가상현실 학습몰입을 유도하는 어포던스 기반 의료 술기 교육콘텐츠 개발 연구

Abstract

5세대 이동통신의 핵심 콘텐츠인 가상현실은 국가 미래산업의 중요한 요소로 손꼽히고 있다. 가상현실은 특정 분야에 국한하지 않고 교육, 게임, 스포츠 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 특히 가상현실을 활용한 교육은 학습자의 시각, 촉각, 청각을 활용한 3차원 경험을 제공함으로써 전통적인 교육방식보다 도전적이며 실제적인 상호작용이 가능한 학습환경을 제공한다. 이러한 가상현실은 의료교육에 접목되어 효율성과 생산성 향상, 부가가치 증대 측면에서 활용도가 높다. 하지만 새로운 유형의 질병이 등장하고, 변화하는 환경에 맞춰 습득해야 하는 술기의 다양화로 나날이 복잡해져 가는 의료 교육환경에서 가상현실을 활용한 술기 교육의 효과성에 대한 연구자들의 의견이 분분하다. 여기에 가상현실 술기 교육이 어떻게 학습몰입(flow)을 증가시키는가는 명확히 밝히지 못하고 있다. 또한 일반적인 가상현실 콘텐츠 가이드라인을 의료교육을 위한 콘텐츠에 적용하는 것에는 한계가 있다. 더불어 가상현실을 활용한 콘텐츠가 어떤 방식으로 왜 몰입을 증가시키는지, 어떻게 제공되어야 학습 효과성을 유도할 수 있는지에 대한 연구도 부족한 실정이다. 더욱이 콘텐츠 전문가가 아닌, 학습을 목적으로 가상현실 콘텐츠를 이용하는 예비의료인이 인터페이스 조작에 따른 어려움을 해소하기 위한 자연스러운 상호작용이 가능한 인터페이스 설계에 관한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 다음과 같은 연구 문제를 선정하였다. 첫째, 상용화된 가상현실 의료콘텐츠의 학습 몰입을 유도하는 시각과 청각 기반의 인터페이스 어포던스는 어떠한가? 이를 파악하기 위해 Hartson에 의해 정의된 인터페이스의 어포던스를 기본으로 가상현실의 몰입을 유도하는 어포던스를 인지적ㆍ물리적ㆍ기능적ㆍ감각적ㆍ학습적 어포던스 유형으로 재구성하고, 상용화된 가상현실 의료 콘텐츠 9종을 선정하여 사례분석을 진행하였다. 이때 선정된 콘텐츠는 술기를 포함하여 다양한 게이미피게이션 기능을 포함한 7종과 전문 의료인의 참여 및 검수가 완료된 콘텐츠 2종을 기업으로 지원받아 진행하였다. 사례분석 결과를 토대로 가상현실 의료 술기 교육콘텐츠의 인터페이스 설계 시 주의사항을 요약하여 정리하였다. 첫째, 인지적 어포던스의 이해 용이성 측면에서 그래픽, 음향, 인터페이스를 구분하는 기준을 성립한 후, 디자인하기와 둘째, 인지적 어포던스의 의미 완결성과 충분성 측면에서 언어지원 방식은 모국어를 사용하되 의료 용어는 전공어로 설계하기이다. 셋째는 물리적 어포던스의 조작, 물리적 피로감, 상호작용 장치 측면에서 다양한 상호작용의 배치를 지양하고 넷째, 기능적 어포던스의 자료 입력 용이성과 조작 오류, 피드백 측면에서 오류가 발생하였을 때, 사용자가 해결할 수 있는 단서를 제공하기이다. 다섯째로 감각적 어포던스의 UI 미학 측면에서 레이아웃을 준수하고 마지막으로 학습적 어포던스의 내용 관련성, 내용과 의미의 설득, 파지 향상 측면에서 반드시 해당 술기 전문가의 검수를 통해 시나리오를 비롯한 인터페이스에 대한 구성과 표현 방식을 확인하기이다. 둘째, 사용자 인터뷰를 통해 도출된 요구사항은 무엇인가? 본 연구에서 사용자는 의료, 간호교육을 담당하는 교수자와 해당 전공 학생으로 정의하였다. 교수자는 의료전문가 2명, 간호전문가 2명, 간호학 전공 학생 5명과 의학 전공 학생 2명을 대상으로 인터뷰를 진행하였는데, 시나리오 구성에 따른 요구사항과 체험 중심의 콘텐츠 설계, 학습 목표를 위한 인터페이스 배치에 따른 요구사항을 파악할 수 있었다. 학생의 경우 이들 모두 가상현실 의료콘텐츠를 체험해 본 경험이 있는 학생들로서 의사결정능력을 키울 수 있는 환경 제공, 팀원들과의 역할 분담에 따른 임무 부여, 이론 및 술기를 모두 포함한 콘텐츠 제공에 대한 요구사항을 파악할 수 있었다. 이는 페르소나로 각색하는 데이터로 활용하였다. 또한 앞서 상용화된 가상현실 콘텐츠의 사례분석과 인터뷰 결과를 종합적으로 반영하여 인터페이스의 가이드라인을 구성하였다. 셋째, 가상현실 의료 술기 교육콘텐츠를 통해 학습몰입을 유도하는 어포던스는 어떻게 적용되는가? 콘텐츠 개발 공정에 준거하여 기획, 제작, 개발, 평가 단계로 간소화하여 진행하였다. 이를 위해 각 분야의 전문가와 협업하여 UI디자이너 1명과 개발자 2명, TA(Technical Artist) 1명, 응급의학과 교수 1명이 함께 참여하였으며, 본 연구자는 기획 및 UI디자인, 제작 총괄을 담당하였다. 완성된 프로토타입을 토대로 사용성평가를 실시하였는데, 간호학과 학생 10명과 의학과 학생 2명이 참여하였다. 사용성평가 결과에 따르면, 실제처럼 학습자의 명령에 대응한 NPC에 대하여 긍정적으로 평가하였으며, 물에 빠져 호흡과 맥박이 없는 환자에게 CPR을 적용하여 회복시킨다는 시나리오의 설정이 몰입에 큰 도움이 되었다고 언급하였다. 무엇보다 컨트롤러를 사용하지 않는다는 점에서 가상공간을 통제ㆍ제어에 어려움 없이 자연스럽게 술기를 체험할 수 있었다고 밝혔다. 그러나 우리말 인식률이 떨어져 몇 번이고 똑같은 말을 반복해야 함에 대한 지적과 NPC의 다채로운 대응 및 인터랙션이 가능하면 좋겠다는 의견이 있었다. 이러한 연구 결과를 반영한 본 연구의 한계 및 제언은 다음과 같다. 첫째, 가상현실은 오감을 활용한 체험 콘텐츠로써 시각과 청각 인터페이스에 대한 정보처리와 표현 방식에 관하여 지속해서 함께 연구할 필요가 있다. 둘째, 가상현실에서 시각적 노이즈를 최소화하기 위한 인터페이스의 크기, 투명도, 거리감 등에 대한 표현에 관한 지속적인 연구가 필요하다. 셋째, 인지과부하를 일으키는 문자열에 관한 추가 연구가 필요하다. 넷째, 촉각 인터페이스의 몰입을 유도한 요인에 관한 연구가 필요하다. 마지막으로 보편적인 인터페이스의 가이드라인으로 활용하기 위해서는 변수가 될 수 있는 여러 조건에서 동일한 의료 술기 콘텐츠를 개발해 봄으로써 인터페이스 몰입 유도 요인을 보다 면밀하게 관찰하여 유연하게 적용할 수 있는 세부 가이드라인이 구체적으로 제시할 필요가 있다. 이러한 연구들은 향후 가상현실 의료 술기 교육콘텐츠 이외에도 다양한 환경에서의 학습을 목적으로 가상현실 인터페이스를 디자인하는데 기여할 것으로 기대한다.;Virtual reality, the core content of 5th generation mobile communication, is an important factor in the national future industry. Virtual reality is not only limited to a specific field and is being used in various fields such as education, games, and sports. Especially, education using virtual reality provides three-dimensional experience by using learner's sight, touch, and hearing. It provides a more challenging, realistic and interactive learning environment than traditional teaching methods. This virtual reality has been applied to medical education and is highly utilized in terms of efficiency, productivity improvement, and added value increase. However, researchers have divided opinions about the effectiveness of skill education using virtual reality in a medical environment that become more complex day by day due to the emergence of new types of diseases and the diversification of skills that must be acquired in accordance with the changing environment. In addition, there’s a lack of research on how and why contents using virtual reality increases immersion and how it can be provided to induce learning effectiveness. Moreover, it is necessary to study the interface design that allows natural interaction in order to solve the difficulties caused by interface manipulation by pre-medical practitioners who use virtual reality contents for the purpose of learning, not content experts. Therefore, in this study, I decided to research following problems. First, what is the visual and auditory interface affordance that induces learning immersion in commercialized virtual reality medical contents? To understand this, based on the affordance of the interface defined by Hartson, the affordance that induces immersion in virtual reality was reconstructed into cognitive, physical, functional, sensory, and learning affordance types, and proceed research by analyzing 9 commercialized virtual reality medical contents. Those contents selected for research are 7 that include skills and various gamification functions, and 2 reviewed by professional medical personnel and participation of medical professionals. Based on the case analysis results, precautions for interface design of virtual reality medical technology education contents are summarized and organized. First, after establishing the criteria for distinguishing graphics, sound, and interface in terms of ease of understanding of cognitive affordance, designing and second, in terms of completeness and sufficiency of the meaning of cognitive affordance, Korean language is used, but medical expression is not. It is medical term. Third, it avoids the arrangement of various interactions in terms of manipulation of physical affordance, physical fatigue, and interaction devices. Fourth, when errors occur in terms of data input ease of functional affordance, manipulation errors, and feedback, the user can solve the clues provides Fifth, the layout is respected in terms of UI aesthetics of sensory affordance. Lastly, in order to improve the content relevance of the learning affordance, persuasion of content and meaning, and retention, the relevant technical expert examines the scenario and interface. Second, what are the requirements derived from user interviews? In this study, users were defined as professors in charge of medical and nursing education and students in the relevant major. The instructor conducted interviews with 2 medical experts, 2 nursing experts, 5 nursing students, and 2 medical students. requirements could be identified. In the case of students, all of them are students who have experienced virtual reality medical contents, and they are required to provide an environment to develop decision-making ability, assign tasks according to role sharing with team members, and provide content including both theory and skills. could figure out the matter. This was used as data to adapt to persona. In addition, the interface guidelines were reconstructed by comprehensively reflecting the case analysis and interview results of the previously commercialized virtual reality contents. Third, how is affordance that induces learning immersion through a prototype applied? Prototype production was simplified into planning, production, development, and evaluation stages based on the content development process. In this study, there is a limit to the creation of a prototype as a single creator, so the prototype was completed by asking the experts in each field for their understanding and help. One UI designer, two developers, one TA (Technical Artist), and one emergency medicine professor participated as experts in each field. This researcher was in charge of planning, UI design, and production. Usability evaluation was conducted based on the completed prototype, and 10 students from the Department of Nursing and 2 students from the Department of Medicine participated. According to the usability evaluation result, the NPC responding to the learner's command was evaluated positively as in reality, and it was mentioned that the setting of a scenario that recovers by applying CPR to a patient who has fallen into water and has no breathing or pulse was very helpful for immersion. . Above all, he said that he was able to experience the technique naturally without any difficulties in controlling and controlling the virtual space in that he did not use a controller. However, there were opinions about the need to repeat the same words over and over because the recognition rate of Korean language was low and it would be good if NPC could respond and interact in various ways. The limitations and suggestions of this study reflecting the results of this study are as follows. First, virtual reality is an experiential content that utilizes the five senses, and it is necessary to continuously study together on information processing and expression methods for visual and auditory interfaces. Second, continuous research is needed on the expression of the interface size, transparency, sense of distance, etc. to minimize visual noise in virtual reality. Third, additional research on character strings causing cognitive overload is needed. Fourth, it is necessary to study the factors that induce immersion in the tactile interface. Lastly, in order to be used as a guideline for a universal interface, detailed guidelines that can be applied flexibly by observing the factors that induce interface immersion more closely by developing the same medical technology content under various conditions are required. These studies are expected to contribute to the design of virtual reality interfaces for the purpose of learning in various environments in addition to virtual reality medical technology education contents in the future.