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가상현실(假想現實, 영어: virtual reality, VR)은 컴퓨터 등을 사용한 인공적인 기술로 만들어낸, 실제와 유사하지만 실제가 아닌 어떤 특정한 환경이나 상황 혹은 그 기술 자체를 의미한다.
가상 현실 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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개요[편집]
배경[편집]
가상 현실 모델링 언어[편집]
분류[편집]
기초 기술과 응용[편집]
가상현실에 대한 철학적 논의[편집]
선구자 및 저명인[편집]
가상 현실을 소재로 한 작품[편집]
참고 문헌[편집]
같이 보기[편집]
각주[편집]
외부 링크[편집]
가상현실 – 해시넷
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위키
목차
개요[편집]
역사[편집]
종류[편집]
특징[편집]
활용[편집]
문제점[편집]
전망[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
가상현실 (VR)이란 무엇인가? 실제로 어디에 쓰이지? : 네이버 블로그
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[디스플레이 심층 탐구] 가상현실(VR) 디스플레이 기술 원리 | 삼성디스플레이 뉴스룸
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4차산업혁명에서의 VR(가상현실)과 AR(증강현실) – HelloBlog.Net
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가상 현실 vs. 증강 현실 vs. 혼합 현실 – 인텔
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가상 현실 vs. 증강 현실 vs. 혼합 현실 – 인텔
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가상현실(假想現實, 영어: virtual reality, VR)은 컴퓨터 등을 사용한 인공적인 기술로 만들어낸, 실제와 유사하지만 실제가 아닌 어떤 특정한 환경이나 상황 혹은 그 기술 자체를 의미한다.[1][2][3] 이때, 만들어진 가상의(상상의) 환경이나 상황 등은 사용자의 오감을 자극하며 실제와 유사한 공간적, 시간적 체험을 하게 함으로써 현실과 상상의 경계를 자유롭게 드나들게 한다. 또한 사용자는 가상현실에 단순히 몰입할 뿐만 아니라 실재하는 디바이스를 이용해 조작이나 명령을 실행하는 등 가상현실 속에 구현된 것들과 상호작용을 할 수 있다. 또 가상현실은 사용자와 상호작용이 가능하고 사용자의 경험을 창출한다는 점에서 일방적으로 구현된 시뮬레이션과는 구분된다. 쉽게 떠올릴 수 있는 가상현실 시스템의 예로는 비행훈련시뮬레이션과 3D로 표현되었으며 사용자의 의지가 반영될 수 있는 세컨드라이프와 같은 게임이 있다. AR / VR 시장은 이미 수십 억 달러 규모의 시장으로 자리 잡고 있으며 수년 내에 1,200 억 달러 시장을 훨씬 넘어서 계속 성장할 것으로 예상된다.[4]
미국 해군에서 이용되는 VR 낙하산 훈련기.
개요 [ 편집 ]
가상현실을 설명하는 데 필요한 요소는 3차원의 공간성, 실시간의 상호작용성, 몰입 등이다. 3차원의 공간성이란 사용자가 실재하는 물리적 공간에서 느낄 수 있는 상호작용과 최대한 유사한 경험을 할 수 있는 가상 공간을 만들어 내기 위해 현실 공간에서의 물리적 활동 및 명령을 컴퓨터에 입력하고 그것을 다시 3차원의 유사 공간으로 출력하는 데 필요한 요소를 의미한다. 3차원 공간을 구현하는 데 필요한 요소는 그것을 실시간으로 출력하기 위한 컴퓨터와 키보드, 조이스틱, 마우스, 음성 탐지기, 데이터 등이 있으며 이러한 장비들을 통해 사용자는 가상현실에 더욱 몰입할 수 있다.
배경 [ 편집 ]
용어 [ 편집 ]
‘버추얼 리얼리티(Virtual Reality; VR)’라는 단어의 기원은 프랑스의 극작가, 시인, 배우이자 연출가인 앙토냉 아르토의 책에서 그가 극장을 묘사하는 단어로 ‘버추얼 리얼리티’를 사용한 것이다. 현재의 ‘가상현실’ 의미와 가까운 ‘인공 현실(artificial reality)’이라는 단어는 1970년 대에 첫 세대 가상현실 연구가 중 하나인 마이런 크루거(Myron Krueger)에 의해 만들어졌다. 그 후 1980년대 후반에 미국의 컴퓨터 과학자인 재런 러니어(Jaron Lanier)에 의해 현재의 가상현실 개념을 뜻하는 단어인 ‘버추얼 리얼리티’가 널리 쓰이게 되었다. 한국어로 ‘버추얼 리얼리티’는 ‘가상현실’이라고 번역되는데, 이는 일본어 번역을 그대로 본뜬 것이라 알려져 있다. 컴퓨터의 첨단기술을 동원해 인간의 오감을 창조하는 것이 버추얼 리얼리티의 개념인데 마치 현실과 완전히 대칭적 개념으로 쓰인 듯한 ‘가상현실’이라는 번역이 잘못되었다는 의견도 있다.
역사 [ 편집 ]
일반적으로 알려진 사실에 따르면 1968년에 유타 대학의 아이번 서덜랜드가 고안한 헤드 마운티드 디스플레이 (머리 부분 탑재형 디스플레이, Head Mounted Display; HMD) 가 최초의 가상현실 시스템이라고 한다. 최초의 HMD 시스템은 유저(사용자)가 사용하기에 너무 무거워 천장에 고정되어 있었으며 선으로 표현된 3차원의 영상으로 가상공간이 생성되었다고 한다. 또, 초기 가상현실 시스템 중 주목할만한 것으로 1977년 MIT에서 만든 아스펜 무비 맵 (Aspen Movie Map)이 있다. 이는 사용자가 콜로라도 주의 아스펜으로 가상여행을 떠날 수 있게 해주는 가상현실 시스템이다. 시각을 이용한 가상현실로서는, 1991년에 일리노이 대학의 토머스 데판티 등에 의해서 제안된 CAVE (en:Cave Automatic Virtual Environment, 몰입형의 투영 디스플레이)가 유명하다.
가상 현실 모델링 언어 [ 편집 ]
가상 현실 모델링 언어(Virtual reality modeling language: VRML)는 델라웨어주 월밍턴에 있는 화학 회사 뒤퐁에서 사용자들이 웹브라우저 이용해 3차원 데이터에 접속할 수 있도록 하이퍼 플랜트 가상 현실 모델링 언어 응용 프로그램을 개발하였다. 사용자들이 가상현실을 경험할 수 있도록 애니메이션, 이미지, 오디오 등 복합 미디어 구성을 지원하는 웹 기반 3차원 상호작용 모델링 언어이다. 가상 현실 모델링 언어는 플랫폼에 독립적이고, 데스크톱 컴퓨터에서 운영되며, 좁은 대역폭이 필요하다.[5]
분류 [ 편집 ]
제시 방식에 따른 분류 [ 편집 ]
가상현실은 컴퓨터 등이 만들어 낸 가상의 세계를 사용자에게 제시하는 것과 현실의 세계를 사용자에게 제시하는 것으로 구분될 수 있다. 쉽게 말해 전자는 컴퓨터 등에 의해 만들어진 가상의 공간이나 환경 속에 사용자가 몰입되는 경우로, 3D 게임의 경우가 떠올리기 쉬운 예이다. 이러한 가상현실 속에서는 현실에서는 존재하지 않는 상상의 것들도 있을 수 있고 사용자가 그것을 만지거나 조작을 가하는 등의 상호작용이 가능하다. 후자는 현실 세계의 정보가 가상현실 시스템 기기를 통해 사용자에게 전달되는 경우를 말한다. 특히 사용자가 사용자에게 제시되는 대상과 원거리에 있는 가상현실을 이용한 공간 공유가 필요해지는데 이 경우를 원격현전(텔레익지스턴스; tele-existence)라 부른다. 원격현전을 가능하게 하는 기술로 원거리 로보틱스(tele-robotics)가 있다. 카메라가 장착된 로봇을 조종하여 인간이 실제로 가기 힘들거나 물리적으로 떨어져 있는 장소를 탐사, 관찰하는 경우가 해당한다. 또, 사용자가 직접 지각할 수 있는 현실의 대상물에 대해서 컴퓨터가 더 많은 정보를 부가, 제시하는 경우인 증강 현실(Augmented Reality; AR)이나 복합 현실(Mixed Reality; MR)도 후자의 경우이다. 증강 현실의 예로 쉽게 떠올릴 수 있는 것은 스마트폰에 장착된 카메라로 사용자의 주변에 있는 건물들을 비추어 볼 때 그 건물에 대한 정보가 스마트폰 화면에 떠오르고 그것을 사용자가 확인할 수 있는 경우이다. 증강 현실은 교육, 경제, 문화 등 다양한 영역에서 응용될 수 있고 응용되고 있다.
시스템 환경에 따른 분류 [ 편집 ]
가상현실 시스템은 3차원 시뮬레이션을 통해 실제 같은 효과를 부여하는 시스템으로서 시스템이 사용되는 환경에 따라 몰입형 가상현실(immersive VR), 원거리 로보틱스(tele-robotics), 데스크톱 가상현실(desktop VR), 삼인칭 가상현실(third person VR)로 나뉠 수 있다.
몰입형 가상현실: HMD(Head Mounted Display), 데이터 장갑(data glove), 데이터 옷(data suit) 등의 특수 장비를 통해 인간이 실제로 보고 만지는 것 같은 감각적 효과를 느끼게 해 생생한 환경에 몰입하도록 하는 시스템을 말한다.
원거리 로보틱스: 몰입시스템+로봇의 형태이다. 로봇을 이용하여 먼 거리에 있는 공간에 사용자가 현전하는 효과를 주는 시스템을 말한다.
데스크톱 가상현실: 일반 컴퓨터 모니터에 간단한 입체안경, 조이스틱 등만 첨가하여 책상 위에서 쉽게 만날 수 있는 가상현실 시스템을 말한다.
삼인칭 가상현실: 비디오카메라로 촬영된 자신의 모습을 컴퓨터가 만들어내는 가상공간에 나타나게 하여 자신이 가상공간에 직접 존재하는 것처럼 느끼게 하는 시스템을 말한다. 주로 오락용으로 많이 쓰이며 대표적인 예로 Xbox 키넥트(KINECT)가 있다.
가상현실의 뜻은 다양한 사람들이 다양하게 정의하고 있다. 하지만 공통적인 요소를 정리해본다면 ‘컴퓨터 기술을 통해 인간의 오감을 자극하여 현실과 유사한 또 다른 현실을 창조하는 활동’이라 할 수 있을 것이다. 즉 일정한 틀을 가진 것이 아니며 모든 상상할 수 있는 환경자체가 가상현실의 범위 안에 들어갈 것이다. 초기에는 Synthetic Environments, Cyberspace, Artificial Reality, Simulation Technology 등 다양하게 명명되었지만, 최근에는 주로 가상현실(Virtual Reality; VR)로 불리고 있다
기초 기술과 응용 [ 편집 ]
가상현실의 개념은 최근 들어 정립된 것이지만 가상현실 시스템의 바탕을 이루는 기술은 그보다 더 이전부터 존재하는 것들이었다. 컴퓨터 과학, 컴퓨터 그래픽스, 통신, 계측과 제어, 예술, 인지과학, HCI, 로보틱스 등이 그에 해당한다. 또 가상현실은 vr기술을 만들어 상용분야에서 응용되고 있다. 상용실에 관한 IEEE의 국제회의에서는 다음과 같은 세부 분야가 있다고 하였다.
정보의 취득과 제시의 시스템
분산 처리 시스템·인공지능 시스템
인물이나 물체의 위치 추적
사람의 감각
상호작용과 공동 작업
시뮬레이터
증강현실, 복합현실
내비게이션
가상현실에 대한 철학적 논의 [ 편집 ]
가상현실에 대한 철학적 논의가 본격화되기 이전부터 가상현실은 SF 소설이나 영화, 기술 분야에서 다양한 이름으로 명명되며 사람들에게 인식되었다. 닐 스티븐슨의 사이버 펑크 소설 《스노우 크래쉬》(1991에서 명명된 ‘메타버스(Metaverse)’와 윌리엄 깁슨의 소설 《뉴로맨서》(1984)에서 ‘사이버스페이스(cyberspace)’가 그 예이다. 그러나 컴퓨터 기술의 지속적 발달로 인해 가상현실 시스템이 실제로 인간의 삶 속에서 영향력을 발휘하고, 현대인의 삶의 무대가 가상의 공간으로까지 확장됨에 따라 가상현실에 대한 적극적인 철학적 논의와 고찰의 필요성이 대두되었다. 가상현실에 대한 철학적 논의는 ‘가상현실’에서 가상, 즉 ‘버추얼(virtual)’의 개념 자체에 대한 것도 있고, 인간 감각의 한계 및 가상현실 기술의 특성과 관련하여 존재론적인 고찰, 실재성과 공간성 개념에 대한 논의들도 활발히 제기되고 있다. 가상현실에 대한 철학적으로 고찰한 서적으로 마이클 하임(Michael Heim)의 《가상현실의 철학적 의미》(1993)가 있다. 또, 가상현실에 대한 직접적 논의를 다루고 있지는 않지만 ‘가상성’과 관련하여 장 보드리야르의 시뮬라시옹이 유명하다. 가상현실에 대한 철학적 사유를 자극하는 영화로는 《매트릭스》, 《토탈 리콜》, 《공각기동대》 등이 있다.
선구자 및 저명인 [ 편집 ]
가상 현실을 소재로 한 작품 [ 편집 ]
참고 문헌 [ 편집 ]
과학기술의 철학적 이해(제5판)(인문사회계 학생을 위한)
Erik Davis, Techgnosis: myth, magic and mysticism in the informatio
같이 보기 [ 편집 ]
각주 [ 편집 ]
가상현실 (VR)이란 무엇인가? 실제로 어디에 쓰이지?
트렌드를 읽다 가상현실 (VR)이란 무엇인가? 실제로 어디에 쓰이지? VVR ・ URL 복사 본문 기타 기능 공유하기 신고하기 인류의 역사가 포스트 코로나 시대에 접어들면서, ‘비대면’ 산업 및 문화가 급속도로 일반화되고 있습니다. 그러한 혁신이 가능했던 이유는 오랜 세월동안 인간 문명이 쌓아올린 과학 기술력이 뒷받침 되었는데요. 4차산업혁명 시대를 이끌어갈 핵심 기술들 중에 ‘가상현실’(VR, Virtual Reality)에 대한 관심이 날로 높아지고 있습니다. 가상현실, VR. 참 많이 들어봤지만, 정확한 개념이 널리 알려지지는 않았는데요. 3차원의 공간에서 실시간 상호작용을 진행하며, 현실을 대체할 만한 몰입도를 부여해주는 가상현실(VR) 콘텐츠는 알면 알수록 매력적인 분야입니다. 오늘은 가상현실 기술의 개념 및 역사를 살펴보고, 실제로 이미 활용되고 있는 구체적인 사례를 들어 VR이 무엇인지, 실제로 어디에 쓰이는지를 함께 알아보도록 하겠습니다. 출처 : 언스플래쉬 가상현실의 기본개념 가상현실(假想現實)이란 말 그대로 인공적으로 만들어진, 실제와 흡사한 가상의 환경, 상황 혹은 기술 자체를 뜻합니다. 영어로는 Virtual Reality라고 통용되며, 우리가 실생활에서 편히 부르는 명칭은 ‘VR’입니다. 가상현실 콘텐츠를 체험하는 사람들은 컴퓨터 등을 활용한 과학기술로 만들어낸 인공적인 환경에 놓이게 되는데요. 그곳은 실제적인 위험이 존재하지 않지만, 몰입으로 인해 실감나는 상황을 경험할 수 있기 때문에 각종 시뮬레이션 훈련에 활용하기에 최적의 기본조건을 갖추고 있습니다. 실제로 운전 연습, 제품 디자인 가상목업, 낙하산 훈련, 안전 관련 트레이닝 등 다양한 활용도를 자랑하고 있는데요. 눈 위에 쓴 HMD에서 펼쳐지는 가상현실 상황에 단순히 몰입하며 ‘감상’에 그치는 일방적인 작용이 아니라, 손으로는 실재하는 디바이스를 사용하여 콘트롤 및 제어를 직접 진행하면서 가상현실 세계에 구현된 수많은 요소들과 상호작용(interaction)을 하게 됩니다. 그로 인해 사용자의 경험이 끝없이 갱신된다는 점에서 일반적인 시뮬레이션과는 분명한 차이를 보이게 되죠. 출처 : 언스플래쉬 버추얼 리얼리티(Virtual Reality) : 용어의 기원 가상현실을 뜻하는 버추얼 리얼리티(Virtual Reality)라는 용어는 원래 극이 진행되는 극장 무대를 묘사하는 표현이었습니다. 프랑스의 극작가인 A. 아르토(1896~1948)가 그의 저작을 통해 고안해낸 당시의 신조어였던 것이죠. 훗날 20세기 후반 미국의 과학자이자 비주얼 아티스트인 재런 러니어 (1960~ )에 의해 현재의 가상현실 개념으로 쓰이게 되었습니다. 출처 : 픽사베이 초창기 가상현실 시스템 1960년대 말 유타 대학의 아이번 서덜랜드가 고안한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)가 가상현실(VR) 시스템의 초기 형태로 자리잡았다고 알려져 있습니다. 당시에는 사용자가 머리에 쓰기에는 너무 무거워 천장에 고정된 형태였다고 합니다. 1970년대에는 MIT 대학에서 콜로라도 주의 아스펜으로 가상여행을 떠날 수 있는 ‘아스펜 무비 맵’을 개발하였는데요. 이후 20세기 말까지 조금씩 발전을 거듭해 온 가상현실(VR) 기술은 21세기 들어 비약적인 성장기를 맞이하게 됩니다. 출처 : 언스플래쉬 가상현실 세계와 연결되는 창, HMD! 앞서 살펴본대로 VR을 설명하는 데 있어 HMD(Head Mounted Display)를 빼놓을 수는 없습니다. 혼합현실 혹은 증강현실(AR, MR, XR)등의 여타 실감기술과 가상현실(VR)이 구분되는 가장 커다란 포인트가 바로 여기에 있는데요. 실제 세상에 가상의 요소를 덧입히는 혼합현실, 증강현실에 비해 가상현실 기술은 HMD를 쓴 사용자에게 완벽하게 가상으로 꾸며진 세계관을 던져줍니다. 이는 현실과의 완벽한 차단 혹은 가상세계로의 완벽한 몰입으로 이어지게 되는데요. 실제 공간에서는 눈을 가리고 있는 특성상 신체 활동은 제한되지만, 특정 상황에 대한 엄청난 실감이 가상현실(VR) 기술의 가장 큰 장점이라고 할 수 있습니다. 현실에서는 존재하지 않는 상상의 공간에 갈 수도 있고, 현재 위치에서 갈 수 없는 먼 실제공간을 실감나게 체험할 수도 있습니다. 안경처럼 머리에 쓰고 360도 영상을 즐길 수 있는 HMD는 오큘러스, HTC 등 다양한 글로벌 브랜드 간의 경쟁으로 인해 급속도로 발전하고 있습니다. 가상현실(VR) 기술 실제 활용 사례 글의 초반부에 언급한 것처럼, 가상현실 콘텐츠는 위험상황에 대한 대비 훈련에 효율적으로 사용되고 있습니다. 많은 사람들이 VR이라고 하면 게임을 떠올리는데요. 물론 인간의 여가와 오락의 질을 높여줄 수 있는 VR 게임도 의미가 있지만, 실제로 인간생활을 더욱 유익하게 하는데 활용되고 있는 사례들이 많이 있습니다. 그 예로 태풍, 지진 체험 및 대피 훈련을 할 수 있는 VR 콘텐츠를 소개해드립니다. VR 안전교육 8종 – 지진대피훈련 인플레이 영상 VR 안전교육 8종 – 태풍대피훈련 인플레이 영상 위 영상에 소개된 VR 콘텐츠는 각종 자연재해에 대비할 수 있는 트레이닝 프로그램으로 제작되었습니다. 태풍과 지진 등을 강도별로 체험하고, 대피하는 요령을 알아두면 혹시나 노출될 수 있는 재해 상황에서 자신과 가족, 이웃과 동료를 지킬 구 있는 커다란 노하우가 될 것입니다. 위 VR 콘텐츠는 ‘VR 안전교육 8종’이라는 타이틀을 가지고 있는데요. 단순 시청각 자료가 아닌, 사용방법을 체험하고 미션을 수행합니다. 예를 들어 형식적으로 진행되던 민방위 훈련에 VR 콘텐츠를 도입해도, 질 높은 체험 훈련이 가능할 것입니다. 이처럼 교육목적으로 큰 의미가 있는 VR 콘텐츠들은 실제상황으로 재현하기가 불가능한 자연재해나 안전사고 등에 대처할 수 있는 능력을 키울 수 있도록 도와줍니다. 가상현실 기술을 이런 식으로 유익하게 활용해나간다면, 실감 기술이 발전할수록 인류의 생활에 더욱 큰 도움이 될 것으로 예상됩니다. 출처 : 언스플래쉬 가상현실(VR)로 힐링, 여행까지 책임지는 ‘Nature Treks VR’ 이번엔 또다른 방식으로 인류에게 위로를 전하는 유익한 가상현실 콘텐츠를 소개해드릴게요. 영국 소재의 글로벌 게임사 Greener Games가 개발한 가상공간 여행 힐링 소프트우어 Nature Treks VR이 바로 그 주인공입니다. Nature Treks VR은 영국 정부기관과의 공동 개발을 통해 개발된 힐링 콘텐츠로서, 이미 국제적으로 그 퀄리티와 효용성이 검증되었습니다. 국내에서는 2019년부터 브이브이알(VVR)과의 공식 계약을 통해 전문 상담실, 중고등학교, 대학교 내 상담실, 전국의 공공기관 등에 지속적으로 공급되고 있습니다. 브이브이알(VVR)은 Nature Treks VR 소프트웨어에 대한 국내 유통 독점계약을 체결하였습니다. 대부분의 현대인들은 바쁜 일상 속 온전한 휴식을 취하지 못하고 살아갑니다. Natare Treks VR은 그러한 분들을 위해 자율적인 가상 여행이 가능하도록 프로그래밍 되었는데요. 아프리카의 동물들이 어슬렁거리는 사바나의 초원, 피톤치드가 쏟아지는 듯한 맑은 숲속, 아름다운 해변가 혹은 깊은 산 속 등 12가지의 테마별 컨셉의 여행지를 선택하여 체험할 수 있습니다. 그저그런 풍경 속을 탐험하는 것이 아닌, 실제로 힐링이 되고 위로를 받는 경이로운 경험을 할 수 있어 해외여행이 불가능한 작금의 상황에 꼭 필요한 VR 콘텐츠로 각광을 받고 있어요! 코로나 19로 인한 스트레스가 증가하고 있는 우리 사회에 꼭 필요한 가상현실 소프트웨어라고 생각합니다. 가상현실 세계에서 위로를 받고, 마음을 정리하는 특별한 경험을 더 많은 분들이 할 수 있으면 좋겠습니다. 가상현실(VR)이 실제 세계에서 이러한 영향을 끼칠 수 있다는 것을 보여주는 Nature Treks VR의 인플레이 영상과 함께 오늘 글을 마치겠습니다! Nature Treks 인플레이 영상 인쇄
[디스플레이 심층 탐구] 가상현실(VR) 디스플레이 기술 원리
VR(Virtual Reality), 가상현실이란?
가상현실은 현실과 분리된 컴퓨터가 만든 가상공간 안에서 주변을 인식하는 동적 기술과 디스플레이를 활용해, 사람 오감을 자극하여 현실과 유사한 체험을 가능케 하는 새로운 가상 환경을 만드는 기술입니다. 가상현실을 만들기 위해서 좌우 양안 시차가 있는 이미지를 광학 엔진과 디스플레이를 통해 구현합니다. 2~3인치 크기의 고해상도 디스플레이에서 이미지를 표현하고, 광학 엔진을 이용하여 이미지를 투사해 원거리에 100인치 이상의 가상스크린과 90도 이상의 넓은 시야각을 갖는 허상 이미지를 사용자에게 제공하는 기술입니다.
VR 기술은 시장조사 기관인 가트너(Gartner)의 ‘2019년 Top 10 전략 기술’에 선정되었으며, 4차 산업혁명 시대의 핵심 미래 기술로 주목받고 있습니다. 최근 5G 생태계가 구축되고 언택트 환경이 조성되면서 게임, 유명 관광지 여행, 예술 활동, 스포츠 활동, 교육용, 의료용, 산업 및 군사용으로 다양한 방면에 활용되고 있습니다.
가상현실(VR) 디스플레이는 어떤 원리로 작동될까?
▲ The Sword of Damocles AR/VR Headset, Samsung Odyssey VR
VR 기술은 1968년 컴퓨터 그래픽 선구자인 유타대 교수 Ivan Edward Sutherland가 최초로 Immersive HMD 시스템을 만들면서 시작됐습니다. 초창기에는 사용자가 착용할 수 없을 정도로 부피가 컸지만 구현 원리는 오늘날의 가상 디스플레이와 큰 차이가 없습니다.
▲ 얇은 렌즈 공식, 가상 이미지 표현
가상현실 디스플레이는 위에 서술한 얇은 렌즈 공식에 의해 디스플레이(물체)를 렌즈의 초점거리보다 가까운 거리에 고정시킴으로써, 실제 디스플레이 깊이 보다 이미지가 더 멀리 있는 것처럼 느끼게 유도함과 동시에 렌즈에 의해 왜곡된 이미지를 보정한 양안 시차가 있는 이미지를 디스플레이에 렌더링하여 안구로 투사하는 방식입니다. 이때 우리 뇌는 그 이미지들을 하나로 합성하게 되면서 양안 시차에 의한 3D 입체감을 느낄수도 있습니다. 이러한 가상 이미지를 ‘정립허상’이라 하며, 디스플레이의 이미지를 확대된 가상 이미지로 넓은 시야각으로 본다고 생각하면 됩니다.
가상현실(VR) 디스플레이에 필요한 성능과 특징은?
VR 기기를 통해 우리 눈에 보이는 확대된 가상 이미지의 해상도가 낮으면 마치 이미지를 볼 때 모기장을 통해서 보는 것 같은 불편함이 인지됩니다. 따라서, VR에서 화질을 향상시키기 위해서는 모기장 현상을 제거해야 하며, 따라서 고해상도 디스플레이는 VR 기기의 가장 중요한 성능 중 하나가 됩니다.
▲ 해상도에 따른 VR 화질 시뮬레이션
‘모기장 현상(SDE, Screen Door Effect)’은 낮은 해상도를 크게 확대할 때 픽셀 사이의 간격이 벌어지면서 픽셀 사이에 존재하는 검은 영역인 BM(Black Matrix)이 우리 눈에 더 잘 띄게 되는 현상입니다. 이러한 모기장 현상은 우리 눈의 구조와 관련이 깊습니다. 사람 눈의 망막에는 원추세포(Cone Cell)와 간상세포(Rod Cell)라고 하는 시세포들이 분포되어 있고, 주로 망막 중심에 시세포가 많이 분포되어 있기 때문에 주시하는 이미지 영역을 주변시보다 더 선명하게 인지합니다. 특히 망막 중심부에서는 시각 정보에 대한 분해능력이 매우 높은데, 주변시 보다 약 1,000배 정도 더 선명하게 볼 수 있습니다. 참고로 시력이 1.0인 사람의 눈은 시야각 1도를 60개로 쪼갠 점(픽셀)을 분간할 수 있고, 이를 60PPD(Pixel Per Degree)라고 합니다.
VR용 디스플레이는 한쪽 눈에 사용하는 패널 기준으로 3.5인치 크기에 1640×1640 해상도 수준의 OLED 패널이 보편적으로 사용되고 있습니다. 이는 LCD에 비해 OLED의 명암비가 높고, MPRT(Moving Picture Response Time) 응답속도가 빨라서 화면 잔상(Motion Blur) 현상을 상대적으로 덜 느끼게 하는데 유리할 뿐만 아니라, 고속구동으로 이미지를 주사하여 게임과 같은 가상 콘텐츠를 보다 몰입해서 경험할 수 있도록 하기 때문입니다.
그러나 이 정도의 성능으로는 여전히 앞서 언급한 모기장 현상을 완벽히 제어하기에는 인지 해상도가 낮기 때문에 VR용 픽셀 밀도가 더 높은 패널이 필요합니다. 모기장 현상을 제어하기 위해서는 적어도 30PPD 수준의 가상 이미지 구현이 필요합니다. 이는 VR 대각 시야각 100도를 고려 했을 시, 2121×2121 이상의 해상도를 의미하며 HMD는 슬림 폼팩터를 고려하여 디스플레이의 사이즈는 2인치 수준으로 한정 할 경우, 대략 픽셀 밀도 1060 PPI의 고해상도 디스플레이가 필요하다는 결론을 얻을 수 있습니다.
보다 얇고 가벼운 VR 기기를 위해 주목 받는 광학 기술은?
HMD 디자인을 얇고 가볍게 할 수 있는 기술은 무엇일까요? 기본적으로 디스플레이의 사이즈가 작을 수록 좋지만 가상스크린의 사이즈를 크게 하기 위해서 디스플레이 사이즈를 무한대로 줄일 수는 없습니다. 따라서 VR 광학계를 얇고 가볍게 하여 슬림 HMD를 만드는 방향이 연구되고 있습니다.
기존 VR기기는 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈를 활용하여 가상 이미지를 구현하였습니다. 이러한 방식으로는 HMD 디자인을 가볍고 얇게 하는 것에 한계가 있습니다. 일반 볼록 렌즈로 개구수(Numerical aperture, NA값) 증가를 위해서는 재료 특성인 굴절률 값 또는 θ값을 증가 시켜야 합니다.
※ NA(개구수) = n(굴절률) × sinθ
굴절률은 재료의 특성으로 증가폭이 제한적이고, θ값은 증가 시 렌즈 두께 증가로 인한 렌즈수차(구면수차)가 발생하여 이미지 선명도를 떨어뜨립니다. 프레넬 렌즈는 이러한 볼록 렌즈의 단점을 개선한 렌즈로, 렌즈의 두께를 얇게 만들 수 있고, 렌즈수차를 낮출 수는 있지만 이 역시 기존 볼록 렌즈를 기반으로한 광학계이기에 이미지가 선명도 및 슬림 폼펙터 구현에 한계가 있어 사용자가 요구하는 폼팩터로 줄이기는 마찬가지로 어려움이 있습니다.
▲ Pancake Lens를 적용한 HMD 기술 비교
반면에, 실용적인 반사 편광 기술을 이용한 ‘Pancake lens’는 HMD 폼펙터를 획기적으로 얇게 구현 할 수 있습니다. 하지만 해당 기술은 반투과 및 반사편광을 이용하기에 렌즈의 광 효율(약 15% 내외)이 매우 낮습니다. 때문에, 디스플레이의 휘도를 최대로 끌어올리기 위해 LCD 백라이트 기술로 휘도를 보상하는 기술을 이용하기도 합니다.
최근 VR제품은 Pancake lens를 활용해 예전 보다 1/2수준의 컴팩트한 디자인을 구현하고 고해상도 패널을 장착하여 PPD를 증가시키면서, 동적 센서 기술로 자유도(DOF, Degree of Freedom)를 증가 시키는 방향으로 VR 디자인과 성능이 진화함을 볼 수 있습니다.
가상디스플레이의 미래는 어디로 향할까?
올해 퀄컴社는 새로운 스냅드래곤 XR2를 이용하여 VR과 AR에 참고가 될만한 스탠드 얼론 타입의 디자인을 선보였습니다. 한쪽 눈에 디스플레이 해상도 2K × 2K, 주사율 90Hz를 구동 하면서, 7개의 카메라를 동시에 사용할 수 있는 XR2 칩셋을 선보였고, 이는 가상현실을 보다 현실적인 구현 해줄 것으로 기대하게 만들었습니다.
머지않아 사용자 위치를 기반으로 주변 공간을 보다 정확하게 인식하고 사람 눈과 손동작 같은 행동을 적극적으로 반영하는 센서 기술의 고도화, 그리고 5G 생태계에서 매력적인 콘텐츠와 융합되면, 초고해상도 디스플레이를 장착한 혁신적인 폼팩터로 영화 속 장면에 등장하는 가상현실을 구현할 수도 있을 것으로 기대합니다.
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