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메이키메이키는 전자·전기·컴퓨터를 주제로 한 흥미 유발형 교육과 창의적인 프로젝트를 수행할 수 있는 시스템이다[22]. 메이키메이키는 물체에 흐르는 미세전류를 탐지하여 사용자의 터치를 인식한 다음 연결된 컴퓨터에 해당 물체와 매핑된 키보드 입력 이벤트를 전달할 수 있는 특징이 있다. 이러한 특징을 이용하면 다양한 창의 프로젝트를 수행할 수 있다. 가장 많이 수행하는 프로젝트는 바나나를 건반으로 하는 피아노 제작이다. 메이키메이키의 보드와 바나나를 전선으로 연결하고, 블록코딩을 통해 키보드 입력에 따라 소리가 재생되도록 프로그래밍을 하면 된다. 그림 1은 메이키메이키로 제작한 피아노와 이를 체험하는 모습을 보여준다. 흑연의 전도성을 이용하여 연필로 피아노 건반을 그리고, 이를 손가락으로 터치하여 피아노를 연주한다. 이때, 소리는 메이키메이키의 보드와 연결된 컴퓨터에서 출력된다. 메이키메이키의 보드 아래쪽은 사용자와 연결된 전원 회로의 일부인 접지(ground)라고 불리는 핀이 존재한다. 사용자가 물체를 터치할 때에는 항상 신체 일부가 접지와 연결되어 있어야 한다. 그림 1에서 오른손으로 피아노 건반을 터치함과 동시에 왼손으로 접지와 연결된 건반을 터치하고 있는 것도 그 이유에서다.

Fig. 1. 
Example of a work made with MakeyMakey

제안한 시스템이 VR 환경에서 잘 동작한다는 것을 보이기 위한 목적으로 VR 콘텐츠의 개발 및 시연이 필요하다. 일반적으로 VR 콘텐츠를 개발하기 위한 개발환경으로는 유니티(Unity)와 언리얼(Unreal)과 같은 게임엔진을 선택한다. 하지만 우리의 목적은 상용화 수준의 VR 콘텐츠를 개발하는 것이 아니라 제안한 시스템의 동작 여부를 확인하기 위함이기 때문에 코스페이시스(CoSpaces)[23]를 게임엔진으로 선택하였다.

코스페이시스는 초급 프로그래머도 수준 높은 VR 콘텐츠를 개발할 수 있는 웹 기반 교육용 플랫폼이다. 그림 2와 같이 사람, 동물, 건물 등의 다양한 3차원 모델들이 제공되며, 이것들을 개발자나 학습자가 자신이 개발 중인 가상현실 세계 자유롭게 놓을 수 있다. 또한 블록 기반의 프로그래밍을 통해 이 모델들에게 움직임을 부여할 수 있고, 키보드나 마우스 등의 사용자 입력도 처리할 수 있다. VR 환경을 제공하기 위해 사용자의 시점을 나타내는 가상의 카메라가 존재하고, 개발한 콘텐츠를 스마트폰에서 실행할 수 있다. 또한, 실행 중에 입체적 렌더링(stereoscopic rendering) 기능을 지원하기 때문에 스마트폰 기반의 HMD로 VR을 체험할 수 있다.

Fig. 2. 
Main features of CoSpaces

코스페이시스는 다양한 연령대의 학생들, 즉 초등학생부터 대학생까지를 대상으로 하여 창의적 표현, 시각적 학습 및 사고, 스토리텔링, 가상 전시회, 문학 해석, 인포그래픽 등의 다양한 교육 형태에 사용되고 있다[24],[25]. 또한, VR이나 증강현실(augmented reality) 서비스의 초기 모델(프로토타입)을 생성하는 데에도 활용되고 있다[26]-[28].

사용자의 발 위치를 감지하기 위해 사용자가 올라서서 밟을 수 있도록 발판 형태로 제작하기 위해, 가로 90cm, 세로 50cm의 종이보드 2장을 수평 방향으로 바닥에 두고 메이키메이키와 연결할 호일을 부착할 수 있도록 설계하였다. 발판 아래쪽에 사용자가 서 있는 위치를 네 곳으로 구분할 수 있도록 네 칸에 걸쳐 호일을 부착하였다. 발판 중앙에는 종이보드 2장을 동시에 덮으면서 수평 방향으로 길게 호일을 부착하였다. 이는 추후 접지로 사용하기 위함이다. 발판 위쪽에도 마찬가지로 종이보드 2장을 동시에 덮으면서 수평 방향으로 길게 호일을 부착하였다. 이는 추후 앉아 있음을 인식하기 위한 용도이다. 그림 3은 이렇게 제작할 UI 장비의 기본 설계도를 보여준다. 숫자는 길이를 나타내며 단위는 cm이다.

Fig. 3. 
Basic blueprint of UI device

그림 4는 UI 장비의 기본 설계도에서 각 호일의 역할을 보여준다. 발판 아래쪽에 같은 간격으로 네 칸에 걸쳐 부착된 호일은 추후 사용자가 서 있을 때, 즉 사용자의 발바닥과 터치되어 사용자의 위치를 인식한다. 발판 중앙에 수평 방향으로 길게 부착된 호일은 메이키메이키 보드의 접지에 연결된다. 원래 메이키메이키는 접지를 한 손으로 터치하고, 동시에 다른 손으로 물체를 터치하도록 유도하는데, 우리는 별도로 접지를 터치할 필요 없이 사용자가 어느 칸에 서 있기만 하면 자동으로 접지가 터치될 수 있도록 설계하였다. 발판 위쪽에 수평 방향으로 길게 부착된 호일은 사용자가 손으로 터치하여 앉아 있음을 인식한다. 발바닥을 발판에 붙인 채로 위쪽에 부착된 호일을 손으로 터치하려면 자연스럽게 쪼그려 앉는 자세가 될 것이다. 아래쪽에 부착된 호일 중 하나가 사용자의 위치를 항상 인식해주기 때문에 위쪽에 부착된 호일은 특별히 칸을 나눌 필요 없이 통으로 길게 붙일 수 있도록 설계하였다.

Fig. 4. 
Roles of each tinfoil

UI 장비의 기본 설계도를 토대로 UI 장비를 제작하였다. 시중에 판매 중인 5mm 두께의 종이보드와 시중에 판매 중인 요리용 호일을 사용하였으며, 가정용 호일은 내구성의 문제로 약 3배 정도 더 두꺼운 캠핑용 호일을 사용하였다. 추가로 사용자가 설 수 있는 공간에 맞게 네모모양의 구멍을 뚫은 격자 모양의 부직포를 부착하였다. 이는 HMD를 착용하여 보이지 않는 상태의 사용자가 칸을 이동할 때 칸과 칸 사이의 경계를 인지할 수 있도록 촉감 피드백을 주기 위함이다. 발판 아래쪽에 네 칸에 걸쳐 부착한 호일은 왼쪽부터 각각 키보드 A, S, D, F가 입력될 수 있도록 메이키메이키 보드에 연결하였으며, 발판 위쪽에 수평 방향으로 길게 부착한 호일은 키보드 G가 입력될 수 있도록 메이키메이키 보드에 연결하였다. 마지막으로 발판 중앙에 수평 방향으로 길게 부착한 호일은 메이키메이키 보드의 접지에 연결하였다. 그림 5는 완성된 UI 장비를 보여준다. 아래쪽에 빨간 원으로 표시된 것이 메이키메이키 보드이다. 총 제작 비용은 메이키메이키 구매 가격을 포함하여 약 26,000원이었다.

Fig. 5. 
Manufactured UI device

제안한 UI가 저가형 VR 환경에서 잘 동작한다는 것을 보이기 위해 제작한 UI 장비를 활용하여 체험할 수 있는 VR 게임을 개발하였다. 제작한 UI 장비 위에 서서 위치 이동, 제자리 점프, 쪼그려 앉기 등의 행동으로 날아오는 장애물을 피하는 방식의 게임이다. 개발과정은 다음과 같다. 먼저, 그림 6과 같이 장애물이 날아올 수 있는 공간을 구현하고, 이동하는 보폭에 따라 가상세계에서의 변화가 일치하도록 현실과 똑같은 크기의 발판을 구현하였다. 그 후, 키보드 입력 이벤트에 따라 위치를 바꾸거나 쪼그려 앉거나 점프를 하는 행동을 구현하고, 무작위의 장애물이 생성되어 사용자를 향해 다가오는 게임 로직을 구현하였다. 모든 구현은 코스페이시스에서 제공하는 3차원 모델과 블록코딩을 이용하여 수행되었다. UI 테스트가 목적이기 때문에 난이도, 점수 등의 게임완성도를 위한 요소들은 도입되지 않은 상태에서 구현을 위해 총 180개의 블록이 사용되었다.

Fig. 6. 
Virtual space for games (left) and implementation of a footstep of the same size as reality (right)

메이키메이키 보드의 전원선을 스마트폰에 연결하고, 스마트폰에서 테스트용 VR 게임을 실행한다. 그 후, 입체적 렌더링으로 재생하고, 스마트폰 기반의 HMD에 장착하면 체험을 위한 준비가 끝난다. 그림 7은 스마트폰 기반의 HMD를 착용한 채로 UI 장비 위에서 테스트용 VR 게임을 체험하는 사용자와 함께 사용자의 1인칭 시점을 입체적 렌더링으로 보여주고 있다. 게임상에서 사용자가 취해야 하는 행동으로는 4칸의 위치 중 한 곳으로 이동한 다음 장애물이 지나갈 때 서 있거나 제자리에 앉거나 타이밍을 맞춰 점프해야 한다. 이에 맞춰 장애물 또한 4칸×(서기/앉기/점프)의 총 12종류로 구성되며, 사용자가 취해야 하는 행동을 직관적으로 알 수 있도록 벽에 구멍을 뚫어 표현하였다. 그림 8은 장애물 예시와 해당 장애물을 피하기 위해 사용자가 취해야 하는 행동을 보여준다. 사용자를 바꿔가며 실시한 수차례의 테스트를 통해 한 번의 오작동 없이 잘 동작한다는 것을 확인하는 등 제안한 UI가 저비용 VR 환경에서 우수한 UI 대안으로 사용될 수 있음을 입증하였다. 시연 영상은 유튜브 링크를 통해 확인할 수 있다[29].

Fig. 7. 
User playing the game(left) and user's firsts-person view(right)

Fig. 8. 
Example of an obstacle(left) and action to avoid the obstacle(right)

4-2장의 UI 테스트는 제안한 UI를 적용하여 제작한 UI 장비가 잘 동작한다는 것을 보이기 위한 동작 테스트에 불과하다. 추가로 제안한 UI의 활용 가능성을 평가하기 위해 사용자 테스트를 실시하였다. 표 1과 같이 초등학생에서 일반인으로 구성된 14명을 대상으로 테스트용 VR 게임을 키보드와 모니터로 한번, 제안한 UI를 적용하여 제작한 UI 장비로 한번 체험시킨 후 설문조사를 수행하였다. 설문조사는 몰입도, 반응속도, 재미, 오작동 등 4가지 항목을 1~5점 사이의 점수로 평가하는 질문들로 구성하였다. 직관적인 비교를 위해 오작동의 경우, 낮을수록 오작동이 많이 발생하는 것으로 점수를 환산하였다. 표 2는 사용자 테스트의 결과로서 평가요소별 평균점수를 보여준다. 몰입도와 재미에서 제안한 UI가 높은 점수를 받았으며, 반응속도와 오작동에서는 키보드와 모니터가 높은 점수를 받았다. 결과를 분석하면 제안한 UI를 활용하면 반응속도가 떨어지고 오작동은 많이 발생할 수 있으나 게임의 몰입도와 재미 요소를 증가시킬 수 있다고 볼 수 있다.