초창기 영화 제작시기부터 영화 제작자들은 다양한 깊이를 표현할 수 있는 여러 기술들을 사용해왔다. 그러나 디지털 기술의 발달에도 불구하고, 최근의 할리우드 블락버스터 영화는 3차원 효과를 표현하기 위해 여전히 투박한 편광 안경에 의존하고 있다.

한국 과학자들의 새로운 광학 연구에 힘입어 일반 극장용 무안경식 3차원 디스플레이 기술이 소개되었다. 오늘 미국 광학회의 오픈 억세스 (open access) 저널인 Optics Express에 소개된 이 기술은 현재의 무안경식 3차원 투사형 디스플레이보다 공간 효율성이 뛰어나고 저렴한 가격이 특징이다.

이 연구를 주도적으로 이끈 한국의 서울대학교 전기공학부의 이병호 교수 연구팀은 “지난 10년간 3차원 디스플레이는 사용자 측면에서 괄목할만한 성장을 이루었다. 우리는 간편하고 단순하며 효율적인 비용으로도 구현할 수 있는 이 방법이 추가 연구가 진행된다면, 널리 퍼져 있는 편광안경 방식 3차원 영화관을 대체할 수 있는 무안경식 차세대 3차원 디스플레이 기술이 될 것으로 생각한다.” 라고 말했다.

편광은 빛의 가장 기본적인 속성 중의 하나로서 특정 방향(상하, 좌우, 또는 어떤 방향)으로 광파가 어떻게 진동하는지를 나타낸다. 예를 들어 태양빛은 어느 방향으로도 진동한다. 현재의 3차원 효과를 표현하기 위해서 영화관은 선형 혹은 원형 편광 된 빛을 이용한다. 이를 통해 2개의 프로젝터가 동시에 한 스크린에 좌우 시차가 다른 영상을 투사한다. 각 프로젝터는 각기 서로 다른 편광 상태의 빛을 투사한다. 따라서 각 사용자는 편광 안경을 착용함으로써 양 눈에 서로 다른 시차의 영상을 관찰하게 되고, 이를 통해 뇌에서는 3차원 영상으로 인식하게 된다.

그러나 2개의 프로젝터를 사용하는 방법은 다소 번거롭기 때문에 광학을 연구하는 사람들은 1개의 프로젝터로도 같은 효과를 낼 수 있는 여러 방법들을 연구해왔다. 예를 들어 시차 격벽 방법은 3차원 영상을 효과적으로 생성할 수 있지만, 후면 투사 방식을 사용해야 하며 스크린과 사용자 사이에 물리적 격벽을 배치해야 하는 단점을 가지고 있다. 이 방법은 마치 블라인드의 격벽과 같은 구조에 비유될 수 있는데, 시차가 있는 영상을 관찰함으로써 3차원 효과를 느끼게 한다. 이병호 교수 연구팀은 이와 동일한 효과를 보이는 방법을 하나의 프로젝터를 스크린 전면에 배치함으로써 편광 안경 없이 구현하였다.

이러한 격벽 효과는 투사된 영상이 스크린에 반사되어 올 때 편광판을 이용하여 차단하여 구현된다. 빛의 일정 부분을 차단하기 위해 연구팀은 사분의 일 파장판을 추가하였다. 이 필름은 빛의 편광상태를 적절히 바꾸어주어, 스크린에서 반사된 빛이 편광판을 통과하지 못하도록 한다.

편광판에 의해 차단된 빛과 통과된 빛을 이용하여, 안경 없이 사용자에게 3차원 효과를 느끼게 하는 깊이 정보를 제공하는 것이다.

오늘 발표된 연구팀의 실험 결과는 두 가지 형태의 3차원 디스플레이 기술에서 성공적으로 구현되는 것을 보여주었다. 첫 번째 방법은 위에 기술된 시차 격벽 방법으로 스크린 앞 쪽에 사분의 일 파장판과 편광판 격벽을 이용하여 사용자의 양 눈에 시차가 있는 영상을 제공함으로써 3차원 효과를 느끼게 하는 것이다. 두 번째 방법은 2차원 미소 렌즈 혹은 핀홀을 이용한 집적 영상 방식이다.

이병호 교수는 “우리 팀의 실험 결과는 이 방법의 가능성을 보여주었고, 우리는 이 방법이 상용 영화관을 위한 차세대 투사형 3차원 디스플레이의 개발에 유용할 것이라고 생각한다.”고 말했다.

연구팀의 다음 목표는 이 방법을 수동 편광 활성 렌즈 어레이(passive polarization-activated lens array)나 렌티큘러 방식에 적용하여 단일 프로젝터를 이용한 전면 투사 방식에 활용하는 것이다.

각 영화관에 편광 안경이 필요 없는 이 기술이 효과적으로 적용될 때까지는 몇 년이 걸릴 수도 있지만 이병호 교수 연구팀의 실험 결과는 희망적이다.

논문: “A frontal projection-type three-dimensional display,” Optics Express, Vol. 20, Issue 18, pp. 20130-20138 (2012).

편집인의 보충 설명: 요청을 하면 고해상도 이미지는 미디어 회원에게 제공된다. 연락처: Angela Stark, astark@osa.org. (영어로만 문의 가능)

▲ 그림설명:

(그림 8A) 실제 실험결과는 무안경식 3D 영화관이 가능할 것이라는 점을 보여준다. 빨간색과 파란색 차 모양의 그림이 시차격벽을 통해 스크린에 투사된다. 편광판을 통과해 나오면서 두 개의 좌우 시차가 다른 영상이 만들어져 사람의 뇌에서 이를 입체로 인지하게 된다.


(그림 8D) 제안된 방법의 실험 셋업 사진. 프로젝터가 스크린 앞쪽에서 영상을 투사하여 무안경식 3D 영상을 제공한다.

▲ Optics Express 에 대하여

Optics Express는 2 주마다 광과학과 기술의 모든 분야의 새로운 연구개발 결과를 보고한다다. 이 저널은 독창적이며 심사를 통과한 논문을 빠르게 출판한다. 이는 광학회(The Optical Society)에 의해 출판되며 편집위원장은 시드니 대학의 C. Martijn de Sterke이다. Optics Express는 오픈 억세스 (open access) 저널이며 독자에게 다음의 온라인을 통해 무료로 공개된다: http://www.OpticsInfoBase.org/OE.

▲ 광학회(미국광학회: OSA)에 대하여

175개국의 130,000명 이상의 전문가들을 묶어 광학회(OSA)는 다양한 프로그램과 주도적 활동을 통해 광학계의 글로벌 연합을 도모한다. 1916년에 설립된 이래 OSA는 이 분야의 공동의 관심사의 발전을 위해 노력해 왔다. 이는 광과학과 첨단 광자기술의 교육자원을 과학자와 엔지니어들 및 비즈니스 지도자들에게 지속적으로 제공함으로써 가능하였다. OSA의 출판, 각종 행사들, 테크니컬 그룹과 각종 프로그램들은 광학과 광자기술에 관심을 가진 모든 사람들의 광학 지식과 과학적 상호 협력의 증진에 기여하고 있다. 보다 자세한 정보는 다음의 웹사이트에서 볼 수 있다: www.osa.org.

▲ 관련 사이트:
OSA  - http://www.osa.org/About_Osa/Newsroom/News_Releases/Releases/08.2012/Next-Generation-3-D-Theater.aspx
Wired Science - http://www.wired.com/wiredscience/2012/08/glasses-free-3d/
MSNBC.com - http://www.msnbc.msn.com/id/48727808/ns/technology_and_science-tech_and_gadgets/
NBCNews.com  - http://www.nbcnews.com/technology/futureoftech/no-glasses-3-d-movie-theaters-are-getting-closer-reality-954626
CNN.com - http://www.cnn.com/2012/08/21/tech/innovation/3d-movies-no-glasses/index.html?hpt=hp_bn5
BBC News  -  http://www.bbc.com/news/technology-19333872
Mashable.com -  http://mashable.com/2012/08/22/3-d-movies/