360도 영상을 활용한 과학수업 - 전국과학교사협회

2019 대한민국과학교사큰모임 발표자료입니다. 다른 곳에 인용하실 때는 반드시 출처를 밝혀 주시기 바랍니다. 전남 목포 연산초 서화형

Ⅰ. 실감미디어

실감 미디어란 가상의 콘텐츠를 ‘실감’ 나도록 체험할 수 있게 만드는 기술을 말한다. 과학 기술이 발전하면서 미디어의 종류도 더욱 다양해졌다. 이와 같은 미디어의 발전은 곧 ‘보다 실감 나는 미디어’와 연결된다. 더욱 큰 화면, 더욱 깨끗한 화질, 더욱 풍성한 오디오. 이 모든 것들은 이용자들에게 더욱 현실감 있게 다가가기 위해 만들어진 것들이다. 이런 연장선상에서 등장한 실감 미디어의 대표 주자가 바로 3D, 4D 기술이다. 단순히 시각적으로 즐기는 것에서 그치지 않고 오감을 이용해 체험할 수 있게 하거나, 입체적으로 볼 수도 있다. 가상현실을 직접 체험하는 듯한 착각을 불러일으키는 VR, 몸에 직접 착용해서 사용하는 웨어러블 기기, 스크린 없이도 영상을 연출하는 홀로그램 등도 여기에 포함된다.

1. VR의 시작과 현재

가상현실(VR: Virtual Reality, 이하 VR)이라는 개념은 1938년 프랑스의 극작가인 앙토냉 아르토가 수필에 썼던 표현(Réalité virtuelle) 에서 비롯되었다. 당시 앙토냉 아르토는 영화 속 스크린에 비쳐지는 배우들이 실제 배우의 모습을 재현하고 있지만 관객이 마주하게 되는 것은 영사기로 구현된 빛과 이미지라는 사실에 주목했다. 앙토냉은 현실 공간에 물리적인 형태로 존재하지 않으면서도 대상자가 실제하는 현실로 받아들이는 현상을 깊게 고찰한 끝에 ‘가상으로 이뤄진 현실’ 이라는 개념을 구체화해낸 것이다. 그 이후 여러 연구가 시대를 거치며 이뤄진 끝에 1987년 옥스포드 사전에도 비슷한 뜻으로 ‘버추얼 리얼리티’라는 단어 표현이 등재되었다. 과학자였던 모튼 헬리그는 1955년 그의 다중감각을 구현하는 기술에 대한 논문에서 미래의 극장이라는 부제로 1990년대의 인류가 접하게 될 영화문화를 예견하였고, 1962년 센서라마라는 이름의 기계를 직접 개발하고 그 기계에서 감상이 가능한 단편영화까지 5개를 만들었다. 그 영화들은 스테레오 사운드와 시청자의 시각을 광활하게 둘러쌀 수 있는 이미지로 구성되었고 급기야 3D입체감을 느낄 수 있도록 화면까지 적절하게 분할되어 있었고, 접촉과 냄새까지 염두에 두고 구성되어 있었다. 오늘날 모튼 헬리그가 VR 의 아버지로 불리는 것이 당연할 정도로 센서라마는 VR 기술을 제대로 구체화시킨 최초의 기계였다. 1950년대에서 1960년대를 거치면서 컴퓨터의 존재 덕에 ‘VR’은 의미가 좁혀졌지만 구체적인 컴퓨터 과학 분야로 들어섰다. 오감을 재현하는 기술에 있어서 컴퓨터가 빠질 수 없게 되기도 했지만 1980년대에는 네트워크라는 요소가 접합되면서 더욱 VR은 컴퓨터로 재현된 환경과 애플리케이션의 분야가 되었다.

2. VR교육의 장점과 단점

미국의 교육학자 에드가 데일(Edgar Dale)의 ‘학습의 원추(Cone of Learning)’ 이론에 의하면, 사람들은 학습 방법에 따라 기억하는 정도가 다르다고 한다. 똑같은 내용을 학습할 때, 읽은 것의 10%, 들은 것의 20%, 본 것의 30%, 듣고 본 것의 50%, 말한 것의 70%, 말하고 실제로 행동한 것의 90%를 기억한다는 것이다. 학습의 원추 이론은, 수동적인 학습보다 능동적인 학습이 효율적이라는 것을 보여주는 연구이다. VR 기기, 증강현실 구현 등으로 가상현실 체험을 통해 입력되는 정보는 단순히 하나의 영상을 보는 것을 넘어, 자신이 볼 것을 직접 선택한다는 점에서 상당히 능동적인 정보 인지 활동, 즉 학습 활동이라고 볼 수 있다. VR 기술을 통한 교육은 전문 지식, 고등 교육의 영역에도 이미 널리 쓰이고 있다. 미국의 카네기 멜론 대학교에서는 새로운 도시 건설 프로젝트와 설계 등에 가상현실을 이용하고 있고, 톨레도 대학교의 경우 의학 전공 학생들이 가상현실을 이용해 해부학을 공부하고 있다. 알베르타 대학교 역시 의료와 재활 공부를 하는 학생들 사이에서 가상현실이 활용해, 환자들의 상황을 직관적으로 파악할 수 있게 하고, 싱가폴에 소재한 난양 폴리텍 대학교에서는 터빈에 대한 학습을 가상현실로 터빈에 대한 입체적인 학습을 돕고 있다.

Interactive Gym Wall – 4th grade kids(출처: YouTube)

위 사진은 퀘벡 시티의 초등학교 체육 수업 장면입니다. 가상현실 구현 기술 중 하나인 증강현실 기술을 활용하여, 움직이는 네모를 공으로 맞추며 아이들이 즐겁게 노는 장면이 인상적이다. 아이들의 흥미를 유발하는 새로운 게임 형태를 제시했다는 점에서 호평받고 있다. 가상현실 구현 기술은 체육 활동 뿐만 아니라 수학, 과학, 영어를 학습하는데도 효과적입니다. 이것은 VR의 몰입감 때문이다. VR, AR 회사 이온 리얼리티(Eon Reality)의 최고기술경영자(CTO), 닐스 엔더슨(Nils Anderson)은 “전통적인 교육보다 시뮬레이터 기반의 교육이 2.7배 이상 효과적이었다. 학생들에게 3D 인터랙티브 교육을 실시한 결과 집중력이 기존보다 100% 향상됐고, 이는 곧 성적 상승으로 이어졌다”고 말한 바 있다. 한편, VR교육을 비판하는 사람도 적지 않다. 교육계에서는 교사들의 개성이 묵살되고, 교육 과정을 획일화할 수 있다는 우려와 함께, 교육의 중요한 목적인 인간관계 형성이 제한적으로 이루어진다는 점을 지적하고 있다. 한 보고서에서는 가상현실에 몰입한 학생들이 언어 구사는 물론 보디랭귀지, 표정 관리 등 비언어적 표현에 심한 결함이 발견된 사례를 제시하기도 했다. 하지만, 이에 반하는 사례도 보고되고 있다. VR이 갖는 몰입감이 적극적인 참여와 흥미 유도를 한 결과, 학습자의 느낌과 생각을 표현하는 데 오히려 도움을 준 것이다. 위에서 봤던 증강현실 체육 수업이 게임 형식으로 진행되어, 단체 활동과 사회성을 키우는 데도 기여하고 있다는 점을 고려하면, 이러한 단점과 한계는 VR을 활용한 교육의 발전, 개발 방향을 제시해 주고, 기술의 발전을 통해 상당 부분 해결할 수 있을 것으로 보인다. 최근 VR기기가 대폭 상용화됨에 따라, VR 교육은 교육 현장을 떠나, 테러 상황 시 방호 훈련, 운전자 교육, 안전 교육 등 다양한 분야로 그 영역을 넓히고 있다.

Ⅱ. VR수업 적용의 예

1. 수학

가. 수업시간에서 배우는 다양한 기하학적인 모양 등을 VR을 통하여 직접 적용 탐구할 수 있다. 예를 들면 건물이나 교량 등이 어떻게 형상되었고 구성되었는지 확인할 수 있다. 나. 건출의 대칭과 비율을 조사하고 적용할 수 있다.

2. 언어(국어, 영어)

가. 글이나 대본을 읽기만 하는 것이 아니라 실제 그 시간, 장소를 VR을 통하여 볼 수 있음으로 인하여 당시의 상황이나 분위기, 현재의 모습을 이해하는데 도움을 준다. 나. 시 또는 소설에서 나오는 장소나 분위기 등으로 학생들을 몰입시킬 수 있다. 다. 교과서에 나오는 상황 등을 VR을 통하여 검증 또는 확인할 수 있다.

3. 사회(역사)

가. 교과서에 나오는 다양한 지역을 간접 방문, 위치, 환경, 날씨등을 간접 경험할 수 있다. 나. 경험할 수 없는 다른 문화에 대한 학생들에게 경험을 제공할 수 있다. 다. 역사적 간접 경험을 체험할 수 있다.

4. 과학

가. 다른 형태의 에너지가 어떻게 변하는지 체험할 수 있다. 나. 지구의 생태계를 탐험할 수 있다. 다. 지형 및 세계의 다른 부분과 기후 등을 비교할 수 있다. 가상현실은 현재 막 시작한 분야이며 특히 적용한 교육적 분야에서 좋은 학습도구로 적용할 수 있을 것 이다.

Ⅲ. 360도 영상의 이해

360도 동영상은 말 그대로 360도 각도로 동시에 촬영해 주위의 모든 것을 담은 영상을 의미한다. 이렇게 촬영된 영상은 일반 PC에서는 마우스로 위치를 조정해가며 감상할 수 있고, 모바일에서는 휴대폰을 움직여가며 볼 수 있다. 360도 동영상을 VR 헤드셋을 통해서 보면 마치 그 장소에 가 있는 것 같은 현장감을 느낄 수 있다. 현재 360도 동영상 콘텐츠 지원에 가장 적극적인 것은 유튜브를 소유한 구글이다. 구글은 카드보드 VR이라는 저렴한 VR헤드셋 무료로 배포하였고, 유튜브뿐만 아니라 구글 스트리트 뷰 등 VR이 콘텐츠 경험의 수준을 높여줄 수 있는 서비스에 적극적으로 이 영상을 도입하고 있다. 최근에는 코첼라 페스티벌의 일부 공연을 360도 동영상으로 라이브 스트리밍 하겠다고 밝혔는데, 이미 녹화된 장면의 현장감을 느끼는 것이 아니라, 지금 이 순간 먼 곳에 있는 축제 현장에 직접 가 있는 듯한 느낌을 받을 수 있으리라는 점에서 의미가 있다. 오큘러스 리프트를 소유한 페이스북 역시 360도 동영상 업로드를 지원하며, 영화사 등 여러 파트너와 협력해 360도 동영상을 공유하고 있다. 그렇다면, 이런 360도 동영상은 어떻게 촬영될까요? 당연히 주변을 다 촬영할 수 있는 전용 360도 카메라가 필요합니다. 몇 년 전만 해도 이런 360도 카메라는 굉장히 복잡한 구성에 가격도 비쌌는데, 최근에는 대중적인 제품들이 많이 나오고 있다. 가깝게는 삼성과 LG가 기어360과 360VR이라는 360도 카메라를 각각 공개했고, 샤오미 등 여러 하드웨어 업체들이 360도 카메라를 판매하고 있습니다. 360도 동영상과 전용 헤드셋으로 즐기는 이러한 경험을 완전한 가상현실이라고 하기는 어려울 수 있다. 가상현실은 말그대로 100% 컴퓨터로 만들어진 것만 보이는 가상의 세계를 의미하기 때문이다. 실감나는 동영상이라고 하는 것이 더 정확한 표현일 것이다. 그럼에도 불구하고 아직 구현되지 않은 진정한 가상현실에 한발 나아가는 기술이라고 할 수 있겠다.