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ISSN : 1229-3857(Print)
ISSN : 2288-131X(Online)
Korean Journal of Environment and Ecology Vol.37 No.6 pp.473-483
DOI : https://doi.org/10.13047/KJEE.2023.37.6.473

Experimental Analysis of the Healing Effect of Visual Forest Stimulation in Digital Environment1

Il-Doo Kim2, Won-Soep Shin3*
2Graduate Department of forest Therapy Chungbuk National Univ., Cheongju 28644 (kid9576@naver.com)
3Forestry, Graduate School Chungbuk National Univ., (shinwon@chungbuk.ac.kr)
* 교신저자 Corresponding author: shinwon@chungbuk.ac.kr
24/08/2023 16/11/2023 04/12/2023

Abstract


This study was conducted to find out the psychological or physiological healing effects of real natural forests and virtual forest experiences using virtual reality (VR) in an artificially-controlled digital environment. To find out this, 81 healthy undergraduate students from C University were experimented on visual forest stimulation effects in the digital environment from September 5 to December 9 in 2022. The experiment evaluated the psychological and physiological healing effects of visual forest stimulation in the digital forest environment (2D, 3D). The SRI (stress response inventory) experiment for analyzing psychological effect showed statistically significant differences among groups. As for the SRI experiment for measuring psychological stress, except Control group, 2D group in the digital environment showed little difference before and after the experiment. But 3D group showed less stress than before. As a result, it was proved that visual forest stimulation in a forest-based digital environment (2D, 3D) reduces psychological stress significantly. And when analyzing how visual forest stimulation changes EEG (electroencephalogram) in the digital environment, alpha waves (RA), which are activated during relaxation or stabilization, were more active than beta waves (RB), which are activated during tension or awakening.



This study is expected to be used to create a psychological and physiological healing environment for those who cannot go to a natural forest due to mobility difficulties by providing them visual forest stimulation experiences in a digital environment. It is also expected that the results will be the basis for forest healing in the digital environment and virtual reality programs will help forest healing activities.


Forest Healing , Virtual Reality , Visual Forest Stimulation , Stress Resilience Inventory , EEG

디지털 환경에서 시각적 산림자극의 치유효과에 대한 실험적 분석1

김일두2, 신원섭3*
2충북대학교 대학원 산림치유학협동과정 박사과정
3충북대학교 대학원 산림학과 교수

초록


본 연구에서는 실제 자연의 숲과 인위적으로 통제가 가능한 디지털 환경에서의 가상현실(VR)을 활용한 가상 숲에서 의 체험이 피험자의 심리적 또는 생리적으로 미치는 치유효과를 알아보기 위하여 수행되었다. 이를 밝혀내기 위해 C대학 건강한 학부생 81명을 실험참가자로 2022. 9. 5~12. 9에 걸쳐 디지털 환경 내에서의 시각을 통한 산림자극 효과를 실험하였다. 실험은 디지털환경(2D, 3D)에서 숲 환경을 통한 시각적 산림자극의 심리적, 생리적 회복 효과를 평가하였다. 심리적 효과분석인 SRI(스트레스 반응척도)의 실험결과는 집단 간 차이가 통계적으로 유의한 것으로 나타났다. 심리적 스트레스 측정을 위한 SRI 실험 결과는 세 집단 중 Control 집단을 제외한 디지털 환경에서의 2D 집단은 사전과 사후 간 차이가 미미한 것으로 나타났다. 3D 집단에서는 사전보다 사후가 낮게 나타났다. 이 결과 산림을 기반으로 한 디지털 환경(2D, 3D)에서 시각을 통한 산림자극이 심리적 스트레스를 유의하게 감소시켜주는 효과가 있음을 확인하였다. 디지털환경 내에서 시각을 통한 산림자극이 EEG(뇌파)에 미치는 변화 분석 결과, 이완이나 안정화 때 활성화 되는 것으로 나타나는 알파파(RA)가 긴장이나 각성 때 발현되는 베타파(RB) 보다 활성화 되는 것으로 확인 되었다.



본 연구는 신체적 거동 불편 등 이동 제약으로 인하여 자연 숲 환경에서 체험을 할 수 없는 이용자들에게 디지털환경 내에서 가상현실(VR) 속 숲 환경을 구현하여 시각적 산림자극 체험 기회를 제공함으로서 심리적, 생리적 회복 환경을 만들어 주는데 사용 할 수 있을 것으로 사료된다. 이러한 연구 결과가 디지털 환경에서 산림치유에 대한 활용의 기반이 되길 기대하고, 가상현실(VR)을 이용한 프로그램이 산림치유 활동에 도움이 되기를 기대한다.


산림치유 , 가상현실 , 산림자극 , 스트레스탄력성검사 , 뇌파

    서 론

    본 연구는 많은 선행연구를 통해서 숲에서의 활동이 생리 적으로나 심리적으로 효과가 있음을 증명해 왔다(Yu et al., 2018). 지금까지 자연 환경에 있는 숲은 사람의 생리적인 스트레스 감소 또는 회복 효과와 심리적인 감정과 기분에 유익하다는 것이 많은 선행 연구를 통해 밝혀져 왔다. 산림의 이용은 스트레스를 관리할 수 있는 잠재력과 정신적, 심리적, 육체적 건강에 이바지 한다는 것이 선행 연구를 통해서 밝혀 지고 있다. 이에 따라 실증적 연구를 기반으로 산림치유 개념 을 정립하고 합법화하여 사람의 건강과 삶의 질을 향상시켜 오고 있다(Shin et al., 2015). 산림치유의 효과는 심리적 또는 생리적 측면에서의 영향에 초점을 맞추고 있다. 심리적 측면에서는 산림치유의 프로그램이 다양한 연령층의 참가 자들에게 우울증, 자아 존중감, 불안감 감소에 긍정적인 영 향을 미쳤다고 보고되었다(Shin et al., 2015). 심리적 관점에 서 자연에 노출되면 스트레스가 해소되고 인지 회복에 직접 적 영향을 미친다는 스트레스 해소 이론을 제시하기도 했다 (Ulrich et al., 1991). 숲 환경은 스트레스 요인을 처리하는 필수적인 역할을 하며, 스트레스 상황에 직면했을 때 사람들 의 대처 전략을 개선하거나 감소시킬 수 있다(Berto, 2014;Alyan, Saad et al., 2021). 스트레스는 다양한 건강문제를 일으켜 두통, 불면, 우울 등 다양한 증상을 초래한다. 이를 생리적 측면에서 보면 신체 내의 항상성을 유지하는 자율신 경계 중 교감신경계가 자극되어 혈압상승, 긴장 등의 증상이 동반되어 수면장애 등과 같은 문제가 발생함으로써 호르몬 의 불균형과 면역력의 저하를 가져오게 되는 것이 원인이다 (Won sop Shin, 2011). 산림체험의 효과에 대한 많은 연구 중에 주로 산림치유의 심리적, 생리적 영향에 초점을 맞추고 있는데, 이와 관련된 많은 선행연구를 통해서도 밝혀지고 있듯이 숲에서의 활동을 통해 이루어지는 산림자극이 이용 자의 생리적 스트레스 감소 또는 회복 효과와 심리적인 감정 과 기분에 유익하다는 것을 증명해 왔다(Won sop Shin, 2011). 이러한 산림치유 효과는 도시환경 등과 같은 곳에서 고갈되어져 가는 자발적 주의가 자연환경에서 회복된다는 주의회복이론(ART) Kaplan and Berman(2010)과 자연환경 이 사람의 정서적 상태에 영향을 미치므로 스트레스 요인으 로부터 회복을 촉진한다는 스트레스감소이론(SRT) Ulich et al.(2020)에서 자연 숲에서의 산림자극에 대한 효용성을 밝히고 있다. 산림자극은 숲에서 느낄 수 있는 향기, 경관, 소리 등 여러 종류의 인자들이 이용자로 하여금 마음의 심리 적 안정과 부교감신경의 활성도를 높여주는 생리적 효과도 가져온다. 산림자극 인자들은 이용자들에게 정신, 신체 그리 고 영(spirit)을 진정시키고 균형을 이루며 활기를 불어 넣기 위한 의도로 녹지를 조성하여 치료에 이용하기도 하여 왔다 (Anderson, A. P, et al. 2017). 녹지의 생리적, 심리적 효과에 관한 검토가 주로 시각을 중심으로 연구되어 지고 있지만 오감 중에서도 감정 및 정서의 안정과 이완을 자극하는 후각, 촉각 등 산림자극에서도 생리적, 심리적 효과에 대해서도 검정하는 것이 필요하다(Igarashi, M. et. al. 2014). 디지털 기술의 발달에 힘입어 실제와 똑같은 수준의 가상 경험을 제공하려는 가상현실(VR)이 현실화되고 있다. 보통 시각, 청각, 후각 등 산림자극은 다른 감각과 함께 환기되는 특성을 갖고 있는데, 이는 시청각 콘텐츠와 동기화 시키는 기술이 필요하다. 가상현실(VR)은 다중 감각 디지털 경험을 향상시 키기 위해 감각 입력의 통합을 촉진하는 활성화 기술이다. 가상현실(Virtual Reality)은 ‘인간의 상상에 의한 공간과 사 물을 디지털 환경에서 가상으로 구축하고 시각, 청각, 후각 등 인간의 오감을 활용한 상호작용을 통하여 공간적, 물리적 제약에 의해 현실세계에서는 직접 경험하지 못한 상황을 간접적으로 체험 할 수 있도록 하는 기술’이라고 정의하고 있다(Seok Kim, et., 2015). 또한 우리의 경험은 모든 감각기 관의 자극에 의해 구성되는데(Petit, Velasco & Spence, 2019), 최근 경향을 보면 현실 공간(Reality Space)에서 인간 의 감각을 자극하는 것과 유사한 방식으로 디지털 환경에서 인간의 감각을 자극함으로써 ‘감각화’를 달성하려는 경향이 있다(Petit, Velasco & Spence, 2019). 가상환경이 감각을 자극하면 이용자는 마치 현실 세계에 있는 것처럼 느끼고 정보를 더 쉽게 처리 할 수 있다(Cowan and Ketron, 2019). 가상현실은 다른 기술과 구별되는 감각적 특성을 가지고 있다(Willems, Brengman & Van Kerrebroeck, 2019). VR 을 구현하는 Head Mounted Display(HMD)를 사용하면 사 용자가 감각기관을 통해 직접 다감각 정보를 수신 할 수 있다(Flavinan, 2019). 그러나 현재 가상현실(VR) 경험의 기술은 주로 시각과 청각 그리고 후각을 자극한다 (Guttentag, 2010), 이처럼 다른 감각신호(예를 들어 소리, 향기 등)를 추가하면 현실감과 몰입감 있는 경험을 체험할 수 있다(Roschk and Hosseinpour, 2020). 따라서 VR 기술을 이용한 산림자극은 시각, 청각, 후각 등 다른 감각 요소가 추가된 다중감각 디지털 환경을 체험할 수 있는 방법에 대한 이해가 필요하다(Gallace and Spence, 2014., Narumi et al., 2011). 가상현실은 사람들이 실제 현실 공간(Reality Space) 에 있는 것처럼 숲의 환경과 상호 작용할 수 있는 디지털 환경에서 실제 상황처럼 시뮬레이션 하는 것이다. 핵심기술 인 VR은 감각이 자극되는 이용자로 하여금 3차원(3D) 환경 에 몰입하게 만드는 것이다. 산림체험에 있어 가장 간단한 방법은 자연환경 속의 산림자극을 이용하는 것이다(Spence et al., 2017). 그럼에도 불구하고 이용자의 자유롭지 못한 환경을 극복하기 위해서는 디지털 환경을 통한 오감의 자극 을 잘 이해야할 필요가 있다(Roschk and Hosseinpour, 2020).

    본 연구에서는 이용자가 현실 공간(Reality Space)에서 인간의 감각을 자극하는 것과 유사한 방식으로 디지털 환경 에서 감각을 자극하게 함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있 는가를 검증하려는 것이다(Petit, Velasco, & Spence, 2019). 디지털 환경에서의 오감 체험 중에서도 시각을 통해 전달되는 감각 정보의 결과가 이용자의 심리적, 생리적으로 미치는 영향을 분석함으로써(Flavian et al., 2019), 산림치 유의 효과를 탐구하고자 하는 것이다. 디지털 환경에서 시 각이 갖는 향상된 감각 증강은 인체의 치유효과를 향상시키 는 방법을 개발하는데 도움이 될 수 있을 것이다(Buhalis et al., 2019). 일부 연구에서는 VR 경험 개선의 중요성을 강조하고 시각과 같은 산림자극을 포함하면 보다 몰입감 있는 체험을 할 수 있다 언급하면서도 실제로 이에 대한 연구는 기술적 문제로 매우 제한적이라 볼 수 있다(Torell et al., 2007).

    본 연구에서는 디지털 환경(2D, 3D)에서 가상현실 경험 에 시각(Visual)을 추가한 산림자극이 이용자의 심리적, 생 리적으로 긍정적 영향을 미칠 것이라는 가설 하에 SRI(스트 레스탄력성척도)와 EEG(뇌파)의 측정 도구를 사용하여 효 과를 검증하고자 하였다. 디지털 환경에서 가상현실(VR)에 시각을 추가하였을 때 실제 산림치유 활동에서와 같은 회복 효과를 만들어 갈 수 있다는 가능성을 연구하는 것이 기존 선행 연구와의 차별성이라 하겠다.

    연구방법

    1. 대상과 조사방법

    본 연구의 목적은 학업으로 인하여 실제 자연에 노출되는 시간이 한정되어 있는 대학생들에게 디지털 환경이라는 새 로운 방법으로 전달되는 산림자극이 대학생들로 하여금 감 각을 활성화시킴으로써 긍정적 정서 향상, 불안감 해소 등 과 같은 심리적 효과와 스트레스 완화 등 생리적인 변화에 미치는 영향을 알아보기 위한 실험이다. 대학생들이 디지털 환경에서 가상현실(VR) 영상을 이용하여 자연환경을 배경 으로 한 시각 체험 후 심리 및 생리 변화를 비교해 보고자 연구를 진행하였다. 본 연구의 실험 참가자들은 충북대학교 대학생 중 청각, 시각, 후각에 특별한 질병이 없는 신체적, 정신적으로 건강한 20대 성인 대학생을 대상으로 학과게시 판에 모집공고 및 충북대 everytime app을 통해서 자발적으 로 81명(남자 33, 여자 48)을 모집하였다. 실험기간은 2022. 9. 5~12. 9(오전 10시~오후 4시)에 걸쳐 실시하였으며, 실 험하기 전에 실험 참가자에게 본 연구의 목적과 실험에 관 한 유의사항을 설명하고 자발적 동의서를 받은 후 충분한 수면과 음주 또는 흡연을 하지 않은 상태의 대학생을 대상 으로 하였다. 본 실험은 외적 환경에 의한 영향을 최소화하 려 노력하였으며, 디지털 환경에서의 자연을 배경으로 한 2D 체험과 HMD를 착용한 가상현실(VR) 환경에서의 3D 체험을 실시하였다. 연구에 참가한 대학생(N=81)을 대상으 로 아무런 처치를 하지 않은 대조군(N=27)과 2D 실험군 (N=27), 3D 실험군(N=27)에 대해서는 각 집단 별 사전, 사후 동영상을 시청하게 한 후 스트레스 검사인 SRI(스트레 스탄력성검사)와 EEG(뇌파검사)를 각각 실시한 후 나타난 결과를 관찰 했다.

    본 연구는 2022. 8. 11 충북대학교 생명윤리심의위원회 (CBNU-202207-HR-0154)의 승인을 받았으며, 위원회 규 정에 따라 수행되었다.

    1) 연구대상자의 일반적 특성

    연구 참여자의 인구통계학적 정보는(Table 1)에 보고된 것과 같다. 연구 참여자는 정상 시력 또는 교정된 정상 시력 을 갖고 심혈관 질환, 인지장애, 정신장애 병력이 없는 남성 33명과 여성 48명의 건강한 대학생을 등록하였다. 모든 참 가자의 평균연령은 21.3±3.1세였다. 실험 참여자들은 실험 당일 충분한 수면(8시간 이상)을 하도록 하였으며, 커피, 흡 연, 약물, 알코올 및 격렬한 신체활동 등은 피하도록 했다.

    2) 연구진행

    본 연구는 디지털 환경에서 아무것도 체험하지 않은 대조 군(Control group)을 두어 통제하고, 외적 환경에 의한 외생 변수를 최소화한 상태에서 디지털 환경에서의 자연환경을 묘사한 2D 체험군(Experimental group 1)과 HMD(Head Mount Display)를 착용한 가상현실(VR) 공간에서 3D 체험 군(Experimental group 2)으로 구분하여 실시하였다. 각 집 단의 심리적 변화에 미치는 효과를 알아보기 위한 스트레스 반응 척도(SRI, Stress Response Inventory)는 고경봉(2000) 이 개발한 Likert 5점 척도를 활용하여 설문지를 사용했다. 무처치 대조군(N=27)에 대해서는 실험 전 설문과 실험 후 설문을 실시하였다. 2D(N=27)와 3D(N=27) 실험에 참여한 실험군1,2에 대해서도 각각 실험 전과 후에 SRI 설문을 실시 하였으며, 2D와 3D 체험에 참가한 대학생을 대상으로 디지 털 환경에서의 동영상을 시청하게 한 후 사전·사후 뇌파검사 (EEG)를 진행하였으며, 집단 간 검사로 Kruskal-Wallis test 를 실시한 후 나타나는 결과를 관찰 했다. 연구 진행과정은 (Figure 1)에서 보여준 것과 같다.

    3) 측정도구

    (1) SRI (Stress Response Inventory)

    자연 숲에서의 체험 활동과 유사한 디지털환경 내에서의 2D체험과 3D체험 활동에 따른 실험처치 전과 후의 통계치 를 비교하여 유의미한 차이를 확인하고자 하였다. 심리검사 의 척도는 긴장 6문항, 공격성 4문항, 신체화 3문항, 분노 6문항, 우울 8문항, 피로 5문항, 좌절 7문항 등 총 39문항의 하위척도로 이루어져 있는 고경봉(2000, 신경정신의학학회 지)이 개발한 스트레스반응척도(SRI)를 사용했다. 이 척도 는 스트레스 반응(감정적, 신체적, 인지적, 행동적)을 측정 하기 위하여 개발한 척도이다. 실내에서 학업으로 인하여 스트레스에 노출되어 있는 대학생들에게 디지털환경에서 전달되는 산림자극이 긍정적 정서향상인 심리적 효과가 활 성화 되고(Flavian et al., 2019), 스트레스와 불안감 등 부정 적 효과의 감소를 등을 숫자로 표시하도록 했다. 각 문항은 5점 Likert 유형 척도로 (1: 전혀 그렇지 않다, 2: 약간 그렇 다, 3: 웬만큼 그렇다, 4: 상당히 그렇다, 5: 아주 그렇다) 각 문항에 체크된 점수를 더하여 공분산분석(ANCOVA)을 통해서 효과를 산출하였다. 문항내적합치도 Cronbach´ α 계수는 0.95로 양호하게 나타났다.

    (2) EEG (Electroencephalogram)

    실험참여자는 실험에 참여하기에 앞서 일반사항과 스트 레스 검사지가 포함된 설문지를 작성하였고, 충분한 휴식을 취한 후 VR장비(HMD)와 EEG 장비를 순차적으로 착용하 였다. 뇌파측정은 일정한 온도(23℃)와 습도(50%)를 유지 하는 33㎡ 크기의 C대학교 연구실(411호)에서 최대한 소음 등 외부 변수가 혼입되지 않는 안정한 상태에서 이루어졌 다. 피험자는 20대의 남녀 대학생 54명(무처치 실험군 27명 제외)이었으며, 이들의 평균 연령은 21.3±3.1세이었다. 뇌 파분석은 8채널로 이루어진 Cygnus(Bio Brain Co. Ltd. Korea) 기기를 활용하였다. 10-20 국제 표준 전극부착법을 이용한 8개의 접지전극에 피험자의 전전두엽(Fp1, Fp2), 측 두엽(T7, T8), 후두엽(O1, O2), 두정엽(Fz, Pz) 부분에 부착 하고 오른쪽과 왼쪽 귓불 뒷부분에도 각각 하나씩의 전극을 부착하였다. 검사는 각각의 전극이 두피에 잘 접촉할 수 있 도록 조작한 후 모든 전극의 임피던스가 1이하로 떨어진 것을 확인 후 실험을 시작하였다.

    EEG데이터 전처리는 총 8채널로부터 받은 피험자의 뇌파 신호는 주파수 통과 대역으로 컴퓨터에 저장되었다. 측정된 뇌파신호(RawDate)는 실시간 데이터 수집 소프트웨어인 DSI-streamer(ver2.3, WearableSensing. USA)로 데이터를 수집하였고, 출력된 csv(comma-separated values)파일을 시 계열 분석 프로그램인 TeleScan(Ver 3.2, Laxtha, Korea)으 로 변환하였다. EEG의 이완-각성 반응은 주파수 대역 중 알파파(RA)와 베타파(RB)가 주로 관련이 된다. 느린 알파파 (RSA)의 전력은 이완 상태, 눈 감은 상태, 고요 상태 및 휴식상태와 관련되고 빠른 알파파의 전력은 휴식 상태와 상관된다(Sayorwan et al., 2012). 베타파는 깨어있을 때, 특히 능동적인 사고와 집중에 관찰된다. EEG의 주파수 대역 중 빠른 주파수와 느린 주파수의 스펙트럼 전력 밀도가 감정- 인지 상호 작용, 감정 조절 연구에 유용한 도구라는 것은 잘 알려져 있다(Benjamin et al., 2019). 본 연구에서는 선행연 구에서 분석에 활용한 지표인 4개의 대역 주파수(RA, RB, RSA, SEF90)의 데이터를 활용하였다(Figure 4). VR과 EEG 기술의 결합 환경에서 산림자극은 VR이 구축된 환경에서 EEG와 통합된 기술로 통제된 환경에서 개인의 감정적 반응 을 측정하는 것이 가능하게 구축되었다(Banaei et al., 2017).

    실험에서 뇌파검사를 위해 캡을 쓰고 있는 피험자의 모습 (Figure 2)이며, 10-20 국제표준 전극부착부위도 8채널 EEG 주파수 대역을 사용했다(Figure 3).

    (3) VR 환경

    본 연구에서는 인간이 가지고 있는 오감 중에서 시각 자 극이 디지털 환경에서의 효과를 알아보기 위한 연구이다. 최근 자연환경에 대한 접근이 증가함에 따라 실제 자연환경 과 가상현실에서의 자연체험을 비교하는 것이 중요하다. 이 러한 이론적 가정 및 관련 결과를 기반으로 몰입형 디지털 VR 자연체험이 심리적, 생리적으로 개선이 될 수 있을 것이 라는 가설 하에 실험을 하는 것이다. 디지털 환경에서 평면 모니터를 이용한 2D와 HMD를 이용한 가상현실(VR)에서 의 3D 체험 환경을 구현하기 위한 산림자극물은 C대학교 농생대를 중심으로 약 2ha에 해당하는 학교 숲(행복담길 및 메타세과이어 오솔길)을 배경으로 인스타 360°(Instar 360° Pro2)파노라마 카메라를 이용하여 360° 동영상 촬영 을 하였다(Figure 5-a,b,c).

    이 실험은 삼성전자 제품인 고성능 노트북에서 실행했으 며, 사용된 VR 장치는 주사율 60hz/90hz, 시야각 110°, VR Q800-HC2KR 오딧세이 HMD(Samsung Inc. Seoul. Korea) 를 이용했다. 일반 화면의 숲 동영상을 2D 화면에서 구현하 였으며, 양손에 컨트롤러를 사용하여 디지털 환경에서 HMD 를 착용하고 3D 자연환경 동영상을 구현 하였다(Figure 6).

    컴퓨터와 연결하여 연동될 수 있는 Window Mixed Reality를 활용한 영상을 HMD를 머리에 헤드셋처럼 착용 하는 방식으로 재생하여 피험자가 약 5분 정도 체험하도록 하였다(Figure 7-a,b).

    4) 자료 분석

    본 연구를 위해 검사지 정보들은 통계분석을 위해 코딩하 였으며, 수집된 데이터의 통계분석의 신뢰성을 높이기 위해 SPSS 23.0 프로그램을 이용하여 다음과 같이 분석하였다. 연구 대상자의 일반적인 특성은 빈도분석과 기술통계분석 을 실시하였으며, 디지털 환경에서의 2D와 3D 동영상 시청 과 동시에 시각을 통해서 산림자극을 체험하게 한 후 스트 레스 감소에 미치는 영향을 확인하였다. 실험참가자들을 대 상으로 세 집단 간(control, 2D, 3D group) 동질성 검증을 위하여 Kruskal-Wallis test와 ANCOVA를 실시하여 집단 간 차이가 있는지를 살펴보았다. 심리 평가에 대해서는 세 집단의 사전검사 측정치가 다를 때 통계기법인 공분산분석 (ANCOVA, analysis of covariance)를 실시하였다. 또한 본 연구를 위해 사용한 측정 도구인 검사지의 신뢰도를 검사하 고자 문항내적일관성신뢰도 검사인 Cronbach’α 값을 산출 하여 검증하였는바 알파계수는 0.95로 설문 문항의 신뢰도 가 비교적 높다는 것을 알 수 있었다. 통계적 유의수준은 0.05로 가정하였다.

    결과 및 고찰

    1. 심리적(SRI) 효과분석

    본 실험은 통제되지 않은 자연 숲에서의 숲 체험 활동을 통제가 가능한 디지털 환경 내의 가상현실에서 시각을 통한 산림자극 체험이 인체의 심리에 미치는 효과를 검정하기 위해 SRI 검사를 실시하였다. 실험은 세 집단으로 아무런 처치를 하지 않은 대조군과 디지털 환경에서의 2D 집단 그리고 VR 내에서의 3D집단으로 나누어 체험 전, 후의 시 점에서 SRI 검사를 시행하였다. 실험은 자연 숲에서의 시각 적 산림자극을 유발하는 효과를 검정 할 목적으로 사후 SRI 값을 종속변수로 하여 Control Group, 2D Group, 3D Group의 집단변수와 공변량(Covariance)인 사전 SRI 값을 독립변수로 하여 공분산분석(ANCOVA)을 실시하였다.

    1) 심리적 변화 사전·사후 효과분석

    디지털 환경에서의 산림자극을 유발하는 시각적 환경이 세 집단(Control, 2D, 3D)에 순수한 영향을 주는지 알아보 기 위해 개별집단의 사후 점수를 종속변수로 한 후 사전 점수를 공변량(covariate)으로 상정하여 분석하였다. 효과 분석에 앞서 필요한 통계적 가정이 만족하는지 알아본 결과 p-value는 모두 0.001보다 작게 나타나 통계적으로 유의함 에 따라 가정들을 만족하였기에 ANCOVA를 실시하였다.

    집단 간 SRI검사 점수의 사전 값과 사후 값의 차이는 <Table 2>, <Figure 8>과 같이 나타났다. SRI의 집단 간 검사 결과로 p-value는 0.001(p<0.05)로 집단 간 차이가 통계 적으로 유의 한 것으로 나타났다. 사전-사후 변화에서 보는 바와 같이 Control 집단은 평균이 사전(M=90.22, SD=24.01) 보다 사후(M=84.74, SD=12.82)가 낮아졌으며, 그 원인으로 는 실험에 대한 무처치 집단의 심리적 기대 효과가 작용된 것으로 판단되며, 2D 집단은 사전(M=89.96, SD=24.45)과 사후(M=90.62, SD=24.97)가 실험환경의 평이함으로 인하 여 두 집단 간 차이가 없는 것으로 나타났다. 3D 집단은 사전(M=84.50, SD=13.02)보다 사후(M=72.70, SD=18.19) 로 나타났으며, 3D 사후가 평균적으로는 Control 집단보다는 낮은 수치이지만 전체적인 표준편차는 오히려 Control 집단 보다 높게 나타난 것은 무처치 집단은 가상현실(VR)을 구현 하기 위한 HMD 착용 등 실험 진행에 있어 난해함으로 표준 편차가 다소 높아진 것으로 판단된다. 그럼에도 불구하고 가상현실을 통한 산림자극이 우리 인체에 미치는 효과를 알아보기 위한 실험에서 Control 집단 또는 2D 집단에서보다 는 3D 집단에서 유의미하게 스트레스 지수가 감소된 것으로 나타나 가상현실을 활용한 산림자극의 가능성을 보여주었다.

    2) 심리적 변화 사전·사후 공분산 분석 결과

    집단 간의 차이가 유의한지 확인하기 위해 분석결과 사후 SRI 값에 대한 실험군과 비교군의 집단변수의 효과 유의 확률이 0.004(<.005)로 실험에서의 Control, 2D, 3D 집단에 따라 사후 SRI 값에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다 <Table 3>.

    사전·사후 공분산 분석 결과 Control, 2D, 3D 집단의 사 후 SRI값에 미치는 효과의 크기를 추정한 결과는 다음과 같다. 실험군 1,2와 대조군의 집단변수 효과의 유의 확률이 사후 점수와 비교해 사전 점수는 전체적으로 0.5249점 높게 나왔으며(p=0.000, p<0.05), 3D집단이 2D집단의 사후 보 다는 –15.0563점 감소하였고, Control 집단보다는 –9.0448 점 감소한 것으로 나타나(p=0.0010, p<0.05) 실험군과 대조 군의 집단에 따라 유의한 차이가 있는 것으로 Conrol 집단 보다 디지털 환경인 2D, 3D 집단에서 스트레스가 감소된 것으로 나타났다<Table 4>.

    2. 디지털환경 내에서 시각적 산림자극 처치에 따른 EEG (뇌파) 변화 분석

    디지털 환경 내에서 시각적 산림자극이 EEG변화에 어떤 영향을 주고 있는지 각 집단(Control Group, 2D Group, 3D Group)내 지표별 사전-사후 비교를 위해 Wilcoxon 부호 순위 검정(Wilcoxon signed-rank test)과 Kruskal-Wallis test를 시행하였다. 본 실험에서는 인간의 생리적 변화를 나 타내는 지표로서 산림자극 체험을 통해서 나타나는 이완이 나 안정화 때 활성화 되는 알파파(RA), 긴장이나 각성 때 발현되는 베타파(RB), 느린 알파파 비율(RSA), 정신부하나 스트레스 빈도를 나타내는 SEF90을 중심으로 측정하였으 며, 전체적인 실험결과를 보면 산림자극 후 긴장 또는 각성 을 나타내는 베타파와 비교하여 이완이나 안정을 나타내는 알파파(RSA)가 활성화 되는 것으로 나타났다. 각 집단 간 결과를 보면, Control 그룹의 경우는 RSA-O2(p<0.05)의 사 전-사후 점수 차이가 유의한 것으로 나타났을 뿐 다른 지표 에서는 유의성이 나타나지 않았다<Table 5.1>.

    반면에 2D Group의 경우는 RA-(Fp1, T3, O1, O2, Fz, Pz), RB-(O2, Pz), RSA-(Fp1, Fp2, T3, O1, O2, Fz, Pz), SEF90-Pz(p=0.043)는 유의 수준(p<0.05)에서 유의한 것으 로 나타났다. 즉, 2D 디지털 환경에서 시각체험 후 사전-사 후 차이가 Control 그룹보다 명확하게 변화되는 것으로 나 타났으며, 또한 RB(전체 중 베타파의 비율)와 SEF90(스트 레스 지표)은 증가한 반면 RA(전체 중 알파파의 비율)와 RSA(전체 중에서 느린 알파파의 비율)는 감소하는 경향을 보였다<Table 5.2>.

    마지막으로 3D Group에서는 RA-(Fp1, T3, O1, O2, Fz, Pz), RB-O2, RSA-(Fp1, T3, O1, O2, Fz, Pz), SEF90-(O1, O2, Pz)는 유의 수준(p<0.05)에서 유의한 것으로 나타났다. 각성 상태에서 두뇌 외부의 정보를 활발히 받아드릴 때 나 타나는 RB와 SEF90은 증가 경향을 보이고, 긴장이 풀려있 고 휴식방향으로 뇌가 집중하는 상태에서 발생하는 알파파 의 지표인 RA와 RSA는 감소하는 경향을 보였다<Table 5.3>.

    이상의 결과를 바탕으로 디지털 환경 내에서의 2D 숲 동영상과 가상현실(VR)에서의 숲 동영상(3D) 모두 산림치 유에 있어 시각적 산림자극 효과가 있는 것으로 판단된다.

    본 연구의 결과는 디지털 환경인 가상현실(VR)에서의 산 림체험으로도 긍정적 정서와 스트레스 감소에 효과가 있음 을 보여주고 있으며, 실제 자연 숲에 접근하기 어려운 특수 집단을 위한 간접 자연 숲 체험의 가능성을 보여주고 있다.

    3. 한계점

    본 연구는 피험자 연령대가 20대로 편중되어 있고 EEG 지표로만 생리 평가를 진행했다는 제한점을 갖고 있다. 따 라서 다양한 연령층과 다양한 생리 평가 지표를 고려한 연 구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 VR 기술이 자극하였을 것으로 예상되는 신기한 감정과 탐구심에 대한 측정지표가 부족하였다는 제한점을 갖고 있다. 따라서 추후에는 VR 기 술에 의한 심리변화를 측정할 측정지표를 사용하여 연구를 진행해야 할 것으로 판단된다. 마지막으로 가상현실(VR) 이용한 산림자극 효과를 검증하는데 장소, 계절, 색감, 수종 등 2D 숲 동영상과 VR 숲 동영상을 구성하고 있는 요소들 이 큰 작용을 하였을 것으로 예상되지만 모두 동일하게 진 행하지 못했다는 제한점이 있다. 따라서 추후에는 모두 동 일한 환경에서 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 특 히 EEG(뇌파)측정에 따른 다양한 지표 설정의 제한점이 있어 향후 연구에서는 지표를 다양화하여 연구가 진행되어 야 할 것으로 판단된다.

    본 연구는 디지털 환경에서의 가상현실(VR)을 통한 산림 체험으로도 긍정적 정서와 스트레스 감소에 효과가 있음을 보여줌으로서 실제 자연 숲에 접근하기 어려운 특수집단을 위한 간접 자연 숲 체험의 가능성을 보여주고 있다. 또한 4차 산업 기술이라 할 수 있는 가상현실을 이용한 산림자극 효과를 검증하는데 있어 시각적 효과를 EEG(뇌파)를 이용 하여 검증하였다는 점에 의의를 둘 수 있으며, 연구 결과가 산림치유 효과의 근거자료가 되고 숲 환경을 이용하는 사람 들에게 도움이 될 것이라 기대한다.

    Figure

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    Research Process.

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    Appearance of a subject.

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    Electrode attachment part.

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    The Abbreviated Word of EEG Analysis Index and Its Definition.

    KJEE-37-6-473_F5A.gif

    Instar 360 Pro2.

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    School Forest.

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    Forest deck.

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    School forest scenery realized in 2D and 3D.

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    2D forest video.

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    3D forest video.

    KJEE-37-6-473_F8.gif

    The SRI test pre-post comparison graph.

    Table

    The demographic characteristics of the study participants

    The mean and standard error of the means by each groups

    The covariance analysis for post-test SRI values

    SS=Sum Square, MS=Mean Square, <i>p</i><0.05

    The estimating covariance parameters for post-test SRI value

    <i>p</i><0.05

    The pre-post EEG analysis in Control group

    Kruskal-Wallis test, V : statistic, <i>p</i><0.05

    The pre-post EEG analysis in 2D group

    Kruskal-Wallis test, V : statistic, <i>p</i><0.05

    The pre-post EEG analysis in 3D group

    Kruskal-Wallis test, V : statistic, <i>p</i><0.05

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