음성 장애 환자 재활을 위한 게임 기반 보조 도구

초록

본 논문은 음성 장애(디소닉) 환자의 재활을 지원하기 위해 설계·개발된 게임 기반 보조 도구를 소개한다. 우주 비행 게임을 논리적 핵심으로 삼고, 마이크 배열을 이용해 주변 소음을 차단하며, 치료사가 실시간으로 환자를 지도하고 음성 데이터를 기록·분석할 수 있도록 설계되었다. 설계 요소는 직관성, 재미, 동기 부여를 중심으로 하며, 디자인 사이언스 접근법을 통해 초기 프로토타입을 구현하였다.

상세 요약

이 연구는 디소닉 환자의 재활 훈련에 게임 메커니즘을 적용함으로써 치료 효과와 환자 참여도를 동시에 높이고자 한다. 핵심 기술은 두 가지로 구분된다. 첫째, 게임 로직은 ‘우주 비행’이라는 테마를 채택해 시각적·청각적 자극을 제공한다. 환자는 마이크에 입력되는 자신의 음성 높이와 강도를 이용해 가상의 우주선을 조종한다. 이때 목표 음성 파라미터(예: 피치, 볼륨)를 달성하면 우주선이 전진하거나 장애물을 회피하는 등 즉각적인 피드백이 제공된다. 이러한 실시간 피드백은 전통적인 음성 치료에서 흔히 결여되는 즉각적인 보상을 제공함으로써 학습 동기를 강화한다.

둘째, 입력 장치로 마이크 배열을 사용한다는 점이다. 다중 마이크를 특정 방향으로 배치하고 빔포밍(beamforming) 기술을 적용해 환자의 목소리만을 집중적으로 수집한다. 이를 통해 치료실 내 외부 소음이나 치료사의 음성 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 수집된 원시 음성 데이터는 실시간으로 피치, 포먼트, 지속시간 등 음성 품질 지표로 변환되고, 치료 세션이 종료된 후에는 장기적인 진행 상황을 평가하기 위한 데이터베이스에 저장된다.

디자인 사이언스 방법론을 채택한 점도 주목할 만하다. 연구팀은 문제 정의→요구사항 도출→시스템 설계→프로토타입 구현→평가라는 순환적 과정을 통해 ‘직관성(Intuitive)’, ‘오락성(Entertainment)’, ‘동기 부여(Incentive)’라는 세 가지 핵심 설계 원칙을 도출하였다. 직관성은 사용자가 별도의 학습 없이도 마이크에 대고 소리를 내면 즉시 게임이 반응하도록 UI/UX를 단순화한 것이다. 오락성은 게임의 스토리와 레벨 디자인을 통해 반복적인 훈련을 재미있게 만들었으며, 동기 부여는 점수, 배지, 리더보드 등 게임화 요소를 도입해 환자가 스스로 목표를 설정하고 달성하도록 유도한다.

시스템 구현 측면에서는 Unity 엔진을 기반으로 게임 화면을 구현하고, C# 스크립트를 통해 마이크 입력을 실시간으로 분석한다. 음성 신호 처리에는 FFT 기반 피치 추정과 RMS 기반 볼륨 측정이 사용되었으며, 잡음 억제를 위해 고역통과 필터와 노이즈 게이트가 적용되었다. 치료사는 별도의 대시보드에서 환자의 현재 음성 파라미터, 목표 달성률, 과거 세션 기록 등을 시각적으로 확인할 수 있다.

한계점으로는 초기 프로토타입이므로 임상 시험이 제한적이며, 다양한 언어·문화적 배경을 가진 환자에게 적용 가능한지에 대한 검증이 부족하다는 점이다. 또한, 마이크 배열의 물리적 설치와 캘리브레이션이 치료 환경에 따라 달라질 수 있어 실용성에 제약이 있을 수 있다. 향후 연구에서는 다중 언어 지원, 클라우드 기반 데이터 분석, 그리고 AR/VR을 결합한 몰입형 치료 환경을 탐색할 계획이다.