Ⅰ. 서 론

가상공간을 이용한 가상현실 기술은 이미 수십 년 전부 터 존재하였으나 새로운 기술들이 발전되면서 다양한 분야 에서 발전적인 응용으로 사용되고 있다. 전 세계적으로 가 상현실 시장은 2018년의 79억 달러에서 연평균 성장률 33.47%로 증가하여 2024년에는 446억 8,000만 달러에 이 를 것으로 보고 있다. 우리나라 시장에서도 연평균 성장률 36.67%로 2024년에는 약 25억 3,240만 달러에 이를 것으 로 전망하고 있다[1]. 현대의 교육훈련 분야에서도 4차 산업 혁명의 발걸음에 맞춰 발달된 기술의 적용으로 인간의 감각 기관을 직접적으로 훈련시킬 수 있는 가상현실(Virtual Reality) 등을 응용한 영역이 확대되고 있다.

방사선발생장치를 사용하는 교육 분야인 보건계열 등의 대학교는 원자력안전법의 규제대상이므로 재학생들이 방사 선발생장치를 사용하기 위하여 방사선작업종사자로의 등록 이 필요하다. 그 대상이 되는 재학생들을 방사선작업종사자 로 관리하는 비용의 부담이 어려운 경우에는 방사선발생장치 의 취급을 할 수 없는 상황이 발생한다. 이에 교육기관의 방 사선안전관리분야에서도 가상공간을 활용한 우수한 콘텐츠 의 확보가 필요한 상황이나 국내 교육기관에서는 아직 그와 같은 콘텐츠를 찾기가 어려운 것이 현실이다. 특히 방사선 안전관리를 고려한 교육훈련은 직접 오감으로 느끼는 대응훈 련을 수행할 수 없으므로 문서화된 자료 또는 동영상 등의 자료로만 교육훈련을 수행하는 한계가 있다. 그러나 가상공 간을 이용한 교육훈련 시스템은 여러 물리적 제약이 따르지 않으므로 특정 교육장소나 기자재를 갖춘 상황이 동원되지 않아도 효율적인 교육훈련 효과를 도출해 낼 수 있다. 또한, 반복 학습이 가능하며 상황에 따른 대처요령을 숙지할 수 있 으므로 이에 시간적 및 금전적 비용이 절감되는 효과가 있다.

이에 본 연구에서는 의료교육용 방사선발생장치의 기기 학적 특징과 장치의 기능조절 훈련콘텐츠가 반영된 가상현 실을 활용한 방사선안전관리 교육용 시뮬레이터 콘텐츠의 프로토 타입을 개발하고 그 유용성을 확인하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 방사선발생장치 교육 콘텐츠 설계 및 개발

교육 콘텐츠의 설계는 국내 방사선학과의 방사선기기학 과 방사선영상학의 공통적인 교육 내용을 기반으로 하여 각 교육의 학습목표의 성취에 도움이 될 수 있도록 이루어졌 다. 또한, 실습에서 필요한 방사선발생장치의 기기학적 이 해와 기본적인 취급 및 조작에 대한 교육 훈련이 이루어질 수 있도록 기능과 메뉴를 구성하였다.

1) 모듈의 구성과 배치

가상공간의 오브젝트 배치를 위하여 의료교육용 방사선 발생장치의 구성을 Table 1과 같이 4개의 모듈로 구분하였 다. 방사선발생장치의 중요한 기능 대부분을 차지하는 엑스 선 조사부의 구성에 중점을 두어 오브젝트를 설계하였으며, 가상공간을 실제로 실습을 수행하는 실습실 및 의료기관의 검사실과 유사하게 구성하기 위하여 Fig. 1과 같이 각 모듈 을 배치하는 안을 제시하였다. 이후에 Fig. 2와 같은 순서로 각 모듈들의 적절한 배치를 조절하였다.

2) 모듈별 기능 부여

가상공간의 방사선발생장치를 이용하여 기기학적 요소와 방사선발생의 기본 원리를 학습할 수 있도록 기능을 부여하 는 작업을 수행하였다. 엑스선 발생과 직접적인 연관이 있 는 모듈A 부분에서 기기학적 구조의 파악을 위하여 장비가 분리되는 기능과 엑스선 발생 원리를 보여주기 위한 엑스선 튜브의 가시적 오브젝트를 구성하였다. 각 모듈별 기능의 관계는 Fig. 3과 같은 관계로 구성되도록 설계하였다.

또한, 가상공간에서 방사선발생장치를 조작하는 방법을 연습할 수 있도록 핸들바 부분을 이용한 장비의 조작이 가 능한 기능을 부여하는 작업을 수행하였다.

3) 가상공간 3차원 시뮬레이터 콘텐츠 개발

가상공간 내에서 사용할 콘텐츠 개발을 위하여 오브젝트 기본구성 설계와 렌더링은 3Ds MAX(Autodesk, US)를 이 용하였고, 가상공간 내의 각 모듈 구성과 프로그램 제작은 게임 개발용 플랫폼인 Unreal Engine(Epic Games, US)을 이용하였다.

2. 방사선발생장치 가상공간 교육 콘텐츠의 유용성 평가

제작된 방사선발생장치 가상공간 시뮬레이터의 유용성을 평가하기 위하여 방사선발생장치의 취급 경험이 거의 없거 나 매우 적은 대상 두 그룹에 대한 설문을 시행하고 SPSS (IBM, US)를 이용하여 t-test 분석을 시행하였다. 한 그룹 에는 가상공간 시뮬레이터를 이용한 방사선발생장치의 원 리와 취급 교육을 시행하였으며, 다른 한 그룹에는 시뮬레 이터 교육을 시행하지 않았다. 설문은 방사선발생장치의 원 리 이해와 취급방법 습득의 정도에 대하여 리커트 5점 척도 를 적용하여 문항을 제시하였다. 설문 문항의 내용은 아래 와 같이 다섯 가지의 이해도 정도를 확인하는 내용으로 구 성하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 가상공간 시뮬레이터 개발

1) 모듈 별 3D 오브젝트 개발

각 모듈의 구성을 재현하기 위하여 모듈을 구성하는 오브 젝트의 디자인을 Fig. 4와 같이 제작하였다. 본 프로토 타입 시뮬레이터의 주된 목적은 기기학적 교육과 방사선 발생의 원리를 간단하게 이해할 수 있도록 하는 것이므로 주로 엑 스선 조사부의 제작에 중점을 두었다. 3D 모델로 개발된 오 브젝트들은 사전에 계획된 시나리오의 구성과 배치대로 적 용되었다.

2) 가상공간 시뮬레이터 프로토 타입 개발

개발된 각 모듈들은 Fig. 5와 같이 한 가상공간 내에 배 치되어 각 기능을 사용할 수 있도록 제작되었다. 특히, 기기 학적 교육을 위하여 엑스선 조사부에 다양한 기능들이 부여 되었다.

(1) 엑스선 조사부 기기학적 구성 학습 기능

엑스선 튜브 그리고 튜브를 내장한 튜브하우징, 조사야 크기 조절기구인 콜리메이터, 조사부 조절용 핸들바 부분의 기기학적 구성을 알 수 있도록 해당 모듈의 구성들을 분리 하여 보여주는 기능을 적용하였다(Fig. 6).

(2) 엑스선 조사야 크기 조절 기능

엑스선 조사야의 크기를 확인하기 위한 광조사야 램프 작 동 기능을 사용하였으며, 콜리메이터의 레버를 클릭하고 마 우스 휠을 이용하여 조사야의 크기를 조절할 수 있는 기능 을 적용하였다(Fig. 7).

(3) 엑스선 조사부 위치 이동 조절 기능

엑스선 조사부의 위치 이동 조절기능을 적용하였다(Fig. 8). 핸들바의 조작부에서 위아래 방향, 좌우 방향, 앞뒤 방 향으로 이동할 때 눌러야 하는 버튼을 클릭한 후 핸들바 부 분을 클릭하고 마우스를 이동하면 조사부가 사용자의 조작 에 따라 이동되도록 기능을 적용하여 사용자가 실제로 엑스 선 장비를 조작 및 취급하는 효과를 가질 수 있도록 하였다.

(4) 엑스선 튜브 조사 원리 시연 기능

회전양극형 엑스선 튜브 내에서 엑스선의 발생을 가시화 하여 학습효과를 가질 수 있는 기능을 적용하였다(Fig. 9). 엑스선 조사준비 상태가 되면 회전양극판이 회전하고 음극 필라멘트 부분에서 열전자가 방출되어 회전양극판에 충돌 하고 아래쪽으로 엑스선이 조사되는 모습을 가시화하여 사 용자가 그 원리를 학습할 수 있도록 하였다.

2. 가상공간 시뮬레이터 프로토 타입의 유용성 평가

1) 시뮬레이터 사용에 대한 효용성

가상현실 시뮬레이터를 이용한 교육을 시행한 그룹과 시 행하지 않은 그룹 각 25명을 대상으로 엑스선 발생에 대한 이해도, 엑스선 조사부의 구성에 대한 이해도, 조사야 크기 조절방법에 대한 이해도, 조사부 위치 조절에 대한 이해도 그리고 방사선발생장치의 전반적인 구성과 기능에 대한 이 해도를 설문하였다. 모든 영역에서 두 그룹 간에 유의한 차 이를 보였으며(p<.001), 가상공간 시뮬레이터의 사용이 방 사선발생장치의 이해에 매우 도움이 되는 것으로 나타났다 (Table 2).

Ⅳ. 고 찰

의료분야에서의 VR의 사용은 의료서비스의 생산성 향상 과 부가가치 증대를 도모할 수 있다[2]. 교육 분야에서는 2019년에 교육부에서 이러닝의 개념에 AR 및 VR과 같이 정 보통신기술을 활용한 차세대 교육을 이러닝의 개념에 명시 적으로 포함시키고, 에듀테크 기술의 개발과 산업 활성화를 위한 관련법이 발의되었다[2].

컴퓨터 소프트웨어로 가상의 공간을 생성하고 그 공간에 서 사용자가 실제와 같이 물체들과 상호작용을 하는 Human- Computer Interface(HCI)는 VR과 같은 컴퓨터 가상공간 기반 안전교육콘텐츠를 제공하는데 매우 유용한 도구가 되 며 이처럼 행동주의 이론에 바탕을 둔 가상공간 기반 체험 안전교육은 기존 교육보다 효과가 높아 실제 작업에서 존재 하는 위험요인의 제거는 물론 함께 작업을 수행하는 팀원 간의 협동심 상승 등의 효과도 기대할 수 있다[3]. 선상 밀 폐공간에서의 작업훈련에서도 동영상을 이용한 단방향 교 육보다 가상공간을 이용한 학습이 학습효과와 교육방식의 선호도에서 유의미하게 양호한 결과를 보였다[4].

방사선안전관리와 관련된 분야 중 원자력발전 분야에서 는 이미 예전부터 가상현실을 이용한 교육훈련이 많이 시도 되고 있으며[5] 특히 방사성폐기물의 저장실 관리를 위하여 간단하게 제작이 가능한 가상현실 훈련 콘텐츠의 연구도 보 고되고 있다[6].

방사선안전관리가 필요한 방사선 교육 분야에서는 방사 선치료분야의 교육을 위한 콘텐츠가 개발된 사례가 있다 [7]. 그러나 이러한 콘텐츠는 360°카메라를 이용하여 제작 되었으며, 사용자와 콘텐츠의 상호작용이 없는 경우가 많 다. 그럼에도 불구하고 Shim 등의 연구에서 가상현실 교육 콘텐츠를 방사선학과 학생들에게 적용하였을 때에 자발적 인 자기 주도적 학습과 학업 만족도에서 효과를 보인다는 보고가 있다[8]. Park 등의 연구에서도 의료분야를 중심으 로 방사선 안전교육 시뮬레이터를 혼합현실에 기반하여 개 발한 사례가 보고되고 있다[9].

이처럼 방사선안전관리 문제로 사용자가 직접 방사선발 생장치 등을 취급할 수 없는 경우를 위한 가상현실 콘텐츠 에 대한 끊임없는 개발이 시도되고 있다. 아마도 추후에는 사용자가 직접 필요한 콘텐츠를 개발하는 시대가 올 것으로 기대된다. Sato 등은 3차원 방사선 영상을 컴퓨터 게임 개 발용 플랫폼을 이용하여 사용자가 가상현실 시스템을 구축 하는 내용을 연구하였다[10].

방사선투과 비파괴검사분야에서도 이러한 가상현실을 이 용한 교육은 필요하며, Lee 등의 연구에서 델타880과 같은 방사선원을 이용한 비파괴검사 장비의 기계적 구성과 사용 법 훈련이 가능한 시뮬레이터를 개발한 바가 있다[11].

이제 가상현실을 넘어 증강현실까지 적용하는 시도는 일 반적이며 의료분야의 교육과 훈련에서 증강현실을 접목하 는 연구가 많이 진행되고 있고[12,13], Koo의 연구에서 치 과방사선용촬영 교육을 위한 증강현실형 시뮬레이터 개발 이 보고되는 등 치위생학 분야에서도 활발한 증강현실 교육 이 시도되고 있다[14]. 또한, 가상현실용으로 제작된 3D 모 델이 DICOM 영상으로 변환되어 의료에서 사용하는 것이 가능한 연구 보고도 있다[15].

본 연구의 설문조사 결과에서 볼 수 있듯이 가상현실 시 뮬레이터를 이용한 교육훈련을 받은 그룹이 그렇지 않은 그 룹보다 장치와 원리에 대한 이해도가 유의하게 높은 것을 볼 수 있었다. 방사선안전관리 교육을 위한 일시적인 안전 교육 또는 기기학 관련 정규교과에 본 연구의 시뮬레이터를 활용하여 더 많은 학생들이 경험할 수 있도록 하고 후속 연 구를 통하여 더 많은 항목에 대한 이해도를 확인함으로써 시뮬레이터를 활용한 교육의 타당성을 확인할 수 있도록 하 겠다.

본 연구에서 개발한 가상현실 콘텐츠는 프로토 타입으로 서 좀 더 보완할 부분이 있으며, 개발을 거듭하여 방사선 교육 분야에서 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 사료된 다. 다만 프로그램의 실행을 위하여 컴퓨터의 사양이 충분 히 따라주어야 하는 점은 앞으로의 개발에서 고려해야 할 부분이다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서 게임개발용 플랫폼인 Unreal Engine을 이 용하여 방사선발생장치의 기기학적 학습, 발생장치의 기본 적인 취급법 등을 수행할 수 있는 가상현실 콘텐츠를 개발 하였다. 방사선안전관리 문제로 직접 방사선발생장치를 취 급 및 조작할 수 없는 교육생을 대상으로 본 콘텐츠를 활용 하면 엑스선 발생의 이해도 향상은 물론 방사선발생장치의 취급과 조작의 가상 체험으로 방사선안전사고의 발생이 전 무한 환경에서 시간과 공간의 제한 없이 양질의 교육이 가 능할 것으로 사료된다.