XR기술을 사용하기 위해 필요한 ‘PC기반 XR 솔루션’의 작동방식은 처음부터 직관적으로 와닿지는 않지만 생각보다 간단한 원리로 움직인다. PC기반 XR솔루션이 작동되기 위해 필요한 것은 1)사물을 3차원으로 볼 수 있게 해주는 3차원 디스플레이 시스템과 2)3차원 객체를 인식하고 추척할 수 있는 기술, 3)그리고 사용자가 원하는 방식으로 3차원 객체를 움직일 수 있는 모션 컨트롤러이다.
이중 가장 핵심이 되는 것은 그래픽 시스템과 트래킹 시스템을 통해 생성된 결과물을 시각화하는 디스플레이 시스템이다. 인간의 눈으로 3차원을 인식하게 하려면 어떤 원리가 필요할까? 3차원 입체이미지 구현방법은 크게 인간의 양안시차를 이용한 스테레오스코픽(streroscopic) 3D 방식과 홀로그래피를 포함한 3D 디스플레이 방식이 있다. 아래는 이승현 (2010) 연구에서 설명한 휴먼팩터와 디스플레이의 분류체계이다. 이번 포스트에서는 우선 양안 시차 방식을 중심으로 설명하고자 한다.
양안 시차 방식(streroscopic 3D)에서는 간단히 설명하면 이는 인간의 두 눈이 입체를 인식하는 원리를 이용해서 3차원을 제공한다. 즉, 오른쪽 눈과 왼쪽 눈에 각각 다른 시점에서 찍은 영상을 제공해서 입체를 느낄 수 있도록 하는 것이다. 스테레오스코픽 방식은 크게 안경방식과 무안경방식으로 나눌 수 있다.
안경방식
– 편광방식: 편광필터를 부착한 디스플레이 장치와 편광안경을 사용하며, 좌측 영상과 우측 영상을 편광 필터를 통해 각각 왼쪽과 오른쪽 눈으로 보내는 방식
- 적청안경 방식 (애너그리프 방식): 두 대의 카메라로 영상을 찍을 때, 한쪽은 적색 필터를 통하게 하고, 다른 한쪽은 청색 필터를 통하게 해서 영상을 획득한 다음에 섞어서 제공하며, 사용자는 왼쪽과 오른쪽에 각각 적색과 청색 필터를 적용한 안경을 쓰고 보는 방식
-
농도차 방식: 투과율이 다른 안경을 사용하고 또한 수평 시차를 가진 영상을 활용하는 방식
-
셔터글라스 방식: 디스플레이에서 오른쪽과 왼쪽에 해당하는 영상을 번갈아 가면서 내보내고, 이와 동기를 맞춘 안경은 각각에 해당하는 영상만을 오른쪽/왼쪽 눈에 비춤으로 해서 양안시차가 있는 영상을 제공하는 방식
-
안경방식에는 여러가지가 있으나 주로 편광방식과 셔터글라스 방식이 비교된다. 편광방식 (Film Patterned Retarder, FPR)은 좌우 카메라로 찍은 영상을 좌우 프로젝터에 입력하고 프로젝터 앞에 서로다른 필터를 부탁해 이를 투사한 영상을 스크린에 투사는 것이다. 필터와 동일한 편광 방식의 편광 안경으로 보게 되면 왼쪽 눈에는 왼쪽 영상만, 오른쪽 눈에는 오른쪽 영상만 입력되어 입체감을 느끼게 하는 방식이다. 셔터글라스 방식에 비해 패널의 해상도가 낮지만, 가볍고 무충전식이며 저렴하다는 장점이 있다.
셔터글래스 방식은 사실 안경이라기보다는 전자장치에 가깝다. 전자식으로 제어되는 셔터, TV 와 타이밍 싱크를 위한 통신 모듈과 제어 모듈, 그리고 배터리가 모두 안경 내에 들어 가야 하기 때문이다. 편광방식에 비해 무겁기는 하나 패널의 해상도 100% 구현 가능하며 질감표현이나 입체감이 뛰어나다는 장점이 있다. 전자식으로 제어되다보니 좌우영상이 겹쳐보이거나(crosstalk) 깜박임이 생기는(fliker) 경우가 있는데, 크로스토크와 플릭커를 줄이는 방식을 연구중이다.
무안경방식
– 무안경방식은 하나의 디스플레이로부터 안경 같은 장치의 도움 없이 왼쪽과 오른쪽 영상을 추출하고 해당 눈으로 보이도록 하는 것.
– 패럴랙스배리어 (parallax barrier) 방식: 투과부와 차단부가 교대로 만들어진 배리어를 사용하며, 이 배리어를 통해 양쪽 눈으로 가는 다른 영상을 제공하는 방식.
– 렌티큘라 (Lenticular) 방식: 좌/우 영상을 특수한 렌즈를 통해서 만들어내어 눈으로 보내는 방식. 렌즈의 정밀한 설계를 요구하고 다시점을 제공하기 용이하다.
앞서 설명한 양안 시차 방식은, 인간 눈의 착시현상을 이용한 직관적읜 방법이지만 3차원 입체 영상을 사실적으로 표현하는데 한계가 있고, 사용자가 어지러움증 등의 부작용을 경험할 수 있다는 단점이 있다. 이는 눈의 초점 거리와 가상 3차원 입체 영상이 맺혀지는 거리가 다르기 때문에 생기는 현상이기 때문에 근원적인 해결이 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위해 volumetric display (e.g., 회전스크린)’이 개발되고 있다. 다음 포스트에서는 3차원 입체 이미지 구현방법 중, volumetric display의 대표적인 예인 홀로그램방식을 중심으로 설명하겠다.
[출처]
<p style=”font-size: 15px; font-style: normal; font-weight: 400;”>Go, G. H. (2013). 3D 가시화 기술과 활용. CDE review, 19(1), 6-10.
Hwang, Y. S. (2011). 차세대 무안경식 디스플레이 기술 현황. Information Display, 12(3), 67-75.
Yun, H. N., Kim, G. S., & Moon, N. (2019). Multi-Marker Augmented Reality System using Marker-Based Tracking with Vuforia. Journal of the Korea Society of Computer and Information, 24(2), 119-126.
Park, H. H., & Park, J. I. (2016). 증강현실 요소기술과 동향-비전기반 추적 기술을 중심으로. Korea Multimedia Society, 20(4), 24-36.
이승현. (2010). 3D 디스플레이 기술 및 시장 동향. Semiconductor Insights, 35, 6-10.
https://www.logitech.com/en-roeu/promo/vr-ink.html#applyhere
https://www.roadtovr.com/wacom-unveils-vr-pen-built-next-creative-future/
