Framework for Car Safety Education Virtual Reality Simulation

자동차 안전교육 VR 시뮬레이션 제작을 위한 프레임워크

셰차오

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1동서대학교 영상콘텐츠학부 석사과정, ²동서대학교 영상콘텐츠학부 박사과정, ³동서대학교 디지털콘텐츠학부 교수

Framework for Car Safety Education Virtual Reality Simulation

Qiao Xie

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^3*

1Master’s Course, Department of Visual Contents, DongSeo University

2Doctor Course, Department of Visual Contents, DongSeo University

3Professor, Department of Digital Contents, DongSeo University

요 약 최근 몇 년간 가상현실(VR, Virtual Reality) 기술의 등장은 안전교육의 새로운 모델을 제공하여 사용자로 하여 금 가상 안전교육 환경에서 재난에 대한 지식습득 및 대응을 가능하게 한다. 그러나 현재 국내외의 연구개발과 관련된 관련 VR 제품은 비교적 간단하고, 특정 사고에 대한 실질적인 교육 방안이 없으며, 안전교육에서 충분히 역할을 할 수 있을 만큼 실용성적이지 않다. 본 논문에서는 재난의 유형 중 자동차 사고를 예시로, 자동차 안전교육 분야에서 적용 된 VR 기술의 문제점과 단점을 고찰하고, VR 기술을 기반으로 한 자동차 안전교육의 시스템 프레임워크를 제안하고자 한다. 본 논문에서 제안한 자동차 안전교육 시스템은 이용자가 운전 안전의식을 향상시키고, 운전 시 안전지식을 습득하 며, 자동차 안전교육에 매우 중요한 운전 안전기술을 습득하는 데 도움이 될 것이라 사료된다. 또한, VR 기술을 기반으 로 한 안전교육의 설계와 제작방식은 VR 기술과 통합하여 관련 교재 제품을 개발하고 최종적으로 교육을 도입한다면 현대 교육·교학 이론의 적용에 중요한 참고적 의미를 갖으리라 사료된다.

주제어 : 가상현실, 자동차 안전교육, 프레임워크, 플랫폼, 응용 평가

Abstract In recent years, the emergence of virtual reality (VR Virtual Reality) technology has provided a new model of safety education, enabling users to learn and respond to disasters in a virtual safety education environment. However, the related VR products related to domestic and foreign R & D are relatively simple, there is no practical training on specific accident, and it is not practical enough to play a sufficient role in safety education. In this paper, the problems and disadvantages of VR technology applied in the field of automobile safety education as an example of automobile accident among the types of disasters are examined, and a system framework of automotive safety education based on VR technology is proposed. The vehicle safety education system proposed in this paper will help users to improve driving safety consciousness, to acquire safety knowledge in driving, and to acquire driving safety skill which is very important for automobile safety education. In addition, the design and production methods of safety education based on VR technology are considered to have important reference implications for the application of modern teaching and teaching theory by integrating with VR technology and developing related teaching materials products and finally introducing education.

Key Words : Virtual Reality, Car Safety Education, Framework, Platform, Usage evaluation

*Corresponding Author : Tae Soo Yun([email protected]) Received July 2, 2019

Accepted September 20, 2019

Revised August 23, 2019

Published September 28, 2019

1. 서론

최초의 가상현실의 개념은 1935년 Stanley Grauman Weinbaum의단편 소설 ‘피그말리온의 안경(Pygmalion's Spectacles)'에서 확인된다[1]. 가상현실의 가장 큰 이점 인 고품질 저가격(High-Quality Low-Cost)으로 가상 현실은 다양한 방법으로 확장되어 사용되고 있다[2]. 특 히 안전교육 분야에서 가상현실 기술을 적용함으로써 VR 교육이라는 새로운 형태의 교육을 탄생시켰다. VR 교육은 기존의 텍스트 기반 교육 모델과 비교하면 간접 경험이 가능하다는 점에서 교육의 효과를 더 높일 수 있 다. 또한 쌍방향 경험을 가진 VR 교육 게임은 현재 시장 의 요구에 부응하며 관련 연구자들에게 관심을 받고 있 다. 예를 들어, 브리티시 콜트 VR (British Colt Virtual Reality)은 화재 발생 시 사용자를 대피시키고 몸을 보호 하는 소방 대피 훈련 시뮬레이션 시스템을 개발했다[3].

퍼듀 대학교 칼럼(Purdue University Calumet)에서는 엔지니어링 기술 프로그램 3D를 사용하여 위험 파악 및 제어 연습 개발 학생들의 이해를 증진시키는 가상 환경 기계에서의 위험 식별 및 제어 학습 시스템을 제작했다 [4]. 그러나 포괄적인 관점에서 볼 때 국내외 VR 안전교 육의 시뮬레이션에는 몇 가지 단점이 있다. 첫째, 관련 VR 시스템 제품은 교육 이론과 밀접하게 연계되지 않는 다. 둘째, 운영 모드와 장비의 한계로 실용성이 떨어진다.

셋째, 실제 교육과 교수 과정에서 그 역할을 충분히 수행 할 수 없다. 그리하여 본 논문에서는 안전교육 분야에서 VR 기술의 적용에 있어서의 문제점을 해소할 수 있는 VR 기술 안전교육에 근거한 시스템 프레임워크를 제안 하고자 한다. 본 논문은 VR 안전교육 플랫폼의 설계와 개발에 참고할만한 중요한 자료가 될 것이라 사료된다.

본 논문의 구성은 여섯 부분으로 구분되며, 수행한 작업 과 단점을 요약하고, 향후 시스템의 추가 개발 및 적용에 대해 토의하고 예측한다.

2. 가상현실 기술에 기반한 자동차 안전 교육의 이론적 근거

새로운 안전교육 형태로서 VR 기술을 자동차 안전교 육에 적용하는 것은 장점이 있지만 VR 기술의 적용은 여 전히 많은 문제점이 있다. 우선 자연적인 상호작용과 피 드백이 부족하다. VR과의 접목은 비교적 새로운 기술이 기 때문에 많은 사용자들이 VR에 대해 제대로 인식하지

못하고 접근성이 떨어졌었다. 따라서 VR 제품의 상호작 용 설계를 위해서는 시스템의 설계는 필수적이다. 둘째, VR기술과 교육이론 통합의 측면에서는 관련 VR 교육제 품의 설계와 개발이 심층적인 교육 교수론에 통합되지 않는다. 관련된 교육내용이나 교육방법의 질은 전적으로 교육 및 교사의 내용에 대한 회사의 설계 및 개발 직원의 이해와 숙달 여부에 달려 있다. 이로 인해 일부 VR 교육 용 제품은 실제 교육적 가치가 없다. 따라서 관련 자동차 VR 제품의 설계와 개발 과정에서 심도있는 교육과 교수 이론을 갖춰야 하며 동시에 이 과정에서 그 고유한 원칙 을 따라야 한다. 이러한 원칙과 이론에 기초 한 설계와 개발만이 이러한 종류의 제품을 다른 유사한 제품보다 과학적인 제품들로 만들 수 있다. 이러한 이론은 구성주 의 이론, 인지주의 이론[5], 몰입성 이론, 게임화 이론, 학 습전달 이론으로 정리할 수 있다[6]. 구성주의 이론 (Constructivist learning)에 따르면, 지식은 교사 가르 침을 통해 얻어지는 것이 아니다. 대신 학습자는 교사와 학습 파트너를 포함하여 사용해서 필요한 학습 자료를 사용하고 특정 맥락, 즉 사회적, 문화적 배경에서 의미 구 축을 통해 이를 얻는다. 이 이론은 VR 기술을 안전 교육 에 적용하기 위한 이론적 근거를 제공한다[7]. 따라서 이 시스템의 설계는 학습자를 핵심으로 하여 구성주의 이론 에 바탕을 두고 있어 학습자가 독자적으로 쌍방향적이고 창의적인 학습을 수행할 수 있도록 한다. 인지주의 이론 (Cognitive learning)이 교습 개념은 학생에게 특정한 상황 및 인지 처리 과정을 제공하여, 학생의 인지 구조 형성을 촉진하는 과정에서 학생의 인지 개발을 촉진하는 것이다[8]. 그래서 VR과 교육의 결합은 학생들의 인지심 리에 초점을 맞추고 구체적인 경험과 상황에 대한 전달 에 유의해야 한다. 동시에, 사용자가 새로운 지식 체험과 오래된 지식 경험의 동화를 성공적으로 완료할 수 있도 록 위해 VR 디자인을 보다 교류가 유연하게 가능하도록 만들어야 한다. 이것은 학습자들이 스스로 인지 구조를 만들고 그들의 교육 목표를 효과적으로 달성하도록 도울 것이다. 몰입성 이론(Immersive)에 1990년대에 Ghani 와 Deshpande는 몰입의 두 가지 주요 특징을 제안했 다. 하나는 활동에 완전히 집중하는 것이다. 다른 하나는 활동에서 인도되는 심리적 즐거움이다[9]. VR 기술은 현 재 첨단 인간과 컴퓨터 상호작용 기술이다. 사용자의 몰 입감있는 경험은 주로 생리적 경험의 두 가지 측면에서 비롯되는데, 첫째는 학습자가 첫 번째 사람 역할에서 특 정한 행동에 참여한다는 것을 의미한다. 이는 가상세계에 둘러싸여 마치 실제 현실세계에 있는 것처럼 느끼게 한

다. 둘째는 심리적인 경험인데, 이는 사용자가 가상 세계 에 있으며, 가상 세계에 완전히 통합되는 심리적 상태를 달성하기 위해 다른 관련 없는 영향 요인을 상실한다는 것을 의미한다. 따라서 몰입이론은 VR 안전 교육 시스템 설계에 대한 이론적 지침을 제공할 수 있다. VR 기술을 활용해 현실적인 가상 환경과 공간을 만들어 사용자에게 좋은 학습 환경을 만들어 사용자가 배우는 콘텐츠에 몰 입하고 학습을 개선할 수 있다. 게임화 이론(Gamification learning)은 학습자가 편안하고 쾌적한 환경에서 게이밍 된 방식으로 학습 내용을 완성할 수 있도록 교육 내용과 게임을 결합하여 설계자의 설계를 말하며, 학습자의 주도 력을 배양하는 데 협력과 창의력 부분에서 도움이 된다.

이것에 의해, 게임화 학습 방식으로 학습이 보다 효과적 이 될 수 있다[10]. VR 기술의 급속한 발전과 중국에서 의 교육정보화의 발전으로 교육과 교수개혁 과정에서, 생 식학습 이론에 기초한 VR게임 가르침은 중요한 긍정적 인 효과를 가져 올 것이다. 따라서 VR 기술에 기반한 안 전한 교육 시스템의 설계는 사용자가 선호하는 게임 상 황을 설정하여 사용자를 중심으로 해야 하며, 게임화라는 교육 형식으로 사용자의 몰입도와 참여도를 높이고 그들 의 학습 동기를 북돋우며 게임화 설계의 목표를 달성한 다. 학습전달 이론(Learning transfer)은 두 가지 측면 을 포함한다. 하나는 사전 학습과 사후 학습의 관계를 강 조하는 것이다. 주로 지식·기술·태도의 이동이다[11]. 학 습 전달 이론은 우리가 가상 환경과 실제 환경 사이의 이 동을 연구할 수 있는 이론적 근거를 제공한다. 학습자가 착용하는 장비는 가상 환경에서 이루어지지만, 이러한 장 비는 실제 환경의 묘사이므로 가상 환경에서 상호 작용 의 현실성은 현실적인 경험에 매우 가깝다고 할 수 있다.

학습자는 가상 환경에서 조작한 시각적 직관적 장치를 통해 운영 경험과 방법 전략을 축적할 수 있으며, 궁극적 으로 이러한 학습된 경험과 방법 전략을 실제 시나리오 로 전달할 수 있다. 따라서 VR 기술을 기반으로 한 안전 교육 시스템을 구축하는 과정에서 과학에 주목해야 한다.

3. 시스템 프레임워크 설계

3.1 설계 원리

VR 기술의 이론적 근거 다섯 가지 구성주의 이론, 인 지주의 이론, 몰입성 이론, 게임화 이론, 학습전달 이론을 바탕으로 시스템의 설계원리를 구성한다. 이러한 이론 기 반에 근거하여 가장 중요한 다섯 가지 시스템 설계 원리

를 도출한다[12]. 이를 요약하면 아래의 Fig.1로 정리할 수 있다. VR 기술을 새로운 형태의 교육과 교수형태로서 안전교육에 적용하는 것, 시스템 설계에서 VR 기술과 안 전교육에 대한 이해를 결합하고 다음과 같은 원칙을 따 라야 한다. 교육성(Instructional)은 VR 기술에 기반한 안전 교육 시스템에서 우선 교육의 가치를 갖고, 교육구 조를 최적화하고, 교육의 효과를 높여야 함을 뜻한다. 가 상 장면에서는 교재 내용을 텍스트, 사진, 애니메이션, 비 디오 등의 형태로 표시하여, 보다 나은 교수 상황을 설계 하고, 풍부한 정보 자원을 제공하고, 이용자의 지식을 넓 히고, 교사와 학습의 목적을 달성한다. 상호성(Interactive) 은 VR 기술의 중요한 특징은 상호작용임을 뜻한다.

Fig. 1. Principles of system design

가상 장면에 진정으로 몰입하기 위해서는 사용자는 수 동적인 방관자가 아니라 관여하고 적극적이어야 한다. 따 라서 상호작용을 할 수 있는 사용자의 각 개체는 시간에 상응하는 피드백을 줄 수 있어야 한다. 예를 들어 사용자 가 장면과 상호 작용할 때 해당 프롬프트가 나타난다. 또 한 시스템 설계의 장면과 인터페이스가 상호작용할수록 매력적이다. 진실성(Authentic)은 실제 가상 장면은 사 용자가 재해의 위험을 더 잘 이해할 수 있도록 도와준다 는 뜻이다. 따라서 VR 교육현장은 반드시 현실과 관련이 있어야 하며, 이는 사용자들이 지식을 이전하는 데 도움 이 된다. VR 기술에 기반한 안전 교육 시스템의 설계·모 델링 프로세스에 대해서는, 현장의 현실성을 높이고 충실 도가 높아 학습자가 몰입감 있는 경험을 할 수 있도록 주 의를 기울여야 한다. 재미성(Interesting)은 시스템 설계 의 내용은 이해하기 쉬워야 하며, 예술적 기법으로 사용 자는 지식을 받는 동안 지루함을 느끼지 않음을 뜻한다.

일부 과장된 장소나 주요 장소에서는 표현력이 뛰어나야 하며, 대화형 교수 디자인에 다양한 표현을 사용하고, 교 육적이고 재미를 달성하고, 학습자의 학습에 대한 관심을

높여야 한다. 과학성(Scientific)은 VR 기술에 기반한 안 전 교육 시스템은 과학적이어야 하며, 단어, 개념, 사진 및 기타 표시된 정보는 과학적, 지적 오류가 없이 정확해 야 함을 뜻한다.

3.2 설계 요소

교육성 설계는 본 장에서 교육내용 설계를 위한 주행 안전지식 매뉴얼에 기초하고 있다[13]. 시스템의 특정 설 계 프로세스에서, 교육 내용의 종류에 따라, 교육 내용은 지식 교수 콘텐츠(Knowledge teaching content)와 운 영 교수 콘텐츠(Operational teaching content)의 두 가지 범주로 나뉜다. 이 두 가지는 구별할 필요가 있다.

이 시스템은 사용자가 사용자의 심리적 특성에 따라 설 계자가 구현한 특정 교육 전략을 채택할 수 있도록 한다.

상호성 설계는 사용자가 시스템을 쉽게 사용할 수 있도 록 사용자가 시스템 작동을 보다 빨리 숙달할 수 있도록 해당 지침이 시스템에 미리 설정되어야 한다. 무의식적인 설계 원리에 근거하여 안내 인터페이스를 설계하여 상호 작용 설계가 사용자의 자연적 행동 특성에 더 부합되도 록 하고, 사용자의 참여와 사용 참여를 강화한다[14] 미 지의 영역을 탐험할 때 사람들은 항상 예측불허하고 지 식이 부족한 부분에 대해 경험하기 때문에 낯선 것을 사 용할 때 실수를 저지르기가 쉽다. 이 연구는 자연스러운 인간과 컴퓨터 상호작용 기술에 의해 뒷받침되는 가상 장면이 강한 공간 감각, 강한 표현력, 그리고 자연적인 상 호작용의 특성을 가지고 있다는 것을 증명한다[15]. 따라 서 VR 시나리오의 경우 자연적인 인간과 컴퓨터 상호작 용 설계 기법에 기반한다. 진실성 설계는 시스템 내 가상 장면의 신뢰성을 확보하기 위해서는 시스템 장면 항목의 모델링 설계가 중요하다. 시스템의 모델링 작업은 3ds max 소프트웨어를 선택하여 수행되며, 주로 모형을 만 들다, 재료 질감, 베이킹 텍스처, 모델 최적화, 모델 산출 다음과 같은 5단계로 나뉜다. 일반적으로 게임의 재미 요 소들은 도전요소, 규칙성, 경쟁요소 등이 있다[16]. 재미 성 설계는 시스템의 설계와 구현은 반드시 재미의 원칙 을 준수해야 한다. 이 제도는 일정한 이해관계가 있어야 만 재미있는 방법으로 시행할 수 있다. 재미성은 주로 소 리, 조작방법, 인센티브 전략 세 가지 측면에서 반영된다.

과학성의 원리를 기반한 과학성 설계는 디자인의 기본이 다. 과학적 원리를 위반하는 디자인은 허용되지 않으며, 궁극적으로 실패한다. 따라서 내용 및 방법의 설계는 반 드시 과학적이어야 하는 것을 포함하여, 이 시스템의 설 계에 있어서 가장 중요한 요소 중 하나이다. 내용면에서

시스템이 전달하는 차량 주행 안전 지식 및 주행 스킬 방 법이 구체적인 설계 실현 과정에서 정확해야 하며, 시스 템이 표시하는 텍스트, 개념, 그림의 설명 정보가 정확해 야 한다. 콘텐츠의 성격과 이용자의 특성에 따라 정확한 표현 형태를 선택하고, 이를 이용자에게 제시해 지식의 보급이 촉진될 필요가 있다.

3.3 시스템 프레임워크 워크플로우 설계

자동차 운전 안전교육의 관련 이론과 설계원리에 따라 VR 기술에 기반한 자동차 운전 안전 교육 시스템을 설계 한다. Fig. 2처럼, 우선 VR 기술을 기반으로 안전교육 시 스템의 설계 이론적 근거를 분석한다. 이 후, 이러한 이론 적 토대를 바탕으로 교류설계를 요약하여 시스템의 설계 원리를 제안하고, 그 원리에 따라 시스템의 요소설계를 별도로 실시한다. 마지막으로, 이론과 관련 설계 원리에 근거하여 시스템의 시스템 프레임워크와 플랫폼 개발 프 로세스를 설계한다.

Fig. 2. System framework workflow design

3.4 시스템 프레임워크 구조 설계

이 시스템은 사용자 모듈, 장면 상호 작용 모듈, 검사 모듈, 데이터 관리 모듈, 제어 처리 모듈인 다섯 개의 모 듈로 나뉜다. 이론적 분석, 시스템 설계 원리, 요소 설계 등을 종합하여 가상현실 기술에 기반 자동차 안전교육 시스템의 프레임워크는 다음의 Fig. 3과 같다.

Fig. 3. Design of car safety education simulation system framework

4. 시스템 프레임워크에 기반한 플랫폼 제작

4.1 사용자 모듈

시스템 설계자와 사용자로 구분되는 사용자 모듈은 사 용자를 위해 설계된다. 사용자가 이 시스템을 이용할 때 는 등록할 PC에 기본 개인정보를 기입해야 하므로, 이후 의 데이터 관리에서 이용자의 시스템 이용을 분석하는 데 도움이 될 수 있다. 제작한 로그인 인터페이스는 아래 의 Fig. 4와 같다.

Fig. 4. User landing page

로그인 인터페이스의 UI 설계 요소에는 일반적으로 아이디, 암호, 때로는 Facebook, Google 또는 Twitter 계정 등의 타사 인증 방법이 포함된다. 그러나 VR 기술 을 기반으로 한 안전 교육 플랫폼은 교육성이 강조되기 때문에 로그인 인터페이스가 더 간단하고 편리해야 한다.

본 모듈은 VR 접속 시 사용자가 가장 처음 접하는 화면 이다. 기본 개인정보를 입력하면 VR 시스템에 들어가 학 습할 수 있다. 이 시스템은 사용자가 개인 정보를 로그인 할 것을 요구하고, 기본 개인 정보를 데이터베이스에 저 장하며, 이 시스템은 관리자가 사용자 정보를 로컬에서 볼 수 있도록 지원한다.

4.2 장면 상호 작용 모듈

VR 기술을 기반으로 한 차량주행 안전 교육 시스템은 VR 기술과 자동차 안전 교육의 두 분야를 결합한 것이 다. 이 시스템은 VR 기술뿐만 아니라 관련 운전 안전 교 육 이론도 기반으로 하고 있다. 시스템의 위치 및 기능에 따라 장면 상호 작용 모듈은 주로 운영 지침(Operational guidance), 퀴즈(Quiz), 기술 훈련(Skill training) 세 가지 교육 모듈로 나뉜다. 운영 지침 모듈이란, VR 기술 을 기반으로 한 새로운 시스템인 만큼 많은 사용자가 해

당 시스템을 터치하여 보다 신속하게 시스템의 작동 모 드를 숙달할 수 있도록 유도할 수 있도록 해야 한다. 설 계는 무의식적인 설계와 자연적인 인간-컴퓨터 상호작용 의 원리에 의해 유도되어 상호작용의 합리성과 명확성을 보장한다. 가상환경을 마주한 채 막 시스템에 진입하면 주로 사용자를 소개할 때 사용하는 시스템의 주요 기능 인터페이스를 여는 방법, 사용 방법 및 기능에 대한 운영 가이드 프롬프트를 받다. Fig. 5와 같이 왼쪽 그림은 볼 륨 조절이고 오른쪽 그림은 언어 설정이다.

Fig. 5. Operation Guide prompt for main function interface

퀴즈모듈이란 Fig. 6처럼 VR 조작을 이용하기 위해 3 부에 들어가기 전에 사용자에게 관련 안전운전 지식을 직접 물어보는 간단한 질의응답 테스트를 실시하여 안전 지식이 사용자에게 직접 전달될 수 있도록 함으로써 사 용자에게 도전이 생길 수 있다. 정신 상태의 유형, 주의를 끌며 학습 흥미를 개선하며, 사용자의 지식 기억력을 심 화시킬 수 있다.

Fig. 6. Quiz module interface

이 시스템은 차량의 주행 안전 지식과 관련된 100개 의 퀴즈를 설계한다. 100개의 문항과 답안을 번호를 매 겨 시퀀스를 구성한다. 실제 사용 과정에서 다음 학습자 가 동일한 질문을 받지 않도록 하기 위해 시스템은 모든 질문이 선택될 때까지 나머지 질문에서 무작위로 5개의 질문을 선택한 다음 반복한다. 기술 훈련 모듈은 사용자

는 HTC VIVE 기기를 사용하여 높은 사실성, 상호작용 성, 재미, 과업을 통해 보다 현실적인 가상 주행 장면을 경험하고, 시간과 장소에 관계없이 경험 비용이 크게 절 감된다. 사용자는 가상 주행 장면에서 작업 프롬프트에 따라 정확한 작동을 수행해야 한다. 인생에서 가장 흔한 네 가지 사고를 선택하고, 먼저 3ds max를 통해 모델을 만들어 FBX 형식 파일로 내보낸 다음 unity3d 개발 환 경에서 가져온다. 설계한 (a)지식 교육 콘텐츠, (b)운영 교육 콘텐츠에 따라 기술 운영 인터페이스는 다음과 같 은 두 가지 범주로 구분된다.

Fig. 7. Skill training interface (a), (b)

지식 교육 콘텐츠의 내용은 주로 이용자가 기본적인 안전 지식을 숙달할 수 있도록, Fig. 7처럼 사고 재해를 간접적으로 경험할 수 있도록 하는 것이다.

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Submerged Accident

Wrong Accident

Fire Accident

Speeding Accident

Table 1. Knowledge teaching content

내용은 Table 1과 같이 침수사고, 빗길사고, 화재사 고, 과속사고 네 가지이다. 첫 번째 항목은 침수 사고다.

운전자는 운전 중 물에 침수된다. 두 번째 빗길 사고는 자동차 타이어는 정시에 점검되지 않기 때문에, 비오는 날씨, 갑작스러운 상황에서 차가 결국 나무에 부딪힌다.

세 번째는 화재 사고로, 운전 과정에서 자동차가 갑자기 자기 점화된다. 운전자가 소화기를 사용하지 않아 화재가 커지고 운전자가 부상을 입을 수 있다. 네 번째는 과속 사고, 차가 주행 할 때 차속이 과속되어 후방 충돌을 일 으켜 운전자가 그 자리에서 부상당한다.

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Escape in submerged vehicle

Checking tyres

Using a fire extinguisher

Response to affected vehicle

Table 2. Operational teaching content

이러한 상황에 대한 안전교육의 목표는 Table 2와 같 다. 운영 교육 콘텐츠의 내용은 주로 사용자들에게 위기 상황인식과 사고 발생 시 올바르게 대처하는 방법을 배 우게 한다. 사고에 대한 상황설정은 침수차량탈출, 타이 어점검, 소화기사용법, 사고차량대응훈련 네 가지이다.

침수 사고는 먼저 운전자가 물에 빠진다. 수압 때문에 문 을 열 수 없기 때문에 VR 시스템은 사용자에게 물 속에 서 탈출할 수 있는 정확한 방법을 알려주는 메시지를 전 달한다. 예를 들어, 수압이 너무 커서 문을 열 수 없다면, 계속 긴장을 풀고 안전벨트를 풀고 숨을 참으며 차 안의 물이 머리를 범람할 때까지 기다려야 한다. 이때 수압은 외부 수압과 같다. 정상적으로 문을 열 수 있다. 둘째, 비

가 내려 젖은 도로에서 타이어가 미끄러져 발생하는 사 고를 예방하기 위하여 사용자의 적절한 타이어 압력 검 사기를 사용하는 방법을 알려주고 자가 점검 할 수 있도 록 유도한다. 세 번째는 화재 사고. 운전 중 차가 갑자기 자발적으로가 불을 붙다. 비록 많은 사람들은 종종 그들 의 차에 소화기, 많은 사람이 있어선 VR 시스템은 사용 자가 소화기를 사용하게 될 것 이용하지 않다. 네 번째는 과속사고다. 차량이 과속할 때 운전자의 반응과 지금 해 야 할 올바른 반응을 테스트한다.

4.3 검사 모듈

Fig. 8의 검사 모듈은 두 번째 부분이 끝난 후 사용자 에게 학습 내용의 지식의 숙달 정도를 시험한다. 학습 내 용은 주로 지식 교육 콘텐츠와 운영 교육 콘텐츠로 나눠 진행된다. 이 부분 질문의 내용은 주로 지식 교육 콘텐츠 와 운영 교육 콘텐츠에 관련이 있다. 모두 10개의 문제가 있는데, 각각의 문제의 점수는 10점이다. 점수 70점 이 상 합격이며, 시간은 총 10 분이다.

Fig. 8. Examination module interface

4.4 데이터 관리 모듈

모듈은 주로 사용자의 개인 정보를 설정 및 저장하고 시스템의 데이터 정보를 사용하기 위한 것이며, 사용자의 개인 정보는 주로 개인 데이터 등을 포함한다. 시스템의 데이터 정보에는 사용자의 시험 점수, 작업 완료 기록, 시 험 문제 등이 포함된다. 또한 사용자가 시스템에 들어갈 때마다 데이터 레코드가 추가된다. 시스템이 로그아웃되 면 데이터 정보가 컴퓨터 하드 디스크에 저장된다.

4.5 제어 처리 모듈

본 시스템은 무의식적인 설계와 자연적인 인간-컴퓨 터 간의 상호작용 설계의 원리를 기반으로 VR의 3I 기본 특징인 몰입감, 상호 작용, 상상력(Immersion, Interaction, Imagination)과 결합되어 HTC VIE 웨어러블 장치를

통해 인간과 VR 장면을 실현한다. 상호작용에서 입력과 출력으로 HTC VIVE 장치의 핸들, HMD 등을 사용한다.

5. 시스템의 응용 평가

시스템에 대한 사용자의 의견과 제안을 보다 잘 이해 하고, 사용자로부터 시스템에 대한 피드백을 처음 전달받 기 위해 설문 조사 방법을 이용하여 시스템의 이용 가능 성과 이용 효과를 분석한다. 시스템의 이용 가능성과 이 용을 분석하기 위해 앙케이트 조사를 이용하며, Fig. 9는 그 일부분이다.

Fig. 9. Questionnaire

앙케이트의 내용은 소설 제도, 사용의 용이성, 상호 작 용, 몰입 형, 인터페이스, 시스템 만족의 전반적인 시스템 사용 만족도로 평가한다[17]. 둘째로, 운전 안전 지식 학 습의 내용 이론 기반, 설계 원리, 요소 및 기능 설계는 자 동차 운전 안전 교육의 교육 및 교육 형태와 일치하며, 다음과 같은 세 가지 문제가 제기된다.

Article Issues Mean

Novel system What do you think about the novelty of

this system? 4

Ease of use Do you think the system is easy to use? 4.3 Interactivity What do you think about the interaction of

the system? 4

Immersive

When you are in a virtual scene in the system, do you think the scene is realistic?

How is the system immersive?

3

Interface Do you think the interface design of this system is friendly? 3.5 System

satisfaction

Are you satisfied with the display content and operability of the system? 4.5

(1) 이 시스템을 자동차 운전 안전 교육에 사용할 수 있는지의 여부, (2) 그 시스템이 심층적인 연구와 홍보를 할 가치가 있는지의 여부, (3) 이 VR 시스템에 대한 사용

자 의견 조사의 여부이다. 점수는 1–매우 불만족, 2–불만 족, 3–보통, 4–만족, 5–매우 만족으로 채점한다. 사용자 들의 교육효과를 알아보기 위하여 설문지를 작성하고, 체 험이 완료된 사용자에게 작성을 요청했다. 결과는 Table 3과 같다. 통계 결과는 첫째, 소설 제도의 점수는 4점이 기 때문에 사용자는 시스템이 기능적 설계 측면에서 참 신하다고 생각하여 시스템이 학습에 대한 사용자의 관심 을 더 잘 자극할 수 있음을 나타낸다. 둘째, 사용의 용이 성의 점수는 4.3점이라 사용자들은 사용 편의성이 좋고 사용의 어려움이 적다고 생각한다. 셋째, 상호 작용의 점 수는 4점이기 때문에, 사용자는 시스템이 상호 작용성이 더 좋다고 생각하는데, 이는 시스템이 기술 이주의 실행 을 효과적으로 촉진할 수 있다는 것을 반영한다. 넷째, 몰 입 형와 인터페이스에서 이 두 점수는 상대적으로 낮으 며, 하나는 3점과 3.5점이다. 만족도는 더욱 향상되어야 하므로 시스템을 더욱 최적화해야 한다. 다섯째, 시스템 만족 일반적으로 말하면, 시스템에 대한 사용자의 전체적 인 만족도가 높다. 이 제도는 자동차 운전 안전 교육의 교육 및 교육 활동에 사용될 수 있음을 알 수 있다. 요컨 대, 사용자는 시스템의 전체적인 설계에 대한 만족도가 높고, 경험이 좋다. 이 시스템은 자동차의 운전 안전 교육 및 교육 활동에 활용될 수 있는데, 이는 추가적인 연구와 홍보를 할 가치가 있으며, VR 기술을 운전 안전 교육에 도입할 가치가 있음을 알 수 있었다.

6. 결론

본 논문은 현대 교육 교수 이론의 분석을 바탕으로 대 중에게 적합한 VR 기반 차량 운전 안전 교육 시스템의 설계 방법, 설계 원리, 설계 요소 및 프레임워크를 연구하 고 요약하며, 프레임워크에 따라 가상 시뮬레이션 플랫폼 을 구현했다. 완료된 구체적인 작업은 다음과 같다. (1)다 수의 문서를 검토하고, 국내외 VR 기술을 바탕으로 자동 차 운전안전교육의 연구현황을 분석하고, 장단점을 정리 했다. (2)안전교육에 적용되는 VR 기술의 시스템 설계 및 구현의 이론적 근거 및 설계 원리을 요약하여 시스템 의 설계 워크플로우를 요약한다. (3)시스템의 프레임워크 모델 및 개발 프로세스를 요약하고, 시스템의 주요 기능 을 구현한다. (4)시스템 프레임워크에 기초한 플랫폼을 평가했다. 반면, 본 연구에서는 다음과 같은 문제점이 있 다. (1) VR 기술과 자동차 운전 안전교육의 결합은 광범 위한 이론 분야를 포괄한다. 관련 이론적, 학술적 연구의

요약은 충분히 깊지 않으며, 이론적 연구에서는 여전히 다소 희박하다. (2)시스템에 의해 구현되는 기능은 여전 히 비교적 단순하고 충분히 풍부하지 않다. (3)VR 기기 자체의 단점이 있다. 예를 들어, 사용자 시험 기간이 지난 후 어지럼증을 유발하며, 헤드 장착 표시장치의 무게도 사용자의 경험에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 단점들은 사용자의 시스템 경험에도 영향을 미친다. VR 기술의 발 전은 교육 현대화의 발전에 영향을 미칠 수밖에 없다.

VR 기술과 교육의 결합은 학습에 대한 학생들의 흥미를 자극하고, 몰입하며 안전한 학습을 하는 등 큰 장점이 있 다. 요컨대, 이 시스템의 설계와 구현은 자동차 운전 안전 교육의 교육 형태를 강화시키고, 관련 VR 교육 제품의 개발과 구현에 참고적인 의미를 갖는다. 그러나 VR 기술 장비의 업그레이드로 본 논문의 연구 분야에서는 다음 사항을 포함하되 이에 국한되지 않는 보다 관련 있는 연 구를 실시할 필요가 남아 있다. (1)심층 VR 기술과 자동 차 운전 안전 교육 이론, 시스템의 설계와 개발을 더 잘 지원한다. (2)생활 속의 운전 장면, 운전 사고와 결합해 더 많은 기능 모듈 개발. 컨텐츠를 풍부하게 하여 자동차 운전 안전 교육 분야에서 시스템의 실용성을 강화한다.

(3)실험 횟수를 늘리고 본 시스템의 응용실천 효과 분석 의 설득력을 높일 필요가 있다. (4)그 틀을 다른 안전한 교육 플랫폼으로도 개발할 수 있도록 시스템 프레임워크 를 보완한다. 본 논문은 VR 교육 플랫폼을 제작하는 프 레임웍을 제안하는 동시에 문제점을 지적하여 향후 연구 에 초석이 될 수 있는 자료라 사료된다.

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셰차오(Qiao Xie) [학생회원]

․ 2017년 6월 : 中南财经政法大学(중

남정법재경대학교) 视觉传达设计

(애니메이션과) (예술학사)

․ 2017년 9월 ~ 현재 : 동서대학교 영상 콘텐츠학과 (석사 재학중)

․ 관심분야 : VR·프레임웍·인터랙티브미 디어

․ E-Mail : [email protected]

딩슈후이(Xiu Hui Ding) [학생회원]

․ 2017년 6월 : 中南财经政法大学(중

남정법재경대학교) 视觉传达设计

(애니메이션과) (예술학사)

․ 2017년 9월 ~ 현재 : 동서대학교 영상 콘텐츠학과 (석사 재학중)

․ 관심분야 : VR·사용성평가·인터랙션

․ E-Mail : [email protected]

장 영 직(Young-Jick Jang) [학생회원]

․ 2015년 2월 : 동서대학교 디지털콘 텐츠 (공학사)

․ 2017년 2월 : 동서대학교 영상콘텐츠 학과 (공학석사)

․ 2017년 3월 ~ 현재 : 동서대학교 영상 콘텐츠학과 (박사 재학중)

․ 관심분야 : VR·UX디자인·HCI

․ E-Mail : [email protected]

윤 태 수(Tae-Soo Yun) [정회원]

․ 1991년 2월 : 경북대학교 컴퓨터공 학 (공학사)

․ 1993년 2월 : 경북대학교 컴퓨터공학 (공학석사)

․ 2001년 2월 : 경북대학교 컴퓨터공학 (공학박사)

․ 2001년 3월 ~ 현재 : 동서대학교 디지 털콘텐츠학부 교수

․ 관심분야 : 게임·VR·인터랙티브미디어

․ E-Mail : [email protected]/[email protected]