<김은수 교수 약력>
84년 연세대 대학원 공학박사
87년 미국 CalTech 전기공학과 객원교수
81년 ∼ 현재 광운대 전자공학과 교수, 사단법인 3차원 방송·영상학회 회장, 한국디스플레이 연구조합 「3차원 선행기술 정보교류회」위원장, 「한국정보디스플레이학회」 3차원 전문위원장
현재 세계 각국은 「보고 듣는」 멀티미디어형 서비스로부터 3차원 정보중심의 「보다 자연스럽고 실감있게 보고 즐길 수 있는」 실감형 3차원 입체 멀티미디어 서비스로 전환을 준비하고 있다.
그 배경으로 최근 마이크로 전자산업을 비롯한 하드웨어 기술 발달, LCD·PDP 등 새로운 평판 디스플레이 등장, 디지털 영상 처리기술진보, 영화 수준 고화질 하이비전 기술개발이나 인간의 입체시각에 관한 연구진전 등을 들 수 있다.
3차원 정보기술은 차세대 정보통신 서비스의 총아로 사회 선진화와 더불어 수요 및 기술개발 경쟁이 치열한 첨단의 고도화 기술이다. 더욱이 정보통신·방송·의료·교육·항공·군사·게임·애니메이션·가상현실 등 응용분야가 매우 다양한 차세대 입체 멀티미디어 핵심기반기술이다.
3차원 정보기술은 현재 발아기에 있는 차세대 고부가가치 핵심기술이라 할 수 있다. 이에 따라 세계 각국은 미래 정보통신시장 기술선점이라는 차원에서 이의 실용화에 경쟁적으로 나서고 있다.
그러나 아직 멀티미디어 기반기술이 취약한 우리나라가 국제적인 경쟁력을 갖추기 위해서는 영상문화 창조뿐만 아니라 3차원 영상 관련 기술분야의 집중적인 연구개발이 이뤄져야 한다.
인간은 동일 물체를 좌우 눈으로 서로 다른 방향에서 동시에 보는 것에 의해 입체감을 얻는데 이것을 「양안시차」라 부른다. 3차원 디스플레이는 대부분 이같은 양안시차를 이용하여 입체 영상을 표시한다.
양안시차는 인간이 3차원 공간을 지각하는 요인의 한가지일 뿐이다. 인간은 폭주(눈의 회전각), 조절(눈의 초점 맞춤), 운동시차(관찰자와 물체의 상대적인 운동에 의한 변화) 및 심리적인 요인(원근법, 음영) 등을 기본으로 3차원 공간을 지각한다.
자연스러운 3차원 디스플레이를 실현하기 위해서는 실제 3차원 공간을 보고 있을 때와 똑같은 「자연스러운 입체시」 구현이 가능해야 한다.
3차원 디스플레이 기술에 관해서는 지금까지 많은 방식이 제안돼 왔지만 여기에서는 양안시차방식과 복합시차지각방식으로 크게 분류해서 소개한다.
양안시차방식은 가장 입체효과가 큰 좌우 눈의 시차상을 이용한 것으로 안경식과 무안경식이 있다.
안경식에서는 직시형 디스플레이나 프로젝터에 좌우 시차상을 편광 방향으로 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고 각각 그 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체상을 보게 된다.
편광 안경식에서는 표시장치 전면에 큰 면적의 액정셔터 패널을 설치하는 편리한 방식도 제안되고 있다. 또한 액정셔터 안경식에서는 대화면 칼라 PDP를 사용한 실험예도 보고되고 있다.
무안경식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 렌티쿨라나 패럴렉스베리어 등 광학판을 표시화면 앞 또는 뒤에 설치하는 방식이다.
이들 방식은 일반적으로 유효 시야가 좁고 한 사람 밖에 이용하지 못하지만 시점추종 광축 제어방식 등에 의한 광시역화로 발전됐고 최근 복수의 관찰자도 시청할 수 있는 다시점 추종방식 등도 발표되고 있다.
이같은 양안시차방식은 인간의 자연적인 입체지각 메커니즘에 비해 초점-폭주점 불일치 등의 불완전한 면이 있고 안경을 사용해야 하는 단점과 시각적인 피로를 야기할 경우가 있기 때문에 사용에 상당한 불편을 느끼고 있다.
이에 비해 복합시차지각방식은 양안시차뿐만 아니라 인간이 가지는 앞뒤거리 지각기능을 이용하는 방식에 의해 자연스러운 입체 디스플레이를 구현하고 있다.
즉 가변초점방식은 양안시차방식에 초점 보상기능을 추가한 것이고 다안식은 여러 방향에서 양안시차 영상을 표시하고 다른 각도에서 영상을 시청할 수 있는 운동 시차를 주어 자연시에 가까워지게 하는 것이다.
또한 액정 공간 변조 기능을 사용해서 단안망막에 복수의 시차상을 주고 초점 조합을 도모하는 초 다안방식도 제안되고 있다. 복안 렌즈를 사용하는 IP(Integral Photograph)방식이나 가변 초점 액정 렌즈를 사용하는 전자식오행표본방식 등도 제안되고 있다.
한편 원리적으로는 가장 이상적이고 궁극적인 3차원 디스플레이 기술인 동영상 홀로그래피 방식에서 LCD패널을 사용하는 전자 및 디지털 홀로그래피 방식의 연구가 진행되고 있지만 현재는 액정의 유효화각 및 영상크기가 매우 작고 10인치 정도의 작은 홀로그램을 표시하기에도 1200억 화소 정도 디스플레이 패널이 필요함으로 실용화를 위해서는 획기적인 기술적 돌파구가 요구되고 있다.
차세대 영상매체, 방송·통신, 게임, 의료 등 광범위한 응용분야를 가진 3차원 디스플레이에 관한 기술 및 디바이스 개발은 최근 기술선진국에서 국책 기술 개발로 많은 투자와 연구를 수행하고 있다. 현재 3차원 디스플레이와 관련된 핵심기술 연구는 미국, 일본, 유럽을 중심으로 기술선점을 위해 각각 독립적인 형태로 활발히 진행되고 있다.
미국에서는 「3D 영상 및 그래픽 디스플레이 기술개발」을 비롯해 NASA, AT&T, MIT 대학 등을 중심으로 항공우주·방송통신·국방·의료 등의 응용을 목적으로 「실감 3차원 다중 매체」 개발을 추진하고 있다. 일본에서는 「고도 입체 동영상 통신」이란 국책 과제를 중심으로 NHK, NTT, ATR 등에서 차세대 3차원 입체 TV에 관한 연구그룹을 형성하여 3차원 입체 TV의 프로토타입을 개발하고 실용화 연구를 진행하고 있다.
유럽에서는 ATM망을 이용한 영상회의용 3차원 영상전송 및 디스플레이 시스템 개발을 위해 DISITIMA 프로젝트에 이어 PANORAMA 프로젝트를 집중 추진하고 있으며 영국 캠브리지 대학은 시분할 방식 28시점 3차원 영상 디스플레이 시스템을 개발하고 있다.
국내 3차원 디스플레이 기술은 선진국에 비해 극히 초보적인 기초연구 단계에 머무르고 있으나 최근 3차원 디스플레이 기술에 대한 관심 증대로 일부 기업체, 연구소, 대학 등을 중심으로 활발한 연구를 진행하고 있다.
한국원자력연구소에서 입체카메라 및 자동입체 TV 등을 연구하고 있으며 KIST에서는 홀로스크린을 이용한 무안경식 입체 영상 투사기, 그리고 렌티쿨라 방식 스테레오 디스플레이 기술 연구를 수행하고 있다.
그리고 대학에서는 스테레오카메라를 이용한 3차원 영상 합성 및 전송을 위한 3차원 영상 기반기술과 차세대 홀로그래피 3차원 입체 디스플레이 기술 등을 대학에서 활발히 연구중이다.
특히 국내 최초로 한국디스플레이 연구조합 지원하에 지난 98년 3월부터 산학연의 3차원 선행 기술 정보 교류회가 구성되어 기술 워크숍 및 전시회를 개최하고 있으며 11월에는 관련기술의 체계적이고 조직적인 연구개발을 위해 사단법인 3차원 방송영상 학회가 창립돼 활발한 학술활동을 전개하고 있다.
현재 국내 3차원 정보기기시장은 거의 전무한 상태로 극히 일부 기업, 연구소, 대학에서 실험용으로 사용하고 있다.
그러나 점차적으로 3차원 기술에 인식이 확대되면서 이에 대한 관련 욕구도 점점 증가함에 따라 최근에는 3차원 게임을 비롯한 소프트웨어 시장을 중심으로 의료·보안·광고·방송 등에 시장이 형성되고 있으며 특히 2002년 한일 월드컵 입체 중계방송을 기점으로 폭발적인 수요가 예상된다.
국외의 경우 3차원 게임·교육·의료·컴퓨터 및 각종 관련산업에서 2차원 정보기기를 대체할 차세대 3차원 멀티미디어 시장으로 자리를 잡았고 과학기술 분야에서도 이에 대한 연구수요가 폭발적으로 증가하고 있다.
3차원 디스플레이를 비롯한 3차원 정보기기 산업은 21세기 새로운 총아로 수요가 2005년에 약 4조 달러가 될 것으로 예상된다.
이 중 세계 3차원 TV수상기 시장은 2005년에 20억불에 이를 것으로 전망된다. 이에 따라 3차원 TV수상기 및 관련 방송 사업을 포함한 전체 시장 규모는 2005년 30억 달러에 이를 것으로 전망된다.
한편 3차원 디스플레이와 관련된 게임시장은 지난 97년 기준으로 867억 달러로 추산되는데 이는 87년부터 매년 25% 이상 증가하고 있기 때문에 산술적으로 2005년의 시장규모는 약 5200억 달러로 추정된다.
향후 3차원 정보기술 수요는 현재 사용되고 있는 2차원 정보 시스템을 점차적으로 대체하여 보다 현실감 있는 정보를 제공할 것으로 예측돼 수천 억 달러의 폭발적인 시장규모가 형성될 것으로 전망되고 있다.
2005년 이후에는 모든 상용 방송프로그램으로 3차원 입체 방송기술이 확대될 전망이며 특히 2002년 월드컵 축구경기가 입체방송으로 중계되는 것으로 한일 양국이 이미 합의한 상태므로 월드컵 중계방송 이후 3차원 입체방송에 대한 파급효과는 엄청난 속도로 확산될 전망이다.
3차원 입체 디스플레이 기술은 아직 태동기에 있는 상태기 때문에 신기술개발의 여지가 충분하고 또한 표준화된 시스템 연구가 아직 진행되지 않았기 때문에 이제부터라도 3차원 디스플레이의 기반이 될 수 있는 핵심기술을 산학연이 체계적으로 연구개발함으로써 향후 5년 이내에 세계적인 3차원 기술의 주역으로 자리매김을 해야 할 것이다.
<표> 3차원 관련 국내외 시장전망
관련산업=현재시장규모(국내-국외)=향후 5년후 시장규모(국내-국외)
3차원 모니터=0-3억달러=700억원-20억달러
3차원방송=0-0=1000억원-30억달러
3차원게임=64억원-90억달러=5280억원-520억달러
3차원 애니메이션=90억원-12억5000만달러=300억원-25억2000만달러
평판디스플레이=22억원-20억달러=40억원-430억달러