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S&T FOCUS 3차원 디스플레이 기술은 여러 가지 방식으로 분류가 가능하다. 우선 특수한 입체 영상용 안경을 필요로 하는 ‘안경식 3차원 디스플레이’와 특수 안경 없이 3차원 영상을 볼 수 있는 ‘무안경식 3차원 디스플레이’가 있다.
3차원 영화 상영관이나 국내외 대기업들이 상용화하여 출시하고 있는 3D TV는 모두 안경 방식의 3차원 디스플레이다. 안경 방식의 경우 안경에 전자적 장치가 필요한 능동형과 특수 안경에 특별한 전자적 부가장치가 없는 수동형이 있다. 현재 3차원 영화 상영관에서는 주로 수동형이, 3D TV는 능동형이 주류를 이루고 있다.
특수 안경 착용에 따른 거부감과 불편은 무안경 방식의 3차원 디스플레이 개발의 필요성을 낳았다. 무안경 방식은 크게 특정 구역에서 특수 안경 없이 볼 수 있는 다시점 방식 및 초다시점 방식, 실제 3차원 상황과 가깝게 3차원 영상을 제공하는 집적 영상 방식, 체적 영상 방식, 홀로그램 방식 등이 개발되고 있다. 이들 중 가장 활발히 개발되고 있는 기술이 다시점 방식이다.
관련 기술의 연구 개발 동향
다시점 3차원 디스플레이 기술은 다시 몇 가지로 구분된다. 기본적으로 전체 해상도를 공간적으로 분할하여 필요한 시점수를 구현하는 공간 분할 방식과, 전체 해상도를 유지하면서 시간적으로 빠르게 여러 시점 영상을 표시하는 시간 분할 방식이 있다. 또한 현재 가장 많이 쓰이는 LCD나 PDP와 같은 평판 2D 디스플레이에 렌티큐라나 시차 장벽과 같은 광학판을 부착하는 평판 방식, 프로젝터와 같은 다수의 영상투사광학계를 이용하고 추가 광학판을 사용하는 투사형 방식이 있다. 이러한 구분들은 적용하는 기술 방법에 따라 복합적으로 사용될 수 있다.
다시점 기술이 갖는 시점 수(數)의 제한을 극복하기 위해 관찰자의 동공을 추적해 소프트웨어적으로 해결하는 방법과 실제 시점 수를 물리적으로 증가시키는 초다시점과 같은 하드웨어적인 방법들이 개발되어 그 활용 가능성을 높이고 있다.
다시점 기술 중 시차 장벽은 빛의 상당 부분을 차단하게 되어 입체 영상의 밝기가 감소하는 문제가 있다. 이렇듯 시차 장벽 기술은 밝기 부분에 문제가 있으나, 시차 장벽을 액정 패널층으로 구현할 경우 2D 화면과 3D 화면의 전환이 가능해 활용도가 증가한다.
렌티큐라 방법은 단위 시점 영상의 밝기 저하가 거의 없어 상용화에 유리하다. 그러나 초기에는 3D 전용으로만 적용이 가능해 발전에는 한계가 있었다. 최근에 이르러서는 액정의 복굴절 특성을 이용해 2D/3D 전환이 가능한 기술이 개발됐다. 이러한 복굴절 기술은 필립스에서 개발·상용화했으며, 렌티큐라를 이용한 다시점 3차원 디스플레이를LG전자에서 상용화하여 2008년도에 출시했다.
다시점 3D 표시 기술에서 요구하는 하드웨어적 성능 수준을 낮추고도 다시점의 효과와 넓은 시역을 형성할 수 있는 방법이 ‘관찰자 추적형 다시점 3D 표시’기술이다. 기본적으로 적은 시점 수의 다시점 3D 표시를 구현하고 관찰자 추적 정보를 이용해 하드웨어적으로 3D 표시 시스템이 관찰자를 따라 회전하거나 전자적 또는 소프트웨어적으로 시점 영상을 재구성하는 방법으로 구현할 수 있다.
하드웨어적으로 구현하는 방법은 기계적 동작을 적용해야 하므로 반응 시간 및 내구성 등의 문제가 있어 상용 개념으로 발전하기가 어렵다. 따라서 전자적 또는 소프트웨어적으로 구현되는 방법이 사용되며, 전자적인 방법은 시차 장벽의 경우 시차 장벽의 개구 위치를 관찰자 위치에 반응하여 변화시키는 방법이 있으며, 렌티큐라의 경우 동적 액정 렌티큐라를 관찰자 위치에 반응하여 변경시키는 방법이 있다. 그러나 아직 완성도 높게 구현되어 있지는 않다.
관찰자 동공을 추적하며 렌티큐라나 시차 장벽과 같이 주시역과 부시역을 동시에 생성할 수 있는 광학판을 적용하는 경우 다시점 상황에서 각각의 시점 영상을 동공 추적 상황에 따라 동적으로 반영하는 방법도 있다. 이 방법은 적은 수의 시점으로 보다 많은 다시점 상황을 구현할 수 있다. 이러한 방법은 기본적으로 1인에 최적화 되어 있어 활용도에 제약이 있다. 하지만 1인이 주로 사용한 휴대기기 또는 모니터, 노트북과 같은 환경에서는 충분히 적용될 수 있어 대중적 상용화의 가능성이 있다.
초다시점 기술은 다시점 개념을 확장해 보다 많은 시차 영상을 제공함으로써 연속적 운동시차를 제공할 수 있고 눈의 피로현상을 어느 정도 완화하는 실험적 근거를 제시하고 있다. 따라서 다시점 이후의 기술로 많은 관심을 이끌고 있다. 그러나 시점 수의 증가에 따른 해상도 저하와 시점 데이터의 증가는 광학적 그리고 하드웨어적 개발의 어려움을 갖고 있다. 이러한 초다시점에 가까운 영역의 상용 다시점 3D 디스플레이를 헝가리의 홀로그라피카(Holografika)에서 개발하여 판매하고 있다.
집적 영상 방식과 체적 영상 방식, 홀로그램 방식은 다시점이나 초다시점 방식에서 적용하는 수평 시차가 아닌, ‘완전 시차’방식이다. 따라서 원리적으로는 3차원 인식의 작용에 적합한 방식이다. 그러나 다시점에 비해 높은 광학적 정밀도와 하드웨어 능력을 필요로 해 현재는 원리적 구현에 대한 연구 개발이 주로 이뤄지고 있다.
홀로그램 방식의 원천기술 연구 필요
앞에서 언급한 바와 같이 지금은 안경 방식의 영화와 3D TV가 급격히 확대되고 상용화가 진행되고 있다. 그러나 이후에는 특수 안경이 필요하지 않은 무안경식 3D 디스플레이로 발전할 것이다. 우선적으로 다시점 기반 3D 디스플레이, 그 후로 초다시점 3D 디스플레이 기술, 더 나아가 집적 영상, 체적 영상 그리고 최종적으로는 홀로그램 방식으로 발전할 것으로 예측된다.
가장 우선 상용화 대상인 ‘다시점 3D 디스플레이’기술은 주로 현재의 평면 디스플레이 기술을 기반으로 발전되고 있다. 그러나 이 기술은 크게 네 가지 문제를 가지고 있다.
첫째, 시점 수에 따른 단위 시점 해상도의 감소 및 입체 시역의 제한. 둘째, 시점 간 영상 신호의 혼합현상(Crosstalk)과 다시점에 주로 사용되는 시차 장벽과 렌티큐라 기술에서 발생하는 정시역과 부시역 사이의 역입체 시 영역. 셋째, 시점 간 급격한 시차 변화. 넷째, 눈의 피로현상을 포함한 3D 휴먼 팩터(사람이 느끼는 불편함과 안전성 요소)가 그것이다.
이러한 문제들은 평판 디스플레이 기술의 발달과 시역형성 광학계 설계 및 제작 기술의 발달로 점차 초다시점 영역으로 발전해 상용화에 이를 것으로 예견된다. 그러나 눈의 피로현상은 홀로그램과 체적 방식을 제외한 모든 3차원 디스플레이에서 해결 방안을 제시하지 못하고 있다.
홀로그램 방식의 경우 상용화를 위한 기반 구현 기술의 수준 향상이 아직 먼 미래로 예견되는 만큼 눈의 피로 완화(또는 제거)에 대한 근본적인 연구가 매우 중요하다.
이에 대한 연구는 모든 3차원 디스플레이의 대중적 상용화를 위해 반드시 필요하고, 그 근거를 제시할 수 있어야 한다. 따라서 미래의 최종적인 3차원 디스플레이 기술로 판단되는 홀로그램 방식의 원천 기술 및 구현 기술의 연구와 눈의 피로 현상을 포함한 3차원 영상에 대한 휴먼 팩터 연구의 깊이 있는 연구가 미래의 궁극적 3차원 디스플레이 시대를 앞당기는 중요한 연구 주제이다. | 
저작권자 2010.04.27 ⓒ ScienceTimes
