헤드업 디스플레이

헤드업 디스플레이(Heads-up display, HUD)는 인간이 머리를 든 채로 앞쪽을 바라볼 때 정보가 직접 시야에 들어오도록 비춰주는 디스플레이 장치이다. 간략히 HUD(에이치유디) 또는 전방시현기라고도 한다. 자동차에서 헤드업 디스플레이는 운전자가 전방 주시에 용이하도록 다양한 정보를 차량 앞면 유리창 위에 표시하여, 운전 중에 계기판을 보기 위해 시선을 아래로 옮기는 것을 최소화시켜 준다. 증강현실(AR) 기술을 적용하여 증강현실 헤드업 디스플레이(AR HUD)라고도 한다.

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개요

헤드업 디스플레이는 군용 항공 기술로 개발되었지만 민간 분야에서도 다양하게 응용되고 있다. 1960년대에 항공기에 처음 적용되었고, 2010년 이후부터는 자동차 분야로 적용이 확대되고 있다. 2003년 독일의 비엠더블유(BMW)에 이어 아우디, 일본의 토요타가 헤드업 디스플레이 적용 자동차를 선보였고, 한국에서는 2012년 기아자동차가 K9에 처음으로 헤드업 디스플레이를 도입했다. 초기 헤드업 디스플레이는 항공기에 정보를 표시하기 위해 개발된 장치였다. 특히, 교전 중에도 속도와 고도 정보를 확인해야 하는 전투기에 꼭 필요한 기술이었다. 조종사가 전방을 주시할 수 있도록 돕는다는 의미로 '전방시현기'라고도 불리고, 고개를 든 상태에서 정보를 확인할 수 있다고 해서 '헤드-업 디스플레이'라는 명칭으로도 불렸다. 차량용 헤드업 디스플레이는 차량의 현재 속도, 연료 잔량, 내비게이션 길 안내 정보 등을 운전자 바로 앞 유리창 부분에 그래픽 이미지로 투영해 주도록 고안되었다. 예를 들어 자동차로 주행할 때, 주행 정보를 알기 위해서는 계기판을 향해 시선을 내려야 한다. 이때 운전자는 정면을 응시하는 것이 불가능해지므로 사고의 위험이 생기게 된다. 이렇듯 헤드업 디스플레이는 운전자 정면의 유리창 위에 주행 정보를 띄워 운전자가 주행 시 주행 정보를 인식할 수 있도록 도와주는 장치이다. 구현 방식으로는 프로젝터용 레이저를 통해 허상 지점에 이미지를 구현하는 방식과 하단에 이미지 패널을 배치하여 광원 반사를 통해 구현하는 방식이 대표적이며, 최근에는 디스플레이 기술 발달로 투명 디스플레이에 직접 이미지를 표시하는 방식이 상용화 준비 중이다.

역사

헤드업 디스플레이는 세계 2차대전 전 군용 전투기의 시차 없는 광학 조준 기술인 반사경 시야에서 시작되었다. 자이로 건경은 기동 중 목표물을 타격하는 데 필요한 리드량을 해결하기 위해 속도와 회전율에 따라 움직이는 레티클을 추가했다. 1940년대 초 영국의 레이더 개발을 담당하는 전기통신연구센터(TRE)는 영국 공군(RAF) 야간 전투기 조종사들이 목표물에 접근하면서 레이더 사업자의 구두 지시에 따라 대응하는데 어려움을 겪고 있다는 사실을 발견했다. 그들은 조종사를 위해 두 번째 레이더 디스플레이를 추가하는 실험을 했지만, 목표물을 찾기 위해 불이 켜진 화면에서 어두운 하늘을 올려다보는 데 어려움을 겪고 있다는 것을 발견했다. 1942년 10월, 그들은 레이더 튜브의 이미지를 앞유리의 평평한 부분에 있는 그들의 표준 GGS Mk. II 자이로 조준경의 투영과 성공적으로 결합했고, 나중에는 조준경 자체에서 성공적으로 결합했다. 핵심 업그레이드는 원래 AI Mk. IV 레이더에서 드 하빌랜드 모기의 야간 전투기에서 발견된 마이크로파 주파수 AI Mk. 8 레이더로 이동하는 것이었다. 이 세트는 인공 지평선을 만들어 헤드업 비행을 더욱 완화시켰다.

1955년 미국 해군 연구 개발국은 현대 제트 항공기를 조종하는 조종사의 부담을 덜어주고 비행 중 계측기를 덜 복잡하게 만들기 위해 사이드스틱 컨트롤러와 함께 모형 헤드업 디스플레이 개념 유닛으로 일부 연구를 수행했다. 그들의 연구는 그 당시의 어떤 항공기에 통합되지 않았지만, 그들이 만든 조잡한 헤드업 디스플레이 모형화는 오늘날의 헤드업 디스플레이 장치의 모든 특징을 가지고 있다. 헤드업 디스플레이 기술은 1958년 4월 30일 처음 비행한 영국 해군의 부카네어호에 의해 다음으로 발전되었다. 이 항공기는 매우 빠른 속도로 매우 낮은 고도로 비행하고 수 초 동안 지속되는 전투로 폭탄을 투하하도록 설계되었다. 그런 만큼 조종사가 계기판에서 폭탄 조준까지 올려다볼 겨를이 없었다. 이는 고도, 비행속도, 포탄/폭격 조준경을 결합하여 하나의 포사경 같은 디스플레이로 만드는 '스트라이크 조준기'의 개념으로 이어졌다. 새로운 헤드업 디스플레이 디자인을 지지하는 사람들과 오래된 전자기계식 총기 난사 사건의 지지자들 사이에 치열한 경쟁이 벌어졌는데, 헤드업 디스플레이는 급진적이고 심지어 무모한 선택으로 묘사되었다.

영국 국방부의 에어 암 지부는 스트라이크 시트의 개발을 후원했다. 왕립항공기 설치소(RAE)가 장비를 설계했으며, '헤드업 디스플레이'라는 용어는 이때부터 사용했다고 볼 수 있다. 생산 단위는 신텔에 의해 건설되었으며, 시스템은 1958년에 처음 통합되었다. 신텔 헤드업 디스플레이 사업은 엘리엇 플라이트 오토메이션(Elliott Flight Automation)에 의해 인수되었고 부카네어 헤드업 디스플레이는 제조되고 더 발전되어 총 375개의 시스템이 만들어진 Mark III 버전까지 계속되었고, 영국 해군으로부터 '핏 앤 망각' 칭호를 받았으며, 거의 25년이 지난 후에도 여전히 사용되고 있다. 비에이이(BAE) 시스템스는 지이씨-마크로니 아비오니스(GEC-Marconi Avionics)를 통해 엘리엇트의 뒤를 이어 세계 최초의 헤드업 디스플레이 운영 서비스 업체로 내세우고 있다. 영국에서 새로운 총 조준경을 가지고 비행하는 조종사들이 비행기를 조종하는데 더 능숙해지고 있다는 것이 주목되었다. 이때 헤드업 디스플레이는 일반 파일럿을 목표로 하는 무기 이상으로 목적을 확대했다. 1960년대에 프랑스의 시험 파일럿 길버트 클로프스타인(Gilbert Klopfstein)은 조종사들이 하나의 시스템만 배우면 되고 항공기들 간에 더 쉽게 전환할 수 있도록 최초의 현대식 헤드업 디스플레이와 헤드업 디스플레이 기호가 표준화된 시스템을 만들었다. 착륙에 대한 계기 비행 규칙 접근에 사용되는 현대 헤드업 디스플레이는 1975년에 개발되었다. 클로프스타인은 조종사의 시야에 중요한 비행 데이터를 중앙집중화하는 것을 목표로 군용 전투기와 헬리콥터에서 헤드업 디스플레이 기술을 개척했다. 이 접근방식은 파일럿의 스캔 효율성을 높이고 태스크 포화 및 정보 과부하를 감소시키는 것을 추구했다.

그 후 헤드업 디스플레이의 사용은 군용기 이상으로 확대되었다. 1970년대에는 헤드업 디스플레이가 상업 항공에 도입되었고, 1988년에는 제너럴모터스(General Motors)의 올즈모빌 커틀라스 슈프림(Oldsmobile Cutlas Supreme)이 헤드업 디스플레이를 갖춘 최초의 자동차가 되었다. 이 시스템은 원래 대시보드에서 속도, 타코미터 및 기타 기본 판독값을 표시하기 위해 사용되었다. 그러나 기술이 발전함에 따라 훨씬 더 정교하고 중요한 정보가 전시되고 있다. 기존의 헤드업 디스플레이는 증강현실(AR)이라는 새로운 기술로 대체되고 있다. 이러한 증강현실 시스템은 헤드업 디스플레이의 새로운 버전이지만 훨씬 더 진보적이다. 증강현실은 GPS 시스템, 적외선 카메라, 인터넷 및 모바일 앱과 통합되어 자동차의 앞유리를 온보드 정보 화면으로 바꿀 수 있다. 그리고 1889년 닛산 240SX, 1991년 토요타의 크라운 마제스타에 장착되었다, 최초의 컬러 헤드업 디스플레이는 1998년 쉐보레 콜벳 C5에 적용되었다. 초기 헤드업 디스플레이는 시인성이 좋지 않아 널리 보급되지 못했으나, 2001년 제너럴모터스(GM)가 캐딜락 XLR에 시인성이 더 좋아진 헤드업 디스플레이를 적용했고, 2003년 비엠더블유 5시리즈(E60)부터 점차 고급 브랜드를 중심으로 확대되었다. 한국 시장에서는 2012년 기아자동차 K9에 최초로 헤드업 디스플레이가 적용되었다.

원리

헤드업 디스플레이 시스템을 구현하는 원리는 굴절식(Conventional)과 회절식(Holographic)이 있다. 먼저 굴절식은 소형 모니터(CRT)위에 대형 렌즈를 놓고 그 광선을 굴절시킨 화면이 다시 투명판에 반사되는 구조를 하고 있다.

헤드업 디스플레이를 사용하면, 전방 시야는 유지되면서 심볼을 비롯한 각종 정보가 투명한 유리판에 반사되면서 나타난다. 소형 모니터로부터 나온 광선은 상이 형성되는 지점을 반사판 각에 정확하게 맞추기 위해 대형 렌즈에 의해 굴절된다. 왜냐하면 소형 모니터는 수평으로 있고 그 위에 반사판이 경사가 져 있기 때문에 거리가 동일하지가 않아 그냥 반사시키면 가까운 쪽은 작게, 먼 쪽은 길게 상이 맺히고 초점도 다 달라서 흐릿하게 보이게 된다. 이것을 균일하게 하여 상을 선명하게 시현하기 위해 두꺼운 렌즈를 사용한다. 굴절된 빛은 대형 렌즈의 유리면과 공기층을 번갈아 통과할 때 매질이 서로 다르기 때문에 그 굴절도가 변화하는데 이것을 정밀하게 조정하여 초점을 맞추고 크기도 균일하게 맞춰 심볼의 왜곡 현상을 없앤다. 헤드업 디스플레이 시스템은 굴절식 헤드업 디스플레이 시스템에서 렌즈의 역할을 레이저가 대신하는 방식이다. 홀로그램(Hologram)에 의해 빛의 회절을 조절하여 반사판에 상이 맺히도록 한다. 이는 밝기가 굴절식보다 밝고, 넓은 면적을 커버하며 무게도 가볍다는 장점을 갖는다. 또한, 헤드업 디스플레이 시스템은 오늘날 자동차에 장착할 수 있도록 진화하고 있다. 자동차의 전방 유리창에 속도 등의 차량 상태를 나타내고 위험을 알리는 경고 문구를 보여주기도 한다. 이는 운전의 안전성과 편리성에 획기적인 증대를 가져왔다. 반면에 회절식 시스템은 굴절식 시스템에서 렌즈가 하던 역할을 레이저가 대신하는 방식으로서, 홀로그램(Hologram)에 의해 빛의 회절을 조절하여 반사판에 상이 맺히도록 한다. 회절식 시스템은 화면이 굴절식보다 밝고, 또한 넓은 화면을 제공하면서도 무게까지 가볍다는 장점을 갖고 있다.

특징

설계 요소

헤드업 디스플레이 설계에는 다음과 같은 여러 요소가 상호 작용한다.

• 시야(Field of View): 시야는 운전자의 눈에서 수직 및 수평으로, 결합기가 외부 시야와 관련하여 공생학을 표시하는 각도를 나타낸다. 좁은 시야는 결합기를 통한(예를 들어 활주로의) 시야가 활주로 환경의 경계선을 벗어나는 추가 정보를 거의 포함하지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 반면에 넓은 시야는 '광대' 시야를 허용한다. 항공 애플리케이션에서, 넓은 시야의 주요 이점은 옆바람을 맞으며 활주로에 접근하는 항공기가 활주로 문턱에서 훨씬 멀리 가리켜도 결합기를 통해 활주로가 시야에 남아 있을 수 있다는 것이다. 여기서 활주로의 좁은 시야는 결합기의 '가장자리'에서 헤드업 디스플레이의 시야에서 벗어난다. 인간의 눈은 분리되어 있기 때문에 각각의 눈은 다른 이미지를 받는다. 헤드업 디스플레이 이미지는 설계 프로세스의 기술 및 예산 한계에 따라 한쪽 또는 양쪽 눈으로 볼 수 있다. 현대의 기대는 두 눈이 같은 이미지, 즉 '쌍안경 시야'(FOV)를 보는 것이다.
• 시준(Collimation): 투사된 영상이 시준되어 광선이 평행하게 된다. 광선이 평행하기 때문에 인간의 눈의 렌즈는 선명한 이미지를 얻기 위해 무한대에 초점을 맞춘다. 헤드업 디스플레이 결합기의 시준된 영상은 광학 무한대 또는 그 근처에 존재하는 것으로 인식된다. 이는 조종사의 눈이 외부 세계와 헤드업 디스플레이를 보기 위해 리포커스할 필요가 없다는 것을 의미한다. 이미지는 바깥세상을 오버레이하면서 저 밖으로 보이게 된다. 이 기능은 효과적인 헤드업 디스플레이에 매우 중요하다. 헤드업 디스플레이 표시 상징 정보와 그 정보가 중첩된 외부 세계 사이에 재포커스를 하지 않아도 되는 것은 시준된 헤드업 디스플레이의 주요 장점 중 하나이다. 이 기능은 조종사가 몇 초 동안 필요로 하는 안전 중요 및 시간에 중요한 조종사들에게 헤드업 디스플레이를 특별히 고려하게 한다. 조종석 내부로 다시 들어간 다음 다시 밖으로 나가는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 항공기 착륙의 최종 단계에서 말이다. 따라서 시준은 고성능 헤드업 디스플레이의 주요 특징이며, 이를 소비자 품질 시스템과 차별화하여 단순히 자동차의 앞유리에서 시준되지 않은 정보를 반사한다.
• 아이박스(Eyebox): 광학 콜리메이터는 평행한 빛의 실린더를 생성하여, 시청자의 눈이 그 실린더 내부의 어딘가에 있을 때만 디스플레이를 볼 수 있으며, 헤드 모션 박스 또는 아이박스라고 불리는 3차원 영역이다. 현대의 헤드업 디스플레이 아이박스는 보통 5 x 3 x 6 세로 인치 정도의 가로 방향이다. 이렇게 하면 시청자는 헤드 움직임의 자유가 어느 정도 허용되지만 너무 위/아래로 너무 멀리 이동하면 디스플레이가 콜리메이터 가장자리에서 사라지고 너무 뒤로 이동하면 디스플레이가 가장자리 주변에서 잘려나가게 된다. 파일럿은 한쪽 눈이 아이박스 안에 있는 한 전체 디스플레이를 볼 수 있다.
• 휘도/대조도: 디스플레이는 주변 조명을 고려하여 휘도와 대조가 조정되며, 이는 매우 다양할 수 있다. 예를 들어 밝은 구름의 섬광에서 최소 조명 영역에 대한 달이 없는 야간 접근까지라고 할 수 있다.
• 보어라이트(Boresight): 항공기 헤드업 디스플레이 구성 요소는 항공기의 세 가지 축(보어웨이빙이라고 하는 프로세스)과 매우 정확하게 정렬되어 표시 데이터가 ±7.0 밀리라디안(±24분 호)의 정확도로 일반적으로 현실을 준수하며 헤드업 디스플레이의 시야에 따라 다를 수 있다. 이 경우 적합성이라는 단어는 어떤 물체가 결합기에 투사되고 실제 물체가 보일 때, 그것들은 정렬될 것을 의미한다. 이를 통해 디스플레이는 조종사에게 인공 지평선이 정확히 어디에 있는지, 항공기의 투사 경로를 매우 정확하게 보여줄 수 있다. 예를 들어 향상된 비전(Enhanced Vision)을 사용할 경우 실제 조명이 보일 때 실제 활주로 조명과 활주로 조명이 정렬된다. 보레스토랑은 항공기의 건조 과정 중에 이루어지며, 많은 항공기에서 현장에서도 수행될 수 있다.
• 스케일링(Scaling): 표시된 이미지(비행 경로, 피치 및 요 스케일링 등)는 파일럿에게 정확한 1:1 관계에서 바깥 세상을 오버레이하는 사진을 표시하도록 스케일링된다. 예를 들어 조종석에서 볼 수 있는 수평선 아래 3도 아래에 있는 물체(활주로 문턱 등)는 헤드업 디스플레이의 -3도 지수에 나타나야 한다.
• 호환성(Compatibility): 헤드업 디스플레이 구성 요소는 다른 항전, 디스플레이 등과 호환되도록 설계된다.

세대

헤드업 디스플레이는 이미지를 생성하는 데 사용되는 기술을 반영하여 4세대로 분할된다.

• 1세대: 인광 스크린 코팅의 단점이 시간이 지남에 따라 저하되는 인광 스크린에 이미지를 생성하려면 CRT를 사용해야 한다. 현재 운용 중인 헤드업 디스플레이의 대다수는 이런 유형이다.
• 2세대: 액정 디스플레이(LCD) 화면에 의해 변조되는 발광 다이오드(LED)와 같은 솔리드 스테이트 광원을 사용하여 이미지를 표시한다. 이러한 시스템은 사라지거나 1세대 시스템의 고전압이 필요하지 않다. 이 시스템들은 상업용 항공기에 탑재되어 있다.
• 3세대: 투영 시스템을 사용하는 대신 광학 도파관을 사용하여 결합기에서 직접 이미지를 생성한다.
• 4세대: 스캔 레이저를 사용하여 투명한 미디어에 이미지와 심지어 비디오 이미지까지 표시한다. 액정표시장치(LCD), 실리콘 액정표시장치(LCoS), 디지털 마이크로미러(DMD), 유기발광다이오드(OLED) 등 새로운 마이크로 디스플레이 영상 기술이 도입되고 있다.

종류

고정식 장착형 헤드업 디스플레이 외에 헤드 마운트 디스플레이(HMD)도 있다. 헬멧 장착 디스플레이(둘 다 약칭 HMD)를 포함해서, 사용자 머리의 방향에 따라 움직이는 디스플레이 요소를 특징으로 하는 헤드업 디스플레이 형태 등이 있다. 많은 현대 전투기들(F/A-18, F-16, Eurofater 등)은 헤드업 디스플레이와 헤드 장착형 디스플레이를 동시에 사용한다. F-35 라이트닝 II는 헤드업 디스플레이 없이 헤드 장착형 디스플레이에만 의존하여 설계되었으며, 고정 헤드업 디스플레이가 없는 최초의 현대식 군용 전투기가 되었다.

증강현실 전방시현기

증강현실(AR) 전방시현기(Augmented Reality Head-up Display)는 가상의 이미지를 자동차의 앞 유리에 표시하여 필요한 정보를 운전자가 얻을 수 있도록 도와준다. 증강현실 전방시현기는 반영된 정보가 주행 상황의 일부인 것처럼 보여진다는 점에서 윈드쉴드 전방시현기와 차별성이 있다. 예를 들어 길을 탐색할 때, 외부 시야에 정확히 삽입된 가상의 기호는 운전자가 전방의 도로에서 따라가야 하는 경로를 표시한다. 거리 조절 기능(Adaptive Cruise Control, ACC)이 작동하는 경우, 증강현실 전방시현기 이미지에서의 심볼은 보조 시스템에 의해 감지된 차량을 시각화한 것이다. 점점 복잡해지는 환경에서, 증강현실 전방시현기를 통해 운전자는 주행 상황과 직접적으로 관련된 정보를 얻음으로써 운전에 대한 부담을 줄일 수 있다. 이는 운전자가 주행 상황을 더 빨리 알아챌 수 있는 정보로 이어지기 때문에 안전성과 편의를 향상시키게 된다.

컴바이너 전방시현기

콘티넨탈은 컴바이너 전방시현기를 사용하여 전방시현기를 위한 자사 솔루션 범위를 확대하고 있다. 전방시현기 원리를 채택한 이 장치는 설치되는 공간이 다른 전방시현기용 기기들에 비해 상대적으로 작다. ‘컴바이너’(Combiner)라고 하는 작고 투명한 플라스틱 디스크는 앞 유리 대신 표시 정보를 위한 거울로 사용된다. 이 전방시현기 기술이 가지고 있는 인체공학적인 측면의 장점은 차량 내에서 최대한 광범위하게 활용될 수 있다는 점이다. 컴바이너 전방시현기는 모든 차량에 쉽게 통합될 수 있는데, 운전석 공간이 좁은 스포츠 차량에 특히 유용하다. 컴바이너 전방시현기는 앞 유리가 광학 경로와 통합될 필요가 없기 때문에, 적용방식에 따라 앞 유리 전방시현기에 비해 절반 정도의 설치 공간만을 필요로 한다. 컴바이너 전방시현기에 거울 하나만 장착되어 작동될 수 있으므로, 작고 얇게 만들 수 있는 것이다. 컴바이너는 인체공학적 이점도 제공한다. 운전자는 필요한 정보를 읽는 동안 계속해서 교통 상황을 주시할 수 있기 때문에 도로와 디스플레이를 번갈아 가며 보지 않아도 된다.

DMD 전방시현기

디지털 미소 반사 표시기(Digital micromirror device, DMD) 기술은 기존의 전방시현기와 증 현실 전방시현기 간의 격차를 줄여 더 우수한 이미지를 제공한다. 이전에 사용된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT LCD) 기술을 대체하는 DMD는 미러 광학과 영상 생성 장치(PGU)를 기반으로 하여 디지털 시네마 프로젝터와 동일한 방식으로 그래픽 요소를 생성한다. 그래서 중간 스크린, 순차 색 관리, 렌즈 기반 광경로를 통해 이미지는 기존의 전방시현기보다 더 밝고 선명해진다. 콘티넨탈의 새로운 DMD 전방시현기는 동급 제품 중 가장 밝고 크며 운전자가 편광 선글라스를 통해서도 디스플레이를 볼 수 있다. 게다가 디스플레이 영역이 넓기 때문에 통합적인 사용자 인터페이스(Human-Machine Interface)에 편의와 보안을 더한다. DMD 전방시현기를 통해 이전에는 보조 디스플레이나 계기판에 위치했던 정보를 시야에 직접 표시할 수 있는데 이러한 특성으로 차량 제조업체는 차량 내 기기의 중복을 줄일 수 있다.

홀로그래픽 전방시현기

콘티넨탈과 디지렌즈의 기술인 홀로그래픽 전방시현기를 사용하면 증강현실 전방시현기의 부피가 최소한으로 줄어든다. 특히 이 초슬림 홀로그래픽 전방시현기는 현재 사용 중인 시스템의 1/3 크기에 불과하기 때문에 더 작은 공간을 필요로 한다. 이러한 혁신을 통해 운전자는 매우 직관적인 방식으로 모든 관련 정보를 바로 눈앞에서 볼 수 있게 된다. 이 기술은 또한 운전자가 자율주행을 더 빨리 수용하도록 도와준다. 증강현실 전방시현기에 대한 수용도가 높아짐에 따라 운전자는 차량이 실제로 보고 인지하여 얻은 정보를 신뢰하게 되는 것이다.

윈드쉴드 전방시현기

윈드쉴드 전방시현기는 차량 전면 유리에 정보를 표시한다. 운전자의 시야에 운전자가 필요로 하는 모든 정보가 언제나 표시되는 것으로, 그래서 특별한 경우나 위험한 상황에서 운전자의 주의력을 분산시키지 않고 경고할 수 있게 된다. 하지만, 윈드실드 전체를 디스플레이로 전환하는 것은 큰 비용이 발생한다는 문제가 있었다. BMW 등 제조사는 마음만 먹으면 전체 윈드실드에 기술을 적용할 수 있었지만, 비용 문제뿐만 아니라 사후 지원 문제와 마땅한 안전 규정도 없는 상태에 무리해서 상용화하는 것은 도박과도 같기 때문에, 결국은 몇 가지 정보만 표시할 수 있는 좁은 영역에 머무르게 되었다. 그러나 내비게이션이나 스마트폰과 연동한 편의 기능, 보안 기능 등이 인기를 끌면서 전방시현기 보급은 서서히 속도를 내고 있는 추세이다.

근황

2012년 파이오니어 코퍼레이션(Pionaler Corporation)은 운전자 측 선바이저를 교체하고 전방 상황의 애니메이션인 증강현실을 시각적으로 오버레이하는 전방시현기 내비게이션 시스템을 도입했다. 파이오니어 코퍼레이션이 개발한 증강현실 전방시현기는 가상망막디스플레이(VRD)라고도 불리는 다이렉트 투 아이 레이저 빔 스캐닝 방식을 사용한 애프터마켓 자동차 헤드업 디스플레이 중 첫 번째가 됐다. 스웨덴의 전기자동차 기업 유니티(Uniti)는 계기판을 대형 전방시현기로 교체해 윈드스크린에 직접 정보를 표시한다. 운전자가 속도나 GPS 화면을 보기 위해 도로에서 눈을 빼지 않아도 되기 때문에 안전성을 높이겠다는 취지이다. 최근에는 기존 전방시현기를 웨이레이가 개발한 홀로그램 광학소자(HOE) 등 홀로그램 증강현실 기술로 대체할 것이라는 주장이 제기됐다. 홀로그램 광학소자는 장치의 크기를 줄이고 어떤 자동차 모델에서도 맞춤형으로 솔루션을 만들면서 시야를 넓힐 수 있도록 해준다. 메르세데스 벤츠가 증강현실 기반의 전방시현기를 선보인 반면, 포레시아(Faurecia)는 눈 시선과 손가락 제어식 전방시현기에 투자했다.

최근 개발되고 있는 전방시현기 시스템의 경우는 운전자의 전방 시야 확보 용도에 머무르던 단방향 인터페이스 기술에서 벗어나 운전자의 전방 주의 태만 등 운전 부주의에 대한 위험을 줄여주도록 하는 쌍방향 인터페이스 기술로까지 진화하고 있다. 자동차 기술 전문 매체인 띵킹하이웨이즈(Thinking highways)는 지난 1월에 개최된 국제전자전(CES)에서 한 자동차 메이커가 전방시현기 시스템과 관련되어 정보와 다양한 콘텐츠를 함께 제공하는 새로운 인포테인먼트(Infortainment) 기술을 선보였다고 보도하면서, 이런 신기술들이 자동차 회사에 공통적으로 직면한 과제 중 하나인 사용자 인터페이스의 환경을 개선할 것이라고 전망했다. 띵킹하이웨이즈의 보도에 따르면 미국의 가민(Garmin)사가 개발한 이 자동차 인포테인먼트 기술은, 주행 시 운전자가 전방을 제대로 주시하지 않거나 불필요한 행동을 하는 등의 부주의한 운전 상황을 최소화하도록 운전자와 차량과의 상호 연결성을 긴밀하게 유지하도록 개발된 것으로 나타났다. 또한 쌍방향 전방시현기 인터페이스 시스템에 적용된 핵심 기술은 운전자의 시야를 감지하는 카메라 기반의 눈동자 움직임 추적 기술과 추적 후의 결과를 판단하는 실시간 인지 기술이다. 다시 말해, 전방시현기 시스템은 운전자의 조작 행태인 핸들 조작에 의한 휠 상태와 전방을 주시하는 눈동자를 감지하여, 운전자가 순간적인 부주의나 연속적인 부주의 상태를 지속할 때 전방시현기 시스템이 운전자에게 경고를 하여 부주의한 상황을 벗어나도록 한다는 것이다. 가민의 관계자는 “보다 혁신적인 인터페이스 기술은 운전자의 손동작이나 시야각 등을 감지하여 적절한 정보를 적절한 타이밍에 정보를 제공하는 개념으로 발전시키는 것”이라며 “일례로 운전자가 목적지까지의 경로를 설정하면, 이동하는 경로에 따라 라디오 주파수가 자동으로 변환하듯이 운전자가 주행 중에 불필요한 조작 행위를 줄일 수 있도록 해주는 것”이라고 강조했다. 이 관계자는 “쌍방향 전방시현기 인터페이스 기술은 현재 양산 준비 단계 수준으로 개발되고 있으며, 보다 직관적인 인터페이스 기능을 탑재할 예정”이라며 “향후 자동차는 디지털 계기판을 탑재한 대시보드 형태로 발전하면서 운전자의 안전을 유지함과 동시에 자동차 조작에 있어 훨씬 더 직관적인 방법으로 자동차를 제어할 것”이라고 예상했다. 한편 가민의 연구진은 앞으로 스마트폰 기반의 기능을 추가해 스마트 폰으로 모든 기능을 접근하고 제어할 수 있도록 상호 접속성을 강화할 것으로 알려졌다.

참고자료

• 〈전방 시현기〉, 《위키백과》
• Head-up display Wikipedia- https://en.wikipedia.org/wiki/Head-up_display
• 박고은꿈님, 〈[빛의 굴절 : Head Up Display 원리]〉, 《한국우주항공교육원》
• CHRISTOPHER NEIGER, 〈How Head-up Displays Work〉, 《howstuffworks》
• TOPCIT, 〈HUD 헤드업 디스플레이란?〉, 《네이버 블로그》, 2013-09-03
• 김준래 객원기자, 〈운전자의 안전까지 책임지는 HUD〉, 《사이언스타임즈》, 2014-03-25
• 맥갤러리, 〈자동차 HUD로 상상해보는 AR의 미래〉, 《LG CNS》, 2017-04-03
• 김종율 기자, 〈헤드업 디스플레이 : 운전자의 새로운 동무가 되다〉, 《오토모티브리포트》, 2018-09-28

같이 보기

• 헤드유닛

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