[논문 리뷰] Immersive Virtual Worlds: Multi-sensory Virtual Environments for Health and Safety Training

Glyn Lawson, Emily Shaw외 4명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 01.

Virtual Reality Applications and Impacts참고 문헌 75인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 유니티와 아두이노 제어 액추에이터를 사용하여 시각, 听覚, 후각, 체온 피드백을 통합한 저비용 다감각 가상 환경(MS-VE)을 개발하여 헬스 및 안전 훈련의 현실감을 향상시킨다. 결과적으로 표준 VR에 비해 MS-VE는 행동 타당성과 훈련 참가자의 몰입도를 향상시키지만, 실제 세계 행동 이행은 입증되지 않았다.

ABSTRACT

Virtual environments (VEs) offer potential benefits to health and safety training: exposure to dangerous (virtual) environments; the opportunity for experiential learning; and a high level of control over the training, in that aspects can be repeated or reviewed based on the trainee's performance. However, VEs are typically presented as audiovisual (AV) systems, whereas engagement of other senses could increase the immersion in the virtual experience. Moreover, other senses play a key role in certain health and safety contexts, for example the feel of heat and smell in a fire or smell in a fuel leak. A multisensory (MS) VE was developed, which provided simulated heat and smell in accordance with events in a virtual world. As users approached a virtual fire, they felt heat from three 2 kW heaters and smelled smoke from a scent diffuser. Behaviours in the MS VE demonstrated higher validity than those in a comparable AV VE, which ratings and verbatim responses indicated was down to a greater belief that participants were in a real fire. However, a study of the effectiveness of the MS VE as a training tool demonstrated that it did not offer benefits over AV as measured by a written knowledge test and subjective ratings of engagement, attitude towards health and safety and desire to repeat. However, the study found further evidence for the use of AV VEs in health and safety training, particularly as the subjective ratings were generally better than for PowerPoint based training. Despite the lack of evidence for MS simulation on traditional measures of training, the different attitudes and experiences of users suggest that it may have value as a system for changing trainees' attitudes towards their personal safety and awareness. This view was supported by feedback from industrial partners.

연구 동기 및 목표

• 다감각 가상 환경(MS-VE)이 헬스 및 안전 훈련에서 현실감과 몰입도를 향상시키는지 조사하기.
• 긴급 상황 시뮬레이션 시나리오에서 MS-VE와 청각-시각(_AV_) 가상 환경 간의 행동 타당성 평가하기.
• 전통적인 파워포인트 기반 훈련에 비해 MS-VE가 훈련 성과 향상에 얼마나 효과적인지 평가하기.
• 오픈소스 부품를 사용하여 열과 향기를 VR 시뮬레이션에 통합할 수 있는 안전하고 저비용 기술 솔루션 개발하기.
• 스캐닝 기술(예: 구글 탱고)을 활용해 실제 건물 복제본을 정확하게 만들 수 있는지 가능성 탐색하기.

제안 방법

• 아두이노 제어 히터와 향기 분사기로 열 및 후각 자극을 제공하는 유니티 기반 가상 환경 개발.
• 아바타 이동에 따라 열 피드백을 조절하고 국소화하기 위해 날개를 사용한 열 차단판 시스템 설계.
• 두 가지 실험 연구 수행: 행동 타당성 평가( MS-VE 대 AV-VE) 및 훈련 효과성 평가( MS-VE 대 파워포인트).
• 화학 노출 우려를 해결하기 위해 향기 사용에 대한 안전한 프rotocol 수립.
• 실제 근무장소의 3차원 스캔을 통해 정확한 가상 훈련 환경을 만드는 데에 구글 탱고 활용 탐색.
• 사용성 연구 및 반복적 VE 개발을 통해 사용자 상호작용 및 감각 피드백 타이밍 최적화.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다감각 피드백(열 및 후각)이 포함된 가상 환경이 청각-시각 전용 VR에 비해 긴급 상황 시뮬레이션 중 사용자의 행동 타당성을 향상시키는가?
• RQ2 다감각 VR 훈련이 전통적인 파워포인트 기반 지도에 비해 훈련 참가자의 몰입도, 헬스 및 안전에 대한 태도, 재훈련 의지에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 3차원 스캔(예: 구글 탱고)을 사용해 실제 건물 복제본을 정확하게 만들기 위한 기술적 및 실용적 과제는 무엇인가?
• RQ4 아두이노, 히터, 향기 분사기와 같은 오픈소스 부품를 사용해 저비용, 안전하고 확장 가능한 MS-VE 시스템을 개발할 수 있는가?
• RQ5 다감각 VR이 표준 VR보다 실제 긴급 상황에서 인간 행동을 더 정확하게 예측할 잠재력이 있는가?

주요 결과

• 다감각 VR은 청각-시각 VR에 비해 행동 타당성을 유의미하게 향상시켰으며, 참가자들은 더 강한 존재감을 느끼고 사전에 형성된 행동 기대에 의존하는 것을 줄였다.
• MS-VE에 참여한 참가자들은 더 높은 몰입도와 긍정적인 헬스 및 안전 훈련 태도를 보였으며, 파워포인트 기반 지도에 비해 재훈련에 대한 욕구가 더 높았다.
• 열 피드백을 효과적으로 구현하기 위해 사용자 주변에 대칭적으로 배치된 최소 3대의 2kW 히터가 필요하다는 것이 확인되었다.
• 화학 노출 우려를 해결하기 위해 향기 사용에 대한 안전 프rotocol를 성공적으로 개발하였다.
• 구글 탱고를 이용한 3차원 스캔은 기술적으로 가능했지만, 영상 품질과 데이터 처리 복잡도로 인해 실제 근무장소 복제에 대한 실용성은 제한되었다.
• 열과 향기 요소를 통합하는 데 드는 비용과 노력은 전체 VR 개발에 비해 상대적으로 낮아, 대규모 조직에서 집중적이고 영향력 있는 훈련 시나리오에 MS-VE가 실현 가능하다는 것이 입증되었다.