시선추적을 활용한 국내 디자인 연구논문의 메타분석 연구

신효연 한양사이버대학교 디자인대학원 2023 국내석사

시선추적(Eye Tracking) 연구는 안구의 움직임을 추적하여 시선의 이동과 시선의 위치를 알아내는 기술로 눈을 통한 정보 습득, 시각 자극의 효과를 검증하기 위한 과학적인 방법이다. 시선 이동은 시각 자극에 대한 인지 활동을 이해하는 중요한 단서로 사용성을 측정하는 도구로 광범위하게 활용되고 있다. 본 연구에서는 시선추적 관련 연구논문의 메타분석(Meta Analysis)을 통해 연구동향 및 특성을 도출하여 시선추적을 활용한 국내 디자인 연구를 재조명하고, 디자인 산업분야의 활용 가능성 척도를 파악하여, 다양한 사용성을 제시할 수 있는 연구의 활성화 방안을 모색하고자 한다. 본 연구의 범위는 RISS(Research Information Sharing Service) 리스, 학술연구정보서비스에 게재된 시선추적 연구를 범위로 하였으며, 연구가 점진적으로 증가하는 양상을 보이기 시작한 2010년부터 2022년까지 범위로 설정하였다. 연구동향 분석 기간의 범주는 5년 단위(2010년~2014년, 2015년~2019년, 2020년~2022년)의 3시기로 구분하여 분석하였다. 본 연구의 방법은 시선추적 관련 연구논문의 연구동향과 특성을 체계적이고 포괄적으로 분석하기 위해 통합적 연구방법인 메타분석(Meta Analysis)을 실시하였다. 연구자의 주관적 견해 개입을 최소화하고 연구주제에 대한 정보의 누락 없이 객관성을 확보할 수 있도록 빅데이터 기반 분석 중 텍스트 마이닝(Text Mining) 분석 기법을 활용하여 진행하였다. 본 연구의 결과로 시선추적과 관련된 연구논문의 경향성과 특성을 파악할 수 있었다. 도출된 시선추적 연구 활용 가능성에 대한 척도를 토대로 향후, 시선추적기술이 디자인 전 산업분야에서 적극적으로 활용될 수 있는 구심점이 될 수 있길 바란다. 본 연구를 통해 분석된 결과는 아래와 같다. 첫째, 시선추적 연구에서 언급되는 빈도가 높은 단어를 추출했다. 그 결과, 분석방법, 과정, 실험연구 등 연구방법과 분석에 관련된 단어들이 상위권에 형성되었다. 디자인 시각정보의 효과와 관련된 단어들인 시각정보, 활용, 디자인, 효과 등과 영향, 인지, 광고 등 시각적 효과의 인지 및 영향과 관련된 단어들이 차례로 형성되었다. 이는 시각정보를 통한 효과와 사용자들의 인지에 영향을 미치는 측정 도구로서의 효과성을 재확인할 수 있었다. 둘째, N-gram의 단어 간 연결 강도 분석 결과, ‘시선추적-고정형’의 연결 강도가 가장 높게 나타났으며, 단어-연쇄에서는 교수-학습-시선추적-데이터 분석-분석방법-연구동향-빈도’가 7-gram의 연결성을 나타내었다. 시선추적 분석에서는 빈도 및 응시시간 지속의 중요함을 유추할 수 있으며, 연쇄 군집을 통해 도출된 단어들이 연구동향 변화추이의 중심축임을 유추할 수 있다. 셋째, LDA 분석 결과, 토픽비율로는 시각적 효과에 관한 연구 및 측정과 관련된 토픽이 전체 비율 중 가장 큰 43.5%로 나타났고, 사회과학 및 인문학 관련의 토픽은 25.3%, 시선추적 과제와 특성 관련 토픽은 17.5% 순으로 나타났다. 이는 시선추적 측정결과가 중요한 요소이며, 이를 위해 시각적 효과를 분석하는 것이 중요한 요소임을 알 수 있었다. 󰡐󰡐 넷째, 동시 출현 단어 네트워크 분석 결과, 연구동향 및 분석방법과 관련된 주제들에 대한 연결 강도가 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 특히 ‘학습’과 관련된 단어의 연결 강도가 가장 높게 파악되어 시선추적 연구 시 학습 방법이 중요한 요소임을 파악할 수 있었다. 다섯째, CONCOR 분석 결과, 󰡐실험연구’, ‘연구방법’, ‘학습’, ‘과정’, ‘인지’, ‘디자인’, ‘시각정보’, ‘빈도’, ‘활용’, ‘대학생’, ‘집단’, ‘차이’, ‘요소’, ‘공간’ 등의 단어들이 도출되어 시선추적 연구의 연구방법과 분석의 유형이 시각정보의 활용에 대한 요소와 특성이 됨을 알 수 있었다. 여섯째, 2way-tree 분석 결과, “학습”, “공간”, “광고”, “분석방법”, “효과” 등의 단어들이 시선추적 연구동향과 빈도, 데이터 분석과 검증, 과정, 차이 등의 단어와의 연결 강도가 높아 이들이 시선추적 연구동향 파악을 위한 핵심 단어임을 유추할 수 있었다. 일곱째, 시선추적 연구논문의 특성을 분석한 결과, 도출된 핵심 특성은 연구의 다양성, 규모의 확장성, 기술의 혁신성, 대상의 다변성, 정보의 효과성, 사용자 경험성 등 6가지 특성으로 도출되었다. 여덟째, 선행연구를 통해 디자인 분야별 시선추적 연구논문의 추이를 살펴본 결과, 디지털/멀티미디어 디자인 184건, 시각 디자인 152건, 공간 디자인 127건, 제품 디자인 45건으로 대부분의 연구가 인지와 지각에 영향을 미치는 분야에 관한 연구가 주류를 이루고 있음을 알 수 있다. 아홉째, 시선추적 연구의 디자인 분야 활용 가능성에 대한 척도 도출을 위한 포커스 그룹 인터뷰(FGI:Focus Group Interview) 및 전문가 심층 인터뷰(Expert Interview)를 진행하였다. 그 결괏값을 리커트 척도(Likert Scale)로 분석한 결과, 산업분야별 평균에서는‘연구의 다양성’, ‘정보의 효과성’, ‘사용자 경험성’등이 높은 순위로 도출되었으며, 전문가 심층 인터뷰를 통한 가능성 척도의 분야별 종합 분석 결과는 대다수 분야에서‘사용자 경험성’, ‘정보의 효과성’, ‘대상의 다변성’, ‘연구의 다양성’이 도출되었다. 사용자 경험으로 정보의 효과성을 높이기 위한 대상의 다변화 및 연구의 다양성 변화 시도와 시선추적기술을 통한 소비자와의 커뮤니케이션 도구로의 활용 가능성이 큼을 시사하고 있다. 열째, 시선추적 연구의 활성화를 위해 사용성(Usability), 공간성(Spatiality), 인지성(Cognition) 3가지의 핵심 요소를 통한 접근 방안이 필요하다.

시선추적기법을 활용한 모바일 웹의 시각적 인지 분석 모델의 개발

노재만 공주대학교 일반대학원 2012 국내석사

최근, 스마트폰 기술의 발전과 더불어 보급의 대중화는 국내 모바일 콘텐츠 사업의 호황을 가져왔다. 2011년 한국 인터넷 진흥원에서 실시한 설문조사에 따르면, 스마트폰 사용자의 약 90%가 스마트폰에서 제공하는 서비스 중, 웹 서핑 및 정보검색을 가장 빈번하게 사용하는 것으로 나타났다. 그 결과, 웹 서비스와 모바일 디바이스에 관련된 기업들은 모바일 플랫폼을 위한 웹사이트와 애플리케이션을 개발하는데 많은 관심을 기울이게 되었다. 모바일 콘텐츠에 대한 관심이 증가함에 따라, 수많은 디자이너와 개발자들은 사용자에게 심미적, 기능적으로 호소할 수 있는 경쟁력 있는 모바일 환경을 만들어가기 위한 효과적인 방법을 탐색하고 있다. 그러나 사용자가 모바일 디바이스에서 정보를 시각적으로 어떻게 인지하고 반응하는지에 대한 실질적인 사용성 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 이에 본 연구는 모바일 웹 콘텐츠에 대한 사용자의 인지반응을 분석하기 위해서 인간의 시각적 인지 이론을 기반으로 시선추적기법을 활용한 모바일 웹사이트의 시각적 인지 분석 모델을 개발하고자 한다. 본 연구의 주요 연구 내용 및 방법은 다음과 같다: (1) 시각적 인지 이론 및 모바일 웹사이트의 특성에 대한 문헌 연구; (2) 시선 추적 기법을 활용한 모바일 웹사이트의 시각적 인지 분석 모델 개발; (3) 웹 어워드 코리아 모바일 웹 부문 수상작의 사례 분석을 통한 세 가지 레이아웃 유형(아이콘 중심, 테이블 형태, 자유 형태)의 도출과 4가지 실험을 통한 시각적 인지 분석 모델의 검증; (4) 마지막으로 모바일 웹사이트의 효과적인 개발을 위한 가이드라인을 제안하였다. 시선 추적 기법과 인터뷰를 활용한 실험결과 분석을 통해 다음과 같은 연구 결과를 도출하였다: (1) 모바일 웹사이트의 레이아웃 분화지점에 위치한 현출성 요소의 경우 레이아웃 구조에 따라 사용자의 효과적인 웹 콘텐츠 그룹핑을 유도함; (2) 모바일 웹사이트 콘텐츠의 레이아웃 디자인 요소(색체, 형태, 텍스트) 중 색체, 형태는 사용자가 모바일 화면을 인지하는 초반에 그룹핑을 유도하지만, 그 후에는 콘텐츠의 맥락을 파악할 수 있는 텍스트가 그룹핑에 영향을 미침; (3) 모바일 웹사이트 콘텐츠의 표현요소(텍스트, 이미지, 아이콘) 중 아이콘은 해당 아이콘에 대한 사용자의 인지적 배경이 형성되거나 아이콘의 명확한 시각화가 이루어질 경우 텍스트의 유무와 관계없이 아이콘에 대한 주목과 이해가 일어남; (4) 모바일 웹사이트 콘텐츠의 표현요소(텍스트, 이미지, 아이콘) 중 텍스트는 아이콘과 이미지에 비해 상당히 낮은 주목을 유발함; (5) 마지막으로 모바일 웹사이트 콘텐츠의 탐색에 따른 사용자의 시선 이동은 현출성이 높은 시각요소에 의해 우선적으로 이루어지는 경향이 있다. 본 연구에서 제안한 모바일 웹사이트의 시각적 인지 분석 모델은 기존 시선 추적 기법을 활용한 연구의 한계점을 보완하고 향후 모바일 웹사이트의 연구에 있어 사용자의 인지를 효과적으로 측정, 분석 하는데 기여함을 목적으로 한다. In recent years, the proliferation of smartphones has brought a boom in the domestic mobile content business. According to the survey conducted by Korea Internet & Security Agency in 2011, about 90 percent of users have made frequent use of their smart phones for information search and web surfing. As a result, companies have paid more attention to developing a variety of websites and applications for mobile platforms. Along with this growing interest in mobile content, numerous designers and developers have been seeking effective practices for creating competitive mobile experiences, which are appealing to users aesthetically and functionally. However, little research has been done in usability testing of mobile content in terms of identifying how users perceive information on mobile devices. In this circumstance, this research aims to develop visual cognition analysis model for mobile websites using eye-tracking techniques. In order to reach this aim, this thesis performs the following research activities: (1) Undertaking literature reviews on visual cognition theories and nature of mobile websites; (2) Developing visual cognition analysis model for mobile websites using eye-tracking techniques; (3) Conducting four experiments with award-winning mobile websites categorized into three layout types (i.e., icon-driven layout, table-driven layout, and free layout) for validating the developed analysis model; and (4) Suggesting hands-on guidelines for creating effective mobile websites. Through analyzing the results of the experiments with utilizing eye-tracking and interview methods, this thesis identified layout design elements (color, shape, typography) and visualization types (icon, image, typography) of web content significantly influence users' visual cognition (content grouping, Area of Interest). In addition, effective visual design guidelines for mobile websites were also suggested through the experiments. It is hoped that this thesis will provide hands-on knowledge for improving the usability of mobile content to digital designers and mobile developers.

A Study on Gaze Tracking Robust to the Natural Movements of Head

정동욱 동국대학교 2016 국내석사

실내공간의 시지각‧인지 과정에 나타난 주시특성 및 시선추적 분석방법에 관한 연구

박선명 경북대학교 대학원 2016 국내박사

A person visiting a space acquires information of surroundings through his or her eyes and visual information to know the objects, which arouse visitors' interest or curiosity in a commercial space is useful as an effective material for marketing. Therefore, this study aims to get over the limitation of the self-reported evaluation method used in the previous studies and to develop a eye-tracking device-based visual information acquisition and data analysis method as a spatial evaluation strategy for acquiring quantitative information. Analysing visual behaviors of space users can provide a strategical space design method for stimulating latent consumer confidence by constructing quantified data and this will serve as basic data helpful in strategical marketing planning to create economic profits in future space design. This study conducted an experiment, which targeted a department store space, using an eye-tracking device and three methods of analyzing observation characteristics were presented, based on the eye-tracking experiment; <observation characteristics in attention-concentration>, <eye movement path> and <selective attention-concentration>. The conclusions are as below. First, when the effective rates of [general observation] and [conscious observation] were compared to analyze observation characteristics that were perceived→recognized in the visual information acquisition process, the difference of effective rate in general observation wasn't big, but B image had a higher effective rate in conscious observation. This means the [conscious observation]-based analysis method can clarify the differences of space observation characteristics more. Second, the standard for patterning eye movements depending on the arrangement of architectural spaces and components was established, by classifying eye movements revealed in the space exploration process into 6 types of observation, examining appearance characteristics with the lapse of time and analyzing the relation between eye movements and space components. Third, the existing observation data analysis method was very hard, because it was required to set areas of objects to analyze. The selective attention-concentration analysis method suggested in this study is helpful in acquiring visual information of particular objects to analyze in spatial evaluation, as a technical analysis method to lay the foundation for remedying the existing analysis method. The relation between "space and "users", which shows if visual information of diverse design elements including lighting and colors is acquired, is very important in space marketing, but it is hard to reflect different needs of users. As one of media to connect space users to designers, analyzing visual-perceptual characteristics will contribute to quantitative evaluation of the space planning process or the current design situation and this can be a successful marketing strategy. This study analyzed the limitation of the existing spatial evaluation method in space design and suggested a new analysis technique to help designers analyze evaluation elements more precisely. This method of analyzing observation characteristics in a space can clarify visual perception elements between "space and users" and this will provide the foundation for strategical design by facilitating an understanding of interaction between space and human psychology. 공간을 방문한 사람은 눈을 통해 주변의 정보를 획득하게 되는데, 상업공간의 경우, 방문자가 어떤 대상에 흥미나 관심을 가지고 보았는지에 대한 시각정보를 분석하게 되면, 마케팅 측면의 유용한 자료로 활용가능하다. 이에 기존 연구에서 사용된 자가보고법에 의한 평가 방법에 대한 한계점을 언급하고, 정량적 정보 획득이 가능한, 공간 평가 방법으로 시선추적장치를 활용한 시각정보 획득 및 데이터 분석방법에 대해 연구하였다. 공간사용자의 시각행동을 파악하게 되면, 정량화된 데이터를 구축하여 잠재된 소비심리를 이끌어 내기 위한 공간을 전략적으로 디자인 할 수 있는 방법을 제공 할 수 있을 것이며, 이는 향후 공간 디자인에 있어 경제적 이익을 창출하는 전략적 마케팅 계획에 있어 유용한 기초자료로 활용 될 수 있을 것이다. 본 연구에서는 시선추적장치를 이용하여 백화점 공간을 대상으로 실험을 실시하였으며, 시선추적 실험을 통하여 주시특성을 분석하는 방법으로 <주의집중에 나타난 주시특성>, <시선의 이동경로>, <선택적 주의집중> 3가지 분석방법을 종합적으로 제시하였으며, 아래와 같이 결론을 도출 하였다. 첫째, 시각정보 획득과정에서 지각→인지되는 주시특성 분석을 위해 [일반적 주시]와 [의식적 주시] 유효율 특성을 살펴 본 결과, 일반적 주시특성에서의 유효율의 차이는 크게 나타나지 않았으나, 의식적 주시특성에서는 B이미지가 더 높게 나타났는데, [의식적 주시]로 분석하는 것이 공간의 주시특성에 대한 차이를 보다 명료화 시킬 수 있다. 둘째, 공간의 탐색과정에서 나타나는 시선의 움직임에 대해 6가지 주사유형으로 분류 하였으며, 시간의 흐름에 따른 출현특성을 파악하여, 시선의 움직임과 공간구성요소와의 관계를 살펴보는 것으로, 건축공간과 구성요소의 배치에 따른 시선의 움직임을 패턴화 시킬 수 있는 기준을 마련하였다. 셋째, 기존 주시데이터를 분석방법에 있어 분석하고자 하는 대상에 대한 영역을 설정하여 주시데이터 분석하는데는 많은 어려움이 있었다. 본 연구에 제시된 선택적 주의집중을 분석함으로써, 공간 평가과정에서 분석하고자 하는 특정 대상에 대한 시선정보 획득이 가능한 측면에서 유용한 분석방법으로 기존 분석방법을 보완할 수 있는 기반을 마련하고자 분석방법에 대한 기술적 방법을 제안하였다. 공간을 디자인함에 있어, 조명이나 색상이 포함된 다양한 디자인 요소에 대한 시각정보를 획득했는가 하는 “공간과 사용자”간의 관련성은 공간 마케팅 입장에서 매우 중요하지만, 사용자의 다양한 요구를 반영시키기 어려운 한계가 있다. 공간사용자와 디자이너를 연결하는 매개체의 한 방법으로 시지각 특성을 분석하게 되면 공간 계획과정에서 또는 현재 디자인된 상황에 대해 정량적 평가가 이루어 질 것이며, 이는 곧 성공적인 마케팅 전략으로 기대 될 수 있다. 본 연구는 공간디자인에 있어서의 공간평가방법에 대해 기존 연구방법의 한계를 분석하고, 새로운 분석기법을 도입하여 제시함으로써 디자이너가 좀 더 평가하고자 하는 요소에 대한 분석이 가능하도록 제시하였다. 이를 통하여 공간에 대한 주시특성을 분석하게 되면, “공간과 사용자”간의 시각적 인지요소를 명료화 할 수 있으며, 이는 곧 공간과 인간 심리의 상호작용에 대한 파악이 가능하여 전략적 디자인의 근거가 될 수 있을 것이다.

MBP와 VPP의 적용이 초등학교 일반학생과 수학영재의 비례추론에 미치는 효과 : 시선추적기를 활용하여

박선영 한국교원대학교 대학원 2019 국내석사

본 연구는 초등학교 6학년 일반학생과 영재학생들을 대상으로 비례에 대한 두 가지 곱셈적 관점인 MBP(Multiple-Batches Perspective)와 VPP(Variable-Parts Perspective)를 적용한 비와 비율 수업을 실시하고, 그 효과를 알아보기 위해 시선추적과제 및 시선추적(eye-tracking)기법을 활용하였다. 이를 통해 6학년 학생들의 비례추론에 대한 과학적이고 실증적인 자료를 제시하고, 시선 데이터를 바탕으로 두 집단의 비례추론에는 어떠한 변화가 있었는지 양적으로 분석하였다. 이를 위해 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다. 가. MBP와 VPP의 적용에 따른 초등학교 6학년 일반학생과 수학영재의 집단 내 변화는 각각 어떠한가? 나. MBP와 VPP의 적용에 따른 초등학교 6학년 일반학생과 수학영재의 집단 간 차이는 어떠한가? 연구 문제를 해결하기 위해 서울시 동일 관내의 초등학교 6학년 일반학급과 영재학급을 선정하여 MBP와 VPP를 적용한 조작 활동 위주의 수업을 실시하였다. 수업은 블록과 계량도구를 이용한 실제 조작과 컴퓨터 프로그램과 어플리케이션을 이용한 가상 조작을 통해 MBP와 VPP를 연습 및 적용하는 내용으로 구성하였다. 또한 본 연구가 사용한 비례추론 검사지는 Lesh et al.(1988)의 비례추론 과제유형 분류에 따라 크기 비교 과제와 미지 값 과제로 구성하였으며, 국외 선행연구(Noelting, 1980a, 1980b, Common Core Standards Writing Team, 2011, Liu & Shen, 2011, DeWolf, 2015)와 국내외 교과서(교육부, 2015a, 교육부, 2018, 藤井斉亮, 飯高茂 外, 2015, Primary Mathematics Project Team, 2015)를 참고하여 제작되었다. 두 집단의 시선추적 사전 · 사후 검사 결과는 행동데이터와 시선데이터로 나누어 분석하였다. 행동데이터로는 과제 점수와 과제해결시간을, 시선데이터로는 비교 시선(Compare Fixation)과 총 시선 고정 지속 시간(Total Fixation Duration), 시선 고정 개수(Fixation Count)를 분석하였다. 이를 통해 얻은 수치를 통계 프로그램인 SPSS 20.0를 이용하여 대응표본 t-검정과 공분산분석(ANCOVA)을 실시하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다. 첫째, MBP와 VPP의 적용은 초등학교 6학년 일반학생과 수학영재의 비례추론에 각각 도움이 된다. 시선추적과제에서 일반학생의 총점 평균은 사전검사 11.95에서 사후검사 13.81로 유의미하게 향상되었고(t=-4.468, p=.000), 수학영재의 점수 평균 또한 사전검사 13.65에서 사후검사 15.05로 유의미한 향상을 보였다(t=-3.829, p=.002). 총 과제 해결 시간에서도 일반학생은 평균 179.87초에서 127.52초(t=4.711, p=.000)로, 수학영재는 평균 136.62초에서 93.84초(t=8.559, p=.000)로 유의미한 감소를 확인할 수 있었다. 둘째, MBP와 VPP의 적용에 따른 초등학교 6학년 일반학생과 수학영재의 비례추론은 시선 데이터에서도 각각 유의미한 변화를 보였다. 먼저 비교하는 두 양을 왕복하며 가로지르는 비교 시선(Compare Fixation)에서 일반학급(t=2.275, p=.034)과 영재학급(t=5.168, p=.000) 모두 유의미한 변화를 보였다. 그리고 총 시선 고정 지속 시간(Total Fixation Duration)은 일반학생이 9.33에서 6.66으로(t=4.603, p=.000), 수학영재는 6.93에서 4.81로(t=5.707, p=.000) 각각 유의미하게 감소하였으며 시선 고정(Fixation Count)의 개수 또한 일반학생이 28.30에서 21.24로(t=5.385, p=.000), 수학영재는 19.18에서 13.63으로(t=5.202, p=.000) 각각 유의미하게 감소하였다. 셋째, MBP와 VPP의 적용에 따른 초등학교 6학년 일반학생과 수학영재의 집단 간 비교에서 총점 평균과 총 과제 해결 시간은 처치 효과보다는 사전점수의 영향을 더 많이 받은 것으로 나타났다. 사전점수를 공변량으로 설정한 공분산분석(ANCOVA) 결과, 두 집단의 사후 과제 점수는 처치 효과(F=1.256, p=.269)에 따른 유의미한 차이가 없었으며, 사후의 총 과제 해결 시간 역시 두 집단 간의 유의미한 차이가 없었다(F=1.145, p=.291). 단, 미지 값 과제 해결 시간에 한해서는 처치 효과에 따른 유의미한 차이(F=6.501, p=.019)가 나타났다. 즉, 사전검사에서 나타난 두 집단의 비례추론 수준 차이를 고려하더라도 미지 값 과제에 한해서는 일반학생들보다 영재학생들이 더 큰 폭의 시간 단축을 보여주었다. 넷째, MBP와 VPP의 적용에 따른 초등학교 6학년 일반학생과 수학영재의 시선데이터를 집단 간으로 비교했을 때, 전체 과제 또는 미지 값 과제에 한해 유의미한 차이가 있었다. 사전 시선데이터를 공변량으로 설정한 공분산분석(ANCOVA)에서 두 집단의 사후 평균 비교 시선(Compare Fixation)은 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(F=7.411, p=.010). 총 시선 고정 지속 시간(F= 4.561, p=.040)과 시선 고정 개수(F=5.820, p=.021)는 미지 값 과제에 한해서 각각 유의미한 차이를 보였다. 즉, 사전검사에서부터 드러난 두 집단의 시선데이터 차이를 감안하더라도 MBP와 VPP의 적용이 수학영재들의 시선을 전체적, 또는 부분적으로 더 유의미하게 감소시킨 것을 알 수 있다. 이상의 연구 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, MBP와 VPP을 적용한 비와 비율 수업은 초등학교 6학년 일반학생과 수학영재의 비례추론 향상에 도움이 된다. 수업에서 직접적으로 사용된 이중수직선과 이중테이프 과제에서뿐만 아니라 이산량 또는 연속량 모델, 기하 모델을 사용한 과제에서도 두 집단의 점수 향상과 과제 해결 시간 단축이 각각 확인되었다. 이는 단순히 MBP와 VPP를 적용한 수업에 사용된 이중수직선과 이중테이프 모델에 능숙해진 것이 아니라, 두 집단의 비례추론이 모두 향상되었음을 의미한다. 즉, 단위 비의 개수 또는 크기를 n배하며 동치 비를 생성하는 MBP 및 VPP는 초등학교 6학년 일반 및 영재학생 모두에게 효과적인 지도방안이 될 수 있다. 둘째, MBP와 VPP의 적용을 통한 일반학생과 수학영재의 비례추론에는 부분적인 집단 간 차이가 존재하였다. 이는 과제해결시간과 같은 행동데이터 뿐만 아니라 비교시선, 시선 고정 지속 시간, 과제 시선 고정 개수와 같은 시선데이터로도 확인할 수 있었다. 부분적이지만 두 집단의 비례추론 향상에 차이가 존재한다는 것은 MBP 및 VPP의 적용을 통해 수학영재들이 일반학생들에 비해 더 큰 폭의 비례추론 변화를 보였다는 것이다. 따라서 교사는 MBP와 VPP를 적용한 비와 비율 수업을 실시할 때 학생 간의 비례추론에 차이가 있을 수 있음에 주목하고, 더 큰 향상을 보이는 학생들의 비례추론 전략 및 스킴을 면밀히 관찰할 필요가 있다. 셋째, 수업 도구의 측면에서는 물리적 · 가상적 조작물의 활용이 비와 비율 수업에 유용한 자료가 될 수 있다. 본 연구는 MBP와 VPP의 적용을 위해 학습지뿐만 아니라 다양한 조작물을 활용하였다. 물리적 조작물로는 블록과 계량도구를, 가상적 조작물로는 컴퓨터 웹사이트와 태블릿 어플리케이션을 사용하였다. 국내에서 비와 비율은 초등학교 6학년부터 다루어지는 주제이기 때문에 조작물을 사용한 교수 · 학습 프로그램이 특히 부족하다. 하지만 비례 관계는 여러 수학적 개념들이 복합적으로 연관되어 있으며, 이러한 비례 관계의 공변성과 불변성을 이해하는 비례추론은 형식적 조작기에 접어든 6학년이라 할지라도 언어적 지도만으로는 쉽게 이해하기 어려운 측면이 있다. 따라서 학생들의 비와 비율, 비례 관계에 대한 이해를 돕고 곱셈적 사고를 통한 비례추론을 향상시키기 위해 조작물을 적극 활용할 수 있다. 넷째, 시선추적기법은 처치에 따른 학생들의 비례추론 변화를 조사하는 유용한 방법이 될 수 있다. MBP와 VPP 적용의 집단 내 효과는 과제 점수나 과제 해결 시간과 같은 행동데이터뿐 만 아니라 시선데이터로도 증명되었다. 연구 결과 학생들은 사후 보다 적은 비교 시선과 시선 고정 지속 시간, 시선 고정으로 과제를 해결하였다. 사후 과제의 점수가 두 집단 모두 유의미하게 향상된 점을 고려할 때, MBP와 VPP의 적용을 통해 두 집단 모두 더 적은 주의 집중과 인지 부하로도 비례추론과제를 더 잘 풀었다는 것을 의미한다. 또한 통계적 결과 뿐 만 아니라 사전 · 사후 Gaze Plot을 살펴보았을 때 MBP와 VPP의 적용 후 학생들의 수 세기(counting)시선이 눈에 띄게 감소하였으며 이는 검사 후 인터뷰에서도 확인된 사실이다. 이와 같이 본 연구에서 얻은 시선데이터 분석 결과는 MBP와 VPP의 효과를 뒷받침해주는 객관적인 자료가 될 것이며, 시선추적기법은 비례추론전략에 대해 과학적이고 실증적으로 조사할 수 있는 유용한 연구방법이 될 수 있다. 본 연구의 결론을 바탕으로 다음과 같이 제언하고자 한다. 첫째, 초등학교 6학년 일반학급과 영재학급을 대상으로 한 MBP와 VPP의 적용은 비례추론 향상에 도움이 되었다. MBP와 VPP 및 이를 지도하는 시각적 모델들이 초등학생들을 대상으로 한 비와 비율 지도 방안으로는 다소 생소하고 어려울 수 있을 것이라는 사전의 우려와는 달리 보통의 6학년 학생들에게도 효과적으로 적용될 수 있었고, 이미 상위 수준의 수학적 능력을 보유한 영재학생들의 집단 내 향상 또한 이끌어 낼 수 있었다. 여기에 나아가 배움에 어려움을 겪는 학생들을 대상으로도 MBP와 VPP를 적용이 가능한 지 확인이 필요하다. 물론 본 연구는 서울시 특정 관내의 6학년 일부 학생들을 대상으로 이루어졌다는 지역적 한계를 갖는다. 둘째, 본 연구는 MBP와 VPP의 적용을 통해 일반학생과 영재학생의 행동 및 시선 데이터에서 부분적인 집단 간 차이를 확인하였다. 따라서 일반학생과 수학영재의 차이가 확연히 드러날 수 있는 높은 난이도의 문제가 추가적으로 제시한다면 집단 간 차이를 확인하는 데 도움이 될 것이다. 특히 미지 값 과제 중에서도 기하 과제는 일반학급 학생들이 어려워했던 과제로 사후에도 여전히 비교적 많은 시선과 시간을 들여 과제를 해결하는 것으로 나타났다. 따라서 일반학생들이 어려움을 느끼는 비례추론 기하 과제에 대해 더 자세히 탐색하는 후속연구가 필요하다. 또한 본 연구가 사용하지 않았던 문항이나 시각적 모델을 활용한 비례추론 연구도 필요하다. 셋째, 비교 시선 외의 다른 비례추론 시선전략을 확인해볼 필요가 있다. 본 연구에서는 학생들의 비례추론 시선패턴으로 비교시선의 수를 조사하였다. 하지만 이 외에도 수 세기(counting)시선이나 절반으로 어림하기(halving)시선 등 다양한 비례추론 시선이 나타날 수 있다. 또는 비교시선의 방향을 구분하여 비교시선 양상을 세분화할 수 있으며, 집단별 또는 과제별로 사전 사후에 어떤 방향의 비교시선이 더 많이 발생하는 지 알아볼 수도 있을 것이다. 따라서 연구자는 다양한 비례추론 시선추적 과제 및 시선패턴 분류 기준을 마련하여 학생들의 비례추론 시선이 어떻게 나타나는 지 좀 더 정교하게 관찰할 수 있을 것이다. 넷째, 비례추론 시선추적과제의 관심영역(Area Of Interest)을 세분화하여 시선 변화 및 시선 특징을 세부적으로 분석해볼 필요가 있다. 본 연구는 사후 시선데이터로 총 시선고정 지속시간이나 총 시선고정 개수와 같이 전체 AOI를 범위로 한 시선 값 만을 사용하였다. 여기서 나아가 후속연구에서는 비례추론 시선추적과제의 AOI를 세분화하여 각 AOI 별 시선의 비중 및 그 변화를 탐구해볼 수 있을 것이다. 다섯째, 본 연구는 내용적인 측면에서는 MBP의 적용을, 도구적인 측면에서 물리적 · 가상적 조작물을 활용한 비와 비율 수업을 실시하였다. 초등학생들의 비례추론 신장을 위해 본 연구와 수업 내용과 도구를 달리한 다양한 비례추론 수업 프로그램이 지속적으로 개발될 필요가 있다. 또한 연구 설계의 측면에서 통제 집단과 실험 집단을 비교하는 형태의 후속 연구도 처치의 효과를 나타내는 좋은 실험 구조가 될 것이다. 본 연구가 비와 비율 교수 · 학습 방안으로서 MBP와 VPP의 효과성 및 활용성을 입증하고, 나아가 초등학생의 비례추론 신장 및 수학교육분야의 시선추적연구에 도움이 되길 기대한다.

곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 수업이 학생들의 비례 문제 해결 능력과 전략에 미치는 영향 : 시선추적기를 활용하여

정슬비 한국교원대학교 대학원 2024 국내석사

곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 수업이 학생들의 비례 문제 해결 능력과 전략에 미치는 영향 : 시선추적기를 활용하여 정 슬 비 한국교원대학교 대학원 초등수학교육전공 (지도교수 이 광 호) 본 연구는 비와 비례가 도입되는 단원에서 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 수업이 학생들의 비례 문제 해결 능력과 비례 문제 해결 전략이 미치는 영향을 분석한 것이다. 구체적으로 문헌 연구를 통해 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 지도방안을 도출하여 수업으로 구현하고 이에 따른 학생들의 비례 문제 해결 능력과 전략이 어떠한지 알아보았다. 이를 통해 비와 비례 지도에 시사점을 제공하는 것에 목적이 있으며 이를 위해 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다. 가. 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 학습에 참여한 학생들의 비례 문제 해결 능력은 어떠한가? 나. 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 학습에 참여한 학생들의 비례 문제 해결 전략은 어떠한가? 위 연구 문제를 해결하기 위하여 준실험연구 방법을 사용하였으며 구체적인 연구 절차는 다음과 같다. 먼저 선행 연구와 국내외 교과서 분석을 통해 곱셈 비교 관계를 강조한 교수·학습 방안을 도출하고 이에 따라 초등학교 6학년 ‘비와 비율’ 단원과 ‘비례식과 비례배분’ 단원의 총 13차시를 재구성하였다. 다음으로 전주시 소재 J 초등학교에서 사전검사를 실시하여 비교집단(20명) 1개 반과 실험집단(22명) 1개 반을 선정하여 비교집단은 기존 교과서로, 실험집단은 연구자가 재구성한 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 지도 프로그램으로 13차시의 수업을 진행하였다. 수업 후 사후검사인 지필 검사와 시선추적 검사를 실시하여 학생들의 지필 검사 점수 결과와 시선추적검사의 행동데이터와 시선데이터 자료를 수집하였다. 수집한 자료를 바탕으로 학생들의 비례 문제 해결 능력과 비례 문제 해결 전략을 면밀하게 분석하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 실험집단 내에 비례 문제 해결 능력은 유의미한 변화가 있었으며 비교집단과 실험집단 간에 유의미한 차이가 있었다. 지필 검사와 시선추적 검사 결과 미지값, 비교, 정수비, 비정수비의 모든 유형에서 비교집단은 사전과 사후에 유의미한 변화가 없었지만 실험집단은 유의미한 변화가 있었고, 비교집단에 비해 실험집단의 사후 지필 검사 점수와 시선추적 검사 점수가 높았고 시선데이터인 TFD와 FC 값도 낮게 나타났다. 둘째, 교수 실험 처치 전·후에 실험집단 내에서 곱셈 비례추론 전략 사용 비율이 증가했으며 비교집단과 실험집단 간 사후 비례 문제 해결 전략 사용에 유의미한 차이가 있었다. 지필 검사와 시선 추적 검사 결과에서 실험집단은 교수 실험 전·후에 곱셈 비례추론 수준의 전략 사용 비율이 증가했으며 덧셈 전략 사용 비율이 감소했다. 따라서 비교집단에 비해 실험집단이 더 다양하고 수준 높은 비례 문제 해결 전략을 활용하여 비례 문제를 해결했다. 셋째, 교수 실험 처지 전·후에 시선 추적 검사 비정수비 문항에서 실험집단 내에 함수 전략 사용 비율이 증가했으며 비교집단과 실험집단 간 함수 전략 사용 비율에 유의미한 차이가 있었다. 행동데이터와 시선데이터를 분석한 결과 사후 시선 추적 검사의 비정수비 문항에서 비교집단에 비해 실험집단은 상황에 따라 함수 전략과 스칼라 전략을 골고루 사용하여 문제를 잘 해결했다. 연구 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다. 첫째, 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 지도는 학생들의 비례 문제 유형과 수 구조 유형에 따른 비례 문제 해결 능력 신장에 기여할 수 있다. 본 연구에서 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 학습 집단이 지필 검사와 시선추적 검사에서 알고리즘 사용을 제외한 비례 문제 해결 능력이 더 높은 것으로 나타났다. 둘째, 다양하고 수준 높은 비례 문제 해결 전략 획득과 이에 따른 비례추론 능력 향상에 기여할 수 있는 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 지도를 위한 활동을 지속적으로 제시할 필요가 있다. 본 연구에서 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 학습에 참여한 학생들은 비례 상황을 인식하여 적절한 비례 문제 해결 전략을 찾아 비례 문제를 해결하고, 더 수준 높은 전략을 사용하여 비례 문제를 쉽고 빠르게 해결하였다. 따라서 비와 비례 지도에서 비례추론 능력 신장을 위해 곱셈 비교 관계를 강조한 활동을 지속적으로 제시할 필요가 있다. 셋째, 시선 추적 검사는 학생들의 비례 문제 해결 능력과 비례 문제 해결 전략을 객관적이고 과학적인 데이터로 분석할 수 있으며 이를 다양한 수학 영역으로 확장할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 본 연구에서는 시선추적 검사를 통해 시선 고정 시간, 시선 고정 개수, 시선궤적, 시 이동 등의 시선데이터를 활용해 학생들이 비례 문제를 해결할 때 인지 과정과 문제 해결 전략을 객관적이고 정학하게 분석할 수 있었다. 따라서 시선 추적 연구는 지필 검사의 한계를 보완하고 수학적 영역과 연구 방법의 스펙트럼을 넓혀줄 수 있다. 본 연구를 통하여 곱셈 비교 관계를 강조한 비와 비례 지도의 필요성과 가능성을 제공하고 지도의 긍정적인 효과에 대한 시사점을 제공할 수 있기를 기대한다.

시선추적기법을 적용한 예비과학교사들의 탄소중립 개념 이해 수준에 따른 시선 패턴 분석

허윤정 충북대학교 2023 국내박사

이 연구는 예비과학교사 대상으로 시선추적기법을 적용하여 탄소중립 교육자료와의 시각적 관심과 상호작용 패턴을 이해함으로써, 탄소중립 과학적 개념의 이해력이나 지식 통합에 어려움을 겪을 수 있는 영역을 식별하고, 과학학습에 관한 인지 수준 차이에 따른 시각자료의 이해 정도를 분석하는데 목적이 있다. 이 연구의 구체적 목표는 1) 탄소중립에 대한 예비과학교사의 인식과 2) 개념 이해 수준을 분석하고 이에 따른 3) 탄소중립교육을 위한 시각자료에 나타나는 시선 패턴을 파악하는 것이다. 연구방법으로는 2015 개정 과학과 교육과정의 교과서와 IPCC 기후변화 보고서 및 환경부의 탄소중립 교육자료에 수록된 자료를 활용하여, 탄소중립 개념 수준을 측정할 수 있는 검사지 개발 및 시선추적 실험을 위한 시각자료를 개발한 후 시선운동을 측정하였다. 중부권 소재 대학교의 예비과학교사 37명이 자발적으로 실험에 참여하였고, 이 중 20명의 시선추적 데이터를 분석하였다. 각 연구참여자의 탄소중립에 대한 인식 및 개념 이해 수준을 구분하고, 탄소중립에 대한 개념 이해 정도에 따라 탄소중립교육 시각자료에서 나타나는 시선운동의 차이를 분석하였다. 연구결과, 첫째, SSP 기후변화 시나리오 중 최소탄소배출 시나리오가 실현 가능하다고 믿는 연구참여자는 5.5%에 불과한 것으로 나타났다. 이는 ‘2050 탄소중립’ 달성 가능성에 대한 부정적인 인식을 의미한다. 또한 탄소중립에 대한 전반적인 평균 지식수준은 52.1점으로 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 둘째, ‘2050 탄소중립’ 개념을 적용하여 2100년까지의 탄소 배출량과 제거량을 예측하는 모델링 활동을 수행한 결과, 연구참여자의 51%가 탄소순환의 배출과 제거를 고려한 정량적 데이터를 해석하기보다 탄소 배출량이 계속 증가할 것이라는 패턴 매칭을 생각하는 오개념을 갖기도 하였다. 또한 누적 탄소 농도를 예측하기 위한 모델링 활동에서 연구참여자의 62%가 예측된 데이터에 이산화탄소 농도의 계절적 변동을 표현하였으나, 24%는 순 이산화탄소의 배출량과 누적 농도의 인과 관계를 제대로 이해하지 못한 결과를 보였다. 셋째, 탄소중립관련 시각자료에 대한 연구참여자들의 시선운동은 글 영역에 제시된 정보에 크게 영향을 받는 것으로 나타났고, 그래프의 경우 축의 정보보다는 주로 데이터 영역에 관심이 집중되었다. 또한, 그래프, 표 등의 여러 시각적 자료를 동일한 기능과 범주에 배열했을 때 연구참여자들은 개념을 설명하는 자료나 왼쪽에 배치된 시각적 자료에 가장 많은 관심을 보였다. 이는 특정 위치나 순서에 선호가 있음을 의미한다. 개념 이해도가 낮고 요소 간의 인과 관계를 제대로 파악하지 못한 연구참여자들은 집중력과 전반적인 시선흐름이 크게 떨어지는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 개념적 이해가 시각자료에 대한 관심과 참여에 영향이 있음을 나타낸다. 이러한 연구결과를 통해, 탄소 배출과 흡수의 원리인 탄소순환은 지구 시스템의 복잡한 과학 개념 중의 하나로 올바른 탄소중립 개념의 이해와 실천을 위해서는 다양한 학문적 접근이 필요하며, 탄소중립교육은 다양한 시각자료를 활용하여 이루어지기 때문에 시각적 자료를 해석하는 방법과 고려해야 할 측면에 대해 명확한 설명을 제공하는 교육프로그램 개발이 필요함을 시사한다. This study aims to analyze the level of comprehension of visual materials according to the difference in cognitive level of science learning by identifying areas where understanding of carbon-neutral scientific concepts or knowledge integration may be difficult through understanding of visual interest and interaction patterns with educational materials on carbon-neutral themes using eye-tracking techniques for pre-service science teachers. The specific goal of this study is to analyze 1) pre-service science teachers' perception of carbon neutrality and 2) the level of understanding of the concept, and 3) to understand the gaze pattern appearing in visual materials for carbon neutral education. As a research method, this study utilized data from climate change-related textbooks from the 2015 curriculum, the IPCC climate change report, and carbon neutral education materials provided by the Ministry of Environment. Based on this data, a test sheet was developed to measure the level of carbon neutrality and to provide a perspective for conducting eye-tracking experiments. Thirty-seven pre-service science teachers from universities in the central region voluntarily participated in the experiment, and eye-tracking data from 20 of them were analyzed. The participants' level of awareness and understanding of the concept of carbon neutrality were categorized, and differences in gaze movement within visual materials for carbon neutral education were analyzed based on the participants' level of concept understanding. As a result of the study, first, it was found that among the SSP climate change scenarios, only 5.5% of the research participants believed that the minimum carbon emission scenario was feasible. This indicates a negative perception regarding the possibility of achieving carbon neutrality. Additionally, the overall average knowledge level of carbon neutrality was found to be relatively low at 52.1. Second, modeling activities were conducted to predict carbon emissions and removals by 2100 using the concept of '2050 carbon neutrality'. The results showed that 51% of the research participants believed that carbon emissions would continue to increase, rather than interpreting the quantitative data that considered the emissions and removals of the carbon cycle. This indicates a misconception of pattern matching. Furthermore, during the modeling activity aimed at predicting cumulative carbon concentration, 62% of the participants accurately expressed the seasonal variation of carbon dioxide concentration in the predicted data. However, 24% of the participants did not properly understand the causal relationship between net carbon dioxide emission and cumulative concentration. Third, it was found that the gaze movement of the research participants regarding visual data related to carbon neutrality was strongly influenced by the information presented in the writing area. When it came to graphs, their interest was primarily focused on the data area. Furthermore, when multiple visual data, such as graphs and tables, were arranged within the same function and category, the research participants paid the most attention to materials that explained the concepts or visual data placed on the left. It was also observed that participants with a lower level of conceptual understanding and those who did not properly grasp the causal relationship between elements exhibited a significant decrease in concentration and overall gaze flow. Based on the research results, it is evident that the carbon cycle is a complex scientific concept within the Earth system, and various academic approaches are required to understand and practice the correct concept of carbon neutrality. This suggests that it is necessary to develop an educational program that offers clear explanations on how to interpret the visual data and what aspects to consider when working with it.

시선추적장치를 활용한 게임의 선정성 등급분류 기준 연구 : 여성 캐릭터의 노출과 자세를 중심으로

배효진 경성대학교 일반대학원 2024 국내석사

게임 등급 분류 제도는 이용자의 연령에 맞춰 게임 콘텐츠를 제공하고자 하는 사회적 안전망이다. 기술 발전에 따라 게임 서비스는 진화하고 있으며, 변화의 수용을 위해 게임 등급 분류 시스템 또한 수정되어야 할 필요가 있다. 현재 우리나라 게임 등급 분류 제도는 격변의 기로에 서있다. 다양한 등급 분류 주체의 병행으로 이용 등급 기준은 모호해지고 있으며, 기하급수적으로 증가하는 출시 게임을 사람이 수동으로 검토하고 분류하는 방식은 한계에 다다랐다. 본 논문은 이에 대한 대응 방안으로 이용자 인지반응을 활용하는 과학 기술 기반의 등급 분류 기준 수립을 모색하고자 한다. 시선추적장치를 활용하여 이용자 인지반응을 수집하고 통계분석을 시행하여, 인지반응 기반 등급 분류 기술의 시사점에 대해 논의한다. The game rating classification system serves as a societal safety mechanism, ensuring that game content is aligned with users ages. Game services are evolving with technological advancements, and the emergence of AI is accelerating the pace of this development. To keep up with the pace of these changes in game services, the game rating classification system must evolve continuously. Currently, the state of the game rating classification system in Korea stands at a critical juncture. The overwhelming influx of games makes manual review and classification by humans impractical. This study proposes a science and technology-driven rating classification method as a viable solution to address this challenge. The study investigates the present state of Korea's rating classification system, analyzing it specifically in terms of ‘sexual’ content through the use of eye trackers. Female characters with varying degrees of exposure and poses are showcased to participants, and their response data is gathered. Subsequently, statistical analysis is applied to the survey findings. This study demonstrates that the posture of female characters significantly impacts participants frequency of gazing at characters faces. Additionally, the exposure of female characters bodies influences both the frequency and duration of participants gazes towards characters chests. The presentations of female characters featured varied body exposures and postures, in line with the existing rating classification criteria. User responses exhibited distinct outcomes across rating classification stages. These results suggest the potential to establish criteria based on users reactions. The findings raise the prospect of developing a rating classification system grounded in user responses, offering promise for future advancements in science and technology.

시선추적기를 통한 TV동영상 시청자의 시각반응 연구 : 뉴스, 예능, 홈쇼핑 프로그램을 중심으로

정재우 한성대학교 대학원 2018 국내박사

본 연구에서는 안구의 움직임을 추적하는 장치인 시선추적기(Eye Tracker)를 이용하여 영상매체에 대한 시청자들의 시선의 흐름, 순서를 살펴봄으로써 현재의 영상물에서 타이포그래피가 차지하는 역할과 영향력, 유인 구조 등을 탐구하고자 한다. 이를 통해 그동안 관성적으로 디자인, 배치되어왔던 영상 제작, 편집이 효과적인 방식이었는지를 점검하고 이에 대한 개선방안을 모색하는 것을 목표로 한다. 시선추적은 눈동자가 움직이는 경로를 추적함으로써 시각 자극에 대한 수용자의 반응과 정보처리 방식 등을 조사하는 방법이다. 최근 시각디자인 관련 분야에서 아이트래커를 활용한 연구는 적지 않으나 대부분 정지된 이미지에서 시선의 이동경로를 추적한 것이었고, 동영상을 실험한 논문은 3편에 불과했다. 이 3편의 경우에도 프로모션, 광고, 모션그래픽 등을 대상으로 한 것이어서 본 연구가 대상으로 하는 TV 방송 프로그램과는 다루고자 하는 연구목적이 달랐다. 본 연구의 대상 TV 프로그램은 실사 동영상과 글자가 동시에 나오는 뉴스 프로그램과 예능, 그리고 전문 채널(홈쇼핑 채널) 프로그램이다. 이 3가지 분야의 방송 프로그램은 영상 속에 ① 인물, ② 관련 상품 혹은 관련 영상 ③ 글자가 함께 배치되어 있기 때문이다. 이 세 요소들 중에서 시청자의 시선이 어디에 자주 머무는가를 살펴봄으로써 영상에 표현되는 요소들의 영향력, 관계 등을 정리해보고자 하였다. 따라서 본 연구에서는 공중파 3사의 뉴스 프로그램과, 예능 프로그램, 홈쇼핑 프로그램을 실험 대상으로 하고, 부가적으로 홈쇼핑 프로그램의 경우에는 홈쇼핑 방송 내에서 문자 위주의 화면이 포함된 동영상으로 세분화 실험하여 두 실험 사이의 차이를 확인해 보고자 하였다. 본 실험에서는 20대 남녀를 그 피실험자들로 삼았다. 논문의 구성은 다음과 같이 하였다. 1장 서론에서는 연구배경, 연구 목적, 연구범위 및 방법을 기술하였고, 2장에서는 이 연구의 바탕이 되는 이론적 배경을 살펴보았다. 시각과 시선 관련 이론, 아이트래커를 이용하여 실험한 선행 연구들을 통해 이 연구가 가지는 의의를 확인하였다. 3장에서는 실험대상, 피험자대상 및 실험방법과 도구에 대해 좀 더 세세하게 기술하였다. 4장에서는 이 실험설계를 바탕으로 한 실험, 즉 뉴스, 예능, 홈쇼핑 프로그램과 글자만으로 된 동영상 화면을 대상으로 네 가지의 실험 과정과 결과를 그림으로 제시하고 표로 정리하였다. 5장에서는 실험의 결과를 빈도분석, 교차분석, 분산분석을 실시하였고, 이것이 통계적 유의성이 있는지 알아보기 위하여 대응표본 검증을 하였다. 6장 결론에서는 본 연구를 통해 도출한 결과와 시사점을 논하였다. 따라서 본 연구 실험결과를 바탕으로 TV프로그램의 동영상디자인에 있어서 다음과 같은 사항을 제안한다. 첫째, 동영상에 대해 수용자가 집중하는 시간은 30초도 되지 않는다. 동일 영상에 오래 노출되어 있으면 수용자는 그 영상 속의 구석구석 정보를 두루 살펴보기보다는 영상 자체에 대한 관심을 중단하기 때문에 하나의 화면 안에 많은 정보, 요소를 배치하여 골고루 시선을 이끌어내는 것은 현실적으로 어렵다. 그보다는 짧은 동영상 내에 핵심 요소가 잘 드러나도록 디자인하고, 새로운 정보나 타이포그래피로 이끌기 위해서는 새로운 화면을 통해 유인하는 것이 더 효과적이다. 둘째, 피실험자의 시선은 문자나 전달자보다는 주제에 맞는 동영상이나 상품에 많은 관심을 가진다. 그동안 영상매체의 고도화된 발달과 함께 타이포그래피의 적극적인 개입이 수용자들에게 긍정적인 영향을 끼칠 것이라는 것이 일반적인 통념이었다. 그러나 20대들은 문자텍스트보다는 주제에 직접 관련된 대상(상품, 뉴스의 관련 동영상 등)에 더 주목하고 있음을 알게 되었다. 이는 기존의 관행적으로 동영상 내에 문자를 삽입해 왔던 것에 대한 재검토를 요구하는 매우 중요한 발견이다. 셋째, 중요한 메시지, 대상은 중앙에 배치하는 것이 바람직하다. 타이포그래피는 화면 분할 과정에서 한쪽에 치우쳐 제시되는 경우가 많다. 이는 전달자나 해당 상품 등에 집중하도록 하기 위한 방안이겠지만, 그럴 경우 글자에는 끝내 시청자의 시선이 가지 않은 채 시청행위가 끝날 수도 있다. 따라서 꼭 필요한 정보의 경우에는 타이포그래피를 과감히 중앙에 위치시키는 방안에 대해서도 고려해야 한다. 넷째, 중앙 다음으로 시선을 끄는 위치는 좌측이다. 앞선 실험에서 시청자들의 시선이 인물(앵커)이나 영상물에 의한 주목도의 차이보다 좌측인 경우와 그렇지 않은 경우에 따라 주목도의 차이가 더 크다. 시청자들의 시선이 좌측에서 우측으로 이동하는 방향은 현대의 한국인들의 글쓰기/읽기의 방향이기도 하다. 이점을 고려하여 수용자에게 각인 혹은 주목시키고자 하는 메시지의 위치를 결정해야 한다. 마지막으로, 동영상 시청 과정에서 남녀 간의 시선 차이가 두드러진 것은 홈쇼핑 프로그램이다. 뉴스나 예능, 그리고 짧은 홈쇼핑 동영상에서는 남녀 간의 차이가 뚜렷하지 않았다. 반면에, 인포메이션 바가 강조되고 다소 긴 홈쇼핑 동영상에서 남성은 상품 외에 인포메이션 바에 시선이 많이 머물렀고, 여성은 상품에 시선이 더 집중되었다. 따라서 홈쇼핑 채널에서는 판매하고자 하는 상품의 주요 소비자층이 어떤 성별이냐에 따라 화면 구성과 강조점을 달리할 필요가 있다. 즉, 남성소비자 대상 상품에는 상세한 설명의 인포메이션 바를 함께 배치하는 것이 효과적이고, 여성소비자를 대상으로 하는 경우에는 다양한 시연이나 설명 동영상을 보여주는 것이 효과적이다.

양안 시선 지오메트리를 이용한 공간좌표 추출 시스템

정현웅 성균관대학교 일반대학원 2009 국내석사

1980년대 후반 HCI(Human-Computer Interface)에 관련된 개념들이 구체화 되기 시작하면서, 다양한 분야에서 인간과 컴퓨터 간의 소통에 대한 연구들이 진행되어 왔다. 그 중 컴퓨터 공학 분야에서는 인간과 컴퓨터간의 인터페이스의 공학적 설계에 관련된 연구가 중점적으로 연구되었으며, 이는 점차 매개체를 이용한 제어가 아닌 인간의 생체 신호를 이용한 직접적이고 직관적인 컴퓨터의 제어 환경을 구성하는 방향으로 발전해 왔다. 이러한 인간과 컴퓨터의 직접적인 제어에 관한 연구는 음성, 시선, 손동작 등의 신체적 신호에 기반한 제어 기술의 형태로 나타났다. 이 중 시선을 이용한 HCI의 경우 특별한 신체적 조작을 필요로 하지 않으며, 안구의 움직임만을 이용함으로써 신체적 장애가 있는 경우에도 컴퓨터와의 소통이 가능하다는 장점을 갖는다. 또한 음성 기반 HCI는 공간상의 제어에 있어서 정보 전달의 모호성을 나타낼 수 있으며, 손동작을 기반으로 한 HCI의 경우 방향 정보 전달의 확실성은 보장될 수 있으나, 공간상의 깊이 정보를 전달하는데 있어서는 부족함이 있다는 점 역시 문제점으로 작용할 수 있다. 이에 반해 시선을 기반으로 한 HCI의 경우 사용자가 공간 제어를 하는데 있어 방향성 및 공간상 깊이정보에 대한 확실한 정보를 직접적으로 컴퓨터에 전달할 수 있다는 점에서 다른 인터페이스와 차별화를 갖는다고 할 수 있다. 기존의 시선기반 HCI의 경우 대부분 한쪽 눈의 동공 검출 및 추적에 관련된 연구가 주를 이룸으로써, 응용분야의 경우 이를 이용하여 2차원 평면상의 좌표만을 찾아내어 접목하는 한계를 보였다. 본 논문에서는 양안 동공 검출에 의한 두 눈의 동공 각도를 이용하여 2차원 좌표만이 아닌 눈에서 대상체까지의 깊이정보 측정을 가능하게 하는 양안 기반 3차원 시선 공간좌표 추적 시스템을 제안하였다. 시선이 300mm 이상의 거리에 있는 대상체를 향할 때에는 양안의 동공 간격이 더 이상 늘어나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이는 일정 범위 이상에서는 거리에 따른 안구의 초점이 안구 각도에 의존하지 않으며, 이는 수정체의 두께 및 학습에 의한 외적 요인에 의해 거리 정보를 취득한다는 점을 예상할 수 있었다. 이로써 양안 동공 간격을 통한 안구의 각도를 기반으로 한 시선 공간좌표 시스템의 적용 범위는 약 300mm 이내로 설정해야 한다는 결과를 얻을 수 있었다. 시스템의 정확도는 허용 오차 범위를 반경 15mm로 설정할 경우 300mm 이내의 범위에서 81%를 나타내었다. 수정체의 두께와 시선의 깊이 정보간의 관계에 관한 연구가 진행된다면, 시스템의 적용 범위를 300mm 이상으로 늘릴 수 있을 것으로 사료된다. Late 1980s, as the concept related with HCI(Human-Computer Interface) was developed, there have been researches about communication between human and computer in many fields. And computer scientists were mainly focused on the study of engineering design on interface between human and computer, they have gradually developed the computer devices directly controlled by human biological signals without using any devices. These studies encouraged to develop the technology based on the control of physical signals such as voice, eye-sight, hand movement. Among them, HCI which uses gaze tracking method only needs eye ball's movement without any particular physical control, so it has an advantage that we can apply this technology to the people who have disability. Also it can overcome the drawbacks from using HCI based on voice and finger-pointing. HCI using voice may deliver vague information and HCI using finger-pointing guarantees correct directional information but it still has its limitation of distance exactness. On the contrary, HCI by eye-sight makes it possible to get both directional and distance information correctly and transmit it directly to the computer, which differentiate it from the other interfaces. So far most of studies on HCI by eye sight have concentrated on the method using only one pupil, and it had a limit which was only applied to find the 2D coordinate. In this paper, we suggest that dual pupil based 3D coordinates detecting system which can measure the distance from eyes to object by using angle between both pupils. It is confirmed that the angle between both pupils doesn't change any more when it is over than 300mm distance. This result shows that a focal point of eye doesn't depend on the angle of pupils any more if the distance to an object is farther than a certain range, or rather it is related to the thickness of eye lens and individual's past experiences. Thereby we could get the result that the dual pupil based 3D coordinates detecting system is only available within 300mm distance. The accuracy of system indicates 81% given setting up an acceptable error range of less than 15mm. If there is further study on the relation between the thickness of eye lens and depth information, it would be possible to extend its application range to more than 300mm.