3차원 디스플레이

3. 안경식 3차원 디스플레이

안경식 3차원 디스플레이는 관측자가 특수 안경을 착용하여 양쪽 눈에 서로 다른 이미지를 보여주는 방식이다. 1832년 찰스 휘트스톤 경이 최초의 3차원 디스플레이를 만들었으며,^[1] 이는 깊이를 표현하는 기본적인 기능을 가진 입체경 방식이었다.

안경 타입의 3차원 디스플레이는 적청 안경, 액정 셔터 안경, 편광 안경 등을 사용하여 두 눈에 서로 다른 화면을 보여준다. 이때 양안 시차가 발생하여 관측자는 영상물에서 입체감을 느끼게 된다.^[31]

입체 디스플레이는 "스테레오 디스플레이", "스테레오 3D 디스플레이", "입체 3D 디스플레이" 등으로 불리며, 때로는 "3D 디스플레이"라고 잘못 불리기도 한다. 입체 디스플레이의 기본 기술은 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 다른 이미지를 제시하는 것이다. 이 두 개의 2D 오프셋 이미지는 뇌에서 결합되어 3D 깊이 지각을 제공한다.

전체 3D를 표시할 수 있는 디스플레이와 달리, 입체 디스플레이는 관찰자의 머리 움직임과 눈의 조절 변화가 시각에 영향을 미치지 않는다. 예를 들어, 일부 홀로그래픽 디스플레이는 이러한 제한이 없다.

1830년대 찰스 휘트스톤 경이 설명한 입체시 원리를 기반으로, 입체 기술은 시청자의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 서로 다른 이미지를 제공한다.

3. 1. 애너글리프 (Anaglyph)

3. 2. 편광 안경 방식 (Polarization Systems)

3. 3. 액정 셔터 안경 방식 (Active Shutter Systems)

3. 4. 간섭 필터 기술 (Interference Filter Technology)

4. 무안경식 3차원 디스플레이 (Autostereoscopy)

무안경식 3차원 디스플레이(Autostereoscopy)는 특수 안경 없이 입체 영상을 볼 수 있는 방식이다. 오토스테레오스코피라고도 불린다.

이 방식은 렌즈형 렌즈나 시차 장벽 기술을 이용하여 겹쳐진 두 개 이상의 이미지를 분리하여 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 서로 다른 이미지를 보여준다. 이를 통해 뇌에서 깊이 지각을 일으켜 3차원 입체감을 느끼게 한다.

렌즈형 렌즈 방식은 1940년부터 1948년까지 러시아에서 여러 편의 단편 영화 상영에 사용되었으며, 1946년에는 장편 영화 로빈슨 크루소에도 사용되었다.^[12][13]

최근에는 시차 장벽 방식이 적용된 닌텐도 3DS와 같은 게임기,^[11] 렌즈형 렌즈 방식이 적용된 후지필름 파인픽스 리얼 3D와 같은 카메라가 있다.

4. 1. 시차 장벽 방식 (Parallax Barrier)

4. 2. 렌티큘러 렌즈 방식 (Lenticular Lens)

4. 3. 광선 재생형 (Light Field Display)

5. 체적형 디스플레이 (Volumetric Display)

체적형 디스플레이는 물리적인 메커니즘을 이용하여 3차원 공간에 빛의 점(복셀)을 표시하는 방식이다. 픽셀 대신 복셀을 사용하며, 여러 겹의 디스플레이 평면을 쌓거나 회전하는 패널을 이용해 입체 영상을 구현한다.^[29]

레이저 광선을 초점에 모아 공기를 플라스마화시켜 발광하는 현상을 이용하면 3차원 이미지를 만들 수 있다. 레이저를 주사하여 초점 위치를 바꾸면 자유도 높은 표현이 가능하다. 현재는 3차원 벡터 스캔을 통해 단순한 도형을 단색으로 표시하는 수준이다.

다른 기술로는 장치 위에 빛의 점을 투사하는 방식이 있다. 적외선 레이저로 공간상의 특정 지점에 초점을 맞춰 작은 플라스마 방울을 생성하고, 여기서 나오는 가시광선을 이용하는 것이다.

체적형 디스플레이와 공기의 플라스마 발광을 이용한 디스플레이는 여러 명의 관찰자가 동시에 올바른 시차 정보를 볼 수 있게 해준다.

6. 홀로그래픽 디스플레이 (Holographic Display)

홀로그래픽 디스플레이는 양안시차, 동적 시차, 조절 및 수렴과 같은 4가지 눈의 메커니즘을 모두 제공하는 디스플레이 기술이다.^[16] 이를 통해 특수한 안경 없이 3D 객체를 볼 수 있으며, 사람의 눈에 시각적 피로가 발생하지 않는다.

2013년, 실리콘 밸리의 회사인 LEIA Inc.는 다방향 백라이트를 사용하여 모바일 장치(시계, 스마트폰 또는 태블릿)에 적합한 홀로그래픽 디스플레이를 제조하기 시작했으며, 안경 없이도 3D 콘텐츠를 볼 수 있도록 넓은 전체 시차 각도 보기를 제공했다.^[17] 이 회사의 첫 번째 제품은 모바일 폰(레드 하이드로겐 원)의 일부였으며, 이후 자체 안드로이드 태블릿에도 탑재되었다.

7. 헤드 마운트 디스플레이 (HMD) 방식

헤드 마운트 디스플레이(HMD)는 안경식과 유사하지만, 표시 이미지를 비추는 기구 전체를 관찰자의 머리에 착용하는 형식이다. 좌우 서로 다른 시점에서 촬영된 영상이 좌우 눈으로 각각 자연스러운 거리감을 유지할 수 있도록 광학적으로 조정되어 얼굴 가까이 또는 안구 바닥에 직접 투영된다.^[2][3] 투영면을 안경처럼 투과성으로 만들어 증강 현실을 위한 표시 인터페이스 기기로 사용되기도 한다. 사용자는 각 눈에 하나씩 확대 렌즈가 있는 두 개의 작은 LCD 또는 OLED 디스플레이가 장착된 헬멧이나 안경을 착용한다. 이 기술은 스테레오 영화, 이미지 또는 게임을 표시하는 데 사용될 수 있으며, 가상현실 구현에도 사용된다. 머리 추적 장치와 결합하면 사용자가 머리를 움직여 가상 세계를 "둘러볼" 수 있으므로 별도의 컨트롤러가 필요하지 않다.

8. 2D 영상 기반 3D 변환

PC용 디스플레이 제품에서는 2D 동영상 소프트웨어를 재생할 때 연산 처리를 더하여 의사적으로 입체시를 가능하게 하는 경우가 있다. 액정 셔터 방식 안경을 사용한 3D 표시 장치에 주로 첨부되는 소프트웨어 옵션 기능으로 제공되지만, 원래 2D 동영상 정보에는 각 화소의 깊이 정보(심도 정보)가 포함되어 있지 않다. 따라서 화면 간 화소 이동량을 분석하여, 동일한 형태로 크게 움직이는 화소를 "배경"에서 분리하고 "물체"를 앞에 배치하는 방식으로 의사적인 입체감을 생성한다. 물체의 요철감까지는 재현할 수 없지만, 움직임이 있는 동영상에서는 어느 정도 훌륭한 입체감을 얻을 수 있다고 평가된다.

9. 3차원 디스플레이 안전 기준

3차원 디스플레이로 인한 건강 피해가 우려되고 있다. 사용 시 눈의 피로, 두통, 메스꺼움 등의 신체 이상을 유발하는 경우가 있으며, 사용 후 물체가 이중으로 보이는 등의 시각 장애가 잠시 남는 경우도 있다.^[30] 이러한 증상은 연령 등 개인차, 시청 시간, 3차원 디스플레이 방식, 입체시 소프트웨어의 내용에 따라 달라지는 것으로 여겨져 안전 기준 확립이 요구되고 있다.

일본에서는 전자 정보 기술 산업 협회, 산업기술종합연구소, [http://www.3dc.gr.jp/jp/index.html 3D 컨소시엄]이 공동으로 "3DC 안전 가이드라인"과 "3D 문헌 초록집"을 작성하였다. 초안을 정리한 쾌적 3D 기반 연구 추진 위원회는 이 가이드라인을 바탕으로 ISO에 국제 표준으로 제안할 예정이다.^[30]

참조

_[1] 논문 Three-Dimensional Displays: A Review and Applications Analysis https://dept-info.la[...] 2011-06-01
_[2] 웹사이트 New holographic waveguide augments reality. http://physicsworld.[...] IOP Physic World 2014
_[3] 웹사이트 Holographic Near-Eye Displays for Virtual and Augmented Reality. https://www.microsof[...] Microsoft Research 2017
_[4] 논문 A mobile head-worn projection display. https://stars.librar[...] 2007
_[5] 논문 Investigation of a 3D head-mounted projection display using retro-reflective screen. 2014
_[6] 서적 Amazing 3D Little, Broawn & Company (Canada) Limited
_[7] 웹사이트 "The Chopper", article by Daniel L. Symmes http://www.3dmovingp[...] 3dmovingpictures.com 2010-10-14
_[8] 웹사이트 Samsung 3D http://www.berezin.c[...] 2017-12-02
_[9] 서적 Make Your own Stereo Pictures http://www.digitalst[...] The Macmillan Company 1955
_[10] 간행물 Seeing is believing 2011-03-01
_[11] 서적 Three-Dimensional Imaging Techniques Academic Press 1976
_[12] 서적 Amazing 3D Little, Broawn & Company (Canada) Limited
_[13] 웹사이트 The ASC: Ray Zone and the "Tyranny of Flatness" « John Bailey's Bailiwick http://www.theasc.co[...] 2012-05-18
_[14] 서적 Make Your own Stereo Pictures The Macmillan Company 1955
_[15] 간행물 Son of Nimslo 1989-05-01
_[16] 웹사이트 Ray-based and Wavefront-based 3D Representations for Holographic Displays https://books-librar[...]
_[17] 논문 A multi-directional backlight for a wide-angle, glasses-free three-dimensional display 2013
_[18] 웹사이트 Content-adaptive parallax barriers: optimizing dual-layer 3D displays using low-rank light field factorization http://web.media.mit[...] 2010
_[19] 웹사이트 Layered 3D: Tomographic Image Synthesis for Attenuation-based Light Field and High Dynamic Range Displays http://www.cs.ubc.ca[...] ACM Transactions on Graphics (SIGGRAPH) 2011
_[20] 웹사이트 Polarization Fields: Dynamic Light Field Display using Multi-Layer LCDs http://alumni.media.[...] ACM Transactions on Graphics (SIGGRAPH Asia) 2019
_[21] 웹사이트 Tensor Displays: Compressive Light Field Synthesis using Multilayer Displays with Directional Backlighting http://web.media.mit[...] ACM Transactions on Graphics (SIGGRAPH) 2012
_[22] 간행물 ディスプレイ＆映像の技術 第1回 2010-04-01
_[23] 문서 ドルビーデジタル3Dの分光方式に関する説明
_[24] 문서 シャープのサイドマウンティングスキャンニングLEDバックライトに関する説明
_[25] 간행물 3Dテレビで早くも日韓激突 画質の良さをうたう日本勢 2010-03-22
_[26] 문서 シャープの2010年度の3D液晶テレビに関する説明
_[27] 서적 光学機器が一番わかる 技術評論社 2010-05-05
_[28] 웹사이트 http://www.nhk.or.jp[...] 2015-03-01
_[29] 웹사이트 http://actuality-med[...] 2015-03-01
_[30] 웹사이트 人に優しい3Dのためのガイドラインとデータベースを公開 https://www.aist.go.[...] 産業技術総合研究所 2010-04-19
_[31] 논문 광학과 기술 13권 1호 2009
_[32] 웹사이트 닌텐도3DS의 사양(일본어) http://www.nintendo.[...]