대중교통 이용 시 승객들이 경험하는 멀미는 매우 보편적이면서도 빈번하게 발생하는 문제 중 하나이다. 실제 조사에 따르면 자가용과 대중교통 중 멀미를 더 많이 느끼는 환경을 묻는 질문에 응답자의 64.96%가 대중교통을 선택하여, 자가용(18.98%)에 비해 약 3.4배 더 높은 빈도를 보였다(Kim and Kim, 2020). 이처럼 대중교통에서 멀미가 빈번한 이유는 시각, 전정 감각, 고유수용감각을 통해 입력되는 정보가 서로 일치하지 않을 때 중추신경계가 혼란을 겪으며 발생하는 '감각 불일치' 현상 때문이다(Reason and Brand, 1975). 대중교통은 자가용보다 차체가 크고 진동이 강하며, 급가속 및 급감속, 잦은 정차와 불규칙한 코너링 등 멀미 유발 가능성이 높은 환경적 특성을 지니고 있다(Diels and Bos, 2016). 특히 버스의 경우 엔진 진동과 배기가스 냄새가 복합적으로 작용하여 탑승객의 메스꺼움을 가중시키기도 한다(Jang et al., 2003). 본 연구에서 '대중교통'은 구체적으로 버스 환경을 지칭하며, 버스는 위와 같이 멀미 유발 가능성이 높은 환경적 특성을 복합적으로 갖추고 있어 본 연구의 실험 환경으로 선정하였다.

이러한 환경적 특성은 승객이 이동 시간을 효율적으로 활용하기 위해 스마트폰 사용, 영상 시청, 독서와 같은 비운전 과업(Non-Driving Related Task, NDRT)을 수행할 때 더욱 심화된다. NDRT 수행 시 탑승객의 시각적 주의는 차량 외부가 아닌 내부의 고정된 화면이나 텍스트에 집중되는데, 이때 전정기관은 차량의 역동적인 움직임을 감지하는 반면 눈은 정지된 정보를 전달함으로써 감각 간의 괴리가 극대화된다(Griffin and Newman, 2004). 이러한 극심한 감각 불일치는 어지러움, 졸음, 구역질 등을 초래하여 탑승자의 피로도를 높이고 전반적인 이동 경험의 질을 저하시키는 주요 원인이 된다(Li et al., 2024; Metzulat et al., 2024).

인구학적 특성 중 성별은 멀미 민감도에 영향을 미치는 핵심 요인으로 보고되어 왔다. 선행연구에 따르면, 여성은 자동차, 선박, 항공기 등 대부분의 운송수단 환경에서 남성보다 구토 및 메스꺼움과 같은 멀미 증상을 더 빈번하고 강하게 경험하며, 성인기 이후에도 노년기에 이르기 전까지 약 1.7배 높은 멀미 민감도를 지속적으로 보이는 것으로 나타났다(Golding, 2006; Turner and Griffin, 1999). 이러한 성별 차이는 아동 · 청소년 및 대학생을 포함한 다양한 연령대에서 일관되게 관찰되었으며, 신체 활동 수준이나 과거 멀미 경험과는 무관하게 나타나 생물학적 요인의 영향을 시사한다(Dobie et al., 2001). 실험 연구에서도 여성이 회전 자극에 대해 더 낮은 내성을 보이며, 감각 불일치를 보다 빠르게 위협 신호로 처리하는 신경학적 특성이 보고된 바 있다(Klosterhalfen et al., 2005). 더 나아가 멀미 민감도는 연령에 따라 변화하며, 특히 사춘기를 기점으로 성별 차이가 뚜렷해져 여성이 남성보다 지속적으로 높은 민감도를 보이는 경향이 확인되었다(Huppert et al., 2019; Golding, 2006). 따라서 성별이 멀미 민감도에 미치는 영향을 고려하는 것이 필요하다.

멀미 완화에 관한 선행연구를 살펴보면, 시각적 모션 큐가 멀미를 완화시키는데 긍정적인 효과가 있음을 확인하였다. Karjanto et al. (2018)은 자율주행 환경에서 조명을 활용한 주변 시각 피드포워드 시스템(Peripheral Visual Feedforward System, PVFS)이 멀미 증상을 완화하고 상황 인식을 향상시키는 효과를 확인하였다. Pöhlmann et al. (2022)는 차량 내에서 자신의 움직임을 지각하여 운동 방향과 움직임 등의 시각 정보를 제공하는 시각적 모션 큐가 멀미 완화에 효과적이며, 읽기나 업무와 같은 주요 작업에 대한 산만함은 감소하는 효과가 나타난다고 보고하였다. McGill et al. (2017)은 VR HMD 환경에서 시각적 모션 큐가 멀미와 몰입도에 미치는 영향을 분석함으로써, 시각적 정보 설계가 멀미 완화 인터페이스로 활용될 수 있음을 실험적으로 입증하였다. 이러한 선행연구들은 시각적 모션 큐의 유효성을 검증했다는 점에서 의미를 지니지만, 대부분 시뮬레이터 환경이나 일반 승용차를 중심으로 수행되어 실제 대중교통 이용 환경의 불규칙한 움직임과 현실적인 사용 맥락을 충분히 반영하지 못했다는 한계가 있다.

색상 특성과 시각적 인지 간의 관계를 분석한 선행연구에 따르면, 채도와 밝기가 높은 고채도 색상은 시각적 주의와 시인성을 향상시킨다. Camgöz et al. (2004)는 채도와 밝기가 높은 색상은 시각적 주의와 시인성을 향상시킨다는 점을 확인하였으며, Wilms and Oberfeld (2018)은 채도와 밝기가 증가할수록, 관찰자의 각성(arousal) 수준이 높아지며, 특히 빨간색이 가장 높은 각성 반응을 유발하는 색상임을 제시하였다. 또한, Elliot and Maier (2014)는 디스플레이 환경에서 고채도 시각 단서는 흑백에 비해 인접한 정보 간의 대비가 높아져 인지적 부하를 줄여 주의성과 시인성이 높다는 점을 연구하였다. 위 선행연구를 바탕으로, 멀미로 인해 시각적 주의와 집중이 저하되는 상황에서 시각적 모션 큐에 색상 변화를 적용하는 것은 집중도 향상에 기여할 수 있다. 이는 멀미 유발 환경에서 탑승객이 어지러움과 피로로 인해 시각적 주의가 분산되고 집중력이 저하될 수 있으며(Li et al., 2024), 고채도 색상의 시각적 모션 큐가 주변시(peripheral vision)를 통한 모션 정보 지각 효율을 높일 수 있기 때문이다. 고채도 색상은 낮은 채도의 색상보다 시각적 현저성(visual saliency)이 높아 주의를 효과적으로 유인하며, 이는 중심 과업(예: 영상 시청)을 방해하지 않으면서도 주변시를 통해 차량 움직임 정보를 보다 효율적으로 전달하도록 한다. 또한, 빨간색과 같은 고채도 색상은 높은 각성(arousal) 유발 특성을 가지므로, 멀미로 인해 각성 수준이 저하된 상황에서 집중도 유지에 보조적인 역할을 할 것으로 기대된다.

이처럼 선행연구들을 통해 시각적 모션 큐가 차량 멀미 완화에 효과적인 기제로 보고되어 왔으나, 불규칙한 가감속과 진동이 빈번한 대중교통 환경의 특수한 주행 조건을 반영한 실증적 연구는 여전히 부족한 실정이다. 특히 대중교통 이용 중 가장 보편적인 활동인 모바일 기기 사용 시 발생하는 '감각 불일치' 요인을 제어하기 위해 시각적 모션 큐의 실제적 효용성을 검증할 필요가 있다. 이에 본 연구는 실제 버스 주행 노선을 실험 환경으로 설정하여, 시각적 모션 큐가 멀미 완화와 과업 집중도에 미치는 영향을 규명하고자 한다. 나아가, 시각적 주의성과 시인성을 향상시키는 것으로 알려진 고채도 색상 요소를 시각적 모션 큐에 적용함으로써, 색상 변화가 멀미 증상 완화와 과업 집중도에 미치는 효과를 심도 있게 분석하고자 한다.

본 연구의 목적은 차량 내 모션 큐의 제시 방법과 사용자의 성별이 멀미 및 인지 성능에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 이를 위해 다음과 같은 5가지 가설을 설정하였다.

 H1: 모션 큐 조건에 따라 멀미 점수는 유의미한 차이가 있을 것이다.

 H2: 성별에 따라 멀미 점수는 유의미한 차이가 있을 것이며, 여성이 남성보다 높게 나타날 것이다.

 H3: 모션 큐 조건과 성별은 멀미 점수에 대해 교호작용 효과를 보일 것이다.

 H4: 모션 큐 조건에 따라 집중도 점수는 유의미한 차이가 있을 것이다.

 H5: 성별에 따라 집중도 점수는 유의미한 차이가 있을 것이다.

2.1 Participants

본 연구는 정상시력 또는 교정시력 1.0 이상을 보유하고 전정기관 질환이 없는 청년층(만 19세 이상, 39세 이하) 남녀 34명(남성: 17명, 여성: 17명)을 모집하였다. 본 실험 전, 평소 멀미 민감도가 실험 결과에 미치는 영향을 통제하기 위해 MSSQ-Short (Motion Sickness Susceptibility Questionnaire Short-form)를 통해 참여자의 멀미 민감도를 사전 측정하였다. MSSQ-Short는 만 12세 이전의 아동기 경험과 최근 10년 동안 성인기 경험을 각 9가지 문항으로 평가하며, 이를 바탕으로 멀미에 대한 개인의 민감도를 정량화 하는 도구이다(Golding, 2006).

사전 측정 결과를 통해 MSSQ-Short 점수 상 · 하위 10%에 해당하는 연구 참여자를 제외하였다. 이는 멀미 민감도가 극단적으로 높거나 낮은 참여자가 포함될 경우, 조건 간 기저 수준의 차이가 통계적 해석을 왜곡할 수 있기 때문이다(Golding, 2006). 최종적으로 선별된 참여자는 총 30명(남성: 15명, 여성: 15명)이었으며, 평균 연령은 23.67세(SD = 1.27)였다. 참여자들에게는 실험 직전 멀미 예방 약물, 항히스타민제, 알코올 섭취를 금지하였으며, 실험 전 최소 1시간 동안 금식하도록 안내하였다.

2.2 Experimental environment

본 실험은 실제 버스 이용 상황을 모사하기 위해 동일 노선을 운행하는 버스 환경에서 진행하였으며, 좌석 위치에 따른 차량 운동 차이의 영향을 통제하기 위해 모든 참여자는 동일한 좌석에 탑승하였다(Figure 1). 본 연구의 실험 조건은 모션 큐 유무 및 색상에 따라, 모션 큐가 없는 조건, 흑백 모션 큐가 제공되는 조건 그리고 빨강 모션 큐가 제공되는 조건의 총 3가지로 구성하였다.

시각적 모션 큐(Visual Motion Cue, VMC)는 스마트폰 내장 가속도계(accelerometer) 및 자이로스코프(gyroscope) 센서를 통해 차량의 실시간 움직임(가속, 감속, 회전 등)을 감지하고, 이를 화면 주변부(peripheral area)에 움직이는 점(dot) 형태의 시각 피드백으로 변환하여 제공하는 기능이다. 탑승객의 중심시(central vision)가 화면 콘텐츠에 고정된 상황에서도, 주변시(peripheral vision)를 통해 전달되는 이 시각적 피드백이 전정기관의 감각 신호와 동기화됨으로써 감각 간 불일치를 완화하는 원리로 작동한다. iOS 기반 조건에서는 iPhone 15 Pro (Apple Inc.)의 차량 모션 큐 기능을 활용하여 모션 큐 없음과 모션 큐 흑백 조건을 구현하였다(Figure 2a). iOS의 차량 모션 큐 기능은 자체적인 색상 변화가 지원되지 않기에 색상 변화가 필요한 조건에서는 Android 기반의 Galaxy S23 (Samsung Electronics Co., Ltd.)에 Motion Ease – car sickness aid 어플리케이션(Innov App)을 설치하여 사용하였다(Figure 2b). Motion Ease – carsickness aid 어플리케이션(Innov App)은 사용자가 모션 큐의 색상과 감도를 자유롭게 변경할 수 있는 기능을 제공하여 색상 변화 조건 구현에 적합하였다.

두 기기 간의 화면 UI 구성, 디스플레이 밝기, 시스템 애니메이션 방식 등 모션 큐 이외 변수의 영향을 최소화하기 위해 다음과 같은 조치를 취하였다. 두 스마트폰 모두 6.1인치 동일 크기의 디스플레이를 사용하였으며, 화면 밝기, 음량, 영상 속도, 시청 영상은 모든 조건에서 동일하게 유지하였다. 또한 기기 고유의 시스템 알림, 배경 앱 동작 등이 실험에 영향을 주지 않도록 실험 전 불필요한 앱 및 알림을 모두 비활성화하였다. 실제 버스 주행 환경에서 발생할 수 있는 조건 간 차이를 최소화하기 위해, 모든 실험 세션은 동일한 버스 차량과 동일한 노선을 반복 운행하는 방식으로 진행하였다. 실험 시간대는 낮 12시부터 16시 사이로 통일하여 혼잡도와 교통 상황의 시간대별 차이를 줄이고자 하였다. 다만, 실제 교통 환경의 특성상 신호 대기, 차로 변경, 교통량 변동 등의 예측 불가능한 요인을 완전히 통제하는 것은 불가능하였다.

2.3 Experimental design

본 연구는 시각적 모션 큐의 유무 및 색상 변화가 모바일 멀미 완화에 미치는 영향을 분석하기 위해 실험을 설계하였다. 시각적 모션 큐는 모션 큐의 유무 및 색상 변화에 따른 차이를 비교하기 위해 총 세 가지 수준으로 설정하였으며, 시각적 모션 큐 없음(VMC_OFF), 흑백 시각적 모션 큐(VMC_Grayscale), 빨강 시각적 모션 큐(VMC_Red)로 구성하였다(Figure 3).

성별에 따라 멀미 민감도에 차이가 있을 수 있다는 선행연구를 고려하여, 실험 참여자 30명을 먼저 성별로 구분한 후 각 조건 별로 10명씩(남: 5명, 여: 5명) 배정하였다. 모션 큐 조건 간 멀미 민감도 차이를 최소화하기 위해, MSSQ-short 점수를 기반으로 각 조건 별 남녀 비율 및 MSSQ-short 점수 총합이 동일하도록 참여자를 배정하였다. 각 조건별 평균 연령은 VMC_OFF 조건 23.5세(SD = 0.85), VMC_Grayscale 조건 23.70세(SD = 1.57), VMC_Red 조건 23.8세(SD = 1.4)로, 조건 간 연령 분포에 통계적으로 유의한 차이는 없었다(F(2,27) = 0.14, p = 0.873). 본 연구는 성별과 연령 분포가 조건 간 유사하도록 통제한 균형 설계를 적용하였으며, 각 참여자는 VMC_OFF, VMC_Grayscale, VMC_Red의 세 조건 중 오직 하나의 조건에만 참여하였다. 따라서 동일 참여자가 여러 조건에 반복 노출됨으로써 발생할 수 있는 순서 효과(order effect) 및 이월 효과(carryover effect)는 설계 단계에서 원천적으로 배제되었다.

실험 과업은 버스 탑승 상황에서 수행되는 15분 간의 영상 시청으로 구성하였다. 멀미 유발 실험은 일반적으로 15분 진행되며(McGill et al., 2017), 영상 시청은 독서, 음악 감상, 문자 메세지 전송 등과 함께 대표적인 비운전 관련 과업(NDRT: No-Driving Related Task)에 해당된다. 특히, 대중교통 이용 시 청년층에서 가장 빈번하게 수행하는 행위가 영상 시청 행위이라는 점을 고려하여 본 연구의 실험 과업으로 선정하였다(Shin, 2014).

각 조건이 멀미 완화에 미치는 영향을 평가하기 위해 실험 전후에 MSAQ (Motion Sickness Assessment Questionnaire) 설문을 실시하여 참여자의 멀미 수준 변화를 측정하였다. MSAQ는 실제 교통 환경에서 경험할 수 있는 16가지 멀미 증상을 9점 Likert 척도(1: 전혀 아님, 9: 심함)로 평가하는 설문이다. 설문 문항은 소화기계 증상(Gastrointestinal), 중추신경계 증상(Central), 말초 신경계 증상(Peripheral), 졸림 및 피로 관련 증상(Sopite-related)의 네 개의 하위 영역으로 구성되며, 각 영역은 네 개의 문항으로 이루어져 있다(Gianaros et al., 2001). 멀미 수준은 Total Score=(총점/144)×100의 계산식을 통해 산출하였다. 또한, 참여자의 집중도를 평가하기 위해 시청한 영상과 관련된 10개의 객관식 문항으로 구성된 집중도 테스트를 실시하였으며, 각 참여자의 정답 개수를 산출하여 과업 수행 중 집중도 수준을 정량적으로 평가하였다. 집중도 평가 문항은 참여자가 시청한 YouTube 영상의 주요 내용(핵심 사건, 등장 인물, 수치 정보 등)을 바탕으로 연구진이 직접 구성하였으며, 영상 시청에 충분히 집중한 경우 정답을 맞힐 수 있는 수준으로 설계하였다. 모든 참여자가 동일한 영상을 시청하였으므로 조건 간 과업 자극의 동일성은 확보되었다. 다만, 문항의 난이도와 변별력에 대한 사전 파일럿 검증을 별도로 실시하진 못했으며, 향후 연구에서는 집중도 측정 도구의 타당도를 사전에 검증하는 절차가 필요하다.

2.4 Experimental procedure

본 연구는 사전 MSAQ 설문, 본 실험(영상 시청), 사후 MSAQ 설문 그리고 영상 집중도 테스트로 구성되었다. 모든 참여자는 실험 전 연구 목적과 절차를 충분히 안내 받았으며, 실험 과정은 다음과 같이 진행되었다.

실험 시작 전, 참여자의 현재 멀미 수준을 측정하기 위해 사전 MSAQ 설문을 실시하였다. 참여자에게 멀미 증상이 심화될 경우 언제든지 실험 중단 의사를 표현할 수 있음을 충분히 안내하였으며, 중단 요청 시 즉시 영상 시청을 종료하고 가장 가까운 정류장에서 하차하도록 절차를 마련하였다. 또한, 예기치 않은 급정거, 차로 변경 등의 교통 상황 발생 시 동행 연구자가 즉각 대응할 수 있도록 사전에 프로토콜을 수립하였다. 설문과 실험 안내가 완료된 후 참여자는 지정된 버스에 탑승하며 본 실험을 수행하였다. 참여자 안전을 위해 모든 실험은 동행 연구자 1인이 버스 내에 함께 탑승하여 참여자의 상태를 지속적으로 모니터링 하였다.

본 실험은 실제 버스 환경에서 15분간 영상을 시청하는 과업으로 구성되었다. 참여자는 실험 조건에 따라 설정된 시각적 모션 큐가 적용된 스마트폰과 이어폰을 제공받았으며, 참여자는 지정된 좌석에서 15분간 고정된 자세(Figure 1b)로 영상을 시청하였다. 영상 시청 종료 후, 지정된 정류장에서 하차하기 전까지 간단한 휴식을 취하였으며, 이때 참여자에게 창밖을 응시하는 행위를 제외한 기타 행위를 제한하였다.

버스 하차 후, 참여자는 사후 MSAQ 설문과 영상 집중도 테스트를 진행하였다. 사후 MSAQ 설문을 통해 실험 이후의 멀미 수준을 측정하였으며, 영상 집중도 테스트는 시청한 영상의 주요 내용을 바탕으로 구성된 10개의 객관식 문항으로 이루어졌다. 해당 테스트의 정답률을 기준으로 참여자의 집중 수준을 평가하였다.

2.5 Statistical analyses

본 연구에서는 시각적 모션 큐 조건과 성별에 따른 멀미 수준 및 집중도의 차이를 분석하기 위해 이원 배치 분산분석(Two-way ANOVA)을 실시하였다. 독립변수는 시각적 모션 큐 조건(모션 큐 없음, 모션 큐 흑백, 모션 큐 빨강)과 성별(남성, 여성)로 설정하였으며, 종속변수는 멀미 점수 변화량(ΔMSAQ)과 집중도 점수로 설정하였다. 이원 배치 분산분석을 통해 시각적 모션 큐 조건과 성별이 멀미 점수 변화량과 집중도 점수에 미치는 주효과(main effect) 및 두 독립변수 간의 교호작용 효과(interaction effect)를 분석하고자 하였다. 멀미 점수 변화량(ΔMSAQ)은 실험 전후 MSAQ 점수의 차이를 산출하여 분석에 사용하였으며, 집중도 점수는 영상 시청 후 실시한 이해도 평가에서의 정답 개수를 기반으로 산출하였다. 이원 배치 분산분석 수행 후, 유의미한 차이가 발견된 요인에 대하여 본페로니(Bonferroni) 교정을 적용한 사후검정을 실시하였다. 모든 통계 분석은 SPSS Statistics 29 (IBM, USA)를 사용하여 수행하였으며, 유의수준(α)은 0.05로 설정하였다.

3.1 ΔMSAQ

멀미 점수에 대한 이원배치 분산분석 결과, 시각적 모션 큐 조건과 성별 모두에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 시각적 모션 큐 조건의 주효과는 유의하였으며(F(2, 24) = 5.968, p = 0.008, ηp2 = 0.332), 성별의 주효과 또한 유의하였다(F(1, 24) = 4.972, p = 0.035, ηp2 = 0.170).

멀미에 대한 사후 분석 결과, VMC_OFF와 VMC_Grayscale 간(p = 0.041), VMC_OFF와 VMC_Red 간(p = 0.010)에서 유의한 차이가 확인되었다(Figure 4a). 반면, VMC_Grayscale과 VMC_Red 간에는 유의한 차이가 나타나지 않았다(p > 0.05). 즉, 본 연구의 통계 결과는 '모션 큐의 존재(유무) 효과'를 검증한 것이며, '색상 변화(흑백 vs. 빨강)에 따른 효과'는 통계적으로 유의하게 검증되지 않았다. 멀미 점수에 대한 성별 효과를 분석한 결과, 여성 참여자가 남성에 비해 유의미하게 높은 멀미 점수를 보였다(Figure 4b).

시각적 모션 큐 조건과 성별 간의 교호작용 효과는 유의하게 나타나지 않았다(p = 0.906, Figure 5). 이는 성별에 관계없이 모션 큐 조건이 멀미에 미치는 영향의 패턴이 동일함을 의미한다.

3.2 Concentration

집중도 점수에 대한 이원배치 분산분석 결과, 시각적 모션 큐 조건에 따른 집중도 점수의 차이는 통계적으로 유의미하지 않았으며(F(2, 24) = 0.722, p = 0.496, Figure 6a), 성별 효과 또한 유의하지 않았다(F(1, 24) = 0.907, p = 0.350, Figure 6b). 시각적 모션 큐 조건과 성별 간의 교호작용 효과도 나타나지 않았다(F(2, 24) = 0.352, p = 0.707, Figure 7).