Ⅰ. 서 론
디지털기기의 발달 및 보급으로 사회의 각 영역에서 스마트폰, 태블릿 PC 등을 포함한 디지털기기의 사용이 일상화 되었다.1) COVID-19라는 팬데믹 동안 ‘거리두기 방역’으로 인해 일과 생활의 대부분을 실내에서 보내게 되어 디지털기기 사용이 폭증하게 되었고, 메타버스 열풍과 함께 가상현실(virtual reality, VR) 관련 산업이 성장함에 따라 새로운 디지털기기의 사용자 수요가 크게 증가하고 있다.2)
최근에는 오큘러스 퀘스트2(Oculus Quest 2)와 HTS의 바이브(Vive) 시리즈 같은 기기에 이르기까지 다양한 보급형 헤드마운트(HMD) VR 기기들이 사용자의 편의성을 높이고, 가격의 진입장벽을 낮추면서 VR 시장은 더욱 확대되고 있으며, 풍부한 미디어 경험을 가능케 하는 진화된 형태의 VR 콘텐츠와 플랫폼의 용이성으로 VR 기기의 사용자가 급속도로 늘어나고 있다.2)
연구개발특구 진흥재단의 발표(글로벌 시장동향 보고서)에 따르면 전 세계 가상현실(VR) 시장은 2018년 79 억 달러에서 연평균 성장률 33.47%로 증가하여 2024년 에는 446억 8,000만 달러에 이를 것으로 전망되며, 한국도 2018년 3억 8,860만 달러에서 연평균 성장률 36.67%로 증가하여 2024년에는 25억 3,240만 달러에 이를 것으로 예측된다.3)
이처럼 VR 시장은 다양한 게임, 영상 시청물 등이 스마트폰 시장만큼이나 크게 성장할 것으로 예상되어 기존의 영상단말기인 스마트폰, 태블릿 PC 등과 함께 사용 시간이 급격하게 늘어날 것으로 보여진다. 이미 영상단 말기의 과도한 사용으로 인한 눈의 자각 증상, VDT 증후군, 안구건조증, 수면 부족 등 다양한 건강문제 등이 언급되고 있는데4,5) VR 기기 사용자가 늘어남에 따라 비슷한 문제들의 발생이 심히 우려되고 있다.
또한, VR 기기는 과도한 근거리 작업에 따른 조절력과 폭주의 과도한 사용으로 인해 조절력 감소, 폭주력 저하, 사위도 변화 등의 문제가 더욱 심각하게 발생할 수 있다.6,7,8) 스마트폰, 태블릿 PC의 사용과는 달리 VR 기기는 눈과의 거리가 매우 짧은 초근접 거리로 더 많은 조절이 요구되는 시작업이며, VR 헤드셋은 현실 외계의 배경이 완전히 차단되어 VR 내부의 이미지만이 온전히 보이는 상태여서 영상에 대한 몰입도가 매우 높다는 특징이 있다.9) 이러한 이유로 기존의 연구결과에서 나타난 인체의 부정적인 영향(자각적 증상 호소, 통증, 불편감 등) 및 시력 저하, 그리고 양안시기능의 문제가 더욱 심화된 형태로 나타날 수 있다고 예상된다.
이와 관련하여 현재까지 스마트폰, 태블릿 PC를 포함한 영상단말기의 과도한 사용에 대한 인체의 시각자극 반응, 시력의 질에 미치는 영향을 연구한 국내 사례는 다수 보고 되었고10-15) 해외에서도 Wang과 Jaiswal 등 안과 연구자를 통해 알려져 있다.16,17) 하지만 VR 기기를 사용 후 사위도, 양안시기능에 미치는 영향을 조사한 연구는 비교적 적게 수행되었고 스포츠 장면에서 안구운동 및 양안시의 기능이 중요하게 요구되는 체육계열의 학생을 대상으로 수행된 연구는 미흡한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 체육계열 대학생의 VR 기기 사용이 시력과 양안시기능, 더 나아가 안구운동 기능에 미치는 영향에 대해 알아보고 다양한 시기능 검사를 수행하여 이를 정량적으로 평가하고자 한다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 대상
본 연구는 백석문화대학교 기관생명윤리위원회의 임상연구심의위원회(Institutional Review Board) 심사를 거쳐 연구윤리 규정에 따라 진행되었으며(IRB No.2-7008132-A-N-01), 2022년 11월부터 12월까지 충남 천안시의 B대학교 체육계열 대학생을 대상으로 연구를 시행하였다. 설문조사 수행 전 모든 참가자에게 연구의 목적과 내용, 응답한 자료에 대한 비밀보장, 응답한 결과가 본 연구 이외의 목적으로 사용되지 않음을 설명하였다. 이러한 연구 취지에 동의하는 대상자 30명이 연구에 참여하였고, 그 중에서 굴절교정 수술 이력이 없고 현재 안질환 과거병력, 정상안으로 간주되는 일반적인 사위도 범위(외사위 7 Δ 이하, 내사위 1.5 Δ 이하) 25명(남 14명, 여 11명, 평균 연령 21.4±2.3세)을 최종 연구대상으로 선정하였다.
2. 연구 방법
본 연구에서는 실험 전 피검자들을 자동안굴절계 (auto refrector-keratometer, HRK-8000A, Huvitz, Korea)와 포롭터(CDR-3100, Huvitz, Korea)를 이용하여 굴절이상을 완전교정을 한 후 연구를 수행하였다. 굴절이상을 완전교정한 후 헤드마운트형 VR 기기 (Oculus quest II, Oculus, USA)를 착용하고 디스플레이와 눈과의 거리가 눈앞 15~20 mm에서 시청각 콘텐츠(VR outdoor tour contents)를 30분간 주시하도록 하였다. 그림1은 VR 디스플레이에서 피검자에게 보여지는 화면으로 야외환경을 구현한 가상의 이미지이다 (Fig. 1). 모든 검사는 VR 시청 전후에 각 3번씩 수행하여 평균값을 선택하였고, 검사항목은 굴절검사 및 정지 시력 측정, 안구 운동검사, 양안시기능 평가 등 크게 세 가지로 이루어졌다.
1) 정지 시력(static visual acuity) 평가
피검자의 시력 측정은 6 m 거리에서 진용한 시력표를 이용하여 측정하였고, 굴절상태를 평가하기 위해 자동 안굴절계(auto refrector-keratometer, HRK-8000A, Huvitz, Korea)를 사용하여 굴절력을 측정했으며, 포롭터를 활용한 자각식 검사로 완전교정 굴절력을 검출하 였다.
2) 안구 운동검사
안구의 동적 시기능 상태를 평가하기 위해 SCCO (southern california college of optometry) 검사(4점 만점 스케일), H-S 스케일(작은 주시물체를 타깃으로 한 따라보기 검사로 눈, 머리의 움직임과 자동성, 지속성을 평가한 10점 만점 스케일), 수평 나열 숫자표를 판독하는데 걸린 시간을 측정하는 DEM(developmental eye movement) 검사, 5점 스케일의 주시안정성 검사 (gaze stabilization test)를 사용하였고, 검사의 정확성을 위해 숙련된 검사자(5년 이상의 안과 근무 안경사)가 직접 수행하였다. 각 검사는 Scheiman의 문헌19)에서 제안된 검사방법을 준용하여 다음과 같이 이루어졌다 (Fig. 2).
3) 양안시기능 평가
(1) 근거리 사위량 검사
VR 시청 전후 본그레페법(von Graefe method)을 이용하여 40cm 근거리에서 수평사위 검사를 시행하였다. 검사에 사용한 시표는 근거리 0.7 시력에 해당하는 세로열 시표이며, 피검자에게 시표가 상하로 분리된 것을 확인한 후 가입된 로타리 프리즘을 1초에 1 Δ 씩 감소시켜 분리된 시표가 일직선상에 정확히 배열되었을 때의 프리즘량을 수평사위량으로 판정하였고 외사위를 (-) 부호, 내사위 (+)부호로 설정하였다.
(2) 근거리 양성 및 음성융합버전스 검사
조절자극을 피하기 위해 음성융합버전스(NFV)를 측 정한 후 양성융합버전스(PFV)를 측정하였다. 음성융합 버전스 측정 시 피검자의 양쪽 눈앞에 BI 프리즘을 1초에 1 Δ의 속도로 증가시켜서 흐린점(blur point), 분리점(break point), 회복점(recovery point)을 측정하였고, 양성융합버전스 검사는 BO 방향으로 프리즘을 위치 시켜서 진행하였다.
(3) 조절 및 버전스 용이성 검사
눈의 조절력은 푸쉬업법으로 조절근점(near point of accommodation, NPA)을 측정하였고, 눈의 조절 이용 능력은 조절용이성(accommodative facillity), 버전스 용이성(vergence facillity) 검사를 사용하였다.
4) 자료분석
측정된 데이터는 SPSS 25.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 통계 프로그램을 이용하여 분석하였다. VR 시청 전후의 정지시력, 안구운동, 양안시기능 데이터는 짝지은 t-검정(Paired t-test)을 이용하여 비교했으며, 두 군 간의 성별은 카이제곱 검정을 시행하여 비교하였 다. p값이 0.050 미만인 경우를 통계적 유의성이 있다고 해석하였다.
Ⅲ. 결 과
연구대상자 25명의 일반적인 특성은 남 14명, 여 11명, 평균 연령 21.4±2.3세이며, 평균 교정시력은 0.96±0.28(decimal V.A.), 굴절이상도는 –2.29±2.14 D 이었다(Table 1).
1. 정지 시력과 굴절이상 검사
피검자의 정지 시력은 VR 영상시청 전후 0.96±0.28 (V.A.)에서 0.95±0.31(V.A.)로 변화가 거의 없었고, 굴절이상도는 –2.29±2.14 D에서 -2.47±1.97 D로 상승하였으나 통계적으로 유의한 변화는 아니었다 (p>0.050, Table 2).
2. 안구 운동검사
안구 운동검사는 VR 시청 전후 시행되었다. SCCO 검사에서는 시청 전후 3.49±0.34점, 3.51±0.47 점으 로 모두 3점 이상을 획득하여 눈동자가 원활하게 돌아가는 것으로 나타났고, H-S 스케일은 9.70±0.25(score) 에서 9.58±0.39(score)로 감소하였다. DEM 검사는 19.75±3.12 s에서 21.20±2.52 s로 약 3초 증가했고, 주시안정성 검사(GST)는 VR 시청 전 4.91±0.08점에서 VR 시청 후 4점 획득자 1명이 추가되어 4.88±0.11 점으로 점수가 낮아졌지만 통계학적으로 유의한 차이는 없었다(Table 3).
3. 양안시기능 평가
1) 근거리 사위량과 융합버전스 검사
VR 영상시청 전후의 외사위 프리즘량은 –5.74±2.47 Δ (exo.)에서 -10.69±3.90 Δ(exo.)로 외사위량이 증가 하였다(p<0.050). 양성융합버전스 분리점은 25.64±6.15 Δ에서 23.27±6.66 Δ으로 약 2.3 Δ 감소하였으나 통계적으로 유의한 변화는 아니었다(p>0.050). VR 시청 전후 음성융합버전스 분리점은 평균 16.88±4.09 Δ에서 17.09±6.75 Δ로 나타나 약 0.2 Δ이 소폭 증가 하였으나 통계적으로 유의한 차이는 아니었다 (p>0.050, Table 4).
2) 조절 및 버전스용이성 검사
VR 시청 전후의 조절근점은 12.54±1.40 cm에서 15.19±2.22 cm로 늘어났고(p<0.050), 조절용이성은 11.15±1.78회에서 6.02±2.16회로 줄어들어 선명하게 초점을 맺는데 시간이 지체되었다(p<0.050). 폭주근 점은 7.50±1.69 cm에서 8.15±1.89 cm로 늘어났고, 버전스용이성(Vergence facillity)은 11.45±1.59회에서 10.01±2.24회로 줄어들었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(Table 5).
Ⅳ. 고 찰
본 연구에서 체육계열 대학생을 특정하여 연구를 진 행한 이유는 첫째, 이들 대상자가 일반인보다 신체가 건강하고 안구의 동적 기능이 우수할 것으로 예상되며 둘 째, 일반인보다 평소에 양안시기능, 동적 시기능의 활용 이 많으므로 VR 기기의 사용 후 발생하는 시기능의 저하 및 변화가 더욱 두드러질 것으로 판단하였다. 또한, 체육계열 대학생은 본인의 스포츠 성적을 유지 및 향상 하기 위해 눈의 기능, 안구의 건강 상태 등이 매우 중요 하다는 것을 익히 알고 있어 연구 참여 시 집중도가 다른 대상군보다 높을 것으로 예상되어 연구대상자로 선정 하였다.
헤드마운트 디스플레이 VR 기기를 사용하는 것은 눈에 대한 위험이 있으며, 여러 제조회사에서는 이와 관련 된 불특정한 주의사항을 안내하고 있다. 헤드마운트 (HMD) VR은 입체감 있는 시자극을 주는데, 사용자의 머리 움직임에 따라 시점이 이동할 때 이분법적 이미지를 제시하여 헬멧 내부에서 이미지가 전면에 매우 가깝게 고정된 화면에 표시된다. VR 내부화면은 높은 플러스 도수의 렌즈를 통해 보이며, 이미지가 멀리 있는 것처럼 착시효과를 주게 된다. 깊이감은 각 눈에 제시된 이미지 내 객체에 측면 세트를 부과하여 생성되어 차례로 망막에 이미지 시차를 만들며, 측면 오프셋이 높을수록 물체가 더 가깝게 나타난다.20)
헤드마운트(HMD) VR 시청 시 사용자는 물체 사이의 시선 이동으로 인한 복시를 방지하기 위해 융합운동 (vergence)을 수행하게 된다. 따라서 일반적인 시생활 상황보다 VR 기기를 이용한 가상현실은 더 많은 안구운 동과 양안시기능을 필요로 하게 된다. 이러한 원리로 인해 VR의 장시간 시청이 불필요한 안구운동 자극을 주고 양안시기능에 영향을 줄 것으로 예상되는데 Philip9)은 그의 연구에서 40분 동안 VR 헤드셋을 착용한 사용자의 양안시기능의 변화를 발견하지 못했다고 보고하였다. 반면 Son21)은 VR 사용이 폭주근점과 근거리 사위도, 조절성 폭주비에 영향을 주지만 조절력과 원거리 외사위도는 통계적으로 유의한 변화가 없는 것으로 보고하였고, Kang22) 은 비교적 짧은 시간인 20분의 VR 사용임에도 불구하고 불편감(general discomfort), 메스꺼움 (nausea) 항목의 안구 피로도가 유의하게 더 높아졌다고 보고하고 있다.
본 연구의 경우 수평사위도 검사에서 VR 시청 전 – 5.74±2.47 Δ(exo.)에서 -10.69±3.90 Δ(exo.)으로 외사위 프리즘량이 증가하였고, 조절근점, 조절용이성 항목도 유의한 변화를 보였는데(p<0.050), 이는 일 반적으로 디지털기기를 근거리에서 장시간 사용했을 때 시기능을 측정한 논문과 비슷한 양상의 양안시기능 변화라고 할 수 있다. 이러한 결과는 국내연구에서 Kim 등 7,8)이 발표한 스마트폰을 시청한 후 조절감소, 양안시 문제 등을 보고한 것과 유사한 결과이다.
VR에서는 화면의 모든 물체의 초점 거리가 일정하며, 눈은 선명한 망막 이미지를 유지하기 위해 조절을 변경 하지 않고 수렴하기 때문에 눈에 부담을 주게 된다. 최근 대한의사협회의 의료정책연구소에서는 멀티미디어 단말기의 과사용으로 발생하는 건강문제에 대한 보고서를 발표하였다.23) 이에 기초하여 VR의 시청 후 양안시 기능의 저하 원인을 살펴보면, VR에 집중하는 시간이 늘어나면서 조절과 폭주의 영향으로 눈 내부의 섬모체 근육은 경직되어 안구 피로 및 전신 피로에 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. 때문에 이러한 부작용의 발생을 줄 이기 위해서는 VR 기기의 사용을 적절하게 조절하고, 규칙적으로 휴식시간을 갖는 것이 가장 중요하다고 보여 진다.
본 연구는 VR 시청 전후 양안시 및 안구운동 기능의 정량적 변화를 밝혀내어 의미있는 시사점을 제시하였지만, 부분적으로 다음과 같은 제한점이 있다. 피검자와 검사자가 호흡을 함께하는 검사가 많고, VR 영상을 30 분간 시청해야 하기 때문에 피검자를 충분히 수집하지 못한 한계점이 있다.
본 연구의 결과에서 안위 상태와 폭주력 저하는 서로 밀접한 연관이 있음을 확인할 수 있었으며, 검사결과, 피검자의 분포가 외사위 80%, 정위 10%로 나타났기에 후속연구에는 내사위 환자를 대상으로 연구를 시도해 볼 필요가 있다. 이와 더불어 밀폐된 헤드마운트(HMD)형 VR에서는 일상의 시생활보다 몰입도 증가(순목의 감소), 밀폐성 등의 영향으로 안구건조증에 대한 영향이 불가피할 것으로 예상되는데 최근에 Uchino 등24)이 발 표한 연구내용도 이를 뒷받침하고 있다. 이에 VR 관련 후속연구에서는 안구건조증 검사 항목을 포함하여 연구를 진행하는 것이 필요할 것으로 판단된다. VR 기기를 장시간 사용할수록 안구건조증을 포함하여 본 연구의 결과와 같이 양안시기능의 문제, 사위량의 증가, 조절감소 등의 문제가 발생할 확률이 높아질 것으로 예상된다. 따라서 향후 VR 시장이 더욱 확대될 것으로 전망되고 있는 만큼 스마트폰 중독 및 부작용에 대한 연구처럼 VR 과 안구의 자각 증상에 대한 연구도 활발하게 진행되어야 할 것으로 보여진다.
Ⅴ. 결 론
본 연구에서는 신체 건강한 체육계열 대학생을 대상으로 VR 시청이 양안시 및 안구운동 기능에 미치는 영향을 알아보기 위한 검사를 실시하였다. 그 결과, VR 시청 후 외사위량 증가, 조절감소, 양안시 문제 등의 발생과 이로 인한 안정피로의 발생 가능성을 확인하였다. 이는 급속하게 증가하고 있는 VR 기기의 사용과 관련하여 시각적 불편, 안정피로의 발생을 과학적으로 밝히고, 관리 방안을 찾는 기초자료로 활용하는데 중요한 의미가 있다고 판단된다.
특히, 스마트폰의 과사용으로 인한 대표적인 부작용 중 하나인 안구건조증 증상은 초근접 거리에서 디스플레이를 주시하는 VR 기기 사용자의 경우에서 위험도가 높을 것으로 예상해볼 수 있다. 이에 후속연구에서는 VR 사용과 안구건조증의 상관성 연구가 필요할 것으로 생각 되며, VR 기기의 사용이 안구표면의 눈물막의 질과 양에 미치는 영향에 대해서 과학적으로 밝히려는 노력을 기울여야 할 것이다.
