Ⅰ. 서 론

멀티미디어 기기의 등장으로 디지털 기기의 사용이 급증하였고, 스마트폰과 태블릿 PC를 포함한 다양한 디지털 기기들의 사용은 사회의 모든 분야에서 일상화되었다.¹⁾ 장시간 동안 디스플레이를 사용하며 근거리 작업을 진행할 경우, 눈의 피로와 통증, 두통, 건조증, 복시, 흐릿함 등 여러 가지 시각적 증상이 발생할 수 있어 주의해야 한다.^2,3) 최근 다양한 분야에 가상현실(VR) 기술이 활용되고 있으며 스포츠의 트레이닝 교육과정에도 증강현실(AR)과 가상현실 기능을 갖춘 최신 디지털 디바이스들의 사용이 점차 늘어나고 있다.^4,5) 머리에 착용하거나 안경처럼 사용할 수 있는 형태의 VR 기기가 점차 보편화되고 있으며, 다양한 저가형 HMD(Head-Mounted Display) VR 기기들이 출시되어 사용자 편의성과 접근성을 개선하고 가격을 대폭 낮추는 등 VR 시장은 더욱 확대되고 있다.⁶⁾ Oculus Quest 2와 HTC Vive 시리즈와 같은 인기 VR 제품들은 가상현실 뷰어 시장을 선도하고 있으며, 고급 VR 콘텐츠를 통해 풍부한 미디어 경험을 제공하고, 사용이 용이한 플랫폼 덕분에 VR 기기 사용자는 급격히 증가하고 있다.^7,8) VR 기기는 스마트폰이나 태블릿 PC와는 달리 초근거리 시각 작업을 필요로 하며, VR 헤드셋은 현실 세계를 완전히 차단하고 내부 영상에 몰입하는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 기존 연구에서는 시각적 불편감, 통증, 시력 저하, 양안시기능 장애 등의 문제를 경고하며, VR 사용이 시각적 자각 증상을 악화시킬 가능성^9,10)도 있다고 보고된 바 있다. VR 기기의 내부 환경은 화면과의 근접성, 지속적인 열 발생, 그리고 눈 주위의 압력으로 인해 눈 건조증을 유발할 수 있는 조건을 형성한다. 눈의 눈물막과 대기 환경에 관한 연구에 따르면, 통제된 실험 환경에서 낮은 상대 습도가 눈물 증발을 촉진시켜 눈물막 파괴시간(BUT)을 단축시키는 결과를 초래한다고 보고하였고^11,12) 내부의 온도는 안구건조증 증상과 밀접한 연관이 있다는 결과가 보고되었다.^13,14) 또한, VR 사용 시 높은 내부 습도는 렌즈에 김이 서려 시각적 방해를 초래할 수 있으며, 낮은 습도는 피부와 눈을 건조하게 만들어 불편감을 증가시킬 수 있다. 장시간 높은 내부 온도는 열 불편감을 증대시킬 수 있어 적절한 온도와 습도 환경의 조성이 필요하다.¹⁵⁾ 그러나 이러한 연구결과와 상반되는 연구도 존재하기 때문에 아직은 실험적 검증이 더욱 필요하다고 생각한다.^16,17) 그래서 본 연구는 VR 기기 내부의 온도 및 습도 변화를 분석하고 이러한 내부 환경이 사용자의 안구건조증에 미치는 영향을 관찰하고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

본 연구는 백석문화대학교 기관생명윤리위원회의 심사를 거쳐 연구윤리 규정을 준수하고 연구 지침에 따라 수행되었다. 피험자에게 연구 목적을 설명한 후 연구참여 동의서를 작성하였고, 백석문화대학교 생명윤리위원회의 승인(IRB No.: 제2-7008132-A-N-01호. 23-08) 및 헬싱키 선언을 준수하여 진행했다.

1. 대상

본 연구는 2023년 12월부터 2024년 1월까지 충청남도 천안시 소재 B 대학교의 체육계열 대학생(남자 28명, 여자 21명)을 대상으로 하였다. 연구팀은 연구대상자를 체육계열 학생으로 한정하였는데 그 이유는 최근 스포츠 트레이닝 과정에서 VR 기기의 사용이 증가하고 있는 상황을 반영하여, 체육계열 학생들에서 안구건조증의 발생 정도와 그로 인한 실질적인 안구건조증 영향을 확인하는 데 초점을 맞추었기 때문이다. 연구대상 선정 시 한천석 시력표를 사용하여 측정한 양안 교정시력이 1.0(V.A.) 이상인 학생 중 수술력, 안구건조증, 사위 또는 사시가 있는 양안시 이상자는 제외하였고¹⁸⁾ 안질환 또는 시력에 영향을 미치는 안과적 병력이 없는 자로 한정하였다.

2. 연구 방법

HMD 내부 환경 변화를 실시간으로 분석하고 이러한 환경 변화가 안구건조증에 미치는 영향을 확인하기 위해 본 연구에서는 오픈 소스 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼인 마이크로컨트롤러 기반의 Arduino와 DHT-11 온습도 센서를 활용하여 HMD 기기의 내부 환경을 실시간으로 모니터링하였다. DHT-11 센서는 온도와 습도를 동시에 측정할 수 있으며, 0∼50°C의 온도 범위와 20%∼90%의 습도 범위에서 정밀하게 감지할 수 있어, VR 기기 사용 시 내부 환경을 정확히 추적할 수 있다.¹⁹⁾

기존 연구에서는 iButton Hygrochron DS1923 센서를 사용해 HMD 내부 환경을 측정하였고, 데이터를 30초마다 측정하는 방법을 사용했으나²⁰⁾ 본 연구에서는 Arduino와 DHT-11 센서를 결합하여 2.5초마다 측정하는 방법을 적용하여 더 정밀한 데이터를 수집하고자 한다. VR 헤드셋(Oculus Quest2, Meta, USA)을 착용하면 내부에서 온도와 습도의 변화가 나타나기 시작한다. 본 연구에서는 이를 지속적으로 관찰하기 위해 Arduino 관찰 시스템을 활용하여 객관적이고 과학적으로 정확하게 측정하고 관찰하였다. 또한 DHT11 센서를 활용하여 실시간으로 온도와 습도 데이터를 수집하여 디지털 신호로 Arduino에 전달하고, 디스플레이에 2.5초 간격으로 실시간으로 출력되도록 하였다.¹⁹⁾

모든 피험자는 실험시작 전 약 20분 동안 실험실 공간의 온도와 습도에 적응하였고, 연구 절차에 대해 검사자에게 교육받았다. 실험 시작부터 50분 동안 앉은 자세로 영화(애니메이션 영화, 라푼젤)를 영상을 시청했으며, 주변 실내 온도는 약 27°C, 습도는 약 55%로 제어되었다. 모든 연구 대상자는 VR 기기를 사용하기 전과 후에 눈물막 파괴 시간 검사와 쉬르머 검사를 수행하였다. 눈물막 파괴 시간은 눈물막에 지질과 점액이 부족하여 발생하는 눈물의 질을 측정하는 검사로, 눈물의 질적 평가를 위해서 Cornea550 (Essilor, Créteil, France)을 사용하여 건조반이 발생한 경과 시간을 측정하였다. 쉬르머 검사는 환자의 하결막낭에 스트립(Color BarTM, Eagle Vision, USA)을 삽입하여 5분 동안 적신 눈물의 양을 측정하였다.^21-24) 또한, 검사를 시작하기 전에 안신경을 자극할 수 있는 행동에 대해 환자에게 교육하여 반사적 눈물 분비를 조절하는 데 중점을 두었다. 또한, McMonnies test 설문(총 12개의 항목으로 구성되어 있으며 눈의 건조감, 이물감, 따가움 등 자각 증상, 콘택트렌즈 착용 시 불편감, 환경 자극에 대한 민감도, 안과 및 전신 질환 병력, 가족력 등을 포함함)을 실시하여 안구건조증의 주관적 증상 수준을 점수로 평가하였다(Fig. 1).

3. 자료분석

측정된 데이터는 SPSS 25.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 통계 프로그램을 이용하여 분석하였다. VR 착용전과 후의 안구건조증 검사결과를 짝지은 t-검정(Paired t-test)를 이용하여 비교했다. 두 군 간의 성별은 카이제곱 검정을 시행하여 비교하였다. p값이 0.050 미만인 경우를 통계학적으로 유의하다고 해석하였다.

Ⅲ. 결 과

연구 대상자의 평균 연령은 22.13±2.79세였다. 원거리 교정시력은 1.01±0.03(V.A.)이었고, 등가구면굴절력의 평균값은 –2.08±1.54D였다 (Table 1).

VR 착용 전후의 검사결과는 다음과 같다. NI-BUT는 VR 착용 전후 11.15±3.09초와 9.23±2.07초로 나타났으며(p>0.050), Schirmer test 결과는 각각 16.34±2.67 mm와 15.32±3.47 mm으로 나타났다. 반면, 맥모니테스트 점수는 8.99±2.13점과 14.32± 1.51점을 기록하여 검사 항목에 대해 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(p<0.050).

습도는 VR을 사용한 직후 증가한 다음 점차 감소했으며 25분 후에는 처음과 유의미한 차이가 없었다(Fig. 2). 체감온도는 사용 시간에 따라 유의한 차이로 지속적인 증가를 보였으며, 40분 이후로는 변화량이 유의미하지는 않았으나, 지속적으로 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 열적 불쾌감을 나타내는 체감온도도 지속적으로 증가하여 최대 35.92±2.80°C까지 상승된 결과를 보였다(Fig. 3).

VR 시스템 사용 직후, 착용자의 국소 환경 내 상대습도(relative humidity)는 통계적으로 유의미한 수준으로 급격히 상승하는 경향을 보였다(Fig. 2). 이는 착용 직후 발생하는 폐쇄적 마이크로클라이밋(microclimate) 형성, 즉 HMD(Head-Mounted Display) 기기 내부에서의 공기 흐름 제한과 안면부에서의 수분 배출이 복합적으로 작용한 결과로 해석된다. 습도는 사용 초기 급증한 이후 일정 시간 경과와 함께 점진적으로 감소하는 경향을 나타냈으며, 약 25분이 경과한 시점에서는 초기 안정 상태의 상대습도 수준과 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다(Fig. 2, p>0.050). 이는 기기 내부에서의 온도 상승에 의해 상대적인 수분 증발이 가속화되면서, 초기 급증한 습도 조건이 점차 해소되었음을 시사한다. 이러한 결과는 폐쇄된 VR 환경 내에서의 단기적 습도 변화가 일시적인 생리적 불쾌감이나 피부 자극을 유발할 가능성은 존재하지만, 장기적인 착용에서는 상대적으로 적응 또는 균형 상태로 전환됨을 보여준다.

반면, 착용자의 주관적 열 쾌적성과 관련된 지표인 Heat index는 사용 시간 증가에 비례하여 지속적으로 상승하는 경향을 보였으며(Fig. 3), 최대값은 평균 35.92±2.80°C로 기록되었다. 이는 일반적으로 인간이 불쾌감을 인지하기 시작하는 기준선²⁶⁾인 32°C를 상당히 초과하는 수치로, VR 사용 시 발생하는 국소적 온열 환경이 사용자의 열 쾌적성에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 강력히 시사한다. 이러한 열적 스트레스는 집중력 저하, 피로 누적, 혹은 장시간 착용 시 피부 트러블 유발 등의 잠재적 문제로 이어질 수 있으며, 이는 향후 VR 기기의 인체공학적 설계 개선과 열방출 메커니즘 도입의 필요성을 부각시킨다.

Ⅳ. 고 찰

VR 기기는 착용 시 밀폐된 환경이 형성되면서 내부 온도가 상승할 수 있다. 특히, 신체 움직임이 많은 게임을 플레이할 경우 땀이 배출되며 온도와 습도가 함께 증가할 가능성이 높다.^15,27) 더불어, VR 헤드셋 내부에서는 전자 부품이 작동하면서 열이 발생하는데, 그래픽 프로세서와 디스플레이에서 생성되는 열이 주요 원인이다. 무선 모델의 경우 배터리에서도 추가적인 발열이 일어나 내부 환경의 온열감이 더욱 심화될 수 있다. 기존 연구에 따르면 VR 사용 시 내부 습도는 초기에 상승한 뒤 점차 감소하지만, 온도는 지속적으로 오르며, 이러한 변화가 사용자에게 열적 불편함을 초래하는 주요 요인으로 작용한다고 보고된 바 있다.²⁰⁾ 본 연구에서도 습도는 VR 사용 직후 증가했다가 시간이 지나면서 감소하여 약 25분 이후에는 초기 수준과 유의미한 차이를 보이지 않았으나, 체감온도는 사용 시간이 길어질수록 지속적으로 상승하였다. 한편, VR 착용 상태로 게임을 진행한 선행연구에서는 동적인 운동성이 많기 때문에 온도의 적절한 조정이 필요하다고 언급되었지만 이 연구에서는 정적인 자세로 영상을 시청했기 때문에 상대적으로 낮은 온도가 측정되었을 가능성이 있으며, 체감온도는 지속적으로 상승하여 기존의 연구에서 언급되었듯이 사용자의 눈 불편감과 주관적인 불쾌감은 증가했을 것으로 예상된다. VR 헤드셋의 착용감과 열적 특성 간의 관계를 다룬 연구에 따르면, 내부 환경에서 온도와 습도가 중요한 역할을 한다고 보고되었다.²⁷⁾ 특히, 장시간 사용 시 내부 온도가 상승하고 습도 변화가 발생하면서 착용자의 불편함을 유발할 수 있다.²⁸⁾ 이를 해결하기 위해, VR 기기의 열 관리 시스템을 개선하려는 다양한 연구가 진행되고 있다. 대표적으로, 실시간으로 온도와 습도를 감지하는 스마트 센서 기술이 적용되고 있으며, 통기성이 뛰어난 신소재를 활용하여 땀 배출을 돕고 착용감을 향상시키는 시도가 이루어지고 있다. 또한, 내부 공기 흐름을 원활하게 하기 위한 팬 내장이나 통풍구 설계도 고려되고 있다.^15,29,30) 본 연구는 이러한 기술이 반영되는 현 시점에서 실제로 안구 건강에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. HMD 착용 전후의 눈물막 안정성과 눈물 분비량을 NIBUT 및 Schirmer 검사를 통해 평가한 결과, 유의미한 차이는 없었다. 이는 현재 상용화된 VR 헤드셋의 온도 및 습도 조절 시스템이 안구 건강에 미치는 영향이 크지 않을 가능성을 의미한다. 최근에는 VR 사용 후 NI-BUT 수치가 증가했다는 연구 결과³¹⁾도 보고된 바 있으므로, 이러한 결과의 일관성과 메커니즘을 규명하기 위한 후속 연구가 요구된다. 반면, 본 연구에서는 맥모니테스트 조사에서는 HMD 착용 후 주관적으로 더 건조함을 느낀 것으로 나타났으며, 이는 열적 불쾌감, 환기 부족, 또는 시각적 피로와 같은 요소가 안구건조를 자각하게 했을 가능성이 있다. 본 연구는 체육학과 학생들을 대상으로 VR 사용이 안구건조에 미치는 영향을 분석하였으나, 측정이 정적인 상태에서만 이루어졌다는 한계가 있다. 그러나 실제 VR 기기는 신체 활동이 동반되는 스포츠 훈련, 피트니스 프로그램, 혹은 인터랙티브 게임 등 다양한 상황에서 활용되므로, 보다 실질적인 적용 가능성을 평가하기 위해서는 동적인 트레이닝 환경에서도 측정이 이루어질 필요가 있다. 특히, 운동 강도에 따른 발열, 습도 변화, 땀의 영향 등을 고려한 연구가 추가된다면, VR 기기의 사용 환경과 안구 건강 간의 관계를 보다 정확하게 파악할 수 있을 것이다. 향후 연구에서는 이러한 동적인 요소를 반영한 실험 설계를 통해, VR 활용이 활발한 체육학 분야에서 보다 현실적인 데이터를 제공하는 것이 중요할 것으로 판단된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 체육계열 대학생 학생들을 대상으로 VR 사용 전후의 안구건조증 검사를 실시하고, HMD 기기 내부의 온도 및 습도를 실시간으로 모니터링함으로써, VR 사용이 안구건조증에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 그 결과, HMD 내부의 온·습도 변화는 BUT(Break-Up Time), 눈물량 등의 생리학적인 지표에는 통계적으로 유의한 영향을 미치지 않았으나, HMD 사용 중 내부 온도의 지속적인 상승과 체감온도의 증가로 인해 사용자가 주관적으로 느끼는 안구 건조 및 피로 증상이 악화되는 경향을 확인하였고 맥모니테스트 점수가 사용전과 후에 8.99±2.13점과 14.32±1.51점으로 나타나 통계학적인 유의성을 확인하였다(p<0.050). 이는 장시간 VR 사용 시 안구건조증 증상을 유발하거나 악화시킬 수 있는 요인으로 작용할 수 있음을 의미하며 체감 열 환경이 사용자의 안구 자각 증상에 영향을 줄 수 있음을 시사하는 바이다. 이러한 결과는 VR 콘텐츠가 점차 다양한 분야, 특히 체육 및 스포츠 훈련에 적용되고 있는 현 시점에서, 사용자의 눈 건강을 고려한 HMD 디자인 개선 및 환경 조절 기술 개발(HMD의 열 조절 시스템, 통풍 개선 기술, 습도 유지 기술 등)의 필요성을 강조한다.

따라서 본 연구는 VR 사용이 안구건조증에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 환경적 요인을 실증적으로 확인하였다는 점에서 의의가 있으며, 향후 연구에서는 보다 다양한 연령대 및 동적인 운동 환경을 고려한 실험을 통해 VR 기기의 장기 사용이 안구건강에 미치는 영향을 정량적으로 분석하는 것이 필요하다. 이를 바탕으로 보다 쾌적하고 안전한 VR 사용 환경을 구축하고, 사용자 건강 보호를 위한 기술적 개선이 이루어질 것으로 기대된다.