3D 디스플레이 기술 동향
3D 디스플레이 기술 동향
스테레오스코픽 방식
이 시스템은 양안시차만을 이용하여 깊이감을 표현하는 가장 오래된 입체 디스플레이고 안경과 같은 이차적인 장치를 직접 착용하는 형태의 디스플레이다. [그림 2]에서 보여주듯 좌우의 눈에 각각 다른 신호를 보내 착시 현상을 발생시킴으로써 3D 이미지를 구현하는데, 기술적으로 비교적 간단하고 타 방식에 비해 매우 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 3D 효과를 체험하기 위해서 입체안경과 같은 2차 보조기구를 직접 착용해야 하므로 불편하며 착용 장치에서 발생하는 전자파 같은 전자기적 신호가 대뇌를 자극하므로 어지러움 등을 유발하기 쉽다는 단점을 가지고 있다.
역사적으로 1838년 찰스 휘스톤 경(Sir Charles Wheatstone)에 의해 처음으로 제안되었으며 이 시스템은 [그림 3]에서 볼 수 있듯이 좌·우 눈 각각에 다른 화면을 보여줌으로써 영상의 깊이를 느낄 수 있게 한다. 이 기술은 단일 렌즈 스테레오 카메라, 전면 렌즈 광분할 시스템 등으로부터 현재의 안경식 편광방식과 시분할 안경방식에 이르기까지 발전되어 왔다.
안경식 편광방식의 원리는 직선 편광의 진동 방향이 다른 성질, 또는 원편광의 회전방향이 다른 성질을 각각 이용하여 좌·우안 상을 분리하는 방법이다. 즉 좌측 화상과 우측 화상이 각기 다른 편광을 가지고 있어 이런 화면을 편광판이 부착된 안경을 쓰고 보면 좌측화상과 우측화상이 분리돼 보이기 때문에 쉽게 입체감을 느낄 수 있는 것이다. 이 원리를 이용하여 [그림 4]와 같은 방식으로 좌·우안에 해당하는 화상을 동시에 표시하여 합성된 화상을 편광안경을 통하여 관찰하면 양화면의 분리가 가능하게 되어 실재감과 입체감을 느낄 수 있다.
시분할 안경방식의 원리는 좌·우 화상을 서로 순차적으로 전환시키면서 양안에 제시하고 이것과 동기화하여 좌 화상을 제시할 때는 좌안에만 화상이 제시되고 우 화상을 제시할 때는 우안에만 화상이 제시 되도록 셔터안경을 사용하여 입체감을 가지게 하는 방식이다. [그림 4]의 방식과 비슷하나 편광안경 대신에 셔터안경을 사용한 것이고, 또 동시에 화상을 주사하는 것이 아니라 좌·우 화상을 순차적으로 양안에 제시한 것이 차이점이라고 할 수 있다.
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그림 1. 스테레오스코프의 원리 |
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그림 2. 휘스톤 스테레오스코프 |
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그림 3. 안경식 편광 방식의 원리 |
오토-스테레오스코픽 방식
안경이나 헤드기어와 같은 도구를 사용하지 않고 모니터나 TV 등의 스크린 상에서 직접 3차원 입체화상을 제공해 주는 것이 오토-스테레오스코픽 방식이다. 이는 모니터나 TV에 내장되어 있는 센서를 이용하여 관측자의 위치를 파악한 후, 마이크로 렌즈 등을 조정하여 관측자의 좌·우 눈에 서로 다른 신호를 보냄으로써 3차원 입체화상을 구현하는 방식이다. 오토-스테레오스코픽 방식으로 특수 안경을 쓰지 않고 3차원 입체화상을 볼 수 있는 방법으로는 시차 방벽(parallax barrier)과 렌티쿨러(lenticular) 방식이 주로 이용되고 있고 많은 연구가 진행되고 있다.
시차 방벽 방식은 1903년 미국의 아이브(F. E. Ives)가 제안했다. 이 방법은 [그림 5]와 같이 시차 방벽이라 불리는 세로격자 모양이 개구부 뒤쪽에 적당한 간격을 두고 좌·우안에 해당하는 화상을 교대로 배치하여 특정한 시점에서 이 개구부를 통해 보았을 때 정확하게 분리해서 볼 수 있게 한다. 하지만 개구의 위치, 슬릿(slit)의 폭, 장벽(barrier)의 피치(pitch)에 따라 화상의 폭이 변하며 장벽에 의해 대부분의 빛이 차단되기 때문에 밝은 화면을 얻을 수 없다는 단점이 있다.
렌티쿨러 방식은 [그림 6]과 같이 시차 방벽 대신에 반원통의 투명한 플라스틱 원통형의 렌즈를 배열한 렌티쿨러 판을 사용한 것이다. 렌즈 한 개의 폭은 픽셀 폭에 의해 결정되는데, 좌·우 화상에 해당하는 두개의 픽셀이 들어가도록 만든다. 이 렌즈판의 초점면에 좌·우안에 대응하는 화상을 배치하고 이 렌즈판을 관찰하면 렌즈판의 지향특성에 따라서 좌안과 우안에 화상이 분리되어 입체감을 갖는 화상을 볼 수 있다. 이때 입체감을 느낄 수 있는 시청자의 위치와 범위, 그리고 입체감의 정도는 렌티쿨러 스크린의 곡률, 두께, 균일도 등의 특성에 따라 결정된다.
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그림 4. 시차 방벽 방식의 원리 |
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그림 5. 렌티 쿨러 방식의 원리 |
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그림 6. 반사형 홀로그래픽 방식 |
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(Nuvision) | (Vrex) | (Sanyo) | (Vrex) |
안경식 2D/3D겸용 Flat panel 기술 | |||
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(3d Experience) | (4D-Vistion | (DTI) | (SeeReal |
무안경식 2D/3D 겸용 Flat panel 기술 | |||
홀로그래픽 방식
홀로그래픽 방식은 앞의 두 방법과는 달리 광학적으로 물체의 3차원적인 파형을 공기 중에 투사함으로써 3차원 입체영상을 구현한 것이다. 앞의 두 가지 방식이 착시현상을 이용한 것이라면 이는 진정한 의미의 3차원 디스플레이라고 할 수 있다.
홀로그래픽은 광파의 간섭과 회절 현상을 교묘하게 이용한 파면의 기록 기술이며, 1948년에 영국의 데니스 가보(D.Gabor)에 의해 발명되었고 1962년에 미국의 에미트 리드(E. Leith)와 우페트닉스(J. Upatnieks)에 의해 레이저를 광원으로 한 실용적인 홀로그래피가 제안되어 오늘에 이르기까지 홀로그래픽을 3차원 화상 디스플레이에 응용하려는 노력이 계속되고 있다.
홀로그래픽 방식에는 반사형과 투과형 홀로그래픽 방식으로 나뉘고 이는 홀로그램의 재생 방식에 따라 결정된다. 반사형 홀로그래픽 방식은 그림 7에서 보여주고 있듯이 서로 다른 방향의 물체파와 기준파가 홀로그래피 감광판에 입사하도록 하고 이때 물체파로 생긴 간섭무늬가 홀로그래피 감광판을 통과하고 반대 방향의 기준파와 만나 3차원의 영상을 얻는다. 이때 감광판에 평행한 간섭무늬는 각각 파장을 선택하는 작용하여 칼라 홀로그램을 가능하게 한다.
투과형 홀로그래픽 방식은 물체파와 기준파를 같은 방향에서 홀로그램 감광판에 입사시키고 홀로그램 감광판 뒤에서 빛을 비추어 홀로그램을 투과하여 나온 상을 홀로그램 감광판 앞에서 3차원 입체 영상을 관찰할 수 있게 한다.
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(CYVIZ) | (Vrex) | (FakeSpace) | (NHK) |
홀로그래픽 (체적형) 3D디스플레이 기술 | |||
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(Elumens) | (Cambridge) | (Actuality Systems) | (D3D) |
프로젝션형 3D 디스플레이기술 | |||
인간이현실에서느끼는것과같은현실성과자연성이뛰어난완벽한3차원영상통신의구현을위해서는임장감을극대화할수있어야하며,임장감의극대화는결국인간생활공간의3차원화에기인한영상의3차원적입체디스플레이를의미한다.또한,대상물체의움직임도생생하게표현할수있는입체동화상의실현을요구하게된다.
3차원입체영상디스플레이는1920년대에입체영화나입체TV에대한기술개발이시작된이래30가지이상의방식이개발되고있으나세계적으로표준화된것이없고일반TV로써상용화되기까지는보다많은시간의연구개발이요구될것으로보인다.
또한 일본의 한 연구소에서는 조금 엽기적이긴 하지만 다음과 같은 새로운 형태의 디스플레이 기술도 시험되고 있다.
지모션(Gemotion)은 스크린의 그래픽에 맞추어 튀어나오고 들어가는 “살아있는” 디스플레이이다. 즉, 말 그대로 살아 움직이고 튀어나오는 비쥬얼을 만들어내는 것이다.
유명한 컴퓨터 그래픽 아티스트이며 도쿄 대학의 교수인 요이치로 카와구치는 유연한 100x60 cm 스크린 뒤에 72개의 공기 실린더를 배열하여 지모션 디스플레이를 만들어냈다. 이는 영상이 스크린에 투사되면 이미지 데이터가 실린더로 전송되고, 실린더는 이에 따라 스크린을 밀고 당기게 되는 것이다. 게임, TV 혹은 영화에 사용될 경우 이 스크린은 기존에 볼 수 없었던 새로운 이미지를 제공하게 되며 완전히 다른 새로운 형태의 미디어를 만들어 낼 것이라고 가와구치 교수는 말한다. 지모션 스크린은 현재 일본에서 개최되고 있는 “미디어 아트 전시회”를 통해 전시되고 있다.
* 참고 자료:
http://blog.naver.com/ioyou64/130014097132
http://www.epnc.co.kr/pdf/2006/200608/01200608102.pdf