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Nikkei X-TECH_2023.3.20

홀로그래픽 디스플레이, AR 글래스로 실현
기존 스마트폰으로 촬영, 송신도 가능해져

홀로그래픽 디스플레이는 물체의 영상을 빛의 강약이나 색뿐만 아니라 위상정보, 즉 빛의 파장의 진동 타이밍도 '홀로그램'으로 기록해 이것을 재생하는 '홀로그래피' 기술로 보다 자연스러운 입체영상을 표시할 수 있는 디스플레이이다.

기존 디스플레이의 대부분은 위상 정보를 이용하지 않는다. 지금까지의 3차원(3D) 디스플레이는 미세하게 다른 각도에서 촬영한 영상을 좌우의 눈에 따로 보여서 입체라고 착각하게 만든 것이다.

최근에는 디스플레이가 4K와 8K 등 매우 높은 해상도로 바뀌면서 과거 3D 영상의 조도(거칠기)가 눈에 띄지 않게 되어 상당히 자연스러운 3D 영상을 즐길 수 있게 되었다. 그러나 원리적 과제는 해결되지 않고 있다.

3D 영상을 볼 때 눈의 촛점은 디스플레이 면에 맞춰져 있는 반면, 두 눈은 튀어나오는 입체 영상을 향하고 있어 뇌에 혼란을 일으키는 ‘폭주(輻輳)와 조절의 불일치(Vergence and Accommodation Conflict: VAC) 문제’가 그것이다. VR(가상현실) 고글이나 AR(증강현실) 글라스로도 문제가 해결되지 않아 어지럼증 두통 등, 악영향으로 이어질 수 있다.

이러한 3D 영상은 사람뿐 아니라 카메라의 오토포커스 기능에도 혼란을 초래한다. 단안(單眼) 카메라로 3D 영상을 촬영하면, 오토 포커스 기능이 잘 기능하지 않아 핀트가 맞지 않는 경우가 많다.

-- 폭주와 조절문제 해결 --
반면, 홀로그래픽 디스플레이의 경우, 폭주와 조절 문제는 일어나지 않는다. 디스플레이에서 나오는 빛의 정보가 해상도 문제를 떠나 실제 물체에서 나오는 빛의 정보와 거의 같기 때문이다. 이러한 경우, 눈의 촛점이 물리적 디스플레이에 맞춰지지 않고 3D 영상에만 맞춰진다.

디스플레이에서 영상이 튀어나오는 것이 아니라, 인물이나 물체가 바로 거기에 있는 것처럼 보이는 것이다. 또한 홀로그래픽 입체영상은 한쪽 눈으로도 어느 정도 영상을 입체적으로 볼 수 있다. 카메라로 홀로그래픽 입체영상을 촬영하면 오토 포커스 기능으로 영상에 핀트가 맞는다.

-- 컴퓨터가 촬영 및 재생 문제를 해결 --
홀로그래피에 대한 아이디어는 오래 전부터 있었고, 홀로그래픽 입체영상이 등장하는 SF 영화도 이전부터 있다. 그럼에도 불구하고 컬러 영상이나 동영상의 실용화는 좀처럼 추진되지 못했다. 그 이유는 크게 두 가지이다.

하나는 빛의 위상을 홀로그램으로 기록하는 기록 매체가 기술적으로 미숙했다는 점이다. 처음에는 레코드 같은 아날로그 매체밖에 없었다. 이것으로는 정지화면 밖에 재생할 수 없다.

이후, SLM(Spatial Light Modulator)으로도 불리는 디지털의 공간광변조기를 홀로그램 기록매체로 사용함으로써 동영상 재생이 가능해졌지만, 기록 용량이 작고, 응답이 느려 겨우 움직임이 느린 동영상을 단색으로 재생하는 수준이었다.

실용화가 어려웠던 또 다른 이유는 촬영이 쉽지 않았다는 점이다. 지금까지 홀로그램 작성은 암실에서 촬영 대상에 레이저광을 조사(照射)하고, 특수한 광학 장치를 통해 다른 레이저광(참조광)과의 간섭 줄무늬를 만들어 기록해야 할 필요가 있었다.

햇빛이나 일반적인 조명은 빛의 위상이 일정하지 않아 잡음이 되어 버린다. 이래서는 당연히 일상적인 영상을 홀로그램, 그리고 홀로그래픽 입체영상으로 만드는 것은 불가능하다.

-- 기존 스마트폰으로 촬영, 송신도 가능해져 --
이러한 과제를 가장 먼저 극복한 것이 영국의 비비드큐(VividQ)이다. 비비드큐는 2022년 5월, 디스플레이기술 국제학회인 '디스플레이위크 2022'에서 'SF 영화의 홀로그래픽 영상과 통신을 세계 최초로 실현했다'라는 취지의 논문 발표를 했다.

비비드큐는 암실에서의 촬영 대신 애플의 'iPhone 12 Pro/Pro MAX' 등에 있는 카메라 기능 및 심도 측정 기능을 통해 얻은 거리 정보가 첨부된 동영상을 기반으로 클라우드 서버상에서 계산해 홀로그램을 작성한다.

이 방법은 암실이나 레이저광, 복잡한 광학장치도 필요 없다. 콜럼버스의 달걀과 같은 사소한 발상의 전환이지만 실용화에는 큰 돌파구가 되었다.

이 경우, 원래는 실세계의 영상이라도 재생되는 영상은 모두 컴퓨터그래픽(CG)이 된다. 최근 '자유 시점 영상'이라 불리는 임의 각도에서 영상을 재현하는 기술과 VR로 보는 영상의 상당수가 실질적으로 CG 기반이지만, 해상도가 높으면 위화감은 작다.

또한 비비드큐는 작성한 홀로그램 데이터 송신 기술도 개발했다. 홀로그램 기록이나 송신에 전용 기록 매체는 필요 없으며, 일반적인 기록 매체에 디지털 데이터로써 전송해 기록하면 된다. 현시점에서는 영상 재생에 프로젝터에서 일반적으로 사용되고 있는 약 2K×2K의 'DMD(Digital Mirror Device)'라고 불리는 SLM을 이용한다.
 

영상 재생은 비교적 용이하며, 이 DMD에 홀로그램을 표시해 RGB의 3색 레이저광을 조사하면 된다. 이를 통해 홀로그래픽 입체영상의 풀컬러 동영상도 재생이 가능해졌다. 비비드큐가 시작(試作)한 대형 PC 크기의 홀로그래픽 영상표시 장치에서는 초당 60컷의 매끄러운 동영상을 표시할 수 있다. 장치는 크지만 영상 표시부는 직경 2㎝ 이하로 작다.

비비드큐는 가까운 미래에 장치 전체를 AR 글라스에 탑재할 수 있는 크기로 소형화할 계획이다. 올 1월에는 안경 렌즈에 빛을 투과시키는 도파로(導波路) 제작 기술에 강점을 가진 핀란드의 Dispelix와 제휴했다. 비비드큐는 양산에 나서지 않고 제휴사에 개발 키트를 제공해나갈 예정이다.

-- KDDI종합연구소 등, 대형화에 도전 --
비비드큐 외에도 KDDI종합연구소와 간사이대학(関西大学) 시스템이공학부의 마쓰시마(松島) 교수 연구팀도 CG 기반 홀로그램을 이용한 홀로그래픽 디스플레이를 공동 개발 중이다. 2022년 5월에는 18cm×18cm의 대형 디스플레이로 컬러 애니메이션을 표시하는 데 성공했다고 발표했다.

여기에는 비비드큐가 목표로 하는 AR 글래스와 달리, SLM 또한 대형이면서 고정밀한 것이 필요하기 때문에 비비드큐가 목표로 하고 있는 실시간 입체 영상 통신은 KDDI종합연구소의 기술로는 아직 먼 이야기이다.

-- 끝 --

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