3D 디스플레이란?

3D 디스플레이란 사용자에게 시각적 깊이감을 느낄 수 있는 입체 영상을 보여주는 디스플레이를 통틀어서 말합니다. 입체 영상에 대한 개념은 이미 1830년대에 제안되었을 정도로 역사가 오래되었는데, 이는 보다 자연스럽고 현실감 있는 이미지 표현에 대한 인간의 욕구를 반영한다고 볼 수 있습니다.

최근에는 전 세계적으로 확산돼 큰 피해를 주고 있는 코로나19(COVID-19)는 우리의 삶의 방식에 대한 근본적인 변화를 가져오고 있으며, 대표적으로 재택근무, 원격 강의, 화상 회의 등 비대면, 비접촉 교류의 확산이 그렇습니다. 이러한 비대면, 비접촉 환경을 효과적으로 구현하기 위해서는 멀리 떨어져 있는 상대방과의 실재감 있는 교감이 매우 중요합니다. 따라서 현실과 같은 사실감을 줄 수 있는 3D 디스플레이 기술에 대한 관심이 최근 더욱 증가하고 있습니다.

사람은 어떻게 입체감을 느낄까?

사람이 입체를 느끼는 데에는 다양한 요인들이 있습니다. 크게는 회화에서 사용되는 원근법(Linear Perspective), 그림자 효과(Shading and Shadow), 겹침(Overlapping)/차폐(Occlusion), 사전 지식(Prior Knowledge), 질감의 변화(Texture Gradient) 등 심리적 요인과 양안 시차(Binocular Disparity), 양안 수렴(Vergence), 운동 시차(Motion Parallax), 초점 조절(Accommodation) 등 물리적 요인이 있습니다.

3D 디스플레이는 심리적 요인이 아니라 사람의 시각적 감각을 실제 사물과 동일하게 자극하여 입체로 인지하도록 물리적 요인을 제공하는 디스플레이입니다.

사람은 평균 65mm 간격으로 좌우 양안을 갖고 있고, 각각의 눈은 회전 운동하는 가변 초점 카메라로 볼 수 있습니다. 관찰하는 사물에 맞춰 양안이 수렴하여 주시하게 되는 즉, 양안 수렴이 발생하며, 양쪽 눈의 망막에 각 눈의 방향에서 관찰한 서로 다른 이미지의 상이 맺혀지게 되고 이 차이 정보를 뇌에서 깊이로 해석하게 될 때 양안 시차를 느끼게 됩니다.

이때 각각의 눈은 주시하는 거리에 맞춰 초점을 조절하게 되는데 이를 단안의 초점 조절이라고 합니다. 그리고 사용자의 움직임에 따라 사물의 다른 면이 관찰되는 운동 시차까지 포함하여 4개의 입체 시각 자극이 이뤄집니다. 실제 사물을 바라볼 때, 이들 4가지 자극 요인은 동일한 깊이 정보를 제공하여 자연스러운 입체감을 느끼게 해줍니다. 따라서, 3D 디스플레이의 궁극적인 목표는 이들 4가지 깊이 자극을 실제 사물과 동일하게 제공하는 것으로 볼 수 있습니다.

3D 디스플레이의 종류

3D 디스플레이의 종류는 크게 안경식과 무안경식으로 나눌 수 있습니다. 안경식은 적청 안경식, 편광 안경식, 셔터 안경식 등으로 나눠지며, 무안경식은 Light Field Display(라이트 필드 디스플레이), Hologram(홀로그램), Volumetric Display(볼류메트릭 디스플레이) 등으로 나눌 수 있습니다. 당사에서는 무안경식 중 Light Field Display와 Hologram을 국제 디스플레이 전시회에서 공개한 바 있습니다.

▲ 삼성디스플레이 Light Field Display 시연

위의 두 기술 모두 실제 사물이 만들어 내는 빛의 분포를 평면 패널에서 재생하는 개념으로, Light Field Display는 기하 광학적인 관점에서 재현하는 것이고, Hologram은 파동 광학적인 수준에서 재현한다는 점이 특징입니다. 3D 디스플레이 기술 원리 다음 편에서는 무안경 방식의 기술에 대해 조금 더 자세히 살펴보도록 하겠습니다.