[논문 리뷰] Manifest the Invisible: Design for Situational Awareness of Physical Environments in Virtual Reality

Zhenyi He, Fengyuan Zhu외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 16.

Virtual Reality Applications and Impacts참고 문헌 23인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 몰입을 해치지 않으면서 가상현실에서 물리적 환경에 대한 사용자들의 상황 인식을 향상시키기 위해 인덱시컬, 상징적, 인상적 표현 방식을 각각 긍정적, 중립적, 부정적 정서를 동반하여 제안한다. 결과적으로 높은 생생함이 상황 인식을 향상시키며, 정서적으로 영향을 주는 디자인은 참여도를 높이고, 가상 장면과 일치하는 디자인은 몰입의 끊김을 줄인다.

ABSTRACT

Virtual Reality (VR) provides immersive experiences in the virtual world, but it may reduce users' awareness of physical surroundings and cause safety concerns and psychological discomfort. Hence, there is a need of an ambient information design to increase users' situational awareness (SA) of physical elements when they are immersed in VR environment. This is challenging, since there is a tradeoff between the awareness in reality and the interference with users' experience in virtuality. In this paper, we design five representations (indexical, symbolic, and iconic with three emotions) based on two dimensions (vividness and emotion) to address the problem. We conduct an empirical study to evaluate participants' SA, perceived breaks in presence (BIPs), and perceived engagement through VR tasks that require movement in space. Results show that designs with higher vividness evoke more SA, designs that are more consistent with the virtual environment can mitigate the BIP issue, and emotion-evoking designs are more engaging.

연구 동기 및 목표

• 몰입형 VR 경험 중 사용자들이 물리적 주변 환경을 인지하도록 유지하는 데 있어 안전 사고와 정서적 불편을 방지하는 데 핵심적인 과제를 해결한다.
• 실제 세계에 대한 인식 향상과 가상 몰입 유지 사이의 상충 관계를 완화한다.
• 미학적 차원인 생생함과 정서가 VR 내 물리적 요소의 환경 표현 설계에 어떻게 활용될 수 있는지 탐색한다.
• 다양한 표현 정밀도가 상황 인식, 몰입의 끊김(BIPs), VR 작업에서의 인지된 참여도에 미치는 영향을 평가한다.
• 환경적 및 사회적 몰입의 일부로 물리적 환경 요소를 가상 장면에 통합하기 위한 설계 지침을 제공한다.

제안 방법

• 미학 이론을 바탕으로 생생함(인덱시컬, 상징적, 인상적)과 정서(긍정적, 중립, 부정적)의 두 차원을 기반으로 다섯 가지 표현 정밀도를 설계한다.
• 이러한 디자인을 구현하여 물리적 객체와 사람을 가상 환경 내의 가상 실체로 렌더링하고, 장면의 시각적 및 정서적 맥락에 통합한다.
• 이동 및 상호작용이 필요한 공간적 VR 작업을 수행하는 25명의 참가자 대상 내부 설계 실험을 실시한다.
• 작업 성과와 자가 보고를 통해 상황 인식을 측정하고, 표준 척도를 통해 몰입의 끊김(BIPs)을 측정하며, 자가 평가를 통해 인지된 참여도를 측정한다.
• 생생함과 정서의 성향이 미치는 영향을 분석하기 위해 다섯 가지 디자인을 모두 세 가지 지표에서 체계적으로 비교한다.
• 참가자들의 정성적 피드백을 분석하여 현실감, 신뢰성, 정서적 디자인이 유도하는 산만함에 대한 인식을 이해한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가상현실 내 환경 표현에서 생생함의 수준(인덱시컬, 상징적, 인상적)이 사용자들의 물리적 환경 상황 인식에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 정서적으로 영향을 주는 디자인(긍정적, 중립, 부정적)이 몰입의 끊김(BIPs)과 VR 내 사용자 참여도에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 디자인과 가상 환경 간의 일치성이 현실감과 사용자 몰입도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 정서적으로 강렬한 표현이 산만함이나 BIPs 위험을 동반하더라도 사용자 참여도를 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 정서의 성향(긍정 대비 부정)이 사용자가 가상현실 내 물리적 환경 요소를 인식하고 반응하는 데 있어 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 특히 인덱시컬 및 인상적 표현 방식을 포함한 높은 생생함을 가진 디자인은 VR 내 물리적 요소에 대한 사용자들의 상황 인식을 유의미하게 향상시켰다.
• 가상 환경의 시각적 및 맥락적 톤과 일치하는 표현 방식은 몰입의 끊김(BIPs) 발생 빈도를 감소시켜 가상 장면에 더 잘 통합된다는 것을 시사했다.
• 정서를 자극하는 디자인(긍정적 및 부정적)은 중립적 디자인보다 더 높은 인지된 참여도를 유도했지만, 정서의 성향은 BIPs나 상황 인식에 유의미한 영향을 주지 않았다.
• 참가자들은 정서적으로 강렬한 디자인이 주목을 더 강하게 끌었다며, 일부는 초기에 불안하거나 호기심을 느꼈지만, 점차 표현 방식이 물리적 객체임을 인지했다고 보고했다.
• 상징적(SYB) 표현 방식은 현실감이 떨어지고 더 모호하게 느껴져 초기 단계에서 혼란을 유발했지만, 시간이 지남에 따라 사용자들이 적응하면서 신뢰성이 향상됨을 보여주었고, 이는 친숙함이 신뢰성 향상에 기여함을 시사한다.
• 실제 물리적 객체와 유사하게 구현된 인덱시컬 표현( IDX )은 즉각적인 인식과 상황 인식 향상에 가장 효과적이었지만, 일부 사용자는 그 높은 현실감으로 인해 불편함을 느꼈다.