안경이 필요 없는 3D 프로젝터
광학 불변의 법칙을 깨고 픽셀이 움직이는 스크린 실현
지난 3년 동안 MIT 미디어랩 카메라 컬처 연구그룹(Camera Culture Group at the MIT Media Lab)은 안경이 필요 없는 다중투시법적인 3D 비디오 스크린을 개발해왔다. 이 스크린이 도입될 프로젝터는 홀로그래픽 비디오를 대체할 수 있는 실용적인 시스템을 구축하기 위한 단초가 될 것이다. 다중투시법적인 3D의 잠재력을 이용해 비디오 해상도와 명암을 향상시켜 콘텐츠 제작자들에게 도움을 줄 변환 기술이 될 것으로 보인다.
다중투시법적인 3D는 영화에서 보는 일반적인 스테레오스코픽 3D와는 다른 것으로 관람자들이 움직이게 될 때마다 마치 실제처럼 물체도 움직이며 묘사돼 새로운 관점을 선사한다. 이는 협동설계(Collaborative Design), 의학영상 및 엔터테인먼트와 같은 분야에 도입돼 획기적인 역할을 해낼 전망이다.
다른 각도에서는 다른 영상처럼
MIT 연구원들은 기존 구성요소들을 사용해 그들이 개발한 시스템의 프로토타입을 만들었다. 프로토타입의 중심은 작은 LCD와 같은 한 쌍의 액정 변조기로서 광원과 렌즈 사이에 위치해 있다. 첫 번째 변조기에서는 빛과 어둠의 패턴이 각을 약간 가진 발광소자들로 변하게 된다.
이를 통과하는 빛은 특별한 각도로 두 번째 변조기에 도달하게 된다. 이러한 패턴들의 결합은 두 가지 변조기에 의해 디스플레이되기 때문에 관람자들이 다른 각도에서 다른 영상을 볼 수 있는 것이다.
또한 개발된 다른 프로토타입은 프로젝터의 영상이 보여질 수 있는 각도를 넓혀준 스크린으로 두 가지 렌티큘러 렌즈(Lenti-cular Lenses)를 결합했다. 이는 이전의 아동 도서에서 3D 효과를 만들어내는데 사용했던 줄무늬 투명 시트의 종류이다.
모든 비디오 프레임들을 위해 각 변조기들은 6가지의 다른 패턴들을 디스플레이하기 때문에 8가지의 다른 시야각을 만들어내게 된다. 충분히 높은 디스플레이 비율을 갖고 있어서 시각시스템이 다른 영상들로부터 자동으로 정보를 결합한다. 변조기들은 초당 240회, 240㎐로 패턴을 리프레시하는 것이다. 심지어 프레임당 6가지 패턴도 재생하기 때문에 시스템은 현재 TV가 가지고 있는 일반적인 리프레시 비율 이하인 40㎐의 비율로 비디오를 재생할 수 있다. 이 비율은 영화에서 표준인 초당 24프레임보다 더 높은 수치다.
역사적으로 안경이 필요 없는 3D 영상, 패럴랙스 배리어(Parallax Barrier)를 사용했던 기술은 동시에 8가지의 다른 시야각을 투영했다. 이는 프로젝터에 의해 방출되는 빛의 1/8이 해당되는 각도에 할당된다는 것을 의미하기 때문에 흐릿한 영화를 만들어냈던 것이다. 그러나 이번 연구의 시각적인 변화는 가장자리에서 발생하게 된다는 사실을 이용했다. 예를 들어, 어떤 사람이 파란색 우편함을 지나서 걸어가는 것을 보면 다른 물체들이 시야에 들어왔을지라도 시야의 많은 부분들이 비슷한 명암의 푸른색을 보게 되는 것이다.
프레임당 8가지 형태로 영상 재현
이 시스템의 주요한 부분은 얼마나 많은 정보들이 시야각 사이에서 보존될 수 있는지와 얼마나 많이 다양화될 수 있는지에 대한 것이다. 가능한 많은 정보를 보존하는 것이 프로젝터가 더 밝은 영상을 만들 수 있게 해주는 키워드다. 빛의 각도와 밀도에 대한 결과적인 집합은 변조기에 의해 디스플레이되는 패턴을 부호화해야 한다.
이것은 계산순서에 의한 것이지만 알고리즘이 비디오 게임을 위해 디자인된 GPU(Gra- phics Processing Units)의 구조를 사용해 조정됐기 때문에 거의 실시간으로 프로젝터를 구동할 수 있다. 시스템은 비디오 프레임당 8가지 영상 형태로 데이터를 받을 수 있으며 아주 작은 지연으로 변조기 패턴을 변환할 수도 있다.
또한 변조를 통해 빛이 통과하는 것은 일반적인 2D 비디오 명암을 높여줄 수 있다. LCD 스크린이 가지고 있는 문제점 중 하나는 완전히 강한 파란색(True Black)이 불가능하다는 것이다. 디스플레이의 가장 어두운 부분에서도 항상 조금씩 빛이 새어나오기 때문에 보통 0과 1 사이의 명암을 갖게 된다. 이는 완전히 대비된 것이지만 실제적으로 모든 변조기들은 0.1에서 1 사이의 값을 가진다.
그래서 블랙 레벨(Black Level)을 실현할 수 있는 것이다. 그러나 두 가지를 광학적으로 곱하게 되면 블랙 레벨은 0.01 이하로 떨어지게 된다. 만약 하나에서 검정을 보게 되면 이는 10%가 되며 다른 것들에 있는 검정 또한 10%가 되기 때문에 전달되는 것은 1%가 된다. 따라서 더 선명한 검정이 가능하다.
변조기에 디스플레이된 패턴들이 서로 상쇄된다면 그것들을 통과한 빛이 결과로 보이는 영상의 해상도를 실제로 높여줄 수 있도록 자체적으로 방해를 한다. MIT 미디어랩은 상황에 따라 이런 패턴들을 계산할 수 있는 알고리즘을 개발 중에 있다.
광학 불변의 법칙을 넘어
콘텐츠 개발자들이 현재 고화질 비디오 해상도에 4배 더 증가된 해상도의 비디오인쿼드 HD(Quad HD)를 이용함에 따라서 더 높은 명암과 더 높은 해상도의 결합이 가능해졌다. 극장 소유주들이 관심을 가질 수 있는 기술의 상업적인 버전을 만들 수 있을 것이고 다중투시법적인 3D로 부드러운 영상을 도출할 수 있을 것이다.
노스웨스턴대학교 전기공학 및 컴퓨터과학과 Oliver Cossairt 교수는 “안경 없는 3D 프로젝터를 상업화하려 했던 회사와 연구를 진행한 적이 있었다”며, “MIT 연구원들이 개발한 방법이 새롭게 느껴지는 부분은 두 가지다. 첫 번째는 패럴렉스 베리어 아이디어를 가지고 연구했다는 것으로 많은 빛을 차단하지 않으면서 더 높은 해상도를 실현했다는 점”이라고 말했다.
이어 “두 번째는 프로토타입 스크린이다. 만약 평면을 선택해서 나온 빛이 입체각을 갖게 된다면 이것이 고정되는 것은 광학 시스템에서 발생하는 불변의 법칙이기 때문에 3D 영상크기를 10배 이상 확장시키는 것을 의미하며 시야는 1/10로 감소하게 된다”며, “MIT 연구원들은 영상을 확장하는 대신 각각으로부터 픽셀을 움직일 수 있는 스크린을 만들어냈다. 이것은 불변의 법칙을 깰 수 있도록 만든 점”이라고 덧붙였다.
출처 | MIT News(newsoffice.mit.edu)
