기능성 게임
Received: Mar. 09. 2020 Revised: Apr. 01. 2020 Accepted: Apr. 03. 2020
Corresponding Author: Kyungsik Kim (Hoseo University) E-mail: [email protected]
ISSN: 1598-4540 / eISSN: 2287-8211
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화재 탈출 체험 VR 게임 개발과 효과 분석※
김경식
*
, 박용환**
호서대학교 게임학전공
*
, 소방방재학전공**
{kanekim, yhpark}@hoseo.edu
A Study on the Development of a VR Game to Experience the Fire Evacuation and its Effect Analysis
KyungSik Kim
*
, YongHwan Park**
Dept. of Game Development
*
, Dept. Fire Protection**
Hoseo University
요 약
본 연구에서는 건물 화재의 위급한 현장 속에서 침착하면서도 신속하게 탈출해야하는 상황을 가상 체험하는 VR 기능성 게임을 개발하였다. 사용자는 바이브(VIVE) 양손 컨트롤러를 이용하 여 화재 건물 속에서 방화문과 계단, 복도을 통해 출구로 탈출해야한다. 화염이나 연기로 인하 여 더 이상 진행하지 못하면 돌아서서 다른 통로로 진행할 수 있다. 호서대의 한 건물을 모델 링 하였으며, 학생들에게 본 게임을 체험시키고 사용성과 효과성을 중심으로 설문 조사하여 그
반응 결과를 분석하였다. ※※
ABSTRACT
In this research, a VR game was developed to experience the fire evacuation from a fired building, intending calm and fast reaction in urgent fire situations. The user should move out through the fire door, stairs and corridors toward exit door using the VIVE controllers. When the user can’t proceed the path because of fire flame or smoke, he/she should turn back to find another path. A building of Hoseo university was modeled and tests were carried out by students with polls focused on the usability and the effectiveness of this VR game. The result has been analyzed to show their responses.
Keywords : Fire escape(화재탈출), Virtual reality(가상현실), VR game(VR게임), Serious
game(기능성게임), VIVE(바이브), Fire flame(화염), Smoke(연기)
1. 서 론
해마다 많은 화재 사건 속에서 많은 인명 피해 가 있어 왔다. 우리나라 재난 및 안전관리기본법 제35조에 의거하여 전 기관들이 재난대비 훈련을 해옴에도 불구하고, 갑작스런 재난에 따른 인명 피 해는 줄지 않고 있다. 그 이유는 재난 대비 필수 시설의 노후 및 미보수도 있겠지만, 국민들의 안전 불감증이 큰 이유를 차지한다.
가상현실(Virtual Reality; VR) 기술은 차세대 컴퓨팅 플랫폼 기술로써 향후 기존 ICT 시장을 크게 변화시키고 신규 시장을 창출할 것으로 기대 하고 있다[1].
재난 대피에 대한 연구들을 소개하면, 재난 상 황에서 다수 피해자들의 구조 동선에 대한 연구 [2], 실시간 재난 안내 방송에 대한 연구[3], 해외 에서는 VR을 사용한 화재 탈출 연구[4,5]도 있었 다. [4]에서는 VR을 사용할 때의 SWOT분석을 통해 덜 위험한 체험을 가능케하는 미래의 좋은 도구가 될 것이라 말했고, [5]에서는 VR환경에서 소화기를 사용하는 훈련을 시키는 연구를 수행하 였다. 이밖에도 화재 대피에 대한 연구들은 꾸준히 이어지고 있다[6,7].
본 연구에서는 VR 기능성 게임[8]을 통해 화재 의 위험성과 연기로 인한 시야 확보의 어려움, 호 흡 곤란 그리고 이로 인한 공포감을 미리 경험해 봄으로써 비상시의 화재 피난에 도움이 되고자 하 였다.
본 연구에서는 건물 내에서 화재가 발생했을 때, 화염과 연기 속에서 복도, 방화문과 계단을 내 려와 출입문으로 탈출하는 VR 기능성 게임을 개 발하였다.
VR 장비는 HTC VIVE(이하 바이브)[9,10]를 사용하였으며, 이동할 때 충돌의 위험이 있어 자리 에 앉아서 게임을 진행하고, 시야를 확인하며 컨 트롤러로 캐릭터를 이동하고(전/후) 회전하며(좌/
우), 고개를 숙일 수 있도록 (연기에 대비) 설계하 였다.
호서대 학생들에게 익숙한 제1공학관(북측)을 3D 모델링하였으며 ([Fig. 1]참고), 학생들 14명에 게 테스트하여 게임의 사용성과 효과성을 조사 분 석하였다[11,12].
참여 학생은 IRB(생명윤리위원회) 승인을 따라 공고문을 통해 모집하였고, VR 게임의 효과성과 사용성은 참여자들의 실험 전후의 설문 조사를 통 계적으로 분석하였다.
실험 결과, 참여자들은 나서 화재 대피 요령과 비상 대피로에 대해서 훨씬 더 주의를 기울일 수 있겠다고 분석되어 체험 효과가 우수하였다. VR 게임의 사용성에 대해서도 양호한 결과를 얻었다.
개발된 VR게임은 훈련용으로 사용되어 실제 화 재 피난 시 덜 당황하며 효과적으로 대처하는 방 법을 훈련시키는데 활용될 수 있을 것이다.
[Fig. 1] Modeling of fire building which is the north area of No. 1 Engineering Building, Asan Campus, Hoseo University. Red circles show starting locations
of fire evacuation (random select)
2. 화재 탈출 시나리오
2.1 화재 공간
본 게임에 사용된 가상의 화재 현장은 테스트
받을 학생들에게 친숙한 환경으로 호서대의 한 복
합건물인 제1공학관의 북쪽 영역을 대상으로 모델
링하였다([Fig. 1] 참고). 총 4층 건물로 엘리베이 터는 없으며, 각 층은 양 끝에 있는 2개의 계단으 로 연결되어 있다. 계단은 1~4층을 통으로 연결하 고 있으며 화재발생시 연기가 곧바로 4층으로 올 라오는 구조이다. 1층에만 4곳의 출입문이 있다 ([Fig. 2] 평면도 참고).
2.2 화재 탈출 시나리오
화재는 대상 건물의 1층 출입문 4곳중 한 곳에 서 랜덤으로 발생하며([Fig. 2]), 탈출 출발점은 4 층의 실험실 2곳 중에 한 곳이다 ([Fig. 1]). 최종 탈출은 1층 출입문 4곳 중 한 곳으로 나오면 성공 으로 간주된다.
[Fig. 2] The Doors and Stairs of the 1st Engineering Building (North Area) of Hoseo
University.
화재 발생 후 2분마다 한 층씩 화재가 위쪽으로 전파된다. 연기는 제1공학관 건물 구조상 1층 복도 로도 먼저 확산되지만, 수직형 계단 통로를 통해 최상층인 4층으로도 바로 확산되며, 4층 천장부터 차 내려오기 시작한다. 출발은 4층의 실험실(랜덤) 에서 시작하며, 실제 상황과 같은 연기와 화재 속 에서 캐릭터를 이동하도록 하였다. 연기 속에는 인 체에 유해한 유독 가스 물질이 많아 연기를 주의
해야 한다. 탈출 과정에서도 연기 흡입을 주의하지 않으면 사망에 이르게 된다.
3. 화재 탈출 VR 게임 설계
3.1 VR 장비
본 실험에 사용된 바이브는 밸브(Valve) 코퍼레 이션과 HTC의 협력으로 개발한 가상현실 HMD(Head Mount Display)기기로서, 현행 최고 수준의 그래픽 화면과 편리한 조작성을 갖추고 있 다[9,10].
좌, 우 컨트롤러의 사용은 [Fig. 3]과 같다. 좌측 은 방향 전환용, 우측은 전후진 용이다. 연기를 덜 마시기 위한 ‘고개숙임’ 버튼은 양 컨트롤러에 다 있다.
(a) Left controller (b) Right controller [Fig. 3] Both Controllers of this VIVE game
3.2 개념 설계
본 게임은 바이브를 착용하고 가상 화재 상황이
되었을 때의 탈출을 수행하는 게임으로서 화염과
연기에 따른 시야 확보의 어려움 속에서 비상 대
피 안내를 따라 복도와 방화문, 계단을 통해 층간
이동을 가상 체험토록 하는 것이 주목적이다.
화재 발생 및 연기 확산과 동시에 게임은 시작 되는 것으로 한다. 사용자는 4층 실험실(랜덤)에서 출발하면서 천장의 연기를 보면 고개를 숙이고 이 동해야 한다. 그렇지 않으면 연기 흡입으로 인해 생명력이 떨어지게 된다 ([Fig. 7]참고).
출발 후 2분이 경과하면 화재가 2층으로 확산되 며, 그때 4층은 이미 수직 계단을 통해 확산된 연 기가 심하여 더 이상 걸을 수 없다. 그리고 3층은 아까 4층처럼 허리를 숙여야만 진행할 수 있다. 매 2분마다 화재는 위층으로 올라가고 연기는 4층에 서 아래층으로 쌓여 내려가는 구조에서 전후/좌우 방향 전환키로 이동하며 탈출을 해야 한다 (제한 시간 7분). 진행하다가 화재를 만나면 뒤로 돌아서 서 다른 길을 찾아야한다 (계단을 통해 다른 층으 로 가기도 해야 함).
[Fig. 4] Stairs before entering (above) and after exiting (below)
계단에 진입하면 다른 층으로 바로 연결되게 하 였으며 화면에 진입하는 층 번호가 표시 된다 ([Fig. 4] 참고). 개발 초에는 계단 위로도 걷게 하 였으나, 아래를 보며 방향 전환까지 하다 보니 사
용자의 어지럼증이 심하였다.
그리고 복도 중간의 방화문은 규정에 따라 평소 에 잠금 없이 닫혀 있다가 실험자가 가까이 접근 하면 자동으로 잠시 열리고([Fig. 5] 참고) 통과 후 다시 닫히도록 설계하였다.
[Fig. 5] Fire doors are closed unlocked (above),
and temporary opened by access (below)
3.3 실험 환경과 진행
본 실험은 충돌의 위험을 줄이기 위해, 지정된 자리에 앉아서 진행하도록 설계하였다. 바이브를 착용하고 실험하는 화면은 [Fig. 6]에서와 같다.
본 게임은 다음과 같이 진행되었다.
(1) 자리에 앉아 VR 안경(VIVE)을 착용한 다.
양손에 컨트롤러를 잡고 시야를 확인하면 4층의
한 실험실에 있으며(위치: [Fig. 1], 랜덤), 화재 발
생 경보가 울리는 상황에서 게임이 시작된다.
[Fig. 6] Experiment environment (taking VIVE head set on the face, grab VIVE controllers on
both hands)
(2) 좌, 우 컨트롤러를 사용하여 몸을 움직여 실 험실 문을 나서면, 복도에는 연기가 보이고 시야 상부에는 생명 표시인 하트와 숫자가 보인다. 연기 의 정도가 심해져 경고문이 뜨면 고개를 숙여야 한다 (컨트롤러의 ‘고개숙임’ 버튼). 그렇지 못해 연기를 흡입 시에는 하트가 줄어들고 0이 되면 ‘사 망’ 게임종료다 ([Fig. 7] 참고).
(3) 복도와 방화문을 지나 계단을 내려가며, 건 물 1층 출입문까지 제한시간 7분 이내에 도착하 면 게임 종료와 함께 탈출 성공한 것으로 본다.
건물내 2개의 수직계단 중 어느 곳으로 내려갈 지는 연기의 양을 보고 판단해야 하며, 도중에 진 행이 불가하다고 판단될 시에는 돌아서서 다시 계 단을 올라와 다른 통로를 찾아야 한다.
(4) 실험 종료(총 예상소요시간: 3～7분) VR 장비의 단점인 시야 혼란으로 인한 현기증 을 피하기 위해 플레이 시간의 제한이 필요했다 (7분 이내로). 정상인도 실험 후 약간의 휴식시간 이 필요하며, 현기증이 심할 경우는 실험을 즉시 중단하도록 했다. VR 게임에 의한 인체 영향을 최소화하기 위하여 IRB 승인을 받고 실험을 진행 하였다.
[Fig. 7] Size of life heart and state of benting upper body (above) before benting,
(below) after benting.
4. 실험 및 결과 분석
본 연구에서 보이고자 하는 게임의 효과성은 참 여자들을 모집하여 개발된 VR 게임의 체험 전후 의 생각과 자세의 차이를 설문 조사하여, 통계로 그 결과를 분석해 비교하는 방법을 사용했다.
4.1 실험의 진행
본 실험은 IRB 승인기준에 맞는 대학생으로 15
명을 모집하여 진행했으나, 1명이 현기증으로 중도
포기하여 최종 14명이 참여하였다[8]. 참여자들의
일반적 특성은 [Table 1]과 같다.
Variables N %
Gender Male 8 57
Female 6 43
Average age(year) 21
Wearing glasses/lens
Yes 8 57
No 6 43
Experience of playing VR Games
Yes 10 71
No 4 29
[Table 1] Demographic characteristic of participants (N=14)
VR 게임의 경험 여부를 묻는 문항에서는 총참 가자중 경험자의 비율이 약 71%였고, 남성이 8명 중에 6명, 여성이 6명 중에 4명으로 나타났다.
실험 참여자를 대상으로 실시한 화재탈출 VR 게임 실험 결과를 보면 14명의 실험자 중 9명이 탈출에 성공하고, 5명이 탈출에 실패하여 약 64.3%의 성공률을 나타내었다.
탈출에 성공한 실험자의 탈출 시간은 2~3분 정 도로 예상소요시간인 5분보다도 빠르게 나타나, 처 음 접하는 게임인데도 불구하고 상당히 숙련된 모 습을 나타내었다. 탈출에 실패한 5명은 모두 연기 를 들이마셔 사망한 것이었으며, 방화문을 폐쇄된 문으로 잘못 알고 되돌아가거나, 긴박한 상황에서 VR 게임기 조작이 서툴러서 더욱 당황하였기 때 문으로 추정된다.
4.2 효과성 설문 결과 분석
본 연구에서 개발한 화재탈출 VR 게임이 목적 에 부합하는지 효과성을 살피기 위해, 실험 참여자 들을 대상으로 게임 전과 후의 생각과 느낌에 대 한 설문조사를 실시하였다[12].
실험 전 설문 문항과 응답 결과는 [Table 2]와 같다.
No Survey contents VN N P VP
A1 Familiarity with the knack
of fire evacuation 0 2 9 3
A2
Awareness of the evacuation map of the
building
1 6 6 1
A3 Know the characteristics of
fire smoke 0 2 9 3
A4 Know how to use the fire
extinguisher 0 2 9 3
A5 Know how to use the fire
hydrant 2 3 7 2
A6 Know the characteristics of
the fire door 2 4 6 2
[Table 2] Survey items and response(#person) before experiments of the VR game with 4
values (VN:very negative, N: negative, P:
positive, VP: very positive)
[Table 2]의 항목들은 화재 안전에 대한 사전 지식을 물어본 것으로, [Fig. 8]은 긍정적인 답변 (P+VP)의 비율을 백분율로 나타낸 그래프이다.
%
[Fig. 8] Prior knowledge on the overall fire safety before experiments of VR game
문항별 분석 결과를 보면 A1, A3, A4에 대해서 는 80% 이상의 실험자들이 상당히 잘 인지하고 있는 편이지만, A2, A5, A6에 대해서는 50-60%
정도로 인지하고 있음을 알 수 있다. 특히 실험자
들은 피난에 대해서 어느 정도 잘 안다고 하면서
도 실제로는 피난과 직접적인 연관이 있는 피난안
내도와 방화문에 대한 지식은 부족하였다.
실험 후의 설문 문항과 응답 결과는 [Table 3]
과 같다.
No Survey contents VN N P VP
B1 More familiar with the
knack of fire evacuation 0 0 11 3 B2 Awareness of escape route
of the fire building 0 2 8 4 B3 More familiar with
characteristics of fire smoke 0 4 8 2 [Table 3] Survey items and response(#person)
after experiments of VR game with 4 values
사후문항 B1, B2, B3은 사전문항 A1, A2, A3 에 대응되는 질문으로서 게임 경험후에 본인이 인 지하는 정도를 파악한 것이다. [Fig. 8]처럼 긍정 적인 답변(P+VP)의 비율을 구하여 실험 전후를 비교한 그래프를 [Fig. 9]에 나타내었다.
[Fig. 9] Change on understanding of the fire safety after VR game experiments
[Fig. 9]의 수치들은 긍정 답변(P+VP)의 비율 이다. 실험 전후를 비교할 때 사용자들은 VR게임 을 체험하고 나서 화재 대피 요령에 대해 훨씬 잘 알 게 되었고(A1/B1), 대피로에 대해서도 월등히 주의를 기울일 수 있겠다고(A2/B2) 응답하였다.
다만 실험 후 화재 시 연기의 대처 요령에 대한
긍정적인 답변이 줄어든 것은 실험 전 지식으로 알고 있던 것보다 게임을 통해 실제 겪어보니 연 기의 특성에 대하여 오히려 잘 몰랐다는 것을 인 지한 것으로 해석되었다. 이는 연기로 인한 사망자 가 5명이나 나온 것과 일치한다.
4.3 사용성 설문 결과 분석
본 VR 게임의 사용성 파악을 위해 [Table 4]와 같이 7개 영역(조작의 편의성, 조작방식의 학습성, 도전감, 능률성, 압박/속도감, 친숙성, 만족성, G1~7)의 15개 문항(U1~U15)에 대한 설문조사도 수행하였다[13,14].
문항의 측정은 모두 4점 척도로 진행하였고, 사 용성 파악은 문항별 최소 1점에서 최대 4점으로 점수화하여, 문항별 영역별로 분석하였다.
영역별 평균값으로 그래프를 그린 것이 [Fig.
10] 이다.
[Fig. 10] Graph of mean values of 7 groups of usability test of the VR game (VR convenience was lowest, 3.04 which means still difficult to use
VR devices even VIVE)
7개의 영역 중 가장 높은 점수를 나타낸 영역은
능률성(G4)으로 ‘여러번 할수록 잘 할 수 있겠다
(3.64점)’이었다.
Variables Mean
(G1) Control convenience
(U1) Moving back and forth 3.29
3.04
(U2) Direction turning 2.79
(U3) Visibility of the level, icon and bar on the monitor 3.00 (U4) Using the stairs to change floor 2.79
(U5) Fast moving on the floor 3.36
(G2) Learning of Manipulation
(U6) Understanding the operation of the game 3.43 (U7) To remember the operation of the game 3.71 3.57 (G3) Desire to
Challenge
(U8) Hope to do better after the game 3.57 (U9) Want to go to the next higher level 3.43 3.50 (G4) Efficiency (U10) Feel more comfortable if you repeat the games 3.64
(G5)Pressure/Speed (U11) Could concentrate on the game 3.36
(G6)Familiarity (U12) Game graphic of the building was realistic 3.50 (U13) Felt myself like in the fire field 3.07 3.29
(G7)Satisfaction (U14) Felt interest in the game 3.50
(U15) Helpful to experience the fire evacuation 3.57 3.54 [Table 4] Survey items of usability test of the VR game
(7 groups and 15 questions of its usage) with each mean value (N=14)
그 다음은 조작방식의 학습성(G2)으로 ‘게임 조 작 방법에 대한 이해가 쉽다’(U6, 3.43점), ‘게임의 조작 방법을 쉽게 기억할 수 있다’(U7, 3.71점)’의 응답에서 평균치가 3.57점이었다. 그 다음으로는 만족성(G7)으로 ‘게임 진행이 재미있었다’(U14, 3.50점), ‘게임을 통해 화재탈출 체험에 도움이 되 겠다’(U15, 3.75점)로 평균 3.54점이었다. 도전감 (G3), 압박/속도감(G5), 친숙성(G7)에 대해서도 각 각 3.5점, 3.36점, 3.29점을 얻어 만족도가 높은 편 이었다.
조작의 편의성(G1)이 비교적 낮은 점수가 나온 것은 그만큼 VR 컨트롤이 쉽지 않았다는 것인데 당황하여서 사망한 5명이 이에 해당될 것이다. 실 제로 VIVE 안경을 착용하고 좌우 컨트롤러로 방 향전환하며 전 후진으로 이동하는 기기 조작이 처 음해보는 사람들에게는 쉽지 않을 것이다(U2 낮게 나옴). 특히 계단(U4)은 구현해보니 이동하는데 어 지럼증이 발생하였다. 실험하기 전에 진입만 하는 것으로 간소화하다 보니([Fig. 4] 참고), 실감이 덜 했던 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구에서는 VR장비인 VIVE를 사용하여 화 재가 발생한 다층 복합건물 내에서 화염과 유해한 연기를 피하여 탈출하는 것을 체험할 수 있는 VR 기능성 게임을 개발하였다.
실험은 IRB 승인에 따라 호서대 학생들(20대) 14명에게 VR게임 참여와 설문 조사 형식으로 시 행하였으며 체험 전후를 설문으로 비교하는 실험 통계 분석을 통해 그 효과성과 사용성을 분석하였 다.
VR 게임 체험 전 설문 조사에서 실험자들은 화 재 피난에 대해서 어느 정도 잘 안다고 하면서도 실제로는 피난과 직접적인 연관이 있는 피난안내 도와 방화문에 대한 지식은 부족한 편이었다.
체험 후 참여자들은 나서 화재 대피 요령에 대
해 훨씬 잘 알 게 되었고, 대피로에 대해서도 훨씬
더 주의를 기울일 수 있겠다고 분석되었다. 특히
건물 내 비상 대피로에 대한 인식 정도는 가장 많
은 향상을 보여 체험 효과가 명확히 보였다.
게임의 사용성에 대해서도 능률성, 조작방식의 학습성, 만족성, 도전감, 압박/속도감, 친숙성, 조작 의 편의성 순으로 3.04 ~3.64점 범위(4점 척도)에 응답 점수가 분포되어 있어 실험에 참여한 자들의 게임 플레이에 대한 만족도가 높았다고 분석되었 다.
본 연구에서 개발한 화재 비상탈출 VR 게임 [15]은 대학생들에게 체험 전과는 다른 인지도 변 화를 도모하였다는 점에서 기능성 게임의 효과를 확인시켜 주었다. 나라에서 실시하는 정기적인 소 방대피 훈련에 본 VR 게임을 병행한다면 일반 국 민들에게도 화재 대피에 대한 경각심을 높일 수 있는 도구가 될 것으로 기대한다.
ACKNOWLEDGMENTS
This research was supported by the Academic Research Fund of Hoseo University in 2018 (2018-0308).
REFERENCES
