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Nikkei X-TECH_2022.6.21

메타, SF영화와 같은 VR용 초소형 HMD 공개
7년의 연구 성과를 집결

미국의 Meta Platforms(옛 페이스북)는 2022년 6월 20일, 디스플레이 기술을 중심으로 그동안 추진해 온 VR(가상현실) 전용 헤드마운트디스플레이(HMD)의 연구 성과를 공개했다. 그 집대성으로 선보인 것이 스키 고글 사이즈까지 소형화한 컨셉트 모델이다.

그 모습은 SF영화 ‘레이디 플레이어1’에 등장하는 미래의 VR 고글 그 자체다. 어디까지나 컨셉트 모델이지만, 지금까지의 연구 성과를 결집함으로써 이상적인 HMD를 실현할 수 있음을 보여준 것은 의미가 크다. 고글 수준의 사이즈로 함으로써 메타버스 시장의 확대를 재촉할 것으로 보인다.

컨셉트 모델의 명칭은 ‘Mirror Lake’라고 한다. 이는 미국 요세미티 국립공원에 있는 유명한 호수에서 따온 것이다. 이 호수는 이름에서 알 수 있듯이 거울처럼 아름다운 수면으로 유명하며, 주위에 있는 산과 숲 등의 경치가 수면 위에 반사돼 마치 진짜처럼 보인다. 현실로 착각할 정도의 리얼한 가상공간을 표현하겠다는 메타의 목표를 반영한 이름이라고 할 수 있다.

Mirror Lake는 ‘비디오 시스루(비디오 투과)형’이라 불리는 종류의 HMD다. 내장 카메라로 촬영한 주위의 영상에 가상 물체를 겹쳐 디스플레이에 표시한다. MR(복합현실)용이기도 하다.

이번에 크게 5개의 연구 성과를 발표했다. 그리고 이 성과들을 결집한 것이 Mirror Lake라고 한다. 이들 성과 중 4개는 디스플레이 기술에 관한 것이고, 나머지 1개는 하드웨어의 소형 경량화에 관한 것이다. 다수의 프로토타입을 만들어 이들 기술의 검증을 15년부터 실시해 왔다.

-- 전자 제어로 초점, 휘도 2만 nit --
첫 번째 기술은 보고 있는 영상의 핀트(초점)를 맞추는 ‘배리포컬(Varifocal) 기술’이다. HMD를 장착한 사람이 가상공간 속의 어느 부분을 보고 있는지를 판단해, 그 부분이 뚜렷하게 보이도록 한다.

메타에 의하면, 팔이 닿는 범위 내의 영상에 항상 핀트를 맞출 수 있도록 함으로써, 장시간 쾌적하게 영상을 계속 볼 수 있다고 한다. 시력이 나쁜 사람도 안경을 쓰지 않아도 가상공간을 선명하게 볼 수 있게 된다.

주로 배리포컬 기술 개발을 위해 시작(試作)한 HMD가 ‘Half Dome’ 시리즈다. 우선, 17년에 첫 번째 'Half Dome Zero'를 시작했다. 이를 이용해 유저 조사를 실시한 결과, 배리포컬 기술이 쾌적한 영상 표현에 필요하다는 사실을 확인할 수 있었다고 한다. 다음으로 시야각을 140도까지 넓힌 'Half Dome1'을, 이어서 쾌적성을 높이기 위해 모양을 바꾼 'Half Dome2'를 시작했다.

지금까지는 장착한 사람의 시선을 추적하고, 그 결과를 토대로 HMD의 스크린(영상표시부)을 물리적으로 움직임으로써 가상공간 내에서 물체를 주시했을 때 그 물체를 선명하게 볼 수 있도록 초점을 맞춰왔다. 그러나 이 방식의 경우는 구동 소리가 나거나, 표시부가 커지기 쉽다는 과제가 있었다. 그래서 전자적으로 초점을 조정하는 구조를 개발해 ‘Half Dome3’에 채용했다.

두 번째 기술은 왜곡 수차(Distortion)를 보정하기 위한 독자적인 시뮬레이터다. 왜곡 수차는 영상 왜곡이나 얼룩 등의 원인이 된다. 앞에서 말한 배리포컬 기술을 문제없이 작동시키기 위해서도 왜곡 수차에 대한 대책이 필요하다.

현재 VR용 HMD에서도 보정 기술이 도입되었지만, 가상공간의 보는 장소에 따라 변형이 생긴다고 한다. 왜곡 수차를 보정하는 기술을 개발하기 위해서는 설계한 광학계를 실제로 만들어 사람의 눈으로 보며 그 효과를 확인하고, 피드백을 통해 개선해야 한다.

이 방법은 시간이 걸리기 때문에 독자적인 시뮬레이터를 개발해, 시뮬레이터를 통해 사람이 왜곡 수차로 인한 영상 변형 등을 체험할 수 있도록 했다. 이 방법으로 인해 VR용 HMD를 시작하는 경우가 줄면서 광학계 개발 기간을 단축할 수 있었다고 한다.

세 번째 기술은 사람의 망막 수준의 해상도를 달성하기 위한 기술이다. 목표는 인간의 시력 1.0에 해당하는 각화소밀도(각도 1도당 화소 수) 60ppd(pixels per degree)이다. 스마트폰이나 TV에서는 이미 이 값을 달성했다고 한다.

사람의 망막 수준의 해상도를 실현하기 위해서 시작한 것이 ‘Butterscotch’다. 상세한 값을 공개하지는 않지만, 높은 해상도로 인해 VR 체험을 크게 향상시키는 것을 실증할 수 있었다고 한다.

네 번째 기술은 HDR(High Dynamic Range) 기술이다. 이 기술을 개발하기 위해서 ‘Starburst’를 시작했다. 현행 제품인 'Quest 2'의 최대 휘도는 100nits이며, 목표는 1만 nits로 100배에 해당한다. Starburst는 상당히 큰 HMD지만 2만 nits를 달성했다고 한다.
 

이러한 4개의 디스플레이 기술과 함께 HMD를 소형화, 경량화하는 하드웨어 기술 개발에도 착수했다. 그것을 위해 시작한 것이 ‘Holocake 2’이다.

실현을 위해 크게 2가지 기술을 도입했다. 하나는 편광 광학계다. 이를 통해 디스플레이 패널과 렌즈의 공간을 대폭으로 줄였다. 다른 하나는 ‘홀로그래픽 렌즈’다. 이를 통해 렌즈 자체를 얇게 만들었다. 이 홀로그래픽 렌즈를 이용하기 위해 디스플레이 광원으로 레이저를 이용하는 것도 검토하고 있다.

이러한 일련의 연구 성과를 제품에 내장함으로써 소형화, 경량화, 리얼한 영상, 그리고 높은 전력 효율로 배터리를 오래 사용할 수 있는 이상적인 차세대형 HMD를 실현할 수 있을 것으로 보고 있다.

앞으로 큰 과제는 컨텐츠 제작이라고 한다. VR 영상이 리얼해질수록 오서링이 어려워진다. 그래서 차세대형 HMD에 적합한 콘텐츠를 쉽게 제작할 수 있는 툴 개발도 중요하다고 보고 있다.

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