3차원 입체 영상 기술

3차원 입체 영상 기술의 원리와 특성

사람이 물체를 3차원으로 인식할 수 있는 이유는 두 개의 눈을 가졌기 때문이다. 눈이 하나면 물체의 형상은 알아볼 수 있지만 3차원으로 인식할 수는 없다. 3차원에는 거리 정보가 들어 있다. 왼쪽과 오른쪽 두 눈은 약 6.5cm 떨어져 있다. 따라서 두 눈에 들어오는 물체의 시각 정보는 각기 다르다. 마치 하나의 피사체를 두고 좌우에서 각각 사진을 찍으면 다른 장면이 잡히는 것과 동일한 원리다.

영화의 스크린이나 TV의 모니터 자체는 3차원이 아닌 평면인 2차원이다. 따라서 2차원 영상 정보를 3차원으로 가공하기 위해서는 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 다른 정보를 각각 전달해야 한다. 그래서 입체 영화를 3차원 영상으로 감상하려면 특수 안경이 필요하다. 특수 안경은 2차원 화면에서 나온 시각 정보를 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 다르게 전달한다. 그 결과 2차원 스크린에서 나온 영상 정보가 3차원으로 변환해 뇌에서 조합된다. 현재 기술로 상용화가 가능한 3DTV는 양안(兩眼) 시차를 이용하는 스테레오 3D 방식이다. 이 방식의 원리는 시각차가 나는 좌우 영상을 각각 해당하는 눈에 보이게 하면 입체감을 느낄 수 있다는 인지 착각 현상을 이용하는 것이다.

스테레오 3D는 여러 가지 방식이 있는데 크게는 안경을 쓰느냐의 여부에 따라 안경식과 무안경식으로 나뉜다. 적청 안경 방식은 색상 차를 이용해 좌우 영상을 분리하는데 흑백으로 3D를 감상할 수 있다. 최근에는 컬러 3D를 감상할 수 있는 방식이 개발되기는 했지만, 색상 손실은 여전히 감수해야만 한다. 편광 안경 방식은 편광 회전 방향에 따라 좌우 영상을 분리하는 방식으로 편광 필름을 화면 전면에 부착해 좌우 영상을 화면에 표시하면 편광 안경을 통해 좌우 영상이 분리돼 눈에 보이게 된다. 셔터 안경 방식은 좌우 영상을 짧은 시간 동안에 번갈아 보여 주고 좌영상 구간에 왼쪽 안경이 열리고 우영상 구간에 오른쪽 안경이 열려서 좌우 영상을 분리해 주게 된다.

그러나 안경을 쓴 채 장시간 TV를 시청하는 것은 여러 모로 부자연스럽다. 이를 위해 세계 각국 기업이나 연구 기관들은 안경 없는 3D TV를 개발 중이다. 먼저 TV 모니터에 빨간색과 파란색으로 각각 두께 1mm의 얇고 긴 셀로판지를 번갈아 채웠다고 가정해 보자. 빨간색 셀로판지를 통해서는 오른쪽 눈에 들어가야 하는 영상 정보가, 파란색의 셀로판지에는 왼쪽 눈에 들어가야 하는 시각 정보가 표시된다. 문제는 빨간색과 파란색 셀로판지에 표시된 정보를 섞이지 않고 각각 오른쪽과 왼쪽 눈에 전달하는 것이다. 이때 ‘스위처블 배리어(Switchable Barrier)’라는 기술을 사용한다. 스위처블 배리어는 먼저 파란색 셀로판지를 가리고 빨간색 셀로판지만을 보여 준다. 그 다음에 순간적으로 이를 바꿔 역으로 빨간색 셀로판지를 가리고 파란색 셀로판지를 보여 준다. 그리고 각각 표시되는 영상은 시청자의 오른쪽 눈과 왼쪽 눈이 있을 것으로 보이는 예상 위치(약 2~3m)로 전달한다. 스위처블 배리어는 이때 빛의 방향을 바꿔, 시청자 왼쪽과 오른쪽 눈의 예상 위치에 필요한 영상 정보를 골라서 전달하는 역할을 한다. 시청자의 뇌는 좌우 눈을 통해 다른 영상 정보를 입력받게 되므로, 3D 영상으로 인식한다.

<스위처블 배리어를 이용한 3DTV의 원리> ▶

‘왼쪽 눈(L)’과‘오른쪽 눈(R)’영상을 모니터에 표시하면 스위처블 배리어가 두 영상을 번갈아 차단해 해당 영상이 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에만 각각 전달하도록 한다.

렌티큘러(lenticular) 렌즈 방식은 좌우 영상을 세로로 교대로 배치한 후 반원통형의 렌티큘러 렌즈가 밀집된 필름을 부착해 렌즈 각도에 따라 좌우 영상이 분리돼 해당 눈에 보이도록 하는 방식으로서 안경을 쓰지 않고도 입체 영상을 감상할 수 있다.

무안경 3DTV가 가진 단점도 많다. 먼저 모니터에서 2~3m 정도는 떨어져야 하며 모니터 중심을 기준으로 좌우로 시청 가능한 지점도 제한된다. 아직은 소파에서 자유로운 자세로 TV를 시청하기는 어려운 것이다. 또 모니터의 절반씩을 사용해 좌우 눈에 각각 전달하다 보니 현재보다 화질이 떨어진다. 따라서 지금보다 훨씬 뛰어난 화질의 LCD TV를 개발하기 위해서 노력 중으로 3∼4년 내로 대중화될 것이다.