모멘트 컨트롤러 : 가상 물체의 무게 인지를 증강시키는 VR 컨트롤러 :Moment controller : VR controller to augment weight perception of virtual objects

백미선

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자료유형: 학위논문

저자정보: 백미선 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 김헌

발행연도: 2020

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

VR 컨트롤러의 모멘트 변화에 따른 최소 무게 차이 인지에 관한 연구

백미선 , 김헌 한국게임학회 논문지 2020.02 학술저널

모멘트 컨트롤러 : 가상 물체의 무게 인지를 증강시키는 VR 컨트롤러

백미선 디자인기술융합 2020.01 학위논문

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최근 들어 디지털 경험을 실제와 같이 느끼는 몰입 경험(immersive experience)에 대한 기술이 주목 받고 있다. 컴퓨터로 만든 가상 환경을 인간이 간접 체험할 수 있 게 하는 가상 현실(virtual reality, VR)은 대표적인 몰입 기술 중 하나이다. 그러나 현 존하는 VR 보조 기기는 시청각 자극 외에는 컨트롤러를 통한 진동 햅틱(haptic)만을 제공하여 무게가 서로 다른 가상 물체와의 상호 작용 시 사용자에게 현실감을 전달 하는데 한계가 있다. 본 연구는 이러한 한계의 극복을 목표로 하였다.
본 연구에서 개발한 장치인 ‘모멘트 컨트롤러’는 무게 감각 전달 방법으로 모멘트 (moment)의 개념을 활용하였으며 선형적 이동방식으로 무게 중심의 위치를 변화시 키는 ‘무게부’의 구성을 전제로 하였다. 조사 및 실험을 통해 컨트롤러는 135?꺾인 구조로 설계하였고 무게의 단계 수는 4단계, 무게부의 정지 위치는 4.5cm의 균등한 간격으로 배치하여 제작하였다.
본 연구에서는 모멘트 컨트롤러와 사용성 평가용 애플리케이션을 통해 실험 참여 자가 다양한 무게 속성의 가상 물체와 상호 작용하며 태스크를 수행하는 방식으로 사용성 평가를 진행하였다. 그 결과, 사람들은 모멘트 컨트롤러를 이용할 때 기존 컨트롤러보다 더 많은 현실감을 느꼈다. 반면 부조화로운 무게가 적용되었을 때에도 기존 컨트롤러의 방식보다 더 비현실적이라고 인지하여 조화?부조화의 무게감 전달 모두 콘텐츠의 기획 의도에 따라 효용성이 있었다. 또한, 가상 물체의 외형이 동일 하여 무게에 대한 시각적 힌트가 없는 경우, 모멘트 컨트롤러의 무게 전달 방식은 태스크 수행 시간을 단축시켰다. 반면, 외형과 어울리지 않는 무게감을 전달하는 경 우에는, 무게감이 없는 컨트롤러보다 태스크 완료 시간이 오히려 증가하였다. 대부 분의 실험참여자들은 모멘트 컨트롤러가 제공하는 무게감의 차이를 인지하였고 가 상 물체의 무게차를 느낄 수 있는 상황 자체를 즐거워하였다. 특히, 기본 도형 기반 의 그래픽보다 실사 그래픽을 제시했을 때 더 긍정적인 반응을 보였으며 반대되는 무게감을 경험할 때에도 이러한 상황을 게임 요소로 인지하는 경우가 많았다.
결론적으로 모멘트 컨트롤러가 사용자에게 현실감과 비현실감을 제공할 수 있고 이것을 보상 또는 불이익 요소로 응용할 수 있는 점을 다각도로 활용한다면 가상 환경을 경험하는 사용자의 몰입을 강화할 수 있을 것으로 보인다. 본 연구의 개발과정에서 도출된 여러 이론적 근거들은 VR 및 무게 인지와 관련한 연구들에 가치 있게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

Increasing attention is being paid to the immersive experience which makes digital experience realistic. Virtual Reality (VR), which allows people to indirectly experience computer-generated virtual environments, is one of the leading immersion technologies. However, consumer-grade VR devices in the existing market provide only haptic vibration through a controller along with visual effects and fail to deliver realistic feelings to users when they interact with virtual objects of different weights. This study aims to overcome the limitation.
Moment Controller, a device developed in this study adopts the concept of moment as a means of simulating the sensation of weight and is configured to have a weight part that changes the location of the center of gravity in linear motion. Applying results derived from surveys and experiments, the Controller is designed to be deflected by 135 degrees and to have 4 levels of weight. The weight part is configured to stop at points each located at every 4.5cm interval.
In this study, we carried out a usability evaluation by using the Moment Controller and a usability evaluation app, with which test participants perform given tasks while interacting with virtual objects with various masses and appearances. It turned out that the participants perceived a more realistic sensation of weight when using the Moment Controller than with the traditional controller. Even in incongruent weights cases, users can perceive augmented impractical sense with this controller and this proves this controller is valid in both congruent and incongruent weights cases up to the creator’s intention.
In the case of virtual objects with the same shape, meaning no visual clue about their weight, the method of the Moment Controller simulating weight shortened the time for the participants to perform the tasks. On the other hand, when the virtual objects carried incongruent weight, it took a longer time to complete the task than using the old controller. Most of the participants perceived the different weight of objects provided by the Moment Controller and seemed to enjoy the simulation test itself which offered an experience of weights of virtual items. In particular, they showed a more positive response to VR graphics based on real images than those using basic geometrical objects and even found it entertaining to experience the incongruent weight of objects.
As a result, considering the fact that the method of the Moment Controller conveying weight can provide users with a sense of reality or non-reality, which can also be applied as reward or penalty, we may be able to lead users to reach enhanced immersion by applying the finding in multiple ways. It is expected that the many theoretical findings derived from the process of this study can serve as a valuable ground for studies related to VR technology and weight perception.

요약
표 목차
그림 목차
I. 서론
1. 연구의 배경
2. 연구의 범위와 목적.
II. 이론적 배경
1. VR 보조 기기 시장 현황
2. VR 보조 기기의 한계를 극복하기 위한 노력
3. 무게 감각을 전달하는 VR 보조 기기
4. 모멘트
III. 조사 및 실험
1. 장치의 각도
2. 무게의 단계
3. 무게감의 역치: 예비 실험
4. 무게감의 역치: 본 실험
5. 조사 및 실험의 결론
IV. 모멘트 컨트롤러 설계
1. 시스템 설계
2. 하드웨어 설계 및 제작
3. 컨셉 디자인 및 제작
V. 사용성 평가
1. 사용성 평가 설계
2. 평가용 소프트웨어
3. 사용성 평가 진행
4. 사용성 평가 결과
VI. 결론 및 고찰
참고문헌
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