서울대 공대 이병호 전기정보공학부 교수팀이 기존 3차원 디스플레이의 한계를 뛰어넘은 토모그래피 3차원 디스플레이를 개발했다고 밝혔습니다. 이번 연구로 3차원 가상현실(VR) 및 증강현실(AR)을 위한 헤드마운트형 디스플레이(Head-Mounted Display, HMD)가 유발하는 시각적 피로와 어지러움, 메스꺼움 등의 문제를 해결할 수 있게 됐는데요.
기존의 3차원 디스플레이에서 눈의 피로감이 발생하는 이유는 3차원 영상을 보기 위해 두 눈의 각도가 모이는 위치, 그리고 깨끗한 영상을 보기 위해 눈의 초점이 맞춰지는 지점이 서로 다르기 때문입니다. 이에 연구팀은 두 눈의 초점이 같은 위치에서 맺어지면서도 수십 개의 위치 변화가 가능한 새로운 디스플레이 기술에 착안했습니다.
연구팀이 제안한 토모그래피 디스플레이는 3차원 물체로부터 나오는 빛의 분포를 다수의 단층 이미지들로 재현하는 기법입니다. 여기에서 핵심 기술은 정확한 빛의 분포 재현을 위한 단층 이미지 조합을 찾는 것인데요. 연구팀은 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT) 기법에 착안해 실제 빛의 분포를 수치해석적으로 역투영시켜 최적의 단층 이미지 조합을 찾아냈습니다.
그리고 이러한 단층 이미지를 고속 공간 변조 백라이트(Backlight), 액정 디스플레이 패널과 가변 초점 렌즈의 조합으로 재현했죠. 이때 가변 초점 렌즈의 초점거리, 백라이트와 디스플레이 정보의 변화를 통한 눈의 잔상효과를 이용해 피로감 없는 입체영상을 만들어내는 데 성공했습니다.
연구팀이 실험적으로 입증한 토모그래피 디스플레이는 80장 이상의 단층 이미지를 해상도와 프레임 저하 없이 생성할 수 있습니다. 80장의 단층 이미지는 눈에서부터 약 18cm부터 수십m 사이에 분포할 수 있는 넓은 깊이 표현 범위를 갖는데요.
이러한 기술은 기존의 3차원 디스플레이를 이용할 때의 시각적 피로감에서 벗어나게 해 VR 및 AR 시스템의 상용화를 위한 편안한 사용자 경험을 이끌었다는 점에서 주목할 만하다는 평가입니다. 또 새로운 형태의 3차원 디스플레이 영화관에도 응용될 수 있습니다.
연구팀은 "토모그래피 디스플레이를 통해 그 동안 난제로 여겨졌던 양안식 3차원 디스플레이의 시각적 피로 문제를 해결했다"며 "이 연구 결과를 확장시켜 최종적으로 안경식 토모그래피 디스플레이를 구현할 것"이라고 말했습니다. 이번 연구 결과는 국제학술지 <Nature Communications>에 게재됐습니다.
##참고자료##
- Seungjae Lee et al, “Tomographic near-eye displays”, Nature Communications 10:2497, 2019.
