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가상 현실 헤드셋

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목차

1. 개요

가상 현실 헤드셋은 사용자가 가상의 환경을 체험할 수 있도록 시각 및 청각 정보를 제공하는 기기이다. 1990년대 초 세가, 소니 등에서 초기 VR 헤드셋을 출시했으나 기술적 한계로 상업적 성공을 거두지 못했다. 2010년대에 들어 오큘러스 리프트, 플레이스테이션 VR, HTC Vive 등이 출시되면서 VR 헤드셋 시장이 부활했다. 최근에는 스마트폰을 활용하는 VR 헤드셋과 밸브 인덱스 등 다양한 제품이 출시되었다. VR 헤드셋은 의료 훈련, 군사 훈련, 게임 및 엔터테인먼트 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 해상도, 렌즈, 지연 시간 등의 기술적 요소가 사용자 경험에 영향을 미친다.

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가상 현실 헤드셋
개요
사람이 가상 현실 헤드셋을 착용하고 있다.
가상 현실 헤드셋
종류헤드 마운트 디스플레이
특징
기술가상 현실
머리 추적
시선 추적
용도비디오 게임
시뮬레이션
훈련
제조사
주요 제조사소니
삼성전자
메타
HTC
구글
마이크로소프트
애플

2. 역사

VR 헤드셋의 역사는 1990년대 초 세가 VR, Forte VFX1, 소니의 글래스트론 등 초기 모델들에서 시작되었으나, 기술적 한계로 상업적으로 실패했다. 2010년대에 들어 오큘러스 리프트의 등장과 페이스북의 인수, 소니의 플레이스테이션 VR, 밸브와 HTC의 협력으로 탄생한 바이브 등을 통해 VR 헤드셋 시장이 다시 활기를 띠기 시작했다. 또한, 스마트폰을 활용한 구글 카드보드, 삼성 기어 VR, LG 360 VR 등 다양한 형태의 VR 헤드셋과 뷰어가 등장하였다.

2. 1. 초기 VR 헤드셋 (1990년대)

1991년 세가(Sega)는 세가 VR(Sega VR)을 발표하고 1993년 초 겨울 소비자 가전 전시회(CES)에서 선보였다. 하지만 콘솔용으로는 출시되지 않았고, 1994년 세가 VR-1 모션 시뮬레이터 아케이드 명소에 활용되었다.[3] 1994년 CES에서는 또 다른 초기 VR 헤드셋인 Forte VFX1이 발표되었다. VFX-1은 입체 디스플레이, 3축 헤드 트래킹, 스테레오 헤드폰을 갖추고 있었다.[6] 소니(Sony)는 1997년에 글래스트론(Glasstron)을 출시했는데, 선택적인 위치 센서를 통해 사용자의 머리 움직임에 따라 원근감이 바뀌어 깊은 몰입감을 느낄 수 있었다. 이 VR 헤드셋은 메크워리어 2(MechWarrior 2) 플레이어에게 조종석 내부에서 전장을 볼 수 있는 새로운 시각적 관점을 제공했다. 그러나 이러한 초기 헤드셋은 제한된 기술 때문에 상업적으로 실패했고, 존 카맥은 "두루마리 휴지 튜브를 통해 보는 것"과 같다고 묘사했다.[9]

2. 2. VR 헤드셋의 부활 (2010년대)

2012년, 오큘러스 리프트라는 VR 헤드셋의 크라우드 펀딩 캠페인이 시작되었다. 이 프로젝트는 나중에 회사의 CTO가 된 존 카맥[7]을 포함한 여러 유명 비디오 게임 개발자들이 주도했다.[10] 2014년 3월, 프로젝트의 모회사인 오큘러스 VR은 페이스북에 20억달러에 인수되었다.[11] 오큘러스 리프트의 최종 소비자용 버전은 2016년 3월 28일에 출시되기 시작했다.[12]

2014년 3월, 소니는 플레이스테이션 4용 프로토타입 헤드셋을 시연했으며,[13] 나중에 플레이스테이션 VR이라는 이름으로 명명되었다.[14] 같은 해, 밸브는 몇몇 헤드셋 프로토타입을 시연했으며,[15] 이는 사용자가 자연스럽게 탐색하고 상호 작용할 수 있는 "룸 스케일" VR 환경에 초점을 맞춘 바이브를 생산하기 위한 HTC와의 파트너십으로 이어졌다.[16] 바이브는 2016년 4월에,[17] 플레이스테이션 VR은 2016년 10월에 출시되었다.[18]

스마트폰용 VR 헤드셋과 뷰어도 등장했다. 디스플레이가 통합된 헤드셋과 달리, 이 장치는 본질적으로 스마트폰을 삽입할 수 있는 인클로저이다. VR 콘텐츠는 전용 내부 디스플레이가 아닌 입체경 역할을 하는 렌즈를 통해 기기 자체 화면에서 시청된다. 구글은 구글 카드보드로 알려진 가상 현실 뷰어를 위한 일련의 사양 및 관련 DIY 키트를 출시했다. 이러한 뷰어는 판지와 같은 저렴한 재료(및 자이로스코프가 있는 스마트폰)를 사용하여 구성할 수 있다. 삼성전자는 오큘러스 VR과 제휴하여 삼성 기어 VR(최신 삼성 갤럭시 기기만 호환)을 공동 개발했으며, LG전자는 LG G5 스마트폰 전용 디스플레이가 탑재된 헤드셋인 LG 360 VR을 개발했다.[19][20][21][22] 2019년 6월, 밸브는 HTC와의 파트너십 없이 자체 헤드셋인 밸브 인덱스를 출시했다.[25]

3. 기술

가상 현실(VR) 헤드셋은 사용자가 가상 세계를 체험할 수 있도록 다양한 기술을 사용한다.

헤드셋은 렌즈를 통해 근거리 디스플레이를 넓은 시야로 보여주고, 편안한 원거리 초점을 제공한다.[31][32] 이때 프레넬 렌즈가 주로 사용되는데, 이는 콤팩트하고 가벼우며 넓은 시야를 제공하기 때문이다. 하지만 렌즈는 왜곡과 색수차를 유발할 수 있으며, 이는 소프트웨어로 보정된다.[31] 또한, 사용자의 시력에 맞춰 렌즈를 동적으로 조정할 수 있어 안경 없이도 헤드셋을 사용할 수 있다.[33]

VR 헤드셋으로 표시되는 실제 이미지. 렌즈의 왜곡과 색수차 보정을 보여준다.

지연 시간은 사용자의 움직임과 화면 변화 사이의 시간 간격을 의미하며, VR 헤드셋에서는 매우 중요한 요소이다. 지연 시간이 길어지면 가상 현실 멀미를 유발할 수 있기 때문이다.[34][35] 밸브 엔지니어에 따르면 이상적인 지연 시간은 7~15밀리초이다.[36]

그래픽 처리 장치(GPU)는 충분한 프레임을 렌더링할 수 있어야 한다. 오큘러스는 Xbox One과 PlayStation 4의 제한된 처리 능력을 언급하며, 초기에는 PC 게임 시장을 목표로 했다고 밝혔다.[37]

최근에는 주시 렌더링 기술이 주목받고 있다. 이 기술은 사용자의 시선을 추적하여 시선에서 멀어질수록 렌더링 해상도를 낮추는 방식으로, 렌더링 부담을 줄인다.[38] 이는 인간의 주변 시야가 중심와보다 덜 민감하다는 점을 이용한 것이다.[38]

3. 1. 해상도 및 디스플레이 품질

가상 현실 헤드셋은 사용자가 이미지 품질을 어떻게 인식하고 가상 세계를 어떻게 경험하는지에 영향을 미치는 다양한 광학 및 시각적 품질을 가지고 있다. 이미지 선명도는 디스플레이 해상도, 광학 품질, 재생률 및 시야각에 따라 달라진다.[29]

가상 현실 헤드셋은 단일 디스플레이를 넓은 시야각(제조사에 따르면 일부 장치의 경우 최대 110°)으로 늘리기 때문에, 확대 요인으로 인해 디스플레이 기술의 결함이 훨씬 더 뚜렷하게 나타난다. 한 가지 문제는 소위 스크린 도어 효과인데, 이는 픽셀의 행과 열 사이의 틈이 마치 방충망을 통해 보는 것처럼 보이게 되는 현상이다.[30] 이는 초기 프로토타입 및 개발 키트에서 특히 두드러졌으며,[8] 소매 버전보다 낮은 해상도를 가지고 있었다.

3. 2. 렌즈

헤드셋의 렌즈는 근거리 디스플레이를 넓은 시야로 매핑하는 역할을 하며,[31][32] 보다 편안한 원거리 초점을 제공한다. 눈은 헤드셋 내에서 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 눈의 피로를 방지하려면 초점을 다시 맞출 필요가 없도록 하는 것이 중요한 과제이다.

프레넬 렌즈는 콤팩트하고 가벼운 구조로 인해 가상 현실 헤드셋에 일반적으로 사용된다. 렌즈는 여러 개의 재료 조각을 사용하지 않고, 여러 섹션으로 나뉘어 개별 사용자가 더 넓은 시야를 가질 수 있도록 한다. 렌즈에서 나타나는 문제는 헤드셋이 머리에 제대로 정렬되지 않았을 때 렌즈의 능선을 보는 것이다.[29]

렌즈는 왜곡과 색수차를 유발하며, 이는 일반적으로 소프트웨어에서 보정된다.[31] 또한 렌즈는 사용자의 안경 처방에 맞춰 동적으로 조정되어 사용자가 교정용 안경 없이 헤드셋을 사용할 수 있다.[33]

3. 3. 지연 시간

가상 현실 헤드셋은 일반적인 비디오 게임보다 지연 시간(입력의 변화로부터 시각적 효과가 나타나기까지 걸리는 시간)에 대한 요구 사항이 훨씬 더 높다.[34] 시스템이 머리 움직임에 반응하기에 너무 느리면, 사용자는 일종의 멀미인 가상 현실 멀미를 경험할 수 있다.[35] 밸브 엔지니어에 따르면, 이상적인 지연 시간은 7~15밀리초이다.[36]

그래픽 처리 장치(GPU) 또한 필요한 프레임 수를 렌더링할 수 있을 만큼 강력해야 한다. 오큘러스는 Xbox One과 PlayStation 4의 제한된 처리 능력을 그들이 첫 번째 장치로 PC 게임 시장을 목표로 한 이유로 언급했다.[37]

주시 렌더링은 렌더링 작업을 줄이기 위한 새로운 기술이다. 이 기술은 시선 추적 하드웨어를 사용하여 사용자가 어느 지점을 보고 있는지 파악하고 사용자의 시선에서 멀어질수록 렌더링 해상도를 낮춘다. 이것은 인간의 주변 시야가 중심와보다 훨씬 덜 민감하기 때문에 사용자에게는 눈에 띄지 않을 수 있다.[38]

4. 다양한 분야에서의 활용

VR 헤드셋은 게임뿐만 아니라 의료, 군사 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

포트 스튜어트 기지에서 지상 전투 훈련 VR 헤드셋을 사용할 준비를 하고 있는 미군 (2013년)

  • 의료 훈련: 의대생들은 VR 헤드셋을 통해 가상 환자를 대상으로 수술을 연습하며 실제 수술에 필요한 기술을 익힐 수 있다.
  • 군사 훈련: 미국군은 VR 헤드셋을 활용하여 군인들을 위험에 빠뜨리지 않고 훈련시킨다.
  • 게임 및 엔터테인먼트: 닌텐도의 Wii, 마이크로소프트의 Xbox 키넥트, 소니의 플레이스테이션 플레이스테이션 무브 등 다양한 게임 장치에서 VR 기술이 활용되고 있다.

4. 1. 의료 훈련

가상 현실 헤드셋은 현재 의대생의 수술 훈련 수단으로 사용되고 있다. 가상 현실 헤드셋을 통해 학생들은 가상적이고 통제된 환경에서 필수적인 시술을 수행할 수 있다. 학생들은 가상 환자를 대상으로 수술을 수행하며, 이를 통해 실제 환자를 대상으로 수술을 수행하는 데 필요한 기술을 습득할 수 있다. 또한 학생들은 수술을 주치의의 관점에서 다시 볼 수 있다.[39]

전통적으로 학생들은 수술에 참여해야 했으며, 종종 중요한 부분을 놓치곤 했다. 현재는 VR 헤드셋을 사용하여 학생들이 핵심 부분을 놓치지 않고 주치의의 관점에서 수술 절차를 볼 수 있다. 학생들은 또한 수술을 일시 중지, 되감기 및 빨리 감기 할 수 있다. 또한 위험 없는 환경에서 장착된 실제 헤드셋으로 기술을 완벽하게 연마할 수 있다.[40]

훈련 목적 외에도 증강 현실 헤드셋은 이미 영상 유도 수술에도 사용되고 있다.

VR 헤드셋이 장착된 스마트폰은 주변 망막 병변을 기록하기 위해 고품질 망막 영상 및 이미지를 캡처하는 데 사용되어 왔다.[41]

4. 2. 군사 훈련

가상 현실 헤드셋은 미국군에서 군인을 위험에 빠뜨리지 않으면서 훈련하는 데 유용한 도구로 사용되어 왔다.[42] 가상 현실 헤드셋을 통해 군인들은 가상 현실의 사람들과 상호 작용하여 현실감을 높일 수 있다. 그들은 서로 대화하고 다양한 행동을 취하여 가상 현실 세계가 마치 실제 현실 세계에 있는 것처럼 느낄 수 있다.

군인들이 헤드셋을 사용할 때는 장점과 단점이 모두 존재한다.

  • 장점: 상황을 여러 번 반복할 수 있고, 군사 장비가 필요하지 않아 헤드셋을 사용하는 비용이 저렴하다.[43]
  • 단점: 헤드셋이 실내 공간, 시원한 환경, 열이 없는 곳을 위해 만들어졌기 때문에, 군인이 헤드셋만 착용하고 군사 장비를 착용하지 않은 상태에서는 기본적인 훈련과 같지 않다.[43]

4. 3. 게임 및 엔터테인먼트

VR은 닌텐도의 게임기 Wii에서 사용되었으며, 플레이어가 컨트롤러를 사용하여 선택한 게임(대부분 스포츠 게임)과 상호 작용할 수 있게 했다. 닌텐도 Wii 출시 직후, 마이크로소프트의 Xbox는 키넥트라고 불리는 전신 판독 시스템을 도입했고, 소니의 플레이스테이션은 플레이스테이션 무브라는 가상 현실 장치를 도입했다. 이 게임 장치들은 가상 현실을 사용하여 게임 내의 아바타를 제어한다. 이 경우, 플레이어의 움직임을 아바타가 복사하여 게임을 완료한다. 이는 플레이어가 가상 현실 세계에 진정으로 관여하지 않는다는 것을 의미한다.[83]

참조

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