눈추적기를 활용한 조종석 설계 평가: 비행 시뮬레이션 연구

초록

본 연구는 운송기 조종석 설계 평가에 눈추적(Eye‑Tracking) 기술을 적용한 사례를 제시한다. CSIR 국립항공연구소의 전동형 시뮬레이터에서 31회의 비행 시뮬레이션을 수행했으며, 3명의 조종사와 엔지니어가 참여하였다. 이착륙·순항·고도 저하·시야 제한·실속·장시간 비행 등 다양한 작업 부하와 피로 상황을 재현하고, 시선 데이터와 비행 경로 편차를 동시에 기록하였다. 시선 스캔 패턴, 고정 지속시간, 동공 직경 등 눈동자 지표와 비행 성능 지표 간의 통계적 상관관계를 분석한 결과, 눈동자 지표가 조종사의 작업 부하와 피로 상태를 실시간으로 추정할 수 있음을 확인하였다. 또한 설계자와 평가자를 위한 시각화 콘솔을 구현해, 시선 분포와 주의 자원 할당을 직관적으로 파악할 수 있도록 하였다.

상세 분석

이 논문은 눈추적 기술을 항공기 조종석 설계 평가에 체계적으로 도입한 최초 사례 중 하나로, 실험 설계와 데이터 해석에 있어 여러 혁신적인 접근을 시도하였다. 첫째, 시뮬레이터 환경에서 고부하 상황(시야 제한, 실속 회복, 장시간 비행)을 인위적으로 재현함으로써 실제 운용 환경과 유사한 작업 부하를 조성하였다. 이는 눈동자 움직임이 작업 부하에 민감하게 반응한다는 기존 연구 결과를 검증할 수 있는 기반을 제공한다. 둘째, 눈동자 고정(Fixation) 지속시간, 사시점(Saccade) 빈도, 동공 직경(Pupil Diameter) 등 다중 눈동자 지표를 동시에 수집하고, 이를 비행 경로 편차, 고도 유지 오차, 속도 유지 오차와 같은 비행 성능 지표와 다변량 회귀 분석을 통해 연계하였다. 결과적으로 고정 지속시간이 길어질수록 조종사의 주의 집중이 감소하고, 동공 직경이 확대될수록 피로와 스트레스 수준이 상승한다는 정량적 관계를 도출하였다. 셋째, 피로 상태를 재현하기 위해 2시간 이상 연속 비행 시나리오를 적용했으며, 이때 동공 직경의 평균값이 유의하게 증가하고, 시선이 조종판 중앙보다 주변 계기판으로 이동하는 경향을 보였다. 이는 장시간 운용 시 조종사의 시각적 탐색 전략이 변함을 시사한다. 넷째, 연구팀은 실시간 시선 히트맵과 주의 자원 할당 그래프를 제공하는 평가자 콘솔을 개발하였다. 이 콘솔은 설계 단계에서 특정 계기판 배치가 조종사의 시선 흐름에 미치는 영향을 즉시 시각화함으로써, 설계 수정의 근거를 정량적으로 제공한다. 마지막으로, 통계적 유의성을 확보하기 위해 비행 데이터와 눈동자 데이터 모두에 대해 부트스트랩 재표본추출과 교차 검증을 수행했으며, 결과의 재현성을 높였다. 전반적으로 이 연구는 눈추적 데이터를 비행 성능과 직접 연결함으로써, 조종석 인간공학 설계에 새로운 정량적 평가 도구를 제공한다는 점에서 학술적·실무적 의의가 크다.