인간의 감성생리 및 인지차원 분석 기반 업무 효율성 향상을 위한 실내공간 디자인 의사결정 프레임워크 제안

Abstract

With the prevalence of remote work after COVID, various environments are being created and designed to improve users' work efficiency and positive emotions in indoor spaces. However, there has been no research on whether the efficiency of spaces that individuals have directly decided on is higher than that of spaces that affect human emotions and physiology in specific ways. It is necessary to directly compare the efficiency of decision-made spaces with perceptually preferred and non-preferred spaces. This is because it is possible to create spaces where preference and actual efficiency are high together. However, there are limitations in measuring and analyzing the effects of modified designs on perception in real-time. The limitation of such technology can be overcome by understanding the human state in a changing space and identifying the cognitive criteria for making indoor space decisions. Detailed technologies for this include: 1) measuring the psycho-physiological states that humans inherently possess and understanding how indoor space affects them, 2) determining how to efficiently perform tasks in the actual or virtual space, and 3) creating guidelines for presenting spaces by analyzing the traits and acquired experiences of humans in decision-making, while changing indoor environmental factors in real-time. Ultimately, a framework that comprehensively deals with these three aspects is essential for analyzing and understanding the human state in indoor spaces. In analyzing the psycho-physiological and perception dimensions of humans, it is necessary to understand how research has been conducted. In this study, a systematic literature review was performed to identify trends in technology that enable diversity in space design and decision-making by changing indoor environmental factors in real-time, as well as methods for analyzing indoor space composition factors, physiological indicators such as EEG, HRV, and ECG, and quantitatively and qualitatively analyzing human emotions. The perception dimensions of humans were analyzed in detail by using various psychological tools to identify innate characteristics and experiences related to emotion, culture, environment, and other factors. In terms of measuring work performance, due to the limitations of the ambiguity of judgment criteria in measuring the efficiency of actual work, the study examined analyzing accuracy, time, and other factors through cognitive tests. Finally, a comprehensive framework covering the three perspectives mentioned above was developed. Afterwards, based on framework the experiment procedure was defined. As this research was aimed at understanding human perception dimensions and psycho-physiological states, the Institutional Review Board was approved to conduct experiment with 30 participants. Four indoor environments was conducted based on a mixed reality environment, which was built on the basis of a preliminary survey of basic environments, preferred spaces, non-preferred spaces, and personal decision-making spaces. Then, psycho-physiological indicators, such as brainwaves and heart rate variability, as well as emotional data, while participants performed four tasks (spatial memory, executive function, concentration, and working memory) in each space were obtained. As a result, it was found that people can concentrate and achieve high performance in the short term due to the sympathetic nervous system that develops stress from visual stimuli while performing tasks in non-preferred spaces. However, long-term stress caused by visual stimuli can actually reduce work efficiency (Yerkes-Dodson law). Therefore, while individuals may experience stress as soon as they enter a self-decided space, their autonomous nervous system begins to function as they adapt to the space over time (Fight-or-Flight response theory), leading to improved work efficiency in the long term. However, emotions that individuals feel as important in self-decided spaces can actually reduce work efficiency in a common manner. Therefore, it is necessary to present environments depending on the purpose and state of work, and constructing non-preferred spaces may be advantageous for achieving work performance quickly. The association between human temperament and experience and the interior decision-making spaces of individuals has been found. The RIASEC test and experience framework were developed, and as a result of logistic analysis and text mining, it was shown that despite the fact that humans were temperamentally consistent, there was a substantial disparity in preferred spatial composition. For instance, if a conventional person prefers beige wall colors and carpet flooring, an enterprise type individual dislikes beige wall colors and marble floors. Experience indicates, however, that white noise, wood or exposed concrete, and a peaceful mind, and if the environmental interior is in harmony with the innate temperament, the user-centered interior space can be designed to increase the productivity of the work and the space can be organized in advance to accommodate these circumstances. The indoor area is inseparable from humans, but there was a restriction that similar and uniform environments be provided continuously. Yet, based on the findings of this study, psycho-physiological indicators according to the environment and a framework for evaluating humans at a perceptual level would help individuals arrange their indoor spaces more actively. In addition, the findings of this study will not only be used to develop a more human-centered active space academically, but also as a guideline for the building industry to improve user convenience and work efficiency. |코로나 이후 재택근무 상황이 보편화되면서 실내 공간에서 사용자의 업무 효율성 향상 및 긍정적 정서를 이끌기 위해서 다양한 환경이 조성되고 디자인이 제안되고 있다. 그러나 개인이 구성에 대해 직접 의사결정한 공간에서 효율성이 높은지 여부와, 특정 공간에서 인간의 감정 및 생리학적 상태가 어떻게 변하는가 파악한 경우가 없었다. 실질적으로 의사결정한 공간이 인식적으로 선호, 비선호하는 공간에 비해 효율적인지에 대한 여부를 직접 비교할 필요가 있다. 이를 통해 선호도와 실제 효율성이 함께 높아지는 공간을 만들 수 있기 때문이다. 그러나 실시간으로 공간의 디자인을 수정하면서, 수정결과가 인식에 어떤 영향을 주는지 측정하고 분석할 수 있는 기술은 한계가 있었다. 이런 기술의 한계는 인간이 변화되는 공간에서 어떤 상태인지를 파악하여야 하며, 어떤 인지적 차원의 기준으로 실내공간 의사결정을 진행하는지 파악할 수 있어야 극복될 수 있다. 이를 위한 세부적 기술로는 1) 인간 자체가 가지고 있는 감성생리적 상태를 어떻게 측정하고 공간이 영향을 끼치는지 파악하는 것, 2) 실제 또는 가상에서 어떻게 효율적으로 업무를 수행하는지, 그리고 3) 실시간으로 실내환경요소를 변화시키고, 의사결정함에 있어서 인간이 가지고 있는 선천적 기질과 후천적 경험을 분석하여 공간을 제시하는 가이드라인이 필요하다. 결과적으로 위 3가지 측면을 종합적으로 다루어 실내공간에서의 인간 상태에 대해 분석하고 파악할 수 있는 프레임워크가 필수적으로 개발되어야 한다. 인간의 감성생리와 인지적 차원을 분석함에 있어 이는 인간에 대한 이해 및 어떤 형태로 연구를 진행하였는지 파악하고 관련 논문을 분석하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 체계적 이론고찰(systematic literature review)를 수행하여 실시간으로 실내환경 요소를 변화시키어 공간디자인의 다양성 및 의사결정을 진행하도록 하는 기술의 동향 분석, 그리고 실내공간구성요인, 감성생리지표인 뇌파(electroencephalography, EEG), 심장박동변이(Heart Rate Variability, HRV), 심전도(electrocardiogram, ECG)와 같은 생체지표와 인간의 감정을 정량적, 정성적 분석하는 방법을 파악하였다. 인간의 인지차원은 인간의 선천적 기질을 파악하는 다양한 심리학적인 도구들과 후천적인 경험을 감정, 문화, 환경 등으로 세부적으로 분석하였다. 그리고 업무 효율성 측정은 실제 작업의 효율성을 측정함에 있어 판단 기준의 모호성의 한계가 있기에 임의의 인식시험을 통해 정확도, 시간 등을 분석하는 것을 고찰하였다. 그리고 종합적으로 위 3가지의 관점을 포괄하는 프레임워크를 구축하였다. 이 후, 이를 기반으로 실험을 계획하고 절차를 정의하였다. 해당 연구가 인간의 인지차원 그리고 생체적 상태를 파악하는만큼 기관생명위원회의 승인을 받아 30명을 대상으로 실험을 진행하였다. 사전 설문을 토대로 구축한 네 가지의 실내 환경인 기본환경, 선호공간, 비선호 공간 그리고 개인의사결정 공간을 혼합현실 환경을 토대로 구축하였으며, 각 공간에서 네 가지의 업무(공간 기억, 실행력, 집중력, 작업기억)를 진행하는 동안 참여자들에게서 뇌파와 심장박동 변이로 구성된 감성생리지표 그리고 감정 데이터를 획득하여 분석하였다. 그 결과, 사람들은 비선호하는 공간에서 업무를 하는 동안 시각적 자극으로 얻게 된 스트레스로 발달하는 교감신경으로 인해 단기적으로는 집중하고 실행력을 갖추어 높은 성과를 얻으며, 감정적으로 통제받고, 자율성이 낮아질수록 효과성이 높음을 파악하였다. 하지만 시각적 자극으로 인해 발생하는 스트레스는 장기적으로는 오히려 업무 효율성을 낮추는 것을 파악하였다 (Yerkes-Dodson law). 따라서 개인이 의사결정한 공간에서는 인간이 업무를 하면서 오히려 스트레스를 초기 공간에 들어가자마자 겪지만 시간이 지남에 따라 공간에 적응하면서 자율 신경계가 작용함에 따라서 (Fight-or-Flight response theory), 장기적으로는 업무 효율성이 높아진다. 그러나 공통적으로 개인이 의사결정한 공간에서 발생하는 중요하게 느끼는 감정(important)은 오히려 업무 효율성을 낮추는 것으로 나타났다. 따라서 업무의 목적, 상태 등에 따라 환경을 제시할 수 있어야하며, 오히려 업무적인 성과를 빠르게 보기 위해서는 비선호하는 공간을 방에 구성하는 것이 유리할 수 있음을 파악하였다. 인간의 기질과 경험 정보와 사람들의 의사결정한 실내 공간에 대한 관계성을 파악하였다. 이를 위해 Holland의 RIASEC (Realistic, Investigative, Artistic, Social, Enterprising, Conventional) 기질 검사와 경험을 분석할 수 있는 도구를 개발하여 연구를 진행하였다. 확보한 데이터를 기반으로 로지스틱분석 및 텍스트마이닝을 진행한 결과, 인간이 기질적으로는 일관성이 있더라도, 선호하는 공간구성의 차이가 큰 것으로 나타났다. 예를 들어, 관습적인 사람이 베이지 벽색을 선호하고 바닥의 재질이 카펫을 선호하더라도, 기업형의 사람은 베이지색의 벽색을 비선호하고 대리석 바닥을 선호한다. 그럼에도 불구하고, 경험적으로 보았을 때, 백색소음과 목재 혹은 노출 콘크리트 그리고 평안한 마음, 혼자 있는 경우의 상황에서 집중이 잘 된다고 판단하는 만큼, 선천적인 기질과 후천적인 환경적인 실내공간의 구성을 조화롭게 구축한다면, 사용자-중심의 공간을 구성할 수 있을 것이다. 또한 공간의 디자인에 따라 업무의 효율성 향상 뿐 아니라 개인의 성향을 인지하고 이들의 상황에 맞추어 공간을 사전에 구성할 수 있는 정보로 활용 될 것이다. 실내 공간은 인간과 떨어져 생각할 수 없으나, 유사하고 천편일률적인 공간이 지속적으로 제공되었다는 한계를 띄고 있었다. 그러나 본 연구 결과를 토대로 개발된 공간에 따른 감성생체정보와 인지적 차원으로 인간을 분석하는 프레임워크를 통해 사람들이 자신들의 실내 공간을 더 적극적으로 구성하는데 도움이 될 것이다. 또한 본 연구 결과는 학술적으로는 더욱 인간 중심의 능동적 공간을 구축할 수 있도록 도와줄 뿐 아니라, 건설 산업계에서도 적용할 수 있는 가이드라인으로 활용하여 사용자의 편리성과 사업적 효율성을 높일 수 있을 것이다.