고 보고되었기 때문에 만약 비자발적 선형 운동보다 자발적 회전운동에서 시간지연에 대해 민감하게 멀미가 발생한다면 모든 회전운동 자극은 선형 자극보다 시간지연의 증가에 대하여 민감할 것이라는 가설을 세워 실험을 수행하였다. 실험 과정은 HMD 시스템의 시간지연을 측정한 후 시스템 내에서 시간지연을 추가하며 일정한 움직임 자극에서 발생한 멀미를 측정하였다. 피험자 11명을 대상으로 비자발적 선형 자극 (0.25, 0.32 Hz) 실험을 수행하였으며 피험자 5명을 대상으로 자발적 회전운동 자극(0.32 Hz)에 대한 실험을 수행하였다. 실험 결과 비자발적 선형 자극에서는 약 300~400 ms 구간에서 임계 시간지연이 존재함을 확인할 수 있었으며 자발적 회전 자극에서는 약 150 ms 이하의 시간지연에서 멀미에 대한 임계 시간지연이 존재하였다. 그러므로 HMD 시스템에서 발생하는 시간지연으로 인한 멀미는 선형 운동 자극에서보다 회전 운동에서 더 크게 발생하기 때문에 멀미 감소를 위한 연구 및 HMD 개선 연구에서 선형 운동 자극보다 회전 운동에 집중하여 고찰해야 한다.