0. 목차
- 동작 인식
- 3D의 발전사
- 홀로그램의 원리
- 홀로그램의 미래
1. 동작 인식
영화 '아이언 맨(Iron Man)'에서 '토니 스타크'는 투명 디스플레이에서 손짓만으로 화면을 바꾸거나 프로그램을 실행시킨다. 그런데 이러한 설정이 상상 속의 일만은 아니다. 이는 '동작 인식'이라는 기술 덕분로, 우리가 미래에 실제로 겪게 될 일이다. 만약 홀로그램으로 스크린을 띄울 수 있다면 마우스나 터치패드, 키보드 같은 거추장스러운 입력장치를 굳이 사용할 필요가 없어질 것이고 장소의 제약도 사라질 것이다. 설레지 않는가?
'동작 인식(Gestural Tracking)'이란 손짓뿐만 아니라 기타 움직임을 인식하여 기계의 인터페이스를 조작하는 기술이다. 입력 정보를 보여주는 출력장치로는 현존하는 스크린을 사용할 수도 있겠지만 홀로그램처럼 투사된 영상을 사용할 수도 있다. 동작 인식은 다양한 방식으로 사용자의 움직임을 추적한다. 예를 들어 우리 몸에서 반사되는 적외선을 사용하여 움직임을 추적할 수도 있고 여러 대의 카메라와 동작 해석 소프트웨어 혹은 움직일 때 생기는 소리의 변화나 전자기장으로 사용자의 움직임을 추적할 수도 있을 것이다.
동작 인식에서 가장 중요한 것은 정확도이다. 기계가 사람의 작은 동작도 정확히 인식해야 한다는 것이다. 예를 들어 손가락으로 허공에서 화면을 옮기고 크기를 확대하고 클릭하는 등의 기능을 사용하려면 세밀한 움직임을 충분히 인식 가능해야 할 것이다. 여기에 홀로그램 기술이 받쳐주고 음성 인식까지 가능하면 우리도 '아이언맨'에 나오는 것처럼 컴퓨터와 대화하고 손가락으로 허공에서 컴퓨터를 조작할 수 있게 되는 것이다.
1-1. 동작인식 기기는 이미 존재한다.
그런데 여러분들은 대부분 이미 동작 인식을 경험해 본 적이 있다. 게임기를 통해서 말이다. 2010년에 출시된 마이크로소프트의 '키넥트(Kinect)'는 앞쪽에 카메라와, 센서, 특수 마이크 등이 달려있다. 이 장치들은 플레이어들의 동작을 감지하여 게임 진행을 도와준다. 지금은 컴퓨터 연산 처리 능력도 좋아졌기 때문에 이때보다 동작 인식의 성능도 더 좋아졌다. 키넥트 2.0에서는 다중 플레이도 가능하도록 만들었고 적외선 레이저를 비춰 반사되는 빛을 광센서로 탐지하기도 했다. 물론 키넥트는 별로 인기가 없어서 판매 부진을 겪고 단종까지 되기도 했다. 지금은 게임 목적이 아니라 인공지능을 위해 다시 부활했다고 한다.
1-2. 동작인식 기기의 응용 범위
그런데 잘 생각해보면, 이런 동작 인식이 게임에만 쓰이는 게 아니다. 이미 요즘에는 복잡한 전자기기를 운전자들이 쉽게 사용할 수 있도록 하기 위해서 자동차에도 적용 중이다. 그뿐만 아니라 의료 분야에서도 외과 수술 시 손짓이나 몸짓으로 디스플레이를 조작하면서 절개와 봉합 시술을 하거나 원격 로봇을 조작할 수도 있다. 로봇을 자신의 '아바타(Avatar)'처럼 써먹을 수 있다는 사실이 놀랍지 않는가?
2. 3D의 발전사
2-1. 깊이지각
1950년대에 3D영화를 관람하려면 푸른색과 붉은색이 칠해진 두툼한 안경을 써야 했다. 이것은 왼쪽 눈과 오른쪽 눈의 초점이 약간 어긋나 있다는 사실을 이용한 것이다. 영화 스크린에 푸른색과 붉은색, 두 개의 영상을 동시에 띄우면 안경이 필터 역할을 하여, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각기 다른 영상이 들어오고, 두뇌가 이 정보를 하나로 합치면서 입체영상을 보고 있다는 착각을 일으킨다. 따라서 구식 3D영화를 보면서 공간적 배치 관계를 인식하는 '깊이지각(depth perception)'은 실제가 아니라 일종이 속임수였던 셈이다. (두 눈 사이의 간격이 넓을수록 깊이지각 기능이 향상된다. 그래서 대부분의 초식동물들은 포식자를 효율적으로 경계하기 위해 두 눈이 머리의 양면에 달려있다)
2-2. 편광 렌즈
그 후 기술이 발달하면서 3D영화용 안경은 '편광렌즈(Polarization Lens)'로 업그레이드되었다. 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각기 다르게 편광된 영상이 들어오면서 입체감을 만들어내는 식이다. 이렇게 하면 3D 영상을 푸른색과 붉은색이 아닌 '풀 컬러(Full color)'로 볼 수 있다. 빛은 파동이기 때문에 위-아래 또는 좌-우로 진동하는데, 편광렌즈는 특정 방향으로 진동하는 빛만 통과시키도록 특수 가공된 유리이다. 따라서 안경에 두 개의 서로 다른 편광 렌즈가 부착되어 있으면 3D 효과를 낼 수 있다. 앞으로 기술이 더 발전하면, 동일한 원리를 '콘택트렌즈'에도 적용할 수 있을 것이다.
2-3. 렌티큘러 렌즈
특수 안경을 착용하고 관람하는 3D TV는 이미 시장에 출시되어 있다. 하지만 머지않아 이 안경은 '렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens)'로 대치될 것이다. TV 스크린에 두 개의 영상이 약간 다른 각도로 어긋나게 맺히고, 보는 사람의 두 눈에 각기 다른 영상이 들어오면, 위에 서술한 과정을 거쳐 3D 영상이 만들어진다. 그러나 TV는 영화와 달리 특정 위치에서 바라봐야 입체감을 느낄 수 있는데, 이 지점을 '스위트 스팟(Sweet Spot)'이라고 한다.
이것은 소위 말하는 '광학적 환영(Optical illusion)' 때문에 나타나는 현상이다. 독자들은 보는 사람의 위치에 따라 모양이 변하는 신기한 그림을 본 적이 있을 것인데, 이것의 원리는 다음과 같다. 두 개의 그림을 가늘고 긴 조각으로 잘라 붙여서 혼합 이미지를 만든 후, 세로방향으로 가느다란 홈이 여러 개 새겨진 렌티큘러 렌즈로 그림을 덮는다. 이때 하나의 홈이 한 쌍의 그림조가 위에 놓이도록 위치를 잘 조절해야 한다. 유리판의 홈은 특정 방향에서 볼 때 둘 중 하나의 조각만 보이고, 다른 각도에서 보면 다른 조각만 보이도록 제작된 것이다. 그래서 그림 앞을 걸어가면서 보는 각도가 달라지면 다른 그림이 나타나고, 더 걸어가면 원래의 그림이 나타나는 것이다. 3D TV는 이 원리를 그림 대신 동영상에 적용한 것이므로 시청자는 별도의 안경을 착용할 필요가 없다.
2-4. 홀로그램
그러나 3D 영상의 최고봉은 단연 '홀로그램(Hologram)'이다. 홀로그램은 사물이 바로 눈앞에 있는 것처럼, 생생하게 입체 영상을 만들어낸다. 물론 안경이나 '렌티큘러 렌즈'같은 보조 기구는 필요 없다.
홀로그램은 입체감이 워낙 뛰어나서 공상과학영화에서 자주 등장한다. 예컨대 영화 '스타워즈(StarWars)'에서는 레벨 연합군들의 군사들이 비탄에 잠긴 메시지를 생생한 3D 홀로그램으로 수신하는 장면이 나온다. 이들이 공주의 목소리만 들었다면 감정이 그토록 동하지는 않았을 것이다.
3. 홀로그램의 원리
하지만 문제는 홀로그램 영상을 만들기가 쉽지만은 않다는 점이다. 홀로그램의 제작 원리는 다음과 같다.
우선 단발 레이저빔을 두 가닥으로 분리하여 하나는 피사체에 반사된 후 특수 제작한 스크린에 도달하고, 두 번째 빔은 스크린에 직접 도달하도록 만든다. 여기서 두 빔이 합쳐지면 복잡한 '간섭(interference)'가 일어나면서, 정지된 3D 영상 정보가 만들어진다. 이것을 스크린에 부착된 특수필름으로 받아놓았다가, 또 다른 레이저빔을 필름에 쪼이면 생생한 3D 영상이 된다. 만약 당신이 농구 경기 중계를 보고 있다면, 스크린 위에서 열심히 뛰어다니는 선수들의 입체영상으로 나타날 것이다. 한 선수가 화면의 왼쪽으로 뛰고 있을 때, 당신의 시야를 오른쪽으로 이동하면 그 선수의 등 번호를 볼 수 있다. 마치 경기장에서 실제 경기를 보고 있는 듯한 착각이 들 것이다. 하지만 손을 아무리 휘저어도 공을 잡을 수는 없다. 당신의 눈에 보이는 모든 것들은 빛이 만들어낸 허상에 불과하기 때문이다.
그런데 홀로그램 TV에는 한 가지 문제점이 있다. 3D 동영상은 2D와 비교가 안될 정도로 많은 정보를 담고 있는데, 이 방대한 정보를 실시간으로 전달하는 것이 문제이다. 알다시피 컴퓨터는 주로 2D 영상을 처리한다. 모니터에 뜬 영상은 '픽셀(pixel)'이라는 점으로 이루어져 있고, 개개의 픽셀은 트랜지스터를 통해 빛을 발한다. 그런데 3D 동영상을 구현하려면 1초당 약 30개의 영상을 띄워야 한다. 약간만 계산해 보면 알겠지만, 지금의 인터넷 수준으로는 3D 홀로그램 동영상을 만들기 어렵다. 하지만 21세기 중반 정도가 되면 인터넷의 대역폭(bandwidth)'이 충분히 확장되어 이 문제를 해결할 수 있을 것이다.
그러면 진정한 3D TV의 모양은 과연 어떤 모양일까? 정확한 형태는 알 수 없지만, 아마도 원통이나 반구 모양의 TV 속에 사람이 들어가서 시청하는 형태일 것이다. 돔의 내벽에 있는 스크린에 홀로그램 영상이 투영되면 시청자들은 3차원 영상에 둘러싸인 듯한 착각이 들 것이다.
4. 홀로그램의 미래
'홀로그램'을 보려고 특수 안경 같은 것을 써야 한다면 아주 불편할 것이다. 그런데 실제로 개발 중인 기술 중에는 특수 안경 같은 것이 필요 없는 홀로그램 디스플레이 기술도 있다. VR의 개척자로 불리는 '서던캘리포니아대학교(University of Southern California)' 교수 '스콧 피셔(Scott Fisher, 1951~)'도 미래에는 맨눈으로 가상현실을 체험할 수 있을 것이라고 단언하였다. 콘텍츠 렌즈형 VR 기기는 물론이고 레이저를 안구에 쏴서 볼 수 있는 기술도 개발되고 있다고 한다.
