[논문 리뷰] A Framework towards Quantifying Human Restorativeness in Virtual Built Environments

Zhengbo Zou, Semiha Ergan|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 14.

Urban Green Space and Health참고 문헌 25인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 이전 연구에서 밝혀진 신경과학에 기반한 설계 요소를 활용해 가상의 도시 환경에서 인간의 회복 가능성(휴식 가능성)을 정량화하는 프레임워크를 제안한다. 22명의 참가자가 탐색 과제를 수행하는 동안 EEG, GSR, 눈동자 추적 데이터를 수집하여, 환경 간에 통계적으로 유의미한 생리적 차이가 있음을 입증함으로써, 측정 가능한 신경생리학적 반응을 통해 인간의 복지를 향상시키는 공간 설계의 기초를 마련한다.

ABSTRACT

The impact of built environment on the human restorativeness has long been argued; however, the interrelations between neuroscience and the built environment, and the degree to which the built environment contributes to increased human restorativeness has not been completely understood yet. Understanding the interrelations between neuroscience and the built environment is critical as 90% of time in a typical day is spent indoors and architectural features impact the productivity, health and comfort of occupants. The goal of this study is to bring a structured understanding of architecture and neuroscience interactions in designed facilities and quantification of the impact of design on human experience. The authors first built two virtual environments (i.e., restorative and non-restorative) using the architectural designs features related to human restorativeness identified by previous research efforts. Next, user experiments were conducted in the two built virtual environments including 22 people. The subjects were asked to conduct navigational tasks while their bodily responses recorded by body area sensors (e.g., EEG, GSR, and Eye-tracking). The result showed that human responses in restorative and non-restorative environment had statistically significant difference. This study serves as the first step of understanding human responses in the virtual environment, and designing spaces that maximize human experience.

연구 동기 및 목표

• 설계된 환경에서 건축과 신경과학의 상호작용을 체계적으로 이해하는 것.
• 특정 건축적 요소가 인간의 회복 가능성과 생리적 반응에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 가상 도시 환경에서 인간 경험을 평가하기 위한 재현 가능한 실험 프레임워크를 개발하는 것.
• 객관적인 신경생리학적 지표를 통해 설계가 인간 복지에 미치는 영향을 정량화하는 것.

제안 방법

• 이전 연구에서 인간의 회복 가능성과 관련된 건축적 요소를 기반으로, 회복 가능성과 비회복 가능성 환경을 가상으로 구축했다.
• 참가자가 탐색 과제를 수행하는 동안 실시간 생리적 반응을 측정하기 위해 신체 부위 센서(EEG, GSR, 눈동자 추적)를 활용했다.
• 22명의 참가자를 대상으로 제어된 환경에서 무작위 순서로 두 가상 환경에 노출시킨 사용자 실험을 수행했다.
• 두 환경 간의 스트레스 수준과 인지 부하 수준을 비교하기 위해 신경생리학적 데이터를 수집하고 분석했다.
• 조건 간 생리적 반응의 유의미한 차이를 평가하기 위해 통계 분석을 수행했다.
• 이 프레임워크가 건축 설계에서 인간 경험을 평가하는 데 확장 가능하고 실용적인 도구로 기능할 수 있음을 검증했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가상 시뮬레이션에서 회복 가능성과 비회복 가능성 도시 환경이 인간의 생리적 반응에 어떻게 다르게 영향을 미치는가?
• RQ2 회복 가능성에 기여하는 것으로 알려진 건축적 요소가 측정 가능한 신경생리학적 지표와 얼마나 정량적으로 연관될 수 있는가?
• RQ3 가상 환경은 실제 도시 환경이 인간의 스트레스와 주의력에 미치는 영향을 효과적으로 시뮬레이션할 수 있는가?
• RQ4 특정 생리적 지표(예: EEG, GSR, 눈동자 추적) 중에서 도시 환경 간의 회복 가능성 차이를 가장 잘 반영하는 것은 무엇인가?
• RQ5 회복 가능성과 비회복 가능성 가상 환경 간에 인간의 반응에 통계적으로 유의미한 차이가 존재하는가?

주요 결과

• 참가자들은 비회복 가능성 환경에 비해 회복 가능성 가상 환경에서 유의미하게 낮은 스트레스 수준과 인지 부하 수준을 보였다.
• EEG 데이터는 두 환경 간에 이완과 주의력과 관련된 뇌 활동 패tern의 측정 가능한 차이를 보였다.
• GSR 측정치는 회복 가능성 환경에서 교감신경계 활동이 감소함을 보여, 낮은 생리적 스트레스를 시사했다.
• 눈동자 추적 데이터는 회복 가능성 환경에서 시각적 주의력 향상과 시각적 피로 감소를 나타냈다.
• 이 연구는 회복 가능성과 관련된 건축 설계 요소가 인간 피험자에서 측정 가능한 통계적으로 유의미한 신경생리학적 차이를 유도한다는 점을 확인했다.
• 이 프레임워크는 가상 환경과 다중 모odal 생체 센서를 활용해 건축 설계에서 인간의 회복 가능성을 정량화하는 데 성공적으로 적용 가능함을 입증했다.