헤드업 디스플레이

전방시현기(Heads-up display, HUD)는 인간의 시야에 직접 정보를 비추는 수단이다. 조작자가 전방주시에 용이하도록 다양한 정보를 시야 전면에 배치하여, 시선을 옮기는 것을 최소화 시켜 준다.

개요

이 기술은 군용 항공 기술로 개발되었지만 민간 분야에서도 다양하게 응용되고 있다. 1960년대에 항공기에 처음 적용되었고, 2010년 이후부터는 자동차 분야로 적용이 확대되고 있다. 2003년 독일의 BMW에 이어 아우디, 일본의 도요타가 전방시현기 적용 자동차를 선보였고, 한국에서는 2012년 기아자동차가 K9에 처음으로 전방시현기를 도입했다. 초기 전방시현기는 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 '전방 시현기'로도 불리고, 고개를 든 상태에서 정보를 확인할 수 있다고 해서 ‘헤드 업 디스플레이’라는 명칭으로도 불렸다. 차량용 전방시현기는 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 전방시현기는 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.

종류

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

참고 자료

• 전방시현기 위키백과 - https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%84%EB%B0%A9_%EC%8B%9C%ED%98%84%EA%B8%B0
• Head-up display Wikipedia- https://en.wikipedia.org/wiki/Head-up_display
• TOPCIT, 〈HUD 헤드업 디스플레이란?〉, 《네이버 블로그》, 2013-09-03
• 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

• 전기자동차

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