증강현실기반 멸종위기동물 에듀테인먼트 콘텐츠 디자인

에듀테인먼트(edutainment) 콘텐츠는 교육(education)과 오락(entertainment)가 결합되어 ‘놀이 형식을 즐기는 과정에서 스스로 교육의 기대치를 획득하도록 고안된 콘텐츠’를 일컫는다[4][5]. 이 용어는 로버트 헤이맨(Rober Heyman)이 1973년 자연과 인류 문화에 대한 내용을 서스펜스와 속도감 등 이야기와 오락적 요소를 가미해 전달한 영화를 두고 처음 사용했다고 알려져 있다[6]. 이는 하이징아(Huizinga)가 놀이하는 인간의 의미인 ‘ 호모 루덴스(Homo Ludens)’를 통해 놀이와 지식 개념의 결합을 제시한 것에서도 관련성을 찾을 수 있다[6][7]. 또한, 에듀테인먼트 콘텐츠의 사용자 경험을 칙센트미하이(Mihaly Csikszentmihalyi)의 플로우(flow) 개념으로 해석하기도 하는데, 이는 “상호작용성에 의하여 촉진되는 연속적 반응의 결과로서 본질적으로 재미있고 자아의식의 망각을 동원하며, 자발적인 강화의 특징을 갖는 것”이라 할 수 있다 [4].

에듀테인먼트 콘텐츠는 교육 참가자가 자신이 교육을 받고 있다는 것을 인지하지 못할 정도로 흥미로운 상호작용으로 긍정적인 피드백을 줄 수 있는 재미 요소가 매우 중요하다. 이러한 상호작용을 지속적으로 유지시킬 수 있는 방안들로 게임의 규칙을 설정하거나, 도전과 경쟁의 형태를 도입, 또는 현실성과 환상을 함께 결합하기도 한다[4].

오늘날의 에듀테인먼트 콘텐츠는 대부분 IT(Information Technology)기술과 결합한 게임과 영상 등 디지털 콘텐츠의 형태 띄고 있다. 또한, 학습만화, 그림책, 팝업 북 등의 전통적인 출판물 형태의 출판 에듀테인먼트나 박물관 및 전시관, 테마파크 등 공간체험 에듀테인먼트의 양상도 시도되고 있다[8].

게임 형식의 에듀테인먼트 사례로서 줌비니 시리즈(Zoombinis Logical Journey)를 보자면, 이는 다양하게 생긴 캐릭터들을 새로운 보금자리로 이동하는 여정을 통해, 수학의 기초원리와 연산능력, 수리력과 논리력을 개발하는 것을 목표로 하는 교육용 게임이다<그림 1>[9]. 매번 다른 퍼즐들이 제시되어 플레이어가 시행착오와 논리적 추론으로 퍼즐의 규칙을 알아내게 한다. 따라서 단순히 정해진 방식으로 문제를 푸는 연습을 하는 것이 아니라, 문제를 해결하는 방식을 스스로 찾는 훈련을 할 수 있도록 디자인됐다.

Fig. 1.

Zoombinis Logical Journey game scene

한편 출판 에듀테인먼트 사례로 볼 수 있는 마법천자문은 유아동을 위한 한자 학습 만화이다[10]. 손오공이 주인공인 중국의 서유기를 바탕으로 만들어졌으며, 만화에 나오는 캐릭터들이 마법을 쓸 때 한자의 뜻과 음을 외치기 때문에 자연스럽게 한자를 배울 수 있도록 기획되었다. 2019년부터는 AR(Augmented Reality)기능이 추가되어 유아동 본인이 마법을 쓰는 듯한 사진 등을 촬영 하거나, 한자를 따라 써 볼 수 있는 기능이 더해져 학습효과가 강화되었다. 마법천자문은 원작인 만화 이외에도 애니메이션, 게임 등의 콘텐츠가 만들어져 다양한 방법으로 한자를 접할 수 있도록 제작되었다.

공간 체험적 에듀테인먼트 사례로서 키자니아(KidZania)는 재미와 학습을 결합한 어린이들을 위한 체험형 테마파크이다<그림 2>[11]. 여러 기업들과 파트너쉽을 맺어 테마파크 내에 직업체험 역할극이 가능하도록 세트를 조성해 둠으로써 아이들이 보다 사실적인 직업체험을 할 수 있다. 또한, 키조라는 가상의 화폐를 가지고 키자니아 내에서 적금을 하거나, 물건을 구매하는 등 화폐 유통을 경험하며 돈 관리 개념에 대해 배울 수 있도록 설계되었다.

Fig. 2.

KidZania Career Experience

이렇게 에듀테인먼트 콘텐츠는 교육의 내용에 따라 영상, 게임, 책, 테마파크 등 다양한 형태와 방식으로 제작되고 있다. 본 연구에서는 에듀테인먼트 콘텐츠 제작에 있어 증강현실 기술이 그 특성상 어떻게 활용될 수 있는지 선행연구와 디자인 사례를 중심으로 살펴보고자 한다.

증강현실(Augmented Reality)은 물리적 현실과 가상의 이미지를 중첩함으로써, 현실 공간을 다양한 정보와 멀티미디어로 함께 증강(augment)해서 경험할 수 있는 일체의 기술이다. 증강현실이라는 용어는 1990년 톰카우델(Tom Caudell)이라는 보잉사의 연구원에 의해 소개되었다고 전한다[3]. 90년대 중반부터 밀그램(Milgram)의 혼합현실[12]에 대한 연구, 도날드 아즈마(Ronal Azuma)의 증강현실에 대한 동향 분석[13]을 중심으로 관련 분야에 대한 본격적인 연구가 시작된 이래, 2000년대 이후는 마크 빌링허스트(Mark Billinghurst)나 케심(Kesim) & 오자슬란(Ozarslan)의 교육에 있어서의 증강현실 연구 [14][15]등 기술의 고도화와 함께 응용분야의 확장에 대한 연구가 꾸준히 지속되고 있다.

아즈마(Azuma)에 따르면 증강현실은 가상환경(virtual environment)의 일종이다[13]. 가상현실 환경이 가상적으로 합성된 환경 속에 사용자를 완전히 몰입하도록 하는 반면, 증강현실의 경우는 실제 세계를 가상의 사물과 중첩해 함께 볼 수 있도록 설계되었다. 따라서 증강현실은 실제 세계의 대리물(replacement)이 아닌 보충물(suppliments)로 물리적 세계에 부가적인 정보와 경험을 제공하며 현실과 가상을 융합하는 ‘복합형 현실 체계’를 제공한다[16]. 밀그램(Milgram)은 혼합현실을 이루는 다양한 기술을 가상성 컨티뉴엄(Virtuality Continuum)의 스펙트럼 내에서 시각화해서 제시한바 있다[12][16]. 이때 증강현실은 혼합현실을 제공하는 다양한 환경 속에서 실제 환경에 비교적 근접한 혼합현실의 기술로 볼 수 있다.

증강현실 콘텐츠를 제작하기 위해서 우선 콘텐츠가 제공될 플랫폼과 인터페이스를 결정하는 디스플레이(display) 기술, 목표물을 추적하여 3차원의 좌표를 확보하기 위한 추적(tracking)기술, 그리고 확보된 3차원 좌표에 정보를 중첩해 보여주는 영상합성 및 중첩(overlaying) 기술이 필요하다[17].

우선 디스플레이 기술은 구글 글래스와 같이 착용 가능한 HMD(Head Mounted Display) 방식에서부터, 데스크탑 또는 기타 디스플레이를 활용하는 Non-HMD방식, 이동형 스마트폰이나 패드 등을 활용하는 모바일 Hand-held형 등이 있다. 이들 표출 디바이스에 따라 사용해야하는 개발 플랫폼도 다양하며, 그 활용에 있어서의 장단점도 분명하다.

증강현실은 카메라 영상에서 현실의 위치 또는 사물의 3차원 좌표를 확보하고 그 공간 내에 3차원의 가상 오브젝트가 중첩되도록 하는데, 추적(tracking)기술은 가상공간 내에 오브젝트의 중첩을 가능하도록 하기 위해 필요한 중첩 좌표를 획득하는 것이 목표이다. 추적 기술은 마커 이용의 유무에 따라 마커(marker) 기반 콘텐츠와 마커리스 (markerless) 기반 콘텐츠 구현이 가능하다. 전통적으로 2차원 바코드처럼 생긴 흑백 마커를 활용하기도 했지만, 오늘날은 GPS(Global Positioning System)등의 정보를 활용하는 위치기반 정보를 활용하기도 한다. 또한, 영상인식기술이 점차 발전함에 따라 특정 마커를 따로 두기 보다는, 영상자체의 객체를 인식하거나, 미니어처 객체를 인식하도록 하는 마커리스 추적도 가능해지고 있다.

Fig. 3.

Core component of augmented reality technology

또한, 영상합성 및 중첩(overlaying) 기술은 실제와 가상의 이미지가 3차원 공간에 이질적이지 않게 정합해 매핑되도록 하는 것으로, 어떠한 방식으로 정보가 가공되고 매핑되는가에 따라 데이터 시각화, 3D 렌더링, 모션그래픽스 등 여타의 디지털 콘텐츠 제작의 다양한 방법들이 함께 동원될 수 있다. 또한, 정합과 매핑의 과정에서 다양한 오차가 발생하며, 이를 센싱하고 교정하는 오차 교정의 방법들도 필요하다.

아즈마(Azuma)는 증강현실 시스템의 핵심 특징으로 1) 현실과 가상의 결합(combines real and virtual) 2) 실시간적으로 상호작용함(is interactive in real time) 3) 3차원 공간에 등록됨(is registered in three dimensions)을 설정하고 이를 통해 증강현실을 특정 기술에 국한하지 않고 좀 더 광범위하게 연구될 수 있도록 기초를 다졌다[13].

증강현실 기술은 컴퓨터가 구축한 가상공간 속에 사용자를 몰입하게 하는 기술인 가상현실과 TV(Television) 영상과 같은 현실의 중간에 위치하는 기술로 사용자의 실제 환경에 가상의 정보를 더함으로써 실재감을 향상시킨다[18]. 가상현실과 증강현실이 모두 가상성에 기초하지만, 가상의 공간 안에 몰입되어 현실 인식이 불가능한 가상현실과는 다르게, 증강현실은 현실 공간에 부가하는 가상적 경험을 가능하게 해준다는 측면에서 매우 큰 차별성이 있다. 증강현실의 사용자는 주변을 인지하며 부가적인 정보와 이미지, 영상을 함께 체득 가능하다. 따라서 사용자의 감각이 현실과 비현실까지 확장되고, 실시간 현실과 가상의 비현실 세계 안에 사용자가 위치될 수 있다[16].

증강현실은 가상과 현실이 접합하는 공간을 사용자에게 제공함으로써 공간적 실재감을 경험할 수 있는 능동적인 상호작용을 유도한다. 또한, 촉각적 인터페이스등을 통해 시각적 상징이나 메타포를 전달할 수 있으며 다감각의 정보를 획득, 저장, 전달할 수 있다. 이는 에듀테인먼트로서 증강현실의 가능성을 보여주는 중요한 특징이라 할 수 있다.

2000년대 이후 증강현실 기술은 그 교육적 적용에 대한 상당한 연구가 함께 이루어졌다. 일찍이 증강현실이 교육 분야에 있어 가지는 잠재적 가능성에 대해 주목한 빌링허스트(Billinghurst)는 증강현실 기술이 교육콘텐츠로 개발됨에 있어서 실제와 가상 환경간의 이음새 없는 상호작용(seamless interaction), 오브젝트의 사용을 위한 촉각적 인터페이스 메타포의 활용(tangible interface metaphor), 실제성과 가상성 간의 부드러운 전이(transitional interfaces)가 가능해야함을 강조했다[14][15].

셸톤(Shelton)은 증강현실이 학습자의 능동적인 조작활동을 유발함으로써 지식체계의 구축을 촉진한다는 구성주의 관점에서 증강현실의 교육적 활용을 강조했다[19]. 그에 따르면 증강현실 콘텐츠는 교재의 조작을 통해 결과를 파악할 수 있는 적극적인 학습(active learning), 지식과 그 사회적 맥락을 반영할 수 있는 구성주의적 학습(constructive learning), 자기 주도적 목표설정과 활동 조절이 가능한 의도적 학습(intentional learning), 실제 세계에 대한 문제와 답을 얻을 수 있도록 하는 실제적 학습(authentic learning), 의미에 대한 협력과 타협이 가능한 협력적 학습(cooperative learning)이 가능하도록 고려되어야 한다[2][19].

이지혜(2018)의 경우 증강현실의 교육적 효과에 대한 특징을 능동적 학습수행을 도와주는 상호작용성, 3차원 공간에서의 시각화를 통한 의미전달, 실시간 정보습득으로 학습활동을 촉진하는 실재감과 현존감의 향상으로 주장하였고, 이 세 가지의 교육 효과는 증강현실 교육 콘텐츠의 개발과 평가에 함께 고려되어야 함을 강조했다[3].

노경희(2010) 등은 증강현실 콘텐츠 기반 수업이 학업성취와 흥미, 몰입에 어떠한 영향을 주는지 초등학생을 대상으로 일반적인 교과서 중심의 수업과 증강현실 수업을 대조 실험한 연구를 실시하였고, 그 결과 증강현실 기반의 수업이 교과서 중심의 수업보다 더 높은 학업 성취를 가져왔고, 학생들의 수업에 대한 흥미와 몰입의 수준도 높다는 것을 관찰했다. 따라서 증강현실 콘텐츠 기반 수업이 기존의 교과서 중심 수업을 보완할 수 있는 대안적 수업 방법이 될 수 있음을 강조했다[2].

Table 1.

Cases and types of AR based edutainment content

장상현 등(2007)의 연구에 따르면 증강현실 에듀테인먼트 콘텐츠는 일반적으로 관찰조작형(Observation & Operation), 실험활동형(Experimental Activity), 학습안내형(Learning Guide), 현장문제 해결형(Field Problem Solving)으로 나눌 수 있다[18].

관찰조작형의 경우 증강현실에서 가장 넓게 적용 가능한 학습 유형이다. <해부학4D(Anatomy 4D)>[20]나 <신비로운 바다 동물(Mystical Sea Animal)>[21]처럼 학습 주제를 제시하고, 거기에서 학습자가 행동하면 원하는 정보를 취득할 수 있도록 제시한 형태이다. 실험활동형은 증강현실을 가미한 시뮬레이션 방식이다. 3차원 가상 교육환경인 <zSpace STEM>[22]처럼 학습자가 인체 장기, 화합물의 분자구조 등 제시해주는 교육 주제를 마음대로 조작하고 활동하며, 조작에 따른 다양한 반응이 가능해서 인과관계의 학습에 용이하다. 학습안내형은 학습자가 학습공간을 이동하는 과정에 학습자의 위치를 인식하여 공간에 맞는 학습 내용을 제공하는 방식이다. <내 손안의 경복궁(Gyeongbok Palace In My Hand)>[23]처럼 학습자가 실외나 실내에서 이동하며 학습 내용에 대해 전달 받아야 하는 상황에서 사용되면 좋다. 현장문제 해결형은 학습안내형에서 좀 더 발전된 형태로, <왕도가야 Go(Capital Gaya Go)>[24]처럼 학습주제에 대한 설명에만 국한되지 않고, 다른 콘텐츠들을 더해 학습자가 취하는 행동에 따라 부가적인 정보를 더 제공해주는 유형이다. 학습자의 위치와 동선, 그리고 행동들에 대한 반응들을 모두 고려할 수 있어야 하기 때문에 학습안내형 보다 더 복잡한 시스템이다.

증강현실 에듀테인먼트 콘텐츠와 관련된 일부 연구는 콘텐츠의 디자인 요소와 그 사용성 평가에 대해서도 진행되고 있다. 우선 이지혜(2017)는 프레젠스(presence)와 어포던스(affordance)로 특징되는 모바일 미디어의 속성이 사용성과 결합해 모바일 증강현실의 사용성으로 구현됨을 제시하였다[3]. 여기서 프레젠스 또는 현존감은 어떠한 환경 속에서 직접 존재하는 듯한 현실감을 의미한다. 또한, 어포던스는 디자인 결과물이 가진 물리적, 조작적 특성으로 인해 직관적으로 행동이 일어나도록 하는 것을 일컫는다. 프레젠스의 하위 개념으로 시각적 사실성과 감각적 사실성을 규정하고, 어포던스의 하위 개념으로 인지적, 감각적, 물리적 측면의 어포던스를 평가지표에 함께 포함했다. 또한, 사용성의 하위 개념으로 조작, 학습 및 기억의 용이성, 사용 편의성, 만족도, 개인화 등 총 19개의 평가지표를 구성해 증강현실 기반 교육 콘텐츠의 7개 사례를 전문가 분석으로 실시하였다.[3] 또한, 각각의 요소를 포함하여 구성한 방사형 그래프를 통해 분석자료를 정리함으로써 시각적으로 콘텐츠를 파악하는 평가모델을 제시했다는 점에서 의의가 있다.

Table 2.

Evaluation component for AR Educational Content - Reconstructed from Lee(2017)[3]

정수아와 김헌(2016)은 증강현실 콘텐츠의 평가요소를 현실감, 인터랙션, 몰입감, 자율성으로 제시하였고, 이들 요소에 대한 하부요소를 총 17개 설정하여, 이를 반영한 분석틀로 유아용 증강현실 앱의 사용성을 평가한 바 있다[25]. 여기서 현실감은 생동감과 상호작용성으로, 인터랙션은 통제성, 반응성, 개인화, 방향성의 하위요소로 구성되었다. 몰입은 즉각적 피드백, 명확한 목표제공, 과제 난이도의 적절성, 내재적 동기유발, 상호작용성, 학습자의 다양한 흥미라는 하위 요소를 가지며, 자율성의 경우는 능동적 학습 유발 요소, 구성주의적 학습 촉진, 의도적 학습구현, 실제적 학습 제공, 협동학습으로 앞서 셸톤(Shelton)이 언급한 교육 특징과 일치한다. 그러나, 상호작용성을 포함하는 일부 하위요소가 상위 평가요소와 중첩되어 있어 엄밀하게 구분되어 보이지 않는다.

본 연구에서는 이지혜의 평가 모델을 최종적으로 채택하여 앞으로 설명할 멸종위기 동물교육 에듀테인먼트 콘텐츠 제작 연구의 분석에 적용하였다.