[논문 리뷰] Evaluating the Uncanny Valley Effect in Dark Colored Skin Virtual Humans

Victor Araujo, Ângelo Brandelli Costa외 1명|arXiv (Cornell University)|2023. 12. 11.

Virtual Reality Applications and Impacts인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 어두운 피부 톤의 가상 인간에서 미스터리 골짜기 효과를 인지 실험을 통해 조사하며, 백인 피부 톤의 대조군과의 비교를 통해 현실감과 편안함 평가를 수행한다. 결과는 어두운 피부 톤 캐릭터가 덜 현실감 있고 더 편안하다고 평가되었음을 보여주며, 이는 어두운 피부 톤 캐릭터가 미스터리 골짜기의 왼쪽 측면에 위치해 있음을 시사한다. 이는 피부 톤 시뮬레이션 기법에서의 渲染 편향 때문일 가능성이 높다.

ABSTRACT

With the rapid advancement of technology, the design of virtual humans has led to a very realistic user experience, such as in movies, video games, and simulations. As a result, virtual humans are becoming increasingly similar to real humans. However, following the Uncanny Valley (UV) theory, users tend to feel discomfort when watching entities with anthropomorphic traits that differ from real humans. This phenomenon is related to social identity theory, where the observer looks for something familiar. In Computer Graphics (CG), techniques used to create virtual humans with dark skin tones often rely on approaches initially developed for rendering characters with white skin tones. Furthermore, most CG characters portrayed in various media, including movies and games, predominantly exhibit white skin tones. Consequently, it is pertinent to explore people's perceptions regarding different groups of virtual humans. Thus, this paper aims to examine and evaluate the human perception of CG characters from different media, comparing two types of skin colors. The findings indicate that individuals felt more comfortable and perceived less realism when watching characters with dark colored skin than those with white colored skin. Our central hypothesis is that dark colored characters, rendered with classical developed algorithms, are considered more cartoon than realistic and placed on the left of the Valley in the UV chart.

연구 동기 및 목표

• 어두운 피부 톤과 백인 피부 톤의 가상 인간에서 미스터리 골짜기 효과가 다를지 조사하기 위해.
• 인종 정체성이 가상 인간의 현실감과 편안함에 대한 인식에 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 인식 연구에서 부족한 다양성을 보완하고, 인지 연구에서 간과된 피부 톤을 중심으로 연구하기 위해.
• 렌더링 기법이 어두운 피부 톤의 가상 캐릭터의 현실감과 편안함에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 현재 비백인 피부 톤에 대한 CG 방법론의 편향을 규명함으로써 공정한 가상 인간 설계에 기여하기 위해.

제안 방법

• Araujo 등 [13]의 실험 설정을 복제하여 어두운 피부 톤의 가상 캐릭터만을 사용해 인지 데이터를 수집하였다.
• 다양한 현실감 수준을 가진 가상 인간 캐릭터 연속체를 시청한 참가자들로부터 현실감과 편안함 평가를 수집하였다.
• 통계적 방법을 사용하여 어두운 피부 톤 캐릭터의 인식을 백인 피부 톤 캐릭터의 기준 데이터와 비교 분석하였다.
• 참가자들을 자가 정의한 인종으로 분류하여 내집단 및 외집단 인식 효과를 분석하였다.
• 어두운 피부 톤 캐릭터의 낮은 현실감 인식의 잠재적 원인, 특히 렌더링 및 조명 기법을 조사하였다.
• 사회 정체성 이론이 다양한 인종 집단 간 가상 인간 인식에 어떻게 영향을 미치는지 탐구하였다.

(a) Dark Colored Skin Characters

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어두운 피부 톤의 가상 인간에서 미스터리 골짜기 효과가 백인 피부 톤의 경우와 다르게 나타나는가?
• RQ2 참가자들의 자가 정의한 인종 배경이 어두운 피부 톤의 가상 인간 캐릭터에 대한 현실감과 편안함 인식에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 현재의 CG 렌더링 기법이 어두운 피부 톤의 가상 인간에서 낮은 현실감 인식에 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 참가자가 캐릭터와 같은 인종으로 정체성을 느낄 경우, 가상 인간에 대한 인식에서 내집단 우월성이 나타나는가?
• RQ5 피부 톤 특화의 표면 산란 모델링을 고려해 렌더링 파이프라인을 조정함으로써 어두운 피부 톤 캐릭터의 인식을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 스티무러스 연속체에서 유사한 현실감 수준임에도 불구하고, 참가자들은 어두운 피부 톤의 가상 캐릭터에 대해 백인 피부 톤 캐릭터보다 유의미하게 낮은 현실감을 평가하였다.
• 참가자들은 백인 피부 톤 캐릭터보다 어두운 피부 톤 캐릭터를 더 편안하게 느꼈다. 이는 고전적인 미스터리 골짜기 패턴과의 괴리임을 시사한다.
• 데이터는 어두운 피부 톤 캐릭터가 미스터리 골짜기의 왼쪽 측면에 위치해 있음을 암시하며, 이는 캐릭터가 현실보다 만화스럽게 인식된다는 것을 의미한다.
• 어두운 피부 톤 캐릭터의 낮은 현실감 인식은 원래 흰 피부를 위한 최적화된 렌더링 기법, 특히 반투명성 및 표면 산란 모델링에서 기인할 수 있다.
• 블랙/브라운으로 자가 정의한 참가자들은 백인으로 자가 정의한 참가자들과 어두운 피부 톤 캐릭터에 대해 유사한 인지 반응을 보였지만, 표본 크기가 작아 통계적 검증력이 제한되었다.
• 이 연구는 CG 연구 및 렌더링에서의 체계적 편향을 드러내며, 기법이 주로 흰 피부에서 검증되어 어두운 피부 톤이 부족하게 표현되고 잘못 표현된다는 점을 강조한다.

(b) White Colored Skin Characters