* 노란 글씨 : 잘 이해하지 못한 부분, 확실하지 않은 서술
Table of Contents
간략한 상황 설명
2022년 11월 무렵부터 대략 2023년 3월 전까지 어떤 프로젝트에 참여하게 되어 프로젝트 배경지식을 공부하기 위한 논문을 받고 읽고 있음. 이후 편의상 SLR 프로젝트라 칭하겠다.
오늘 읽은 논문은 받은 논문의 일부일 뿐이고, 아직 다 이해하지 못한 상태로 글자만 정리해 놓았을 뿐이니 여러 번 보며 이해할 필요가 있다.
고속 통신 기반 신규 커넥티드 서비스 디자인을 위한 차량 특화 인터페이스에 관한 분석
김준영. “고속 통신 기반 신규 커넥티트 서비스 디자인을 위한 차량 특화 인터페이스에 관한 분석” 한국통신학회 학술대회논문집 , (2020) : 536-537.
연구 방향
외부 통신을 기반으로 한 차량 특화 인터페이스 구성에 대해 연구하고 향후 커넥티드 서비스 제공을 위해 필요한 고려 요소와 방향성 도출
서론
차량에 다양한 기술들이 융합되어 외부 연결을 통한 시너지 효과가 다양해지고 있으나, 차량의 근본적인 한계점을 고려하지 않고 진행되는 기술 적용은 비효율적인 개발로 이어진다. 이를 방지하기 위해 차량에 대한 이해 및 통신 기술을 기반으로 한 차량 휴먼-머신 인터페이스(HMI) 및 외부 인터페이스 고민을 통해서 서비스 제공 방법의 정형화가 필요하다.
본 연구는 미래 차량 커넥티드 서비스 제공 시 필요한 차량에서의 인터페이스 구성에 대한 분석 및 연구 후, 기존 문헌의 차량 내 인터페이스를 일반화하고 개발 고려 요소를 도출한다.
기존 문헌
- 사고 개선 연구
- 차량 내 센터페시아에 위치하는 에어컨 버튼 등 조작 패널 및 터치 패널 활용에 따른 사고의 위험성에 대해 조사
- 시각 인터페이스(HUD)와 비물리적인 제스처 인터페이스 추가 조합으로 사고 가능성을 현저히 줄일 수 있음
- 서비스/인터페이스 구조 연구
- 차량에서 제공 가능한 Connected Service 를 위한 소프트웨어의 구성 및 서비스 연동 구조에 대한 내용 정리
- 일부 제어 기능을 제외한 나머지를 모두 클라우드 백엔드로 이관하여 제공하는 구조 제안
- Scalability 및 개발 측면에서의 프로세스도 동시에 고려함으로써 서비스 양산의 용이성 제안
- 차량에서 제공 가능한 Connected Service 를 위한 소프트웨어의 구성 및 서비스 연동 구조에 대한 내용 정리
차량 내/외 인터페이스 및 고려요소도출
차량 인터페이스는 촉각, 음성, 시각, 제스처, 무선, 원격 인터페이스 등으로 구성된다.
- 촉각/감각 인터페이스
- 스크린 터치 또는 버튼 및 미세 진동으로 알림을 주는 인터페이스. UI 또는 진동 패턴 디자인 필요.
- 음성 인터페이스
- 음성으로 서비스에 접근하고 제어할 수 있게 하는 인터페이스. 음성으로 입력하므로 응답 반응 혹은 인터랙션에 있어서 조율점 필요.
- 시각 인터페이스
- 시각을 이용한 정보 전달. 네비게이션 디스플레이, HUD 이용하며 AR/VR 추가 가능.
- 제스처 인터페이스
- 센서/카메라를 통해 운전자의 특정 움직임으로 기능 접근/제어를 수행하는 인터페이스. 의도된 동작 감지가 중요하다.
- 원격 인터페이스
- Bluetooth, Wi-Fi Hotspot을 통한 연결을 기반으로 접근 가능. 다양한 노이즈 상황 및 운전 중 휴대전화 사용 금지 등의 규제 상황에 대한 고민 필요.
차량 외 인터페이스를 위해서는 텔레매틱스를 통한 외부 통신 기반의 연결이 주요하며 이외에 WAVE 혹은 Wi-Fi 통한 외부 연결도 가능. 다만 Wi-Fi는 서비스 제공 반경과 활용성 측면을 고려하면 백엔드 대용량 데이터 송수신과 차량내 연결에만 활용하는 것이 적절하다.
C-V2X 및 WAVE는 주파수 및 대역폭의 차이점으로 기능적으로 활용 차이가 있을 수 밖에 없다고 한다(둘 다 모름). WAVE는 제한적인 데이터율 문제와 Latency의 강점을 적절히 아우르는 안전 관련 기능으로 제공하기에 최적화되어 있지만 그 외에는 더 높은 대역폭 활용이 가능한 LTE/5G 기반의 C-V2X를 통해 제공하는 것도 가능하다.
고속 데이터 제공 시 고려 사항
- 차량 주행 보조 영향
- 기술의 발전으로 고속 데이터 송수신 기반의 차량 주행 보조 기능들이 가능해졌다. 그러나 서비스 제공과 차량 주행 보조 기능 간의 데이터 전송률에 따른 병목현상에 대해 고려해야 하며, 특히 Level 3 이상의 자율주행 적용 시 센서/이미지 등 대용량 데이터 송수신이 네트워크를 통해서 진행되는 것도 고려해야 한다.
- 신규 인터페이스 적용 가능성
- 기존 인터페이스에 더불어 운전자 상태에 따른 다변화된 운전/차량 제어 필요. 감정, 뇌파, 온도 등의 비의식적인 인터페이스 제공을 통해 차량을 제어할 수 있는 방법에 대한 고민 필요.
- 서비스 안정성 및 편의성
- 고속 데이터 제공이 가능해지면서 AR/VR 기반의 서비스 제공이 가능하다. 고속 데이터를 활용해 사용자 편의성을 개선할 수 있는 인터페이스 제공 필요.
- 외부 통신 상태/비용 기반 인터페이스 효율화
- 차량 외부와의 커넥션을 통한 고용량 데이터 기반 서비스들의 경우 통신 상태/비용 문제로 인한 대역폭 변화/축소 시의 서비스 제공 인터페이스 방식에 대한 고민이 필요. 서비스 제공 도중 중단하지 않고 자연스럽게 전환할 수 있어야 한다.
결론
향후 연구로써 고속 통신 기반 서비스 구현을 한 구체적인 가이드라인 및 시나리오 제시가 필요하며 실제 구현을 통한 추가 개선점 파악이 필요할 것이다.
배운 것
- 차량 인터페이스는 촉각, 음성, 시각, 제스처, 무선, 원격 인터페이스 등으로 구성된다. 여기서 차량 인터페이스란, 차량 내외부에 있고 사용자가 조작함으로써 차량을 제어하거나 다른 기능을 수행할 수 있는 모든 버튼, 스크린 등을 의미한다. 비단 승용차뿐만 아니라 버스, 트럭 등에도 해당한다.
- 센터패시아는 운전석과 조수석 사이에 있는 버튼 가득한 공간. 오디오, 에어컨, 네비게이션, 송풍구, 컵홀더 등이 있음.
- 차량 인터페이스를 설계할 때 어떤 점을 생각해야 하는지 참고할 수 있다.
차량내 시스템에 대한 접촉 및 제스처 방식의 운전자 인터페이스에 관한 연구
심지성, 이상헌. “차량내 시스템에 대한 접촉 및 제스처 방식의 운전자 인터페이스에 관한 연구” 한국CDE학회 논문집 21, 1 (2016) : 42-50.
서론
운전 중 운전자의 주의가 분산될수록 사고 위험이 높아진다. 또한 운전자 주의 분산의 요인 중 차량내 인포테인먼트 사용의 비중이 높다. 이는 차량내 시스템을 설계할 때 주의 분산의 잠재적 위험성과 그로 인한 사고 발생 가능성을 줄이기 위해서 인간 공학적 요소들을 고려할 필요가 있다는 것을 보여준다.
차량내 시스템에 대한 인터페이스는 크게 촉각, 음성, 제스처로 분류되는데 촉각 인터페이스 중 터치 스크린은 심각한 주의 분산을 야기할 수 있으며 음성 인식은 시각적, 생체역학적 주의 분산이 가장 적다. 제스처는 시각적 주의 분산은 적지만 생체역학적 주의 분산이 있고, 종류와 가짓수가 제한된다.
본 연구는 오디오와 에어컨 조작 기능에 대해 기존의 인터페이스와 시각적 피드백과 결합된 제스처 인터페이스를 채택했을 때 운전자의 주의 분산과 상황 대처 능력 변화를 탐구했다. 이를 위해 HUD와 동작 인식이 가능한 인터페이스를 개발하고 운전 시뮬레이터를 구축하여 피실험자를 모집해 실험했다.
방법
- 실험 참가자 : 면허증을 소지하고 실제 운전 경력이 3년 이상이며 이전에 유사한 실험에 참여한 경력과 각종 질환이 없는 건강한 남녀를 대상으로 실험했다.
- 실험 장치
- 차량 시뮬레이터 : 기본 골격은 알루미늄 프로파일로 구성, 실제 차량에 탑승한 느낌을 주기 위해 실제 차량에 사용되는 부품을 사용했다.
- 접촉식 인터페이스(대조군) : BMW 사 new BMW 5 series sedan의 오디오와 에어컨 장치 이용. 실험을 위한 로터리 스위치와 LED 출력 장치를 제작했다.
- 제스처 및 HUD 결합 인터페이스(실험군) : 운전 성능에 대한 영향을 알아보는 것이 목적이므로 디자인은 고려하지 않고, 오디오 또는 에어컨의 설정값을 한 단계씩 바꾸는 조작만을 대상으로 한다. 운전자 앞의 공간을 세 부분으로 나누어 각 영역에 손이 가면 해당 영역에 설정된 동작이 수행되도록 한다. 각각 오디오와 에어컨 선택 토글, 설정값 감소, 설정값 증가 동작을 수행한다.
- 시선 추적 장치 : 시뮬레이터 차량을 운전하는 중에 장치 조작과 설정 확인에 따른 시선 분산을 측정하기 위하여 시선 추적 장치를 사용하려고 하였으나 실험군과 대조군의 결과가 비슷해 사용하지 않기로 하였고, 실험으로 촬영된 시뮬레이션 영상을 분석해 시선 분산 횟수와 시간 측정.
- 가상 도로 및 교통 환경의 구축 : Forum8에서 개발한 3차원 도로 및 교통 모델링및 드라이빙 시뮬레이션 소프트웨어 시스템인 UCwin/Road를 사용, 국민대학교 주변 내부순환도로와 광화문 근처의 도로 환경을 구성.
- 실험 절차
- 피실험자들에게 실험에 대해 알려주고 설문지에 개인 특성 작성, 실험 환경 적응 수행. 4가지 상황에 대해 실험하며, 매 실험이 끝날 때마다 설문지로 주관적인 평가 작성. 외부 요인에 의한 효과를 최소화하기 위해 균형 라틴 방격법(balanced Latin square design)으로 실험의 순서를 결정하였으며, 실험 사이에는 10분간 휴식 시간을 주어 이전 실험에 대한 학습효과를 감소시키고 피로를 방지하도록 함.
- 정지 상황 : 차량이 정지해 있는 상황에서 각 장치 조작 실시하며 조작 시간 및 시선 분산 관찰
- 고속 일반 상황 : 고속화 도로에서 선행차량을 따라가는 상황에서 각 장치 조작 실시. 조작 시간, 시선 분산, 정확히 조작한 횟수, 선행차량과 간격 유지, 조작이 주행 차선과 속도에 미치는 영향 관찰.
- 고속 돌발 상황 : 고속화 도로에서 돌발 상황이 발생하는 상황에서 장치 조작으로 인해 발생한 사고 횟수와 브레이크 반응 시간 관찰.
- 시내 돌발 상황 : 시내 도로에서 돌발 상황이 발생하는 상황에서 장치 조작으로 인해 발생한 사고 횟수와 브레이크 반응 시간 관찰.
- 실험 시나리오 : 정리 생략
실험 결과
- 객관적 평가 결과
- 운전자의 시선 분산 : 기존 인터페이스에 비해 새로운 인터페이스가 운전자의 시선 분산을 유의미하게 감소시킴이 확인됨.
- 선행 차량과의 간격 유지 : 새로운 인터페이스가 기존의 인터페이스에 비하여 차량 간격 유지가 용이함이 발견되었으며 이는 유의미한 차이임이 확인되었다.
- 돌발 상황시 사고 발생률 : 새로운 인터페이스의 사고 발생률이 기존 인터페이스를 사용할 때보다 낮으며 이는 유의한 차이임이 확인됨.
- 주관적 평가 결과 : 모든 항목에서 사용자가 새로운 인터페이스를 사용할 때 더 운전이 용이하다 답변.
토의 및 결론
본 연구에서 제안한 새로운 인터페이스가 기존 인터페이스에 비해 여러 요소에 대해 개선 효과가 있음을 확인했다. HUD를 전방에 위치시킴으로써 시선을 전방에 유지시킬 수 있게 되는 것에 기인하는 것으로 보이며 제스처에 대한 시각적인 피드백이 HUD를 통하여 제공됨으로써 제스처가 갖는 단점을 극복할 수 있다는 것을 확인했다.
그러나 본 연구에서 사용한 제스처가 단순하여 실제 상황에 적용하려면 제스처가 복잡해지고 다양해지면서 운전자 부주의 유발 효과가 높아지리라 예상되며, HUD와 같은 디스플레이와 결합되면 인지적 부하는 크지 않으나 시각적 주의 분산이 높아질 것으로 보인다.
본 연구는 센터패시아에 있는 장치 조작과 새로운 인터페이스의 조작을 비교하였지만 향후에는 현재 차량 인터페이스 디자인의 경향에 맞게 다시 비교할 필요가 있으며, 더 실용적인 제스처를 디자인하여 그에 대한 실험 평가도 필요하다.
HUD와 결합된 제스처로 사용자가 운전대에 손을 댄 채로 손가락으로 만들어낼 수 있는 휠 제스처(wheel gesture)가 촉각 중심 인터페이스를 대체하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대.
배운 것
- 차량 내 인터페이스가 운전자의 주의를 많이 분산시키고, 이로 인한 사고도 많이 발생한다. 운전자를 최대한 방해하지 않도록 설계해야 한다.
- 인터페이스의 조작 방식에 따라서도 운전자의 주의 분산 정도와 유형이 달라진다. 터치, 음성, 제스처 인터페이스 중에서는 화면을 직접 보고(시각적 주의 분산) 터치해야 하는(생체역학적 주의 분산) 터치 스크린이 가장 운전자의 주의를 많이 분산시키고, 말만 하면 되는 음성 인터페이스가 가장 주의 분산이 적다. 제스처는 굳이 직접 쳐다볼 필요가 없으니 시각적 주의 분산은 덜하지만 몸을 움직여야 한다는 점에서 생체역학적 주의 분산이 있다.
- 시각적 주의 분산만 줄여도 사용자는 더 편리하다고 느낄 수 있다.
- 제스처가 단순하면 물론 쉽지만, 실제로 차량 내 존재하는 다양한 기능을 의도한 대로 조작하도록 하려면 제스처가 복잡하고 다양해져야 하므로 제스처 디자인도 중요하다.
- 실험을 통해 수치적으로 확인되는 운전자의 주의 분산도 실험 결과로서 관찰할 수 있지만 운전자 본인이 느끼는 주관적 느낌도 고려해서 개발할 수 있다.