고정형 VR 시각 디스플레이

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1. 고정형 VR 디스플레이

앞서 계속해서 언급되었던 '고정형 디스플레이'와 'CAVE 시스템'은 "체험자가 HW를 착용하거나, 휴대하지 않는 것"을 의미한다.

이는 스크린이 체험자 주의에 있는 공간에 고정되어 있고, 스크린이 체험자의 움직임에 영향을 받아 함께 움직이지 않는다는 것이다.

다만 이것이 용도와 규모, 목적 등에 따라 스크린 재구성이 불가능하다는 것은 아니다.

일반적으로 스크린 재구성은 애플리케이션 단위로 일어나지만, 필요에 따라서 디스플레이 장치에 기동성을 제공할 수 있는 '날개'가 존재한다면 애플리케이션을 실행하는 중에서도 이벤트가 발생한 시점과 조건에 따라 스크린 재구성을 구현할 수 있다.

 

1.1. 피시 탱크(아쿠아리움) VR

가상 현실을 표현할 수 있는 가장 단순한 형태의 디스플레이가 바로 '피시 탱크(아쿠아리움) VR'이다.

피시 탱크 VR은 가장 표준적이고 일반적인 컴퓨터 디스플레이, 즉 모니터를 사용해서 구현되는 VR이기 때문에 '모니터 기반 VR'이라고도 불린다.

가상 현실 구현에 사용되는 디스플레이의 규모가 매우 커지게 되면 거의 수족관(아쿠아리움) 수준으로 커지기도 한다.

하지만 이러한 디스플레이의 규모 변화는 FOV와 FOR에 영향을 미치는 것을 제외하면 그다지 큰 차이는 없다.

아쿠아리움, 피시 탱크라는 이름이 붙은 이유는 디스플레이를 바라보는 체험자가 가상 현실을 접하게 되는 모습이 마치 아쿠아리움의 유리를 통해 내부의 3D 세계를 바라보는 것과 유사하기 때문이다.

즉, 체험자가 모니터를 통해서 가상 세계를 바라보는 것은 가능하지만, 고개를 돌리고 숙이고 올리는 등 자신의 시야를 바꾼다고 해서 실제로 그 가상 세계 공간 안으로 들어가는 것은 불가능하다는 것이다.

이러한 특징 때문에 피시 탱크 VR에서 디스플레이는 하나의 장애물로 취급되는 것이 일반적이다.

하지만 그렇다고 해서 꼭 가상 세계가 디스플레이 '너머'에 있으라는 것은 아니다.

체험자와 디스플레이 '사이'에 가상 세계가 위치할 수 있다면 당연히 그렇게 구현해도 가상 세계의 구현은 성립이 된다.

다만 FOV를 다룰 때 언급했던 것처럼 디스플레이의 '프레임'에 의해 가상 세계 속 오브젝트가 잘려서 보인다거나, 그 프레임이 깨지지 않도록 주의해야 할 것이다.

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VR과 시각 디스플레이

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실제로 위와 같이 홀로그램 방식을 이용하여 체험자와 디스플레이 사이에 가상 세계를 렌더링 한 사례는 지금도 존재한다.

 

1.1.1. 피시 탱크 VR의 구성 요소

피시 탱크 VR의 가장 큰 장점이 일반적인 컴퓨터 부품 몇 가지만 있어도 손쉽게 구현할 수 있다는 것이다.

하지만 스테레오스코픽 이미지를 렌더링 하기 위한 고해상도 디스플레이를 사용한다거나, 2개 이상의 디스플레이를 동시에 사용한다면 요구되는 컴퓨팅 파워와 전력이 기하급수적으로 늘어날 수 있다.

이 때문에 거대한 규모의 디스플레이를 사용하는 피시 탱크 VR 시스템을 구축하기 위해서 여러 대의 컴퓨터를 사용해 클러스터를 구축하거나, 2개 이상의 GPU를 사용하여 렌더링을 여러 GPU가 분담한 뒤, 결과물을 하나로 합치는 '멀티 GPU 시스템'을 사용하기도 한다.

트래킹 시스템은 피시 탱크 VR에서도 중요한 부분을 차지한다.

단일 스크린 고정형 디스플레이의 장점은 스크린 렌더링 시, 체험자의 머리 회전 값이 체험자의 머리 위치 값보다 덜 중요하게 작용한다는 것이다.

각 디스플레이는 항상 체험자가 정면에 서서 바라보고 있다는 가정 하에 렌더링 된 이미지를 출력하며, 그 디스플레이를 정말로 바라보는가는 체험자의 행동과 판단에 달려있기 때문이다.

안경식 스테레오스코픽 디스플레이를 사용하는 것도 피시 탱크 VR의 중요한 구성요소로 기능한다.

체험자에게 스테레오스코픽 이미지(3D 이미지)를 제공하기 위한 방법 중 하나가 체험자가 착용한 안경을 활용하는 것이다.

앞서 다루었던 다양한 다중화 방식을 사용할 수 있으며, 이러한 경우에는 체험자가 항상 디스플레이 정면을 바라보도록 서 있어야 하기 때문에 체험자의 이동 범위가 크게 제한된다는 단점이 존재한다.

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VR과 시각 디스플레이

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1.1.2. 피시 탱크 VR의 특징

가상 세계를 구현하는데 특수한 장비를 요구하지 않으며, 일상에서도 흔하게 접할 수 있는 보편적인 컴퓨터 부품만으로도 충분히 시스템을 구현할 수 있다는 점이 피시 탱크 VR의 대표적인 특징이자 장점이다.

이는 다시 말해서 시스템의 보급이 쉽고, 시스템 구축 비용이 저렴하다는 것을 의미한다.

하지만 만약 피시 탱크 VR 시스템으로 스테레오스코픽 이미지를 렌더링 할 수 있는, 즉 3D 이미지를 렌더링 할 수 있는 성능이 요구된다면 오히려 다른 시스템보다 더 힘들거나 불가능해질 수도 있다.

이는 현재 3D 디스플레이 시장(특히 3D TV)이 크게 축소되었기 때문이기도 하다.

피시 탱크 VR의 대표적인 단점 두 가지는 체험자가 가상 세계를 특정한 방향으로만 바라보아야 한다는 것과 다른 VR 시스템보다 일반적으로 몰입감이 떨어진다는 것이다.

이러한 단점은 1~2개 정도의 디스플레이로만 구성된 소규모 피시 탱크 VR 시스템에서 두드러지는데, 이는 체험자의 FOR 대부분을 현실 세계의 모습이 차지할 뿐만 아니라 가상 세계를 보여주는 영역이 매우 작기 때문이다.

재미있게도 이를 반대로 생각해 보면 '피시 탱크(아쿠아리움)'이라는 이름에 걸맞은 특징이기도 하다.

체험자가 정말로, 현실 세계에 있는 '진짜' 피시 탱크를 바라보고 있다는 생각을 하게 만들기 때문이다.

앞서 언급된 체험자와 디스플레이 사이에 이미지가 위치하는 피시 탱크 VR 시스템의 사례처럼 디스플레이의 각도가 수직이 아니라 비스듬하게 배치되어 있다면 체험자의 시선이 디스플레이의 상단으로 이동할수록 자연스럽게 초점이 점점 멀어진다.

이는 현실 세계에서 멀리 있는 사물을 바라볼 때 초점 거리가 변화하는 것과 동일한 효과를 구현한다.

마지막으로 피시 탱크 VR 시스템의 구성이 일반적인 컴퓨터 시스템과 구성이 유사하고, 구축이 쉽고 간편하다는 점 때문에 VR 애플리케이션을 테스트하거나 개발하기가 매우 편리하다는 것도 하나의 특징이자 장점이다.

 

1.1.3. 피시 탱크 VR의 인터페이스

피시 탱크 VR은 일반적인 컴퓨터 시스템의 연장선이기 때문에 기존에 사용되던 다양한 인터페이스 장치를 동일하게 사용할 수 있다.

키보드와 마우스는 물론, 게임 패드, 트랙볼, 터치 패드 등 우리에게 이미 익숙한 인터페이스 장치를 그대로 사용할 수 있다.

하지만 이는 다시 말해서 체험자가 이미 이러한 인터페이스 장치가 가상 세계의 몰입감과는 무관한, 현실 세계에 존재하는 외부 인터페이스 장치라는 사실 또한 명확하게 알고 있음을 의미한다.

또한 피시 탱크 VR 시스템은 체험자가 가상 세계 속에서 돌아다닐 수 없기 때문에 가상 세계 속 공간 내부를 체험자가 탐험하는 느낌을 주는 것을 목표로 하는 VR 애플리케이션과 그에 따른 인터페이스 구현은 피시 탱크 VR 시스템과 상성이 좋지 못하다.

다만 어떠한 데이터 내부의 복잡한 관계를 들여다보고, 탐색하여 원하는 데이터를 찾아내는 목적의 애플리케이션을 구현하고자 한다면 피시 탱크 VR 시스템이 적합하다.

이는 체험자가 데이터를 탐색하는 경험은 데이터가 저장된 가상 세계 속 공간 내부에 체험자가 진입해서 진행하는 것이 아니라, 데이터가 저장된 가상 세계 공간 외부에서, 한 명의 '관찰자' 시점으로 데이터를 탐색하고 시스템과 상호작용하도록 설계되기 때문이다.

 

1.2. 서라운드 VR

서라운드 VR 디스플레이는 앞서 언급한 피시 탱크 VR 디스플레이보다 일반적으로 규모가 훨씬 더 크다.

이 때문에 서라운드 VR은 체험자의 FOR과 FOV를 더 넓게 확보할 수 있다는 장점을 지니고 있다.

또한 서라운드 VR 디스플레이는 피시 탱크 VR과 달리 단순히 스크린 사이즈가 크다는 것만이 아니라 바닥, 세 개의 벽, 천장까지 말 그대로 체험자의 주변(서라운드)을 둘러싸는 형태로도 구성될 수 있다.

이러한 서라운드 VR의 특징 때문에 피시 탱크 VR 디스플레이와 달리 빛을 벽면에 투사하여 시각 이미지를 표현하는 빔 프로젝터를 주로 활용한다.

빔 프로젝터를 사용하는 이러한 방식 때문에 '프로젝션 기반 VR'이라고도 불리는데, 프로젝터를 사용하는 방식은 프레임이 없는 '심 리스(Seam-less)' 스타일의 시각 디스플레이 구현이 가능하다.

빔 프로젝트 방식과 평면 패널 방식의 차이점을 비교하자면 다음과 같다.

- 평면 패널은 배젤이 있기 때문에 '멀리온 효과(Mullion effect)'를 일으켜 몰입감에 방해가 된다.
(멀리온 효과란, 기둥이나 세로로 반복되는 구조물이 배치될 때 시각적 밀도와 공간감이 강화되는 효과이다)

- 평면 패널을 일반적으로 작은 공간에서의 활용도가 높고 설치가 쉽다.

- 평면 패널 방식은 빔 프로젝트 방식보다 더 넓은 영역을 저렴하게 덮을 수 있다.

- 빔 프로젝트 방식은 투사기(프로젝터)가 특정 방향으로 빛을 쏘는 방식이기 때문에 장애물에 의해 그림자가 생길 수 있다.

월트 디즈니 이미지어링(Walt Disney Imagineering)에서 설계한 DISH 시스템은 곡률이 있는 표면 상에도 자연스러운 시각 이미지 렌더링이 가능하도록 매끄럽고 곡선 형태의 디스플레이와 고정식 전면 프로젝션 방식을 동시에 사용하고 있다.

다만 이러한 서라운드 VR 디스플레이 방식은 주요 패러다임으로 자리잡지 못했다.

이는 HMD 기기의 가격이 서라운드 VR 디스플레이보다 압도적으로 저렴했으며, 휴대성과 공간 활용도도 높아 보편화되기 쉬운 구조였으며, 무엇보다 HMD 기기는 체험자의 두 눈을 가리는 형태로 구성되어 있어서 완전한 FOR을 구현할 수 있다는 강점이 있었기 때문이다.

다만 서라운드 VR 디스플레이는 놀이공원이나 테마 파크처럼 넓은 공간에 다수의 체험자들이 별도의 장치를 착용하지 않은 상태로도 가상 세계를 경험할 수 있다는 강점이 존재하여 완전히 사장되지는 않았다.

이러한 경우에는 구조물 건축 설계와도 깊은 연관성이 존재하며, 앞서 언급하였던 소품(Props)의 역할도 중요하게 작용한다.

프로젝션 기반 VR과 달리 평면 패널 디스플레이를 사용하는 방식의 경우, 베젤을 극단적으로 줄이고 여러 패널을 사용해 넓은 범위를 덮는 형태로 발전하기도 했다.

이러한 방식은 위 사진처럼 패널 하나를 직사각형 단위로 쪼갠 뒤, 여러 패널을 원하는 규모와 형태로 조립하여 시스템을 구축하는 방식이다.

 

1.2.1. 서라운드 VR의 구성요소

서라운드 VR은 여러 개의 평면 패널 디스플레이를 배치하여 구성하거나 빔 프로젝터를 사용하여 구현된다.

이 때문에 시스템을 올바르게 구성하기 위해서는 '정렬' 작업이 요구된다.

여러 디스플레이 패널을 사용할 경우에는 각 패널의 색온도, 명암, 대비, 밝기 등을 균일하게 유지되도록 조정해야 하며, 빔 프로젝터를 사용하는 경우에는 장애물에 가려지거나 빛을 투사하는 방향과 각도, 밝기 등을 올바르게 조정해 주는 작업이 요구된다.

이 중 일관된 색상을 유지하도록 조정하는 작업은 상당히 어렵고 까다로운 점으로 손꼽힌다.

모니터를 여러 개 사용해 본 경험이 있다면, 모니터를 모두 동일한 모델로 구입하여 설치하였음에도 색상이 달라서 보정 작업에 골치가 아팠던 경험이 한 번쯤은 있었을 것이다.

또한 앞서 언급한 것처럼 서라운드 VR은 디스플레이의 크기가 상당하기 때문에 이미지를 원활하게 렌더링 하기 위해 여러 개의 GPU가 요구되기도 한다.

시각 디스플레이 패널 종류에 대해 언급했을 때처럼 디스플레이를 구성하는 부품의 성능과 구조를 따져봐야 할 수도 있다.

예를 들어, 좌측 디스플레이 패널은 LCD를 사용하고 있는데, 우측 디스플레이 패널은 LED를 사용하고 있다면 아무리 정렬 작업과 보정 작업을 거친다고 해도 균일한 검은색을 낼 수 없을 것이다.

만약 서라운드 VR 시스템을 구축하면서 스테레오스코픽 이미지(3D 이미지)를 볼 수 있도록 구현하고 싶다면 셔터 안경 또는 편광 안경도 준비해야 할 것이다.

3D 영화를 보는 환경처럼 체험자의 머리의 방향과 위치가 고정되어 있다면 이러한 안경을 사용하는 방식이 큰 문제가 되지 않지만, VR 시스템을 활용한 가상 세계 체험의 경우 체험자의 머리와 방향이 얼마든지 변화할 수 있기 때문에 이에 따른 대비 방안도 함께 요구된다.

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VR과 시각 디스플레이

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마지막으로 프로젝터 두 개를 겹쳐서 사용하는 '이중 투사(Double Projection)' 방식을 사용하게 되면 단일 화면에 대한 중첩 효과가 발생하기 때문에 좀 더 밝고, 고해상도 이미지를 표현할 수 있다는 장점이 생긴다.

실제로 영화관에서는 대형 스크린과 높은 밝기를 동시에 요구하기 때문에 이중 투사 방식을 이미 사용하고 있으며, 박물관이나 전시회, 시뮬레이션, 데이터 시각화처럼 디테일이 중요한 분야에서도 동일한 방식을 사용 중이다.

 

1.2.2. 서라운드 VR의 특징

서라운드 VR의 가장 두드러지는 특징은 바로 시스템의 크기이다.

3m * 3m 사이즈의 공간 내에서 체험자가 가상 현실을 경험한다고 가정하면, 시스템 설비 구축 공간까지 모두 포함하여 약 9m * 9m 사이즈의 공간이 필요하다.

평면 패널을 사용하는 'IQ-Station'과 같은 시스템을 사용해 구현한다면 더 작은 공간으로도 구현이 가능해지지만, 이렇게 되면 이미지의 크기와 체험자의 활동 반경이 희생된다는 것에 주의해야 한다.

서라운드 VR 시스템은 피시 탱크 VR 시스템은 물론이고 일반적인 HMD 시스템보다도 FOV 값이 높다.

물론, FOR은 6방위를 모두 완벽하게 덮고 있는 이상적인 서라운드 VR 시스템이 아니라면 100% 온전한 FOR 구현은 불가능할 것이다.

계속 강조하고 있는 '넓은 범위'라는 특징은 단순히 체험자가 바라볼 수 있는 시각 이미지가 넓고 크다는 것만 강조하는 것이 아니다.

더 큰 범위와 시야는 더 많은 체험자를 동시에 가상 세계로 끌어들일 수 있다는 것을 의미하기도 한다.

다만 트래킹 대상이 아닌 주변의 타 체험자들은 왜곡된 시야를 경험하거나, 멀미와 같은 부작용을 겪을 수도 있기 때문에 시스템을 구축할 때, 동시 체험자의 수도 함께 고려해야 할 필요가 있다.

이러한 특징은 서라운드 VR 시스템이 피시 탱크 VR 시스템과 마찬가지로 체험자가 별도의 장비를 착용할 필요가 없다는 점 때문에 더욱 두드러진다.

스테레오스코픽 이미지를 사용한다면, 특수 안경이 요구되겠지만 필수 사항인 것은 아니다.

또한 휴대식 컨트롤러나 장갑 형태의 손 추적 컨트롤러가 요구되기도 하지만 이 또한 필수 사항은 아니며 비주얼 디스플레이 패러다임의 일부로도 취급하지 않는다는 점에 주의하자.

대부분의 VR 시스템은 기본적으로 체험자가 가상 세계의 시점을 바꾸고 머리를 움직일 수 있는 능력을 보장한다.

거대한 규모의 디스플레이를 사용하는 서라운드 VR 시스템은 고정형 VR 시스템이기 때문에 체험자가 제한된 물리적 공간(현실 세계)을 탐험하면서 시각적 지각과 몰입감을 향상할 수 있다.

하지만 고정형 VR 시스템의 한계상 서라운드 VR 또한 '리다이렉티드 워킹(Redirected Walking)' 문제를 겪게 된다.

즉, 현실 세계 일부가 필연적으로 계속 노출되고 있기 때문에 체험자가 자신의 움직임과 회전을 정확하게 파악할 수 있어 체험자의 감각을 속이기가 어렵다는 것이다.

 

1.2.3. 서라운드 VR의 인터페이스

서라운드 VR은 현실 세계 속에서 체험자 주변을 둘러싼 디스플레이를 통해서 접하는 형태의 VR 시스템이므로, 피시 탱크 VR과 마찬가지로 기존에 사용되던 HID(Human Interface Device)를 그대로 사용할 수도 있다.

키보드를 통해 텍스트를 입력하거나, 게임 컨트롤러를 연결하거나, 버튼이나 노브 등을 조합하여 콕핏을 만들어 시뮬레이션 장비를 제작하는데 활용할 수도 있다.

앞서 언급한 다양한 소품들을 사용한다면, 제작하려는 시뮬레이션의 용도에 따라서 유용하게 활용될 수도 있다.

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소품(Props)과 VR

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서라운드 VR에서 사용할 수 있는 인터페이스 방식 중 하나는 현실 세계의 공간에 고정된 위치에 UI를 배치하여 조작할 수 있도록 만드는 것이다.

즉, 가상의 UI 객체가 현실의 좌표상에 렌더링 되어 현실 세계에 실제로 존재하는 것처럼 느껴지게 만드는 것이다.

이러한 UI 객체의 위치를 계산할 때는 가상의 UI 객체가 실제로 존재하는 것처럼 깊이감을 느낄 수 있도록 해야 한다.

이를 통해 인간이 물체의 거리감/깊이감을 인지할 때 받아들이는 '수렴'(가까운 물체를 바라볼 때, 두 눈이 안쪽으로 모아지면서 물체와의 거리를 판단)과 '스테레오시스 단서'(두 눈이 각기 다른 각도에서 사물을 바라보고 있음에 따라 발생하는 두 개의 시각 이미지 차이를 통해 거리를 판단) 정보가 충돌하지 않도록 주의해야 한다.

이러한 방식으로 렌더링 되는 UI 객체는 마치 실제 사물처럼 어디서, 어느 각도로 바라보아도 항상 같은 장소에 위치하게 된다.

 

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수고하셨습니다!

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