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Dynamic Alterations on Internal Temperature and Humidity of HMD-Based Virtual Reality Systems During Active User Engagement KCI 등재

HMD 기반 가상현실에서 역동적인 활동 시 VR 장치 내부 온·습도의 변화

  • 언어KOR
  • URLhttps://db.koreascholar.com/Article/Detail/447237
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대한시과학회지 (The Korean Journal of Vision Science)
대한시과학회 (The Korean Society Of Vision Science)
초록

목적: 본 연구는 역동적 신체 활동 상황에서 HMD 기반 가상현실 기기 내부의 온·습도 및 열지수를 실시간 측정하 고, 이러한 환경 변화가 안구건조증과 시각적 불편감에 미치는 영향을 규명하는 데 목적이 있다. 이를 통해 활동형 VR 사용 시 안전성 확보와 열·습도 관리 기반의 최적화된 VR 환경 설계의 근거를 제시하고자 한다. 방법 : 체육계열 대학생 28명을 대상으로 수행되었으며, Oculus Quest2를 이용한 역동적 VR 복싱 콘텐츠 수 행 중 HMD 내부 온도·습도 및 열파지수를 Arduino–DHT11 기반 센서로 2.5초 간격으로 실시간 측정하였다. 참 가자는 안정 상태, 운동 상태, 회복 상태 각 15분씩 총 45분간 실험에 참여하였고, 심박수는 스마트밴드를 통해 목 표 운동 강도 범위(30~50% HRR)로 유지되었다. 안구건조증 평가는 실험 전·후 비침습적 눈물막 파괴시간(NI BUT), Schirmer 검사, OSDI 설문을 통해 객관·주관 지표를 모두 수집하였다. 통계 분석은 대응표본 t-검정과 카이제곱 검정을 사용하였으며 유의수준은 p>0.050로 설정하였다. 결과 : 연구 대상자(평균 23.44세)는 VR 사용 전후 NI BUT과 Schirmer 검사에서 유의한 변화가 나타나지 않았으나(p>0.050), OSDI 점수는 실험 후 유의하게 증가하여 주관적 안구 불편감이 상승한 것으로 확인되었다 (p>0.050). HMD 내부 환경 분석에서는 운동 직후 초기 구간(15~18분)에서 온도, 습도, 열지수의 변화율이 가 장 크게 증가하여(p<0.001) 역동적 신체 활동이 VR 장치 내부 미세환경에 즉각적이고 급격한 변화를 유발함을 보여주었다. 이후 구간에서는 환경 변화 속도가 완만해지며 점차 안정화되는 경향을 보였다. 종합하면, 단기간의 고강도 VR 사용은 내부 열·습도 환경의 급격한 변동과 더불어 사용자의 주관적 시각적 피로 증가와 관련됨을 시사한다. 결론 : 고강도 신체 활동 시 VR HMD 내부의 온·습도 및 열파지수는 급격히 상승하여 열적 불편감과 시각적 피로를 더욱 유발한다. 운동 종료 후에는 빠르게 회복되는 가역적 특성을 보였음으로 이러한 결과는 활동형 VR 사 용 시 휴식·환기 전략의 필요성과 안전성 기반의 HMD 설계 및 사용자 관리 지침 마련의 중요성을 제시한다.

Purpose : This study aims to measure, in real time, the temperature, humidity, and heat index within HMD-based VR devices during dynamic physical activity and to examine how these microenvironmental changes affect dry-eye symptoms and visual discomfort. The results will provide an empirical foundation for enhancing user safety and designing optimized VR environments through effective thermal and humidity management. Methods : Twenty-eight physical education students participated, performing an interactive VR boxing program using Oculus Quest II. HMD internal temperature, humidity and heat index were continuously monitored every 2.5 seconds using an Arduino–DHT11 system. The experiment included 15 minutes each of resting, exercise and recovery phases with heart rate maintained at 30~50% HRR. Dry eye assessments were conducted pre- and post-experiment using non-invasive tear break-up time (NI BUT), Schirmer test, and Ocular Surface Disease Index (OSDI) questionnaire. Paired t-tests and chi-square tests were applied (p<0.050). Results : Participants (mean age 23.44±1.17 years) showed no significant changes in NI BUT and Schirmer tests (p>0.050), whereas OSDI scores increased significantly (10.49±2.52 → 18.28±4.01, p<0.050), indicating elevated subjective ocular discomfort. HMD temperature, humidity and heat index rose most sharply during the initial exercise phase (15~18 min, p<0.001), followed by gradual stabilization. Short-term high-intensity VR use induced abrupt internal rapid changes, associated with increased subjective visual fatigue. Conclusion : Intense physical activity in VR rapidly elevates HMD temperature, humidity, and heat index, exacerbating thermal discomfort and visual fatigue. These effects are reversible post-activity, emphasizing the need for rest, ventilation strategies, and HMD design considerations to ensure safe and comfortable active VR use.

목차
Abstract
Ⅰ. 서 론
Ⅱ. 대상 및 방법
    1. 대상
    2. 연구 방법
Ⅲ. 결 과
Ⅳ. 고 찰
Ⅴ. 결 론
References
요 약
저자
  • Hee Jae Jeong(Dept. of Convergence Healthcare Medicine, Ajou University, Student, Suwon) | 정희재 (아주대학교 일반대학원 융합의과학과, 박사수료 학생, 수원)
  • Chang Won Park(Dept. of Optometry, Baekseok Culture University, Professor, Cheonan) | 박창원 (백석문화대학교 안경광학과, 교수, 천안) Corresponding author