영화관에서 처음 3D 영화를 볼 때, 혹시 화면 속 모습을 만질 수 있지 않을까 생각 해보신 분들도 계실 텐데요. 이제는 스크린을 통해 3D 영상을 즐기는 것을 넘어 VR을 통해 3D 영상을 직접 체험할 수 있을 정도로 3D 영상 기술이 발전하고 있습니다. 영상을 더욱 생생하게 느끼게 하는 3D 영상, 그 원리는 무엇일까요? 오늘은 3D 영상의 원리와 앞으로 기대되는 진짜 같은 가짜, 가상현실 영상 기술에 대해 알아보겠습니다!

 

단안과 양안의 입체 표현 차이

 

(1) 단안 요인을 통한 입체 표현

3D 영상을 이해하기 전에 먼저 입체감을 표현하는 방식에 대해 알아보겠습니다. 입체감을 인지하는 방식에는 크게 단안(單眼) 요인과 양안(兩眼) 요인이 있습니다. 단안 요인이란, 한 쪽 눈으로만 바라봤을 때 그 입체감을 느낄 수 있는 요소들을 일컫습니다. 먼저 단안 요인을 통해서 입체감을 표현하는 방법은 주로 명암, 중첩, 원근법 등 경험에 따른 인식을 활용한 입체감 표현 방법입니다.

 

명암 차이로 입체감을 표현하는 단안 요인

▲ 명암 차이로 입체감을 표현하는 단안 요인

단안 요인의 가장 대표적인 예는 명암을 통해 사물의 깊이나 거리감을 느끼는 것입니다. 위의 이미지와 같이 상자를 볼 때 밝은 부분이 더 돌출되어 있다고 느끼고, 밝은 색이 어두운 색보다 더 멀리 있다고 느끼는 것입니다. 또한, 이미지가 중첩될 경우에도 그 뒷면에 이미지가 존재한다고 생각하거나 앞에 나와 있는 이미지가 더욱 가깝다고 느끼는 원근감 효과가 있습니다.

이처럼 같은 사물이라도 질감이나 위치에 따라 원근감을 느낄 수 있습니다. 이는 기존에 개인이 갖고 있던 경험을 기반으로 생기는 인식인데요. 이러한 인식을 역으로 활용해서 명암을 통해 사물의 입체감을 표현하는 것이죠.

 

(2) 양안 요인을 통한 입체 표현

 

각각 다른 두 눈의 이미지를 하나로 합성해서 입체감을 표현하는 3D

▲ 각각 다른 두 눈의 이미지를 하나로 합성해서 입체감을 표현하는 3D

양안 요인은 두 눈으로 바라봤을 때, 왼쪽과 오른쪽 눈이 느끼는 두 이미지를 통해서 입체감을 느끼는 경우를 말합니다. 우리의 두뇌는 각 눈에 맺힌 두 이미지를 머릿속에서 합성해 사물을 인지합니다. 사람의 눈은 대개 약 6.5cm 떨어져 있는데 양 눈이 떨어져 있는 차이에 의해 각 눈에 맺힌 다른 이미지를 인지할 경우 ‘입체감’이 있는 듯 느낄 수 있습니다. 이렇게 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 맺히는 상의 차이를 ‘양안 시차(兩眼 視差)’라고 말합니다.

이러한 양안 시차는 3D 영상을 구축하기 위한 기본 원리입니다. 이를 활용한 기술을 ‘스테레오스코픽 3D(Stereoscopic 3D)’라고 이야기하는데요. 스테레오스코픽 3D는 두 개를 뜻하는 스테레오(Stereo)와 본다는 뜻의 스코프(scope)가 합쳐진 말로, 양안 시차를 활용해서 시청자가 두 눈의 각도 차이를 통해 3D 이미지를 느낄 수 있도록 하는 입체 영상 구현 기술입니다.

 

3D를 넘어서 가상현실까지!

 

두 개의 상을 입체로 표현하는 뷰마스터 (출처: 위키피디아)

▲ 두 개의 상을 입체로 표현하는 뷰마스터 (출처: 위키피디아)

최초의 스테레오스코픽 기술이 활용된 것은 1939년에 출시된 ‘뷰마스터(View-Master)’인데요. 뷰마스터는 안경처럼 착용해 양 눈에 조금씩 다른 사진을 비추는 기술이 적용된 기기입니다. 당시는 단순 입체 사진을 보여주는 수준이었지만, 스테레오스코픽 기술의 기본이 되는 원리를 구사하는 기기였습니다.

 

이란 페르세폴리스의 석조기둥 애너글리프 (출처: 위키피디아)

▲ 이란 페르세폴리스의 석조기둥 애너글리프 (출처: 위키피디아)

3D 영상을 전용 안경 없이 볼 때 위와 같은 이미지를 보신 분들 많으실 텐데요. 이는 양안 시차와 색상 차이를 통해 입체 효과를 주는 ‘애너글리프(Anaglyph)’라고 합니다. 애너글리프는 스테레오스코픽의 3D 구현 방법 중 하나로, 양안이 바라보는 두 이미지를 보색 관계의 적색과 청색으로 좌우 이미지를 분리하고, 이를 적색과 청색의 색안경을 통해 봄으로써 하나의 입체 이미지를 보게 합니다. 3D를 감상하는 가장 기본적인 원리가 현재까지 이어온 것이지요.

 

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두 개의 패널과 많은 픽셀 수가 특징인 LG전자의 VR HMD (출처: LG전자 블로그)

▲ 두 개의 패널과 많은 픽셀 수가 특징인 LG전자의 VR HMD (출처: LG전자 블로그)

현재 스테레오스코픽 3D는 영화, 게임, 군사, 교육 등 많은 분야에서 3D 기술을 표현하기 위해 사용되고 있습니다. 특히 VR 산업에서 두각을 보이고 있는 입체 영상 구현 기술로 HMD(Head Mounted Display, 헤드 마운티드 디스플레이)와 같이 개인이 착용한 기기를 통해 3D를 가상현실처럼 느낄 수 있도록 해줍니다.

LG전자는 2017년 2월 27일부터 3월 3일까지 미국 샌프란시스코의 모스콘 센터에서 열린 ‘GDC 2017(Game Developer Conference 2017)’에서 VR HMD 프로토타입을 선보였습니다. 다른 VR기기들이 1개의 패널로 영상을 구현하는 것과 달리 LG전자의 VR HMD는 생생하고 현장감 넘치는 영상을 체험할 수 있도록 LG디스플레이의 3.64인치 사이즈에 1,440 X 1,280해상도를 갖춘 OLED 패널 2개를 사용했습니다.

 

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단순한 3D 영상 감상을 넘어 마치 현실처럼 즐기는 VR 시장은 앞으로도 밝은 전망이 기대됩니다. 한 예로, 과학기술정보통신부는 작년부터 5년간 VR 산업 강화를 위해 4,050억을 지원한다고 밝혔습니다. 2016년 국내 VR 시장 규모 약 890억 원 중 250억 원가량이 HMD 산업 분야였다는 것을 고려한다면, 하드웨어 부문에서도 지속적인 지원과 개발을 통해 큰 성장을 기대할 수 있을 것입니다. 두 개의 이미지를 합쳐서 보던 3D 영화부터 VR까지. 점차 발전하는 가상현실의 세계는 또 어떤 모습을 보여줄 수 있을지 기대됩니다.