Ⅰ. 서 론

3D 입체 영상은 인간의 좌·우 안에 각기 다른 시 차 정보를 가지는 영상을 통하여 시청자가 입체감을 느낄 수 있도록 제작되며, 다양한 플랫폼의 디스플레 이들의 개발로 영화관에서의 입체영화 시청 뿐 만 아 니라 3D TV 및 모바일 기기를 통해 가정에서나 실외 에서도 쉽게 접할 수 있게 되었다.^1-4) 하지만 2009년 에 개봉된 극장용 3D 영화 ‘아바타(Avatar)’의 성공 과 다양한 3D 콘텐츠의 보급 이후, 입체영상을 시청 할 경우 불편감을 호소하는 경우가 있었으며, 이는 3D 시청에 대한 거부감으로 이어지기도 하였다.⁵⁾ 이 에 따라 다양한 분야에서 3D 휴먼 팩터 (human factor)에 관한 연구가 지속적으로 진행되고 있으며 피로가 발생하는 원인은 조절과 폭주의 불균 형,^{6,8-11,13-16)} 과도한 양안시차,^6,8,15) 근거리 시청,^7,19) 장시간 시청,^8,12,26,28) 3D 영상의 품질^14,18) 등으로 알 려져 있다. 또한 3D 영상 시청 후 사위 및 융합여력 ^{17,22-23,25,27)} 또는 조절 능력^20-23,25), 입체시력^24,28) 등 의 시기능 변화도 보고되고 있다.

최근 3D 컨텐츠의 경우 3D 영상 제작 경험이 쌓이 게 되면서 영상 제작에서 적절한 단안단서를 가지도 록 초점이 맺히지 않는 부분을 흐리게 처리하는 등⁸⁾ 점차 3D 영상의 품질이 향상되고 있으며, 이전의 3D 영상에서는 더 큰 입체감을 위해 양안시차 값을 크게 두어 제작되었지만 현재의 3D 영상은 파늄 융합역 내 에 피로감을 유발하지 않는 영역 즉, 호롭터 전후 약 ±1˚(+0.82˚~-.82˚),²⁾ 또는 스크린 앞과 뒤에 맺 히는 영상에 대한 조절반응이 1D 이내⁴⁾ 로 권장하여 조절과 폭주의 불균형을 유발하지 않도록 과도한 양 안시차를 지양하는 추세이다. 또한 입체영상의 질을 훼손하지 않고 시청할 수 있는 3D 영상 장비 등의 개 발로 3D 영상으로 인한 불편감이 많이 개선되었을 것 으로 예상된다.^30-34) 예를 들어, 셔터 글래스 방식 3D 의 빛의 깜빡임 (flickering)을 감소하는 기술의 개 발,^30,32) 색상 보정을 통한 3차원 TV의 입체영상 화질 개선,³¹⁾ cross-talk 현상을 줄인 편광3D 안경³³⁾ 등의 3D 영상 장비의 성능 향상 기술이 개발되었다.³⁴⁾

따라서 본 연구에서는 가정용 3D TV를 이용하여 2D 및 3D 영상을 시청할 경우, 자·타각적 변화가 있는지 피로도 측정과 시기능 검사를 통해 알아보았 다. 최근에 HMD(Head Mounted Display) 등 웨어러 블 기기의 보급으로 가상현실(Virtual Reality)에 대 한 관심이 증가하고 있다. 가상현실 기기에서는 좌우 안의 상을 분리하여 표시되기 때문에 양안시차를 통 해 3D 영상이 시청 가능하다. 그러므로 본 실험의 피 로도 및 시기능 관련 연구는 가상현실 기기 사용 시 피로도와 시기능 변화와도 관련이 있을 것으로 생각 된다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 실험대상

본 연구는 사시와 부등시 및 특별한 안과적 질환, 전신질환, 정신질환 등이 없고 3D 입체영상 시청이 가능하며 양안 교정시력 0.8 이상인 23-29 세(평균 연령 25.3±1.6세)의 남녀 15명(남자 10명, 여자 5명) 을 대상으로 실시하였다. 근거리 입체시 검사시표 검 사로 입체시가 가능한 피검자만을 선별하였다.

2. 검사방법

피검자는 Fig. 1의 순서로 영상 시청 전후 피로도 설문과 시기능 검사를 진행하였다. 기존 문헌에서 2D 와 3D 영상을 각각 30분 이내 시청 시 3D 영상에서 더 피로감을 느낀다는 결과가 보고된 점을 고려하여, 시청 시간은 30분으로 하였다.^{3,21-24,27,36)} 실험에 사 용된 30분 길이의 영상은 두 편의 영화의 일부분을 사용하였다. 사용한 영화는 아바타(Avatar, 2009년) 의 전반부 50~80분, 후반부 120~150분과 어벤져스 (The avengers, 2012년)의 전반부 70~100분, 후반 부 100~130분이다. 각각의 영상에는 화면 아래쪽에 한글 자막을 표시하였고, 3D 영상의 자막은 좌우 영 상간의 시차가 없는 조건이 사용되었다. 2D와 3D 영 상 시청 순서의 영향을 배제하기 위해, 2D와 3D 영 상 시청 방식을 통제하여 피검자의 절반은 2D 영상 을, 나머지 절반은 3D 영상을 먼저 시청하였다. 영상 시청 후 피로감이 장시간 남을 수도 있기 때문에, 다 른 날에 Fig. 1의 순서로 2D, 3D 영상 방식을 달리하 여 같은 영화의 후반부를 시청하여 한 번 더 실험을 진행하였다. 결과적으로 1명당 2번의 영상 시청(각각 30분 길이, 동일 영화의 2D, 3D 방식을 바꾼 전반부 와 후반부)과 2D 및 3D 영상 시청 전·후 총 4회의 설문과 시기능 검사가 진행되었다.

실험에 사용된 영상기기는 LG전자사의 Full HD급 47인치 LED 3D TV(47LW4500, Lg Electronics Inc., Korea)를 사용하였다. 조도는 500lux, 시청 거 리는 2.5m로 일반적인 거실에서의 시청 환경을 참고 하였다. 3D 시청 시 안경을 착용한 피검자는 3D 편광 안경 클립을 착용하였고 안경을 쓰지 않은 피검자는 3D 편광 안경을 착용하였다. 편광 클립과 안경은 제 조사에서 제공한 것을 사용하였다. Fig. 2

2D 및 3D 영상 시청 전후 보완된 SSQ(Simulator Sickness Questionnaire) 설문지를 사용하여 피로도 변화를 평가하였다(Appendix 1). 보완된 SSQ 설문지는 5가지 카테고리, 28개 평가항목으로 구성돼있고, MSQ(the Pensacola Motion Sickness Questionnaire) 에서 발전된 방법으로 Ukai 등에 의해 개발되었다.³⁶⁾ 피로도는 최소 1점에서 최대 7점의 7단계로 평가되었다. 1점은 무증상으로서 해당 항목에 대해 전혀 자각하지 못하는 상태이고, 7점은 매우 심각한 증상이 나타나는 경우이다. 피로도의 7가지 수준은 Fig. 3과 같다.

2D 및 3D 영상 시청 전후 시기능을 평가하기 위해 원거리 및 근거리 사위, 융합버전스, 폭주근점, 상대 조절력, 양안 최대조절력, 양안 조절용이성, 입체시 검사를 시행하였다. 자료 분석은 SPSS 통계분석 프 로그램으로 Paired t-test를 사용하였다. 95%의 신 뢰구간에서 p<0.05일 때 통계적으로 유의하다고 판 단하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 3D TV와 2D TV시청 후 피로도의 변화

보완된 SSQ 설문지를 사용한 피로도 설문 결과는 Table 1과 같다. 통계 분석에서 28가지 항목 중 흐려 보임(흐려 보이거나 번져 보임, Blurry), 건조함(Dry eye), 피로함(Eye strain), 어지러움(어지럽고 핑 도 는 느낌, Dizzy)의 4가지 항목이 2D 또는 3D에서 유 의하게 증가하였다.

흐려 보임 수준은 2D TV 시청 전·후에 통계적으 로 유의한 차이를 보였지만(p=0.019), 3D TV에서는 시청 전·후 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았 다(p=0.104)(Fig. 4. A). 건조함 수준은 2D TV 시청 전·후 통계적으로 유의한 차이를 보였지만 (p=0.023), 3D TV 시청 전·후 유의한 차이를 보이 지 않았다(p=0.385)(Fig. 4. B). 피로함 수준은 2D TV 시청 전·후 유의한 차이를 보였으며(p=0.003), 3D TV에서도 시청 전·후 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p=0.019)(Fig. 4. C). 어지러움 수준은 2D TV 시청 전·후 유의한 차이를 보이지 않았으나 (p=1.000), 3D TV에서는 시청 전·후 로 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p=0.047)(Fig. 4. F).

피로도 검사에서는 2D 영상에서는 흐려 보임, 건조 함, 피로함의 3가지 항목이 영상 시청 후 통계적으로 유의하게 증가하였고 3D 영상에서는 피로함, 어지러 움의 2가지 항목이 영상 시청 후 통계적으로 유의하 게 증가하는 결과를 보였다(Table 1). 머리가 무거운 느낌(Feeling heavy in the head), 졸림(Sleepy)은 2D 와 3D 모두 유의한 차이가 없었으며(Fig. 4. D, E), 그 외의 항목들에서도 유의한 변화는 없었다.

피로도 설문의 경우 절대적인 수치가 아닌 상대적 인 수치로 7점에 가까운 높은 점수에 근접하지 않을 경우 심한 정도의 피로를 느낀다고 보기 어려우며 시 청 전후의 1점 정도의 적은 차이는 유의미하게 증상 을 느낀다고 보기 어려울 것으로 예상할 수 있다. 실 제로 본 실험에서는 5점 이상의 수치가 나타난 경우 는 거의 없었으며 시청 전후의 차이는 최대 평균 1점 내외로 큰 변화를 보이지 않았다. 또한, 2D 및 3D 영 상 시청 전·후를 비교한 결과, 유의차가 있는 항목 개수를 비교하면 2D 영상 시청 후가 3개, 3D 영상 시 청 후가 2개에 불과하다. 따라서 본 실험의 시청 환 경에서는 2D 영상은 물론 3D 영상 시청 시에도 심각 한 정도의 피로는 유발하지 않는 것으로 보인다.

이전 연구들에서는 30분 내외의 시청시간에 대해 3D 영상이 2D 영상에 비해 더욱 불편감을 느낀다고 보고되었으며, 조절과 폭주의 불균형,^{6,8-11,13-15)} 과도 한 양안시차,^6,8,15) 근거리 시청,^7,19) 장시간 시 청,^8,12,26,28) 영상의 질^14,18) 등의 영향을 받는 것으로 보고되었다. 그러나 본 실험 결과에서는 3D 영상 시 청 후의 자각적인 불편감이 2D 영상 시청 후의 자각 적인 불편감과 정도에서 차이를 보이지 않았다.

그 이유는 첫째, 이는 본 연구에서 사용한 3D 영상 이 3D 측면에서 적절한 깊이감을 가지는 영상이기 때 문이다. 이전에는 앞으로 물체가 튀어나와 보이는 과 도한 깊이감을 주어 시청자들의 호기심을 유발하는데 치중한 놀이동산의 입체 영상 체험관이나 3D 영상이 많이 사용되었으나, 이후 3D 영상 시청 시 입체적으 로 융합이 가능한 파늄 영역은 스크린 앞쪽 보다 뒤 쪽에서 넓다는 사실³⁵⁾과 피로를 유발하는 조절과 폭 주의 불균형 문제를 감소시키기 위해 초점심도를 벗 어나는 과도한 양안시차 (호롭터 전·후 약 ±1˚도 이상)의 사용을 자제해야 한다는 연구가 보고되었 다.^{2,6,8-11,13-16,18)} 본 논문에 사용된 영상은 앞으로 튀 어나오는 보이는 3D 효과가 적고, 화면 뒤쪽의 배경 공간을 표시하는데 중점을 두었기 때문에 피로도가 크지 않았던 것으로 생각된다.

둘째, 시청 거리와 실험에 사용한 3D 표시 장치의 차이이다. 본 실험에서는 일반적인 거실에서의 시청 환경을 참고하여 시청 거리를 2.5m로 하였기 때문에, 근거리 시청과 비교하여 피사체 심도가 넓어져 조절 과 폭주의 불균형 문제가 감소하였다고 볼 수 있다. 또한, 초기에 개발된 3D 표시장치는 매우 어두웠고, shutter glass 방식의 3D TV를 시청하는 경우 깜박 거림(flickering) 때문에 피로감을 유발한다고 알려져 있었으나,^30,32) 본 연구에서는 깜박거림(flickering)이 없고, 명실에서도 어둡게 보이지 않는 편광방식의 3D TV를 사용하였기 때문에 이에 따른 차이가 발생할 수 있을 것으로 여겨진다.^31,34)

2. 3D TV와 2D TV시청 후 시기능의 변화

시기능 검사 결과는 Table 2와 Fig. 5와 같다. 통계 분석에서 29가지 항목 중 유의한 항목은 없었다.

원거리 및 근거리의 수평 수직 사위는 2D 와 3D TV 시청 전·후로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Fig. 5. A, B). 폭주 근점은 2D TV 시청 전· 후로 유의한 차이를 보이지 않았으며(p=0.053), 3D TV 또한 시청 전·후로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p=0.107)(Fig. 5. C). 조절력과 관련 한 검사에서 양안 최대조절력은 2D 와 3D TV 시청 전·후로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으며 (Fig. 5. D), 음성 및 양성 상대조절력의 경우(Fig. 5. E)와 양안 조절용이성(Fig. 5. F) 또한 유의미한 차이를 보이지 않았다. 입체 시력도 2D와 3D영상 시 청 전·후 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (Fig. 5. G). 다만 폭주 근점의 경우 2D 시청 전·후 (p=0.053), 3D 시청 전·후(p=0.107)로 비교적 유의 수준 0.05에 근접한 결과가 나와 피실험자의 수가 늘 어나면 유의한 차이가 보일 수도 있음을 예상할 수 있다.

3D 입체영상 시청이 사위 및 융합여력,^{17,22-23,25,27)} 조절 능력,^20-23,25) 입체시력²⁴⁾ 등 시기능에 영향을 미 치는 것으로 여러 연구에서 보고하고 있으며 이로 인 해 시각적 피로가 발생한다고 알려져 있다.^16,19-28) 하 지만 본 실험의 피 실험자들은 모두 부등시, 사시 및 사위, 조절기능 등 양안시 기능에 이상이 없는 20대 초반이었으며, 실험에 사용된 영상 또한 과도한 양안 시차^6,8,15)를 가지지 않는 영상으로 조절과 폭주의 불 균형^{6,8-11,13-16)}이 적었기 때문에 사위 및 융합여력 등 의 시기능적 변화가 통계적으로 유의하게 발생하지 않았음을 예상할 수 있다. 특히 1m 내외의 근거리 시 청의 경우 조절기능에 영향을 미친다고 알려져 있지 만,^17,21-24) 본 실험에서의 시청거리(2.5m)는 이론적 으로 약 0.4D의 조절반응을 요구하며 따라서 조절기 능에 미치는 영향이 적음을 예상할 수 있다.

본 연구에서는 시기능 검사로 폭주 근점 검사, 원 거리 및 근거리 사위도 검사, 양안 최대조절력 검사, 상대조절력 검사, 양안 조절용이성 검사, 입체시 검 사를 실시하였으나 2D 영상과 3D 영상 시청 시 통계 적으로 유의한 차이가 발견되지 않았다. 그러므로 본 연구의 시청 조건에서 2D 영상 시청과 비교하여 3D 영상 시청이 시기능에 주는 영향은 비슷한 수준으로, 3D 영상 시청이 시기능에 문제를 유발하지 않는 것을 확인할 수 있었다.

Ⅳ. 결 론

본 실험에서는 3D TV를 이용하여 2.5m거리에서 30분간 2D 및 3D 영상을 시청하였을 경우 자·타각 적 영향의 정도를 알아보기 위하여 피로도 조사 및 시기능 검사를 실시하였다.

피로도 평가에서는 통계적으로 유의한 차이들을 확인할 수 있었으나 시청 전후 점수 차가 크지 않았 으며 총 28개의 항목 중에 2D에서 흐려 보임, 건조 함, 피로함의 3가지 항목, 3D에서 피로함, 어지러움 의 2개 항목 외에는 통계적으로 유의한 차이를 나타 나지 않았다. 시기능 측면에서는 2D와 3D 영상 시청 전후를 비교하였을 때 모든 항목에서 유의한 차이를 보이지 않았다.

기존 연구들에서 3D와 2D 시청을 비교하여 피로도 증가와 시기능 변화가 보고된 것에 비교하여, 본 연구 에서는 큰 피로도와 시기능 변화가 관찰되지 않았다. 3D 영상 시청 시 피로도와 시기능은 3D 영상, 시청 거리, 3D 영상 표시 장치의 특성에 영향을 받기 때문 에, 시청 환경의 차이에 의해 기존 보고와는 다른 결 과가 나타난 것으로 생각된다. 하지만 2D 및 3D 영상 시청 시 모두 시차 없이 스크린 아래쪽의 자막과 함께 시청한 점과 실험 대상자가 부족한 점은 일부 결과에 영향을 미칠 수 있음을 고려해야 할 것이다.

본 연구의 결과는 3D 시청 시 시청자에게 발생하 는 피로도와 시기능 변화는 항상 문제가 되는 수준이 아니며, 양호한 3D 영상 품질과 3D TV 성능, 그리고 적절한 시청거리를 유지한 환경 내에서 3D TV를 시 청하면, 2D 시청과 유사한 수준의 피로가 발생하며 시기능에 영향을 거의 주지 않을 수 있다는 것을 나 타낸다.