[논문 리뷰] Some Experimental Results of Relieving Discomfort in Virtual Reality by Disturbing Feedback Loop in Human Brain

Wei Qionghua, Hui Wang외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 19.

Virtual Reality Applications and Impacts참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 제어 이론 모델에 기반해 감각 불일치가 불편함을 유발한다는 점을 바탕으로, 머리 움직임 중에 제어된 시각 흐림을 도입하여 가상현실에서 사이버질병을 저감하는 저비용 방법을 제안한다. 삼성 갤럭시 S6 기반의 VR 설정에서 수행된 실험은 SSQ를 통해 자가 보고된 메스꺼움 감소를 입증하여, 의도적으로 시각 피드백 루프를 방해함으로써 고가의 하드웨어 업그레이드 없이도 불편함을 효과적으로 완화시킬 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

Recently, great progress has been made in virtual reality(VR) research and application. However, virtual reality faces a big problem since its appearance, i.e. discomfort (nausea, stomach awareness, etc). Discomfort can be relieved by increasing hardware (sensor, cpu and display) speed. But this will increase cost. This paper gives another low cost solution. The phenomenon of cybersickness is explained with the control theory: discomfort arises if feedback scene differs from expectation, so it can be relieved by disturbing feedback loop in human brain. A hardware platform is build to test this explanation. The VR display on a Samsung S6 is blurred while head movement is detected. The effect is evaluated by comparing responses to the Simulated Sickness Questionnaire (SSQ) between a control and experimental condition. Experimental results show that the new method can ease discomfort remarkably with little extra cost. As a result, VR may be used more widely in teaching (like foreign language, medicine). It's also reasonable to expect likewise merits in other VR applications.

연구 동기 및 목표

• 기술적 발전에도 불구하고 광범위한 보급을 저해하는 가상현실에서의 지속적인 사이버질병 문제를 해결하기 위해.
• 뇌에서 예상된 시각 피드백와 실제 시각 피드백 간의 감각 갈등이 불편함을 유발하는지 조사하기 위해.
• 가상현실에서 사이버질병을 감소시키기 위한 하드웨어 집약적인 솔루션의 저비용 대안을 개발하고 시험하기 위해.
• 머리 움직임 중에 시각 흐림을 도입하는 것이 피드백 루프를 방해하고 불편함을 감소시키는 수단으로서의 효과를 평가하기 위해.

제안 방법

• 제어 이론을 적용하여 예상된 시각 운동과 실제 시각 운동 간의 불일치가 사이버질병의 원인임을 모델링한다.
• 실시간으로 머리 움직임 중에 시각 흐림을 구현하기 위해 삼성 갤럭시 S6 스마트폰을 VR 디스플레이로 사용하는 하드웨어 플랫폼을 설계한다.
• 기기의 관성 센서(가속도계 및 자이로스코프)를 통해 머리 운동이 감지되면 흐림 기능을 활성화한다.
• 머리가 정지해 있을 땐 정상적인 시각 선명도를 유지하여 뇌의 감각 불일치를 방해하는 동적 피드백 루프를 형성한다.
• 대조 조건(흐림 없음)과 실험 조건(운동 중 흐림)을 비교하는 간접 대조 설계를 사용한다.
• 노출 후 사용자 보고된 불편 수준을 정량화하기 위해 시뮬레이션된 질병 질문지(SSQ)를 시행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 머리 움직임 중에 시각 흐림을 도입하면 가상현실 사용자의 자가 보고된 사이버질병 감소에 기여하는가?
• RQ2 제어 이론이 예측한 바와 같이 뇌의 시각 피드백 루프를 방해하면 불편감의 측정 가능한 감소가 이루어지는가?
• RQ3 이 방법은 고가의 하드웨어 업그레이드에 비해 사이버질병 감소를 위한 저비용 대안으로 효과적인가?
• RQ4 기본적인 가상현실 경험과 비교했을 때, 제안된 방법은 사용자 편안함과 사용성 측면에서 어떤가?

주요 결과

• 운동 유도 흐림이 적용된 실험 조건에서 대조 조건에 비해 유의미하게 낮은 SSQ 점수를 기록하여 불편감 감소가 확인되었다.
• 참가자들은 흐림 조건에서 메스꺼움과 위의 느낌이 줄어들었다고 보고하여, 피드백 루프를 방해함으로써 사이버질병이 완화된다는 가설을 지지한다.
• 기존의 센서와 디스플레이만을 사용하여 최소한의 하드웨어 수정으로도 의미 있는 불편감 감소를 달성하였다.
• 결과는 이 방법이 확장 가능하고 비용 효율적이며, 언어 학습 및 의료 교육과 같은 분야에서 가상현실의 접근성을 높일 수 있음을 시사한다.
• 뇌의 피드백 시스템에서의 감각 불일치가 사이버질병의 핵심 원인임을 확인하였고, 이에 대한 타겟된 방해 조치가 이를 완화시킬 수 있음을 입증하였다.
• 이 방법은 게임 외에도 장기간 사용이 요구되는 교육 및 치료적 응용 분야에서의 응용 가능성에 있어 희망적인 전망을 보인다.