관련 통계자료 다운로드 증강현실 기술특허 연도별 출원 현황 4부. 차세대 실감 시대가 온다.
3. 홀로그램
오는 2022년 월드컵 유치에 나선 일본이 홀로그램 카드를 꺼내들었다. 세계 최초로 홀로그램 월드컵을 만들겠다는 계획이다. 2010년 남아공 월드컵이 최초의 3D 월드컵이었다면, 앞으로 12년 후 열릴 월드컵을 통해 전 세계 축구팬에게 또 다른 볼거리를 제공할 수 있다는 게 일본의 포석이다. 일본이 홀로그램을 전면에 내세운 것은 기술력에 대한 자신감에 근거한다. 일본은 광학과 소재, 전자 재료에 대한 원천기술을 바탕으로 홀로그램 시장을 리드해오고 있다.
`마이너리티 리포트` 등의 영화 속에서 볼 수 있었던 홀로그램이 2010년 하반기 들어 대중화에 시동을 걸었다. 그동안 양주, 지폐 등 제품의 진위를 가리는 데 홀로그램 기술(Embossed Hologram)이 사용됐는데 이어 3D 입체영상 분야의 기술 개발도 속도를 내고 있다. 입체영상 홀로그램 디스플레이 기술개발은 일본, 유럽, 미국 등이 앞서 있다는 평가다.
독일 등 유럽에서는 디지털 홀로그래픽 디스플레이 기술에 대한 대규모 연구 프로젝트를 진행하고 있다. 유럽 EU는 2004년부터 FP6 프로젝트에서 홀로그래피 기술개발을 시작해 현재 FP7 프로젝트에서 홀로그래픽 모바일 및 디지털 홀로그래픽 기술을 개발하고 있다.
북미에서는 주로 대학을 중심으로 홀로그래피 관련 연구가 진행되고 있다. 미국의 MIT 미디어랩은 AOM(Acouto-Optic Modulator)과 LCD 방식을 이용해 홀로그램 동영상 재생 시스템인 홀로비디오(Holo Video)를 개발했다.
일본의 경우 40억달러를 투자해 2016년까지 홀로그램TV 장비 개발을 끝내고 2022년에는 홀로그램TV(HoloTV) 방송까지 한다는 계획이다. 이 같은 세계적인 기술개발 경쟁이 물밑에서 빠르게 진행되면서 우리나라 정부 및 학계도 홀로그램 상용화를 대비하기 시작했다.
그동안 학술적으로 연구해 왔던 홀로그램에 대해 비즈니스 모델을 접목하려는 움직임이 나타나고 있는 것. 홀로그램은 안경이 필요 없고 스크린이 아닌 현실 속 공간에서도 구현할 수 있어 응용분야가 무궁무진하다. 디스플레이, 의학, 교육, 국방, 예술, 방송, 영화, 광고, 엔터테인먼트, 인쇄 등 전 산업에 걸쳐 광범위하다. 장기적으로는 증강현실, 가상현실 기술이 홀로그래피 기술과 융합되면서 원격의료, 원격교육, 재택근무 등의 가상체험 서비스가 가능해질 것으로 보인다.
국내에서도 연구 개발이 활발하다.
지난달 전자부품연구원을 중심으로 홀로그래피 기술연구회를 발족하고 본격적인 활동에 들어갔다. 지금까지 국내에서는 한국전자정보통신연구원(ETRI), 광운대, 서울대, 충남대 등에서 홀로그래픽 시스템의 기초연구를 진행 중이다.
전문가들은 우리나라의 3D 기술 수준은 선진국과 대등한 수준을 보유하고 있으나, 무안경 3D와 홀로그래피 방식은 각각 85%, 50% 수준에 머물러 있다고 분석한다.
<박스>홀로그램이란
홀로그램은 진정한 3D 입체영상 구현기술로 통한다. 일각에서는 무안경 방식 3D 이후에 등장할 차세대(Post) 3D 기술로 꼽는다. 시청 위치 제약이 없을 뿐 아니라 자연스러운 영상표현이 가능하기 때문이다.
`완전한 그림`이라는 의미의 홀로그램은 파동의 간섭현상을 이용해 원래 그대로의 상을 재현하는 사진법인 홀로그래피(holography)의 결과물이다. 홀로는 그리스어로 전체, 그램은 메시지 또는 정보를 말한다.
우리가 일반적으로 사용하는 사진의 상은 물체에서 반사되는 빛의 세기 변화량을 기록한 것으로, 반사광이 적은 부분은 어둡고 반사광이 많은 부분은 밝게 표시된다. 그러나 3차원 물체로부터 나오는 빛을 2차원 평면에 기록하는 것은 한계가 있다.
반면에 홀로그래피는 빛의 세기뿐 아니라 파동으로서의 빛이 갖는 위상(phase)까지도 기록한다. 이 때문에 원래의 3차원 상을 정확히 재현한다.
홀로그래피를 처음으로 고안해 낸 사람은 가보르였다. 헝가리 태생의 영국 과학자인 데니스 가보르는 1947년 똑같은 파장과 강도를 지난 두 광원에서 나오는 빛에 주목했다. 두 광원에서 나오는 빛을 합할 경우, 두 파동이 골과 마루가 일치하면 서로 보강돼 더 밝은 빛을 만들어낸다. 반대로 서로 어긋나면 파동은 상쇄효과가 발생하면서 약해진다. 그는 이 같은 간섭현상을 이용하면 입체영상을 구현할 것이라고 생각했다. 그의 이 같은 상상과 예측은 마침내 1971년 그에게 노벨물리학상을 안겼다.
홀로그램은 어떻게 구현될까. 물체에 레이저를 쏠 경우, 반사돼 나오는 빛의 차이(위상차)를 필름에 기록한 뒤 이 필름에 다시 레이저를 쏘면 반사된 빛들이 허공에 홀로그램으로 나타난다. 인간의 눈이 물체를 입체로 인식하는 원리가 빛의 반사 정도를 판단한다는 점을 고려할 때, 홀로그램은 눈으로 보는 그대로를 표시하는 셈이다. 양안시차 방식이 안고 있는 3D 문제점을 해결할 수 있고, 완전 시야각의 멀티 뷰가 가능하고 어지럼증의 문제점을 해결할 수 있다.
<표>포토그래피와 홀로그래피 비교
<기고>3D 열풍을 홀로그램으로-김은수 광운대 교수(eskim@kw.ac.kr)
최근 할리우드 블록버스터 `아바타`를 시작으로 촉발된 3D 열풍이 3D 영화를 넘어 월드컵, 세계 육상 선수권 대회 등 스포츠 경기 중계로 확산되고 있다. 게다가 드라마, 공연, 광고 등 다양한 3차원 방송 이외에 3차원 게임, 건축, 의료 등으로 응용 분야가 넓어지고 있다.
하지만 이러한 3차원 응용이 활성화돼 가는 상황에서 3D 영상을 보고 어지러움, 구토 등을 호소하는 사람이 늘어가고 있다. 이 같은 현상은 지금까지의 3D 기술이 양안시차를 이용해 좌우 영상을 분리한 뒤 입체를 느끼는 방식이기 때문에 발생한다. 이로 인해 휴먼팩터 기술에 대한 관심 또한 늘어가고 있으며, 이를 해결하기 위한 연구도 진행되고 있다.
그러나 이런 스테레오 방식은 근본적으로 문제를 안고 있다. 이 때문에 완전한 해결책은 제시하지 못하고 시청 가이드라인, 콘텐츠 제작 가이드라인 등을 제안하는 정도에 머문다. 스테레오의 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 홀로그래피로 대표되는 리얼(Real) 3D 기법이 존재한다.
홀로그래피란 그리스어로 전체를 의미하는 `Holo`와 기록을 의미하는 `Graphy`의 합성어다. `전체를 기록한다`는 의미를 갖고 있다. 홀로그래피 기술은 개발 당시에 레이저가 존재하지 않아 크게 발전하지 못했으나 1960년 레이저가 발명된 후 발전했다. 하지만 홀로그램을 기록하기 위해 어두운 암실의 진동이 없는 광 테이블 위에서 제작을 해야 하고 홀로그래픽 필름을 사용해 정지 영상만을 만들 수 있는 문제점과 불편함으로 인해 크게 사용되지는 못했다.
그 후 1970년대에 미국 MIT S A 벤턴에 의해서 또 하나의 획기적인 전환점이 마련됐다. 바로 오늘날 널리 사용되는 무지개 홀로그램이다. 이는 컬러 구현 및 밝은 실내에서도 적당한 조명으로 홀로그램을 볼 수 있다는 특징을 지닌다. 현재 신용카드 등 여러 분야에서 사용되고 있다.
1980년대 중반부터 공간 광 변조기(SLM:Spatial Light Molulator)의 발전과 컴퓨터의 발전으로 1990년대에 들어오며 홀로그래피 기술을 이용한 3차원 동영상 표현에 대한 연구들도 활발히 이뤄졌다.
상용화가 가능한 수준의 홀로그램을 구현하기 위해서는 3차원 정보에 대해 홀로그램 정보를 획득하는 기술, 획득된 홀로그램 정보를 전송, 저장하는 기술, 홀로그램 정보를 디스플레이하는 기술 등의 요소기술이 필요하다.
하지만 실질적 홀로그램을 구현하기 위해서는 방대한 데이터가 필요하기 때문에 많은 제약사항이 있다. 예컨대 10×10㎝의 홀로그램을 표현하기 위해서는 약 1GB 데이터가 필요하다. 따라서 이러한 대용량의 데이터를 생성, 처리할 수 있는 기술이 필요하게 되고, 이러한 홀로그램을 디스플레이하기 위해서는 고해상도의 디스플레이 소자가 필요하게 된다. 하지만 현재까지의 소자는 이러한 것을 표현하기에는 한계가 있어 새로운 접근 방식이 요구된다.
일본과 유럽은 앞다퉈 홀로그래피 기술 개발에 나서고 있다. 이에 비해 국내에서는 일부 대학 연구실에서만 홀로그램 연구가 이루어지고 있고 3D 영상이 이제 도입 단계에 있어 2017년 이후에나 부분적으로 홀로그래피 제품이 출시될 것으로 예상된다. 하지만 홀로그램은 현재의 3차원 디스플레이 기술의 문제를 해결할 수 있는 유일한 방법이므로 집중 투자를 통해 구현 시기를 앞당길 수 있을 것이다. 또 이러한 홀로그래피 기술이 산업화되는 것에 맞춰 홀로그래피 인력을 양성하는 것 또한 필요할 것이다.
특별취재팀=강병준 차장(팀장 bjkang@etnews.co.kr), 김원석 기자, 양종석 기자, 황지혜 기자, 문보경 기자, 허정윤 기자, 박창규 기자
