[첨단 헬로티]

 

full-3DVR 기술력 기반의 핵심(원천) 기술개발 위한 단계적인 기술 확보 방안 필요

Ⅰ. 서언

VR(Virtual Reality: 가상현실) 기술은 1838년 영국의 Charles Wheatstone에 의해 처음 스테레오스코피(stereoscopy1)) 기술이 개발된 이후 지속적으로 발전하여 real-3D 디스플레이 기반의 4세대 VR 기술로 발전하고 있다. 최근 무안경식 시차 장벽 및 렌티큘라 기술의 완성도가 획기적으로 향상되면서 눈의 피로현상을 최소화하는 경험적 기술이 축적되고 있다. 

이를 통한 3D-VR 영상의 촬영/생성/디스플레이/투사 기술이 획기적으로 발전하면서 여러 산업분야에서 상용화되고 있다. 

이와 함께 초 다시점/체적영상(volumetric image)/홀로그래픽 비디오(holographic video) 디스플레이기기가 고도화되면서 기술적 성숙도를 높여가고 있다[1]. 아울러 3D-VR 디스플레이기기 및 콘텐츠 제작환경이 개선되면서 다양한 3D-VR 콘텐츠가 상용서비스를 제공하게 되고 시장이 빠르게 확대되고 있다. 

또한 full-UHDTV로의 전환이 빠르게 진전되면서 가격이 낮아진 점 등은 3D-VR 콘텐츠 보급에 중요한 계기를 제공하고 있다. 이에 TV방송이나 영화 등 영상을 매개체로 서비스가 이루어지는 실감미디어를 통해 대화면, 초고화질 3D-VR 서비스를 예고하고 있다[2][3]. 향후에는 인간의 후각과 촉각 나아가 진동이나 습기까지 체감하면서 초현실 감각을 느낄 수 있는 4D/5D-VR 영상서비스를 구현하게 될 것이다. 

궁극적으로는 인간의 오감을 만족시키는 방송서비스와 홀로그래픽 영상 서비스로 발전하게 될 것이다. 차세대 영상산업은 이처럼 실감형과 감성형으로 이어지는 3D-VR 기술로 발전하고 있다[1].

이 연구에서는 전 세계적으로 다양한 산업분야에 상용서비스가 가속화되고 있는 3D-VR 기술 관련 글로벌(미국/유럽/일본) 기술개발 동향과, 국내 기술 및 제품을 중심으로 기술개발 동향에 대해 설명한다. 이를 토대로 기술개발 방향과, 산업분석 및 발전전망 중심의 3D-VR 산업전망을 제시한다.

Ⅱ. 글로벌 기술개발 동향

1. 개요

전 세계적으로 다양한 산업분야에 3D-VR 기술이 보급되면서 혁신적인 기술개발을 통한 상용서비스가 제공되고 있다. 이로써 디지털 홀로그램 관련 설비의 가격경쟁력을 확보하기 위한 경쟁과, 부피 최소화 및 실시간 서비스 제공 등 첨단 기술력 경쟁이 가속화되고 있다. 3D-VR 기술 선도국가(미국/일본/유럽)의 기술개발 동향을 간단히 요약하면 다음과 같다[4][5][6][7].

2. 미국의 기술개발 동향

미국의 3D-VR 산업은 관련 협회(컨소시엄) 및 대학연구진 등을 중심으로 기술개발이 이루어지고 있다. 미국의 주요 3D-VR 기술개발 동향을 간단히 요약하면 다음과 같다.

- MIT미디어랩의 객체기반 미디어 그룹(OBMG : Object Based Media Group)은 홀로그램 전송시스템의 소형화 경제성을 갖춘 홀로그램 영상전송 기술(키넥트)을 개발하여 3D-VR 산업을 가속시키고 있다2).

- USC Entertainment Technology Center & Dobly Lab은 3D-VR working group을 구성하여 헐리우드의 3D-VR 입체영화 기술의 비약적인 발전을 도모하고 있다.

- 미국디스플레이산업협회(USDC)와 컨설팅 전문기업인 Insight Media는 공동으로 3D@Home 컨소시엄을 결성하여 3D-VR 영상서비스 보급 및 활성화를 목표로 기술표준화에 주력하고 있다.

- Arizona대학 연구팀은 홀로그램 재생에 필요한 데이터 용량을 최소화하고 영상재생 속도를 향상시킬 수 있는 3D-VR 핵심기술을 개발한바 있다.

3. 유럽의 기술개발 동향

유럽의 3D-VR 산업은 주로 다국적 컨소시엄을 중심으로 기술개발 에 주력하고 있다. 특히 영국의 Musion과 Zebra Imaging, 헝가리의 Holografika, 일본의 Nitto Denko 등은 공동연구를 통해 경제성을 갖춘 홀로그램 기반의 3D-VR 시스템을 개발하여 글로벌 기술시장을 리드해가고 있다. 유럽의 주요 3D-VR 기술개발 동향을 간단히 요약하면 다음과 같다.

- 범 유럽 국가가 참여하고 있는 FP7(Framework Program 7) 프로젝트를 통해 m-3DVR 기술개발 과제를 수행하고 있다.

- NoE(Network of Excellence) 3DTV 프로젝트를 통해 연구자 네트워크를 구축하여 기술개발 결과를 공유하면서 3D-VR 관련 핵심기술 및 표준화에 주력하고 있다.

- DISTIMA 프로젝트를 통해 양안식 3DTV 구현을 목표로 영상압축 포맷인 MPEG-2 MVP(Multi View Profile) 표준화에 주력하고 있다.

- ATTEST 프로젝트를 통해 다시점 3DTV 구현을 목표로 MPEG-4 MVC(Multi View CODEC) 표준화를 통해 3D-VR 산업을 가속화하고 있다.

4. 일본의 기술개발 동향

일본의 3D-VR 산업은 관련 협회(컨소시엄), ICT 전문기업 및 방송국 등을 중심으로 기술개발이 이루어지고 있다. 일본의 주요 3D-VR 기술개발 동향을 간단히 요약하면 다음과 같다.

- 3D 컨소시엄과 3D 입체협회의 주도로 URCF (Ultra-Realistic Communication Forum)을 구성하여 ISO의 3D-VR 관련 기술표준 개발에 주력하고 있다. 스테레오 스코픽 디스플레이(ISO/TC159/SC4/WG2) 및 Image Safety(ISO/TC159/SC4/SC)에 대한 requirement를 제정한바 있다.

- SANYO는 렌티큘러 방식의 3D-VR용 모니터, 2인치 및 3인치급3D-VR용 LCD 모니터를 개발하여 글로벌 시장진출을 모색하고 있다. 미국 캘리포니아에 3D-VR 테크놀로지 센터를 설립하여 3D-VR 영화 및 스포츠 이벤트 등 3D-VR 콘텐츠를 출시하고 있다3). 아울러 3D-VR 파노라마 입체영상 촬영기능을 탑재한 DSLR(알파 580)을 출시한바 있다. 

이는 1,620만 PIXEL의 full-HD 동영상 촬영이 기능하며 3D-VR 스윕 파노라마 기능을 지원할 수 있다.

- SHARP는 스마트폰에 적용될 수 있는 작은 크기(가로 4cm, 높이 1cm)의 최대 720P HD급 해상도를 지원하는 3D-VR 카메라 모듈을 출시한바 있다.

- TOSHIBA와 PANASONIC은 3D영화 '아바타'의 판촉 파트너로서 50~65인치 급 3D-PDP-TV 4종을 출시하면서 3D-VR 산업을 가속화하고 있다.

- NHK는 휴먼 팩터(human factor) 기반의 3D-VR용 HDTV를, Sharp에서는 3D-VR용 노트북을 개발하여 국내는 물론 세계시장에 진출하고 있다.

- 일본 BS방송(BS11)은 세계 최초로 3D-VR 레귤러 프로그램 방송을 개시한바 있다. 주요 프로그램은 3D-VR 전용으로 편집한 스포츠(신체조 등)나 여행 프로그램(세계기행 등) 중심의 홍보용 방송과, 드라마(영화) 등이 주를 이루고 있다.

Ⅲ. 국내 기술개발 동향

1. 개발방향

현재 서비스되고 있는 3D-VR 기술은 2D/3D 영상변환 기능이 내장된 VR기기를 통해 2D 콘텐츠는 기존처럼 무안경식으로, 3D 콘텐츠는 특수 안경을 통해 3D 입체영상을 구현하는 방식이다. 

초기에는 3D-Ready 형태로 보급되다가 점차 3D-Builtin VR기기로 발전하고 있다. full 3D-VR 영상을 획득하기 위해 카메라를 격자 형태로 배치하는 다시점 카메라 배열(camera array) 방법을 이용하여 서로 다른 시점에서 영상을 획득하고 있다. 또한 레이저나 광파의 간섭성을 이용하여 물체의 공간정보를 격자 형태로 생성하는 홀로그래피 방식을 이용하고 있다[4].

2. 주요 기술개발 현황

국내 3D-VR 기술은 ICT대기업과 국책연구소 및 대학을 중심으로 개발되고 있다. 주요 개발이슈는 고선명 홀로그래픽 스크린 및 다시점 3D-VR 디스플레이 개발, 안경식 고화질/대화면 3D-VR 영상 등으로 요약할 수 있다. 

전자는 스마트폰 기반의 m-3DVR 시장을, 후자는 디지털 사이니지 시장을 목표로 하고 있다[8]. 국내 3D-VR 관련 주요 기술개발 현황을 표 1에 나타낸다.

▲ 표1. 국내 3D-VR 관련 주요 기술개발 현황

3. 국내 제품개발 현황

(1) 개요

국내 2대 TV제조사(삼성, LG)를 중심으로 다양한 3DTV 제품군(LCD, PDP 등)이 출시되면서 3D-VR 기술개발을 본격화되었다. 국내 3D-VR 기술개발은 2007~2008년부터 스테레오 스코픽 3D 디스플레이를 시작으로 본격화되기 시작하였다. 

2010년 다시점 3D 디스플레이를 거쳐 2015년부터는 디지털 홀로그래피 3D-VR 디스플레이 기기를 출시하고 있다. 특히 2015년부터는 3D-HDTV와 홀로그래피 모니터와 아울러 스마트폰에 3D-VR 기능이 탑재되기 시작하면서 본격적인 m-3DVR 시대를 맞이하고 있다[1].

(2) 제품출시 현황

3D-VR을 뒷받침하는 주변기술로는 2D/3D 영상변환 기술, 고해상 다시점기술, 인터랙티브 초 다시점기술, 실감형 초 다시점기술, 실감형 홀로그래피 3D기술 등이 있다. 

아울러 3D-VR 전문기술을 구현하는 데 필수적인 전용 모니터, 광 픽업 모듈, 3D-VR 촬영시스템, 3D-VR 영상 칩 등의 분야에서 중소기업의 제품들이 출시되면서 3D-VR 산업을 가속시키고 있다. 국내 3D-VR 전후방 기술 관련 제품출시 현황을 요약하면 표 2와 같다[9][10][11].

▲ 표2. 국내 3D-VR 제품출시 현황

기타 국내 2대 TV제조사(삼성/LG)의 협력업체들(ZALMAN테크/코텍/현대아이티/파버나인코리아 등)은 3D-VR 모니터를 개발한바 있다. (3D-VR 게임용, 카지노/의료/항공/군사용, 2D→3D-VR 변환용, 안경식 및 무안경식 Miracube 3D-VR용 등)

Ⅳ. 3D-VR 산업전망

1. 기술개발 방향

VR 기술은 3D를 넘어 4D 및 5D로 이어지고 있다. 이에 단계별 주요(핵심/원천) 기술개발 프로세스를 요약하면 다음과 같다[1][12].

- 3D-VR 데이터 전송용량 및 전송속도를 고도화하여 부가적인 데이터 서비스를 구현할 필요가 있다. 이를 통해 게임 및 교육 등 산업 간 시너지 효과를 유도하여 다양한 응용서비스를 제공할 수 있을 것이다.

- 역호환성 유지, 전송/압축기술 고도화, UHDTV 중심의 전송방식 등 핵심(원천) 기술을 개발하고 국제표준화를 조속히 추진해야 한다.

- 유기적인 협력체계(TV제조사-TV방송사-3DVR콘텐츠 제작사 간)를 구축하여 서비스 추진동력을 확보해야 한다7).

이러한 3D/4D/5D-VR 산업의 비전과, 기술개발 방향 설정을 토대로 UHDTV 서비스 기반의 full-3DVR 서비스를 구현하여 글로벌 기술시장을 선도할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것이다.

2. VR 산업분석 및 발전전망

(1) 산업분석

국내 VR산업은 세계 최고 수준의 3D 디스플레이 기술력과, 정부와 민간 부문에서의 m-3DVR 산업에 대한 관심이 높다는 기회요인이 있다. 아울러 핵심기술력(하드웨어/플랫폼/콘텐츠 등)이 아직 미성숙 단계이며, 3DVR 수요가 아직 많지 않아 시장수요의 불확실성이 높다는 약점요인도 존재한다. 

게다가 3D-VR 관련 국가기술표준이 아직 제정되지 못한 상태인바 이에 대한 보다 적극적인 표준개발 전략이 필요하다. 

이러한 분석결과를 토대로 3D-VR 산업의 성공적인 정착을 위한 단계별 기술개발 로드맵(TRM)을 수립할 필요가 있다. 이를 통해 VR 및 AR 기술 관련 글로벌 표준기술이 적용된 3D/4D/5D 실감영상을 구현할 수 있는 기반을 마련할 필요가 있다[1].

(2) 발전전망

VR 기술은 디지털 홀로그래픽 디스플레이 기술을 적용한 full 3D-VR 시스템을 넘어 바람/진동/냄새/습기/관통감각/돌출감각 등 보다 더 생생한 현장감을 느낄 수 있는 초감각적인 4D/5D-VR 영상으로 발전할 것이다. 

이처럼 획기적인 영상서비스라는 점에서 모든 TV방송 매체(케이블TV/IPTV/스마트TV/위성TV/지상파TV 등)가 참여할 가치가 있다. 2019년경이면 3DTV 비중이 40%대로 진입하면서 m-3DVR 기술이 적용된 스마트폰의 상용화와 함께 성숙기로 접어들 것으로 예상된다[13]. 3D-VR 산업이 일시적인 이벤트가 아닌 미래 성장동력 산업으로 자리매김 되기 위해서는 주변 기술시장의 환경을 고려한 기술개발 로드맵(TRM)을 기반으로 핵심(원천) 기술을 개발하고 국제표준화를 추진해야 한다. 

또한 3D-VR 산업은 미래 TV산업과 스마트폰 시장의 경쟁구도에 큰 영향을 미칠 수 있다는 점에서 신중하고 전략적인 접근이 필요하다.

Ⅵ. 맺음말

3D-VR 서비스를 조기에 상용화하기 위해서는 full-3DVR 기술력 기반의 핵심(원천) 기술개발을 위한 단계적인 기술 확보 방안이 필요하다. 이와 함께 관련 장비의 국산화가 절실하다. 

아울러 시험인증센터 등을 구축하여 신뢰성과 장비의 품질경쟁력을 확보할 수 있는 전략이 필요하다. 아울러 글로벌 표준기술이 적용된 3D/4D/5D-VR 추진전략을 수립하여 민간의 R&D 투자를 촉진하여 새로운 수익모델을 창출하는 데 주력할 필요가 있다. 

특히 3D-VR 매체별로 고품질 실감방송 서비스 구현을 위한 압축부호화, 전송, 화질평가 등 핵심(원천)기술을 확보하여 국제표준을 선점함으로써 글로벌 3D-VR 기술시장을 선도할 수 있을 것이다[1]. 이를 위해 국제표준화에 적극적으로 대응할 수 있는 제도적 지원그룹을 구축하고 선도적 시범사업 추진과 아울러 전문 인력을 양성하는 데 주력할 필요가 있다. 

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1) ‌양안시차(binocular)를 이용한 3D 디스플레이 방식을 의미한다. 양안시차 방식은 TV나 극장 스크린과 같은 단일 스크린 상에 입체감을 형성할 수 있는 장점이 있다. 안경 등 보조기구를 이용하는 안경방식(steroscopic)과 무안경방식(auto-stereocopic)으로 구분된다. 보조기구로는 애너글리프(anaglyph), 셔터 글래스(shutter glasses), 필름 타입 패턴편광(film patterned retarder) 등이 이용된다.

2) ‌키넥트는 기존 고가의 셀프 카메라를 대체하면서 인터넷을 통해 초당 15프레임의 홀로그램 영상전송이 가능하다.

3) ‌SANYO는 자사 개발한 3D-VR 콘텐츠를 통해 3D-VR 영화(브라비아 LX900 시리즈)를, 소니픽처스를 통해 3D-VR 애니메이션 영화를 출시한바 있다. SONY의 DSLR(알파 580) 제품에는 또한 광학식 뷰 파인더(View finder), 오토 포커스(Auto focus) 시스템, 초당 7연사의 고속 촬영기능, 손떨림 보정기능 등이 탑재되어 있다.

4) ‌ZALMAN테크는 노트북용 3D 모니터와 안경을 만들 때 필요한 3D 편광필터에 대한 원천기술을 보유하고 있다. 현재 3D 편광필터를 제조하는 회사는 전 세계에 일본의 아리사와와 ZALMAN테크 뿐이다.

5) ‌LED나 CCFL의 광원으로부터 휘도를 더욱 밝게 해주는 LCD BLU의 핵심부품이다. 3DTV를 제대로 구현하기 위해서는 재생률을 120Hz에서 240~480Hz까지 올려야한다. 그러나 1초에 240Hz의 속도로 프레임을 투사하면 화질이 어두워지는 단점이 있어 이를 개선하기 위해서는 고휘도화 과정이 필요하다. 프리즘시트는 BLU에서 휘도를 높여주기 위해 사용되는 필수적인 부품이다.

6) ‌LCD 패널의 구동을 제어하는 칩으로서 대형 LCD 패널에서 화면의 잔상(쏠림 현상)을 방지하기 위해 신호시간을 조절하는 타이밍 콘트롤러를 의미한다. 패널의 크기가 클수록 많은 LCD 구동 칩이 필요하고, LCD 구동 칩의 개수가 많을수록 더 높은 성능의 타이밍 콘트롤러가 요구된다.

7) ‌이를 위해 국내외 방송사 등과 공동연구를 통해 3DVR 기술의 성능 및 조기 상용화를 촉진할 수 있는 개방형 테스트 베드를 구축할 필요가 있다.

박세환 박사 한국과학기술정보연구원 ReSEAT프로그램 전문연구위원