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헤드 마운트 디스플레이

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sykang001215 (토론 | 기여)님의 2020년 8월 6일 (목) 17:57 판
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헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display, HMD)는 머리에 착용하여 눈앞의 영상을 볼 수 있도록 한 디스플레이 장치이다. 웨어러블 컴퓨터의 일종이다. 주로 가상현실(VR) 또는 증강현실(AR)을 구현하기 위한 장치로 사용되며, 3D 디스플레이 기술과 접목되기도 한다.

1968년 유타 대학의 이반 서덜랜드(Ivan Sutherland)가 만든 것이 최초의 HMD 기기이다. 구글의 카드보드와 데이드림, 삼성전자의 기어 VR, 페이스북의 오큘러스 리프트(Oculus Rift), 소니의 플레이스테이션 VR, 마이크로소프트의 홀로렌즈(HoloLens) 등이 있다.

개요

헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mounted Display)는 가상현실의 컴퓨터 영상을 보여주는 장치 중 머리에 쓰는 식의 기구를 총칭하는 것으로 사용자의 머리에 착용된 상태로 게임, 어학교육, 영화 및 음악감상 등에 사용될 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이는 이와 같은 출력 장치로서의 역할 외에 사용자들의 머리 움직임이나 이동을 컴퓨터 시스템에 전달하는 입력 장치로서의 역할도 겸한다. 한 마디로 인간과 컴퓨터 간 상호 작용의 연결고리인 셈이다. 헤드 마운트 디스플레이는 외부의 PC, VCR, LDP 등에서 입력된 비디오 정보를 LCD나 CRT와 같은 디스플레이장치로 영상신호를 디스플레이 하는 비디오 디스플레이부와, 디스플레이장치가 표시해 주는 영상을 정밀한 광학 메카니즘을 이용하여 사용자에게 보여주는 광학부로 구성된다.[1]

개발

역사만으로 따지면 오래된 물건이다. 1968년 이반 서덜랜드가 최초로 안경형 헤드 마운트 디스플레이를 개발하였으나 개발된 시기보다 상업적으로 시장 보급이 늦게 되었다.

4K 헤드 마운트 디스플레이 개발

2019년 3월 국내 최초로 홀로그래픽 광학 소자를 이용한 증강현실(VR) 헤드 마운트 디스플레이가 개발됐다. 크기는 작고 가벼우면서 세계 최고 수준의 고해상도 영상을 제공해 사람들의 관심이 모였다. 고해상도, 원거리에서도 식별이 쉬운 고시인성, 광시야각의 4K급 투시형 증강현실 영상 구현을 위한 AR 헤드 마운트 디스플레이 개발에 성공했다. 이번 기술은 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element HOE)를 이용한 초박형 고효율의 조명 과학 시스템을 적용, 전체적인 부피와 무게를 혁신적으로 줄였다. 개발에는 성공했지만 국내의 경우 고해상도 AR 헤드 마운트 디스플레이 관련 연구는 시작단계에 불과, 핵심 기술인 홀로그래픽 광학 소자가 AR 헤드 마운트 디스플레이에 적용된 사례는 전무한 실정이다.[2]

가상현실

가상현실 (Virtual Realiy, VR)은 디지털로 구현한 가상의 세계에서 실제 현실과 같은 경험을 할 수 있도록 만들어 주는 공간과 기술을 의미합니다. AR은 특수안경이나 기기 등으로 시야가 차단되기 때문에 현실과 분리된 상태에서 가상의 세계를 보여준다. 가장의 세계 이외엔 아무것도 보이지 않기에 몰입도가 높다. 높은 몰입도를 자랑하는 VR은 1인칭 시점의 게임이나 영화 등의 엔터테인먼트에서 주로 적용됐지만, 최근에는 보다 더 다양한 분야로 확대되고 있다. 예를 들어, 자동차 업계에서는 VR을 통해 자동차의 다양한 기능부터 드라이브 테스트까지 경험할 수 있으며, 관광 업계에서는 관광지 및 숙박 시설을 미리 둘러 볼 수 있는 기회를 제공한다다. 이 밖에도 VR은 의료, 건축, 교육 분야 등에서 활용되고 있다. VR은 현실과 완전히 단절된 상태에서 가상으로 만들어진 영상과 이미지를 경험하게 되며, 가상 세계의 몰입과 가상 객체와의 상호작용이 강조된다. VR은 몰입감이 높은 대신 주변 환경에서 완전히 격리되기 때문에 자칫하다간 주변 환경으로부터 상해를 입게될 수 있다는 점이 단점이다.[3]

증강현실

증강현실(Augmented Reality, AR)은 우리가 눈으로 보는 현실에 가상의 정보나 이미지를 합쳐서 보여주는 기술이다. 현실 공간 위에 정보가 덧붙여 지는 방식이기 때문에 투명 글라스 혹은 스마트폰 카메라 등이 함께 사용된다. AR 기술이 적용된 대표적인 사례로는 전 세계적으로 인기를 끌었던 게임 '포켓몬 GO'와 삼성전자 갤럭시의 'AR두들' 등이 있다. 갤럭시 노트10에 적용된 'AR두들' 기능은 사진과 영상을 찍을 때 사용하는 공간 인식 기술을 이용해 피사체를 추적하고 이용자가 S펜으로 그린 이미지와 움직이는 피사체를 함께 보여주는 것으로, 현실의 이미지에 나만의 증강 현실 이미지를 생성 할 수 있다. 이 밖에도 AR 기술은 내비게이션 등에 적용돼 우리 현실에 필요한 정보를 제공해주고 있다. AR은 현실배경에 디지털 객체를 얹어 하나의 연결된 영상으로 표현된다. 그러므로 AR은 현실과 기술이 유기적으로 결합된 세계에서의 상호작용을 목표로 하는 기술이라고 할 수 있다.[3]

역사

헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mounted Display) 장치는 주로 가상 현실 감을 실현하기 위해 개발되었다. 최초로 상업화한 헤드 마운트 디스플레이는 1994년에 선보였던 제품이다. 이 당시에도 이미 3축 자이로스코프 센서가 달려있었다.

1세대HMD

버추얼보이

1990년대 일본의 게임회사 닌텐도는 게임기 슈퍼패미컴과 '게임보이'로 게임업계를 평정하다시피 했다. 닌텐도는 후속작으로 64비트 게임기 '닌텐도64'를 개발하고 있었고, '게임보이'의 뒤를 재목을 찾고 있었다. 1994년, 닌텐도는 드디어 3D를 표방한 새로운 형태의 게임기를 출시했다. VR의 조상쯤 되는 이 게임기의 이름은 버추얼보이. 언뜻봐서 최신형 웨어러블 형태와 유사한 외관을 하고 있지만, 게임을 하기 매우 불편한 구조를 갖고 있었다. 휴대용이지만, 지금처럼 한 손에들고 플레이할 수는 없었다. 목을 늘려 눈을 게임기에 고정한 , 손의 감각만으로 컨트롤러를 조작해야 했다. 2.2Kg에 달하는 본체의 무게 덕분에 누워서 게임하기란 불가능에 가까웠다. 더욱 큰 문제는 화면에 있다. 당시의 기술력으로는 청색이나, 녹색 LED의 가격이 매우 비쌌고, 배터리, 경제성을 이유로 결국 적색 LED만 채택한 것이다. 때문에 게임 화면은 온통 붉은 색 뿐이다. 10분이상 플레이하기 어려울 정도로 눈이 아픈 빨간화면, 결과는 불보듯 뻔했다. 닌텐도의 전설적인 히트작 '게임보이'를 개발했던 개발자 요코이는, 당시 한참 첨단 기술로 주목을 받았던 3D를 게임기에 탑재하고 싶었다. 흑백화면으로도 큰 성공을 거뒀던 게임보이처럼 잘될 것이라고 믿었을까. 당시 주목받던 3D 기술에 대한 집착한 나머지, 게임성이라는 기본 명제를 망각한 결과는 화면 색깔 만큼이나 불보듯 뻔했다. 출시 1년만에 '버추얼보이'는 단종되기에 이르고, 개발자 요코이는 회사를 떠나게 된다.[4]

2세대 HMD

플레이스테이션 VR

플레이스테이션 VR’은 PC에서 경쟁제품인 오큘러스 VR의 '오큘러스 리프트'와 HTC의 '바이브'를 따돌리고 보급에 성과를 냈다는 평가를 받고 있다. 플레이스테이션 VR은 콘솔 시장을 선도하는 있는 플레이스테이션 4에 힘입어 100만대의 판매고를 올린 것으로 알려졌다. 오큘러스와 바이브를 합해도 이에 못 미치는 것으로 알려졌다. 플레이스테이션 VR 성공의 가장 큰 요인은 가격이라고 할 수 있다. '오큘러스 리프트'는 599.99달러, HTC의 '바이브'는 799달러였지만 SIE의 '플레이스테이션 VR'은 399달러로 상대적으로 저렴했다. '오큘러스 리프트'와 '바이브'가 가진 문제는 기기만 있다고 되는 것이 아니라 고사양 PC도 필수라는데 있다. 오큘러스 리프트, 바이브는 AMD 라데온(Radeon) RX 470 이상의 그래픽카드 등이 포함된 60만원대의 PC가 요구된다. 반면 플레이스테이션 VR의 경우 필수인 플레이스테이션 4는 30만대로 상대적으로 저렴했다.

장단점

장점

  • 몰입감 : 스테레오스코피 기술을 통해 입체감을 주며 넓은 시야각을 가져 현장감이 매우 증대된다.
  • 공간 : 공간의 크기에 구애되지 않고 사용이 가능하다.
  • 헤드 트래킹 : 기기들이 머리가 돌아가는 걸 인식하기 때문에 마우스로 하던 시점 조정을 고개로 할 수 있게 되었다.
  • 프라이버시 : 직접 착용자의 눈앞에만 디스플레이시키기 때문에 개인의 프라이버시를 보장할 수 있다.

단점

  • 화질 : HMD 기기는 약 120도의 시야각으로 재현하기 때문에 체감 화질이 3분의 1 정도로 떨어진다.
  • 1인용 : 기계 1대당 사용 가능한 사람의 수가 1명으로 제한된다.
  • 무게 : 아직까지는 오래 사용하기에는 조금 무거운 느낌이 있다.
  • PPI : 화소(pixel)가 하나하나 보여 집중도를 떨어뜨릴 수 있다.
  • 착용감 : 착용감이 그렇게 좋지는 않다.
  • 외부 상호 작용 : 화면 밖에서 무슨 일이 일어나는지 인지하기 힘들다.
  • 멀미 : 디스플레이가 눈에 가까워 장시간 착용 시 멀미 현상이 일어날 수 있다.

제품

  • 2D/3D HMD : 시장 초기부터 나온 제품으로, 단순히 디스플레이를 하는 것에만 주력한 제품이다.
  • 가상현실(VR) HMD : 자이로스코프 센서를 달아서 가상현실(VR) 기능을 구현했다. 2013년에 오큘러스사의 오큘러스 리프트를 시작으로 본격적으로 HMD 제품을 선보이게 되었다. 삼성전자는 오큘러스와 합작하여 스마트폰 기반의 HMD 제품인 기어 VR을 출시했다.
  • 증강현실(AR) HMD : HUD와 같은 형태로 출력 결과가 눈앞에 표시된다. 각종 도형과 기호, 영상을 덧붙여 보여줄 수 있다.
  • HMD 헬멧: HMD 중에서도 헬멧에 부착되는 형태의 제품이다. 정면이 기본적으로 비쳐보이는 상태에서 각종 도형, 기호, 영상을 덧붙여 보여주는 HUD와 같은 형태를 취한다.
  • 혼합현실(MR) : 삼성전자는 미국 마이크로소프트와 협업을 통해 혼합현실(MR) 헤드셋인 삼성 HMD 오디세이를 출시할 예정이다.

활용

AR은 완전한 가상의 공간이나 사물을 구현하는 VR에 비해 현실감을 증대시킬 수 있어 방송, 교육, 제조, 광고, 의료, 자동차 등 국가 산업 전반에 걸친 주요 분야에서 큰 파급효과가 기대된다. 특히 컴퓨터그래픽(CG) 기술을 활용한 뮤지컬, 연극과 같은 문화예술 공연이나 증강현실 콘텐츠를 기반으로 한 체험형 게임과 테마파크, 각종 스포츠 분야에서의 활용 등이 기대되는 부분이다. 또한 AR은 구글 글래스에서도 활용되었으나 시장의 호응을 크게 받지는 못하였다. 따라서 AR을 현실과 가상을 결합한 혼합현실(Mixed Reality)이라 부르기도 하고, 증강가상(Augmented Virtuality; 가상을 기반으로 현실정보를 결합)이라 부르기도 한다. 일본에서는 현실의 확장된 형태라는 의미에서 확장현실이라 부르기도 한다. 가상의 범위를 오감으로까지 확대 가능하기 때문에 AR은 주로 시각 정보 중심이지만 시각, 청각, 촉각, 후각 등으로 확대가 가능하다. 청각의 예로 독일 드레스덴에 설치된 ‘터치드 에코(Touched Echo)’는 2차 세계대전 당시 폭격 소리를 팔꿈치 진동(골전도)으로 귀에 전달하게 한다.[5]

각주

  1. ↑ 월간 "전자공업" 3월호, 〈3HMD (Head Mounted Display)〉, 《한국전자산업협동조합》
  2. ↑ 〈'완전한 홀로그래픽 3차원 영상 현실로'..국내서 4K급 HMD 개발〉, 《뉴스핌》, 2019-03-12
  3. ↑ 3.0 3.1 〈현실에서 디지털 세계를 만나다, 가상현실(VR)과 증강현실(AR)의 경계는?〉, 《삼성반도체이야기》, 2020-05-13
  4. ↑ 이준수 기자, 〈(황진중의 블록체인 돋보기) 3D의 함정에 빠진 버추얼보이〉, 《경향게임스》, 2019-07-24
  5. ↑ 송민정 교수, 〈(증강현실, 가상현실 시장 현황 및 전망-종합-) AR, VR 포스트 모바일의 핵심 경쟁 요인 될 것〉, 《헬로티》

참고자료

같이 보기


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