[기타] 옛날1970년대 완도극장에 들어왔던 입체영화 적청방식 말고 요즘 3DTV에 적용하고있는 편광방식 좌우대칭형 능동형 입체의 원리에 대해

[완도섬지기]

 

TV는 19세기 말에 개발이 시작되어 20세기 초에 이르러 완전히 실용화되었다. 그리고 시간이 지나면서 보다 현실적인 화면을 구현하기 위한 여러 가지 기술이 TV에 더해졌다. 칙칙한 흑백에서 화사한 컬러로, 선명도가 떨어지는 SD급 화질에서 깔끔한 HD급 화질로 발전한 것이 대표적인 변화다.

컬러, 고화질 이후 입체(3D)로 TV가 진화하고 있다 <출처 : 삼성전자 광고>

TV - 컬러로, 고화질로, 이제는 입체로

하지만 화면의 색감과 선명도가 아무리 향상된다고 해도 실제로 눈으로 보는 듯한 공간감/입체감을 TV에서 느끼기는 어려웠다. 사람의 눈은 2개이기 때문에 실제 사물을 볼 때 양쪽 눈은 각각 조금씩 다른 각도로 사물의 형태를 인식한다. 이렇게 두 눈에 들어온 영상 신호가 합쳐져 하나의 영상으로 인식되는 과정에서 두뇌는 각 사물의 3차원(3D)적인 원근과 깊이(입체감)를 인지하게 된다. 하지만 TV는 2차원(2D) 평면상에 영상을 표시하므로 보는 각도가 달라져도 두 눈에 전달되는 영상은 동일하다. 이 때문에 실제로 사물을 보는 것과 같은 입체감을 느낄 수 없기 마련이다.

다른 각도를 향하고 있는 두 눈을 통해 사물을 보면 두뇌는 이를 3차원 적인 영상으로 인식한다 <출처: 마이크로소프트 WMV HD 샘플 영상>

하지만 이를 반대로 생각하여 양쪽 눈에 각각 다른 각도의 영상을 보여줄 수 있다면 평면에 표시되는 영상을 볼 때도 실제 사물을 보는 듯한 입체감을 느낄 수 있을 것이다. 사람들은 진작부터 이러한 사실을 알고 있었지만 문제는 이를 구현하는 3D 디스플레이(3D Display) 기술이었다.

초기형 3D 디스플레이의 형태

구멍이 2개 뚫린 통, 혹은 쌍안경 모양의 장치의 내부나 전면에 각각 다른 각도로 찍은 사진을 2장 배치하고 이를 각각의 눈으로 보게 하여 입체 영상을 구현하는 스테레오스코프(stereoscope)가 19세기 초에 이미 나왔을 정도이니 입체 영상의 역사는 상당히 오래되었다고 할 수 있다. 다만 이런 원시적인 입체영상 구현 방식으로는 동시에 여러 명이, 혹은 큰 화면으로 감상하는 것이 불가능 하기 때문에 한계가 명확했다.

원시적인 형태의 3D 디스플레이 기기인 스테레오스코프는 이미 19세기부터 등장했다 <출처 (cc) Joaquim Alves Gaspar (Alvesgaspar at Wikimedia.org) >

이 때문에 개발된 것이, 2개 각도의 영상을 한번에 표시할 수 있는 영상 표시장치, 그리고 양쪽 영상을 정확히 나눠 양쪽 눈에 각각 전달하는 기능을 가진 안경을 함께 사용하여 입체 영상을 구현하는 방식이다. 그런데 이러한 안경을 이용한 3D 디스플레이 구현도 여러 가지 방식이 존재하는데 가장 기초적인 것이 바로 적청 안경(Anaglyph) 방식이다.

적청 안경 방식의 3D 디스플레이는 원리가 간단하고 고가의 장비가 필요 없다는 장점이 있지만 적색과 청색 외의 색상은 구현이 힘들다는 단점이 있다

3D TV로 입체 영상을 보게 되는 공통적인 구조는 위와 같다. 하지만 TV와 안경의 동작 원리는 방식에 따라 상당한 차이가 있다

2011년 현재 출시중인 3D TV는 크게 편광 안경(Polarized glasses) 방식과 셔터 안경(Shutter glasses) 방식으로 나뉜다. 양쪽 방식은 색의 왜곡 없이 입체영상을 구현한다는 점에서는 같지만, 동작 원리에 상당한 차이가 있다. 편광 안경 방식은 영상을 보내주는 TV 자체의 역할이 강조되므로 수동형(passive)으로, 셔터 안경 방식은 영상을 받아들이는 안경의 역할이 중요하므로 능동형(active)으로 분류된다.

편광 안경(Polarized glasses) 방식의 3D TV

우선 편광 안경 방식의 경우, TV 화면을 구성하는 주사선을 각각 짝수 선과 홀수 선으로 나눈 뒤 각각의 주사선에서 왼쪽과 오른쪽 눈에 해당하는 영상 신호를 동시에 출력한다. 그리고 TV 전면에 양쪽 신호를 분리해 출력할 수 있는 필터를 부착하여 화면을 구성한다. 시청자는 두 가지의 영상 신호 중 서로 다른 한 가지씩만 통과시키는 2개의 편광 렌즈로 구성된 안경을 착용하면 각각의 눈에 다른 영상이 전달되어 입체영상을 감상할 수 있다.

편광 방식의 안경은 구조가 단순하여 가격도 저렴하다

편광 안경 방식의 3D TV는 영상이 안경을 통과할 때 별도의 기계적 장치를 거치지 않고 곧장 눈에 전달되므로 플리커링(flickering: 화면이 깜박이는 현상)을 줄이는데 유리해 상대적으로 눈의 피로가 덜하다는 장점이 있다. 그리고 안경의 구조가 단순하고 값도 저렴하므로 안경을 여러 개 사도 그다지 부담이 없으며, 이러한 특성을 이용해 일반 안경에 덧붙이는 형식의 보조 안경도 손쉽게 만들 수 있다.

하지만 전체 주사선을 절반씩 나누어 각각의 눈으로 영상 전달을 하므로 결과적으로 화면의 해상도(정밀도)가 절반으로 줄어드는 단점이 있다. 화면의 주사율(화면의 재생 빈도)을 높이는 방법으로 1초당 전달되는 영상의 정보량을 늘려 해상도 저하를 어느 정도 해소할 수 있지만, 이렇게 하면 TV의 전반적인 영상 출력 성능을 높여야 하므로 제품의 가격이 비싸질 수 있으며, 같은 주사율을 가진 셔터 안경 방식의 3D TV에 비해 해상도가 열세라는 단점은 그대로다.

셔터 안경(Shutter glasses) 방식의 3D TV

셔터 안경 방식의 3D TV는 편광 안경 방식과 달리, 주사선을 나누지 않고 왼쪽과 오른쪽 눈에 해당하는 영상을 매우 빠른 속도로 번갈아 출력한다. 만약 120Hz의 주사율을 가진 TV라면 1/120초 주기로 좌우측에 해당하는 영상이 교대로 보여지는 것이다. 그리고 이에 맞춰 시청자가 쓴 안경은 TV와의 통신을 주고받으며 양쪽 렌즈의 셔터가 번갈아 열고 닫히기를 반복한다. 이런 원리로 각각의 눈에 해당하는 영상만을 정확히 전달할 수 있어 입체감을 느낄 수 있다.

 

셔터 방식의 안경은 주기적인 충전이 필요하고 가격이 비싼 편이다

이러한 특성 때문에 셔터 안경 방식의 3D TV는 편광 안경 방식의 3D TV와 달리 해상도가 저하되지 않아 한층 선명한 3D 화질을 구현하는데 유리하다. 또한 TV 화면에 편광 필터를 덧붙일 필요가 없기 때문에 3D뿐 아니라 2D 화면을 시청할 때도 화질이 저하될 우려를 최소화할 수 있다. 이와 더불어 TV 자체의 생산 단가를 낮추는데도 편광 안경 방식에 비해 다소 유리한 면이 있다.

다만, 고속으로 좌우 셔터가 열리고 닫히는 방식의 안경을 써야 하므로 편광 안경 방식의 3D TV에 비해 플리커링 현상이 자주 발생할 수 있다. 특히 형광등과 같이 고속으로 깜박이는 조명 아래에서 시청할 때 위와 같은 현상이 일어날 가능성이 높다. 그 때문에 상대적으로 눈이 더 빨리 피로해질 수 있다. 그리고 안경에 전자 장치가 들어가므로 주기적으로 배터리를 교환하거나 충전을 해줘야 하는 불편함도 있다. 더욱이 셔터 안경의 가격은 편광 안경에 비해 상당히 비싸므로 여러 개를 구매하는 데 부담이 된다.

편광 안경 방식은 편의성, 셔터 안경 방식은 화질

지금까지 이야기한 것처럼 편광 안경 방식의 3D TV는 편의성 면에서, 셔터 안경 방식의 3D TV 화질 면에서 상대적으로 우위에 있다고 할 수 있다. 하지만 통상적으로 4~5미터 이상 떨어진 곳에서 시청하는 TV의 특성상 편광 안경 방식의 단점인 해상도 저하를 크게 느끼지 못한다는 의견도 많다. 마찬가지로 셔터 안경 방식의 3D TV 역시 점차적인 기술 개발로 인해 플리커링 현상이 상당 부분 해소된 상태이다.

게다가 셔터 안경 방식은 편광 안경 방식에 비해 나중에 개발된 것이므로 앞으로 발전할 여지도 편광 방식에 비해 상대적으로 크다고 할 수 있다. 다만 그렇다고 하더라도 안경의 저렴함 및 편의성 면에서는 편광 안경 방식이 앞으로도 계속 우위를 지킬 것으로 보인다. 종합해 본다면 어느 한 쪽이 압도적으로 우수한 방식이라고 하기엔 무리가 있다는 의미다.

안경이 없는 3D TV의 시대는?

그리고 2011년 현재는 위의 두 가지 방식이 경쟁을 벌이고 있지만 언젠가는 안경 없이도 입체 화면을 볼 수 있는 ‘무안경’ 3D TV가 대세가 될 것이라는 의견도 있다. 현재 개발된 무안경 3D 디스플레이 중에 대표적인 것이 패럴랙스 배리어(Parallax barrier) 방식이다. 이는 화면 앞에 무수한 구멍이 뚫린 차단막을 배치하는 방식이다. 차단막의 각 구멍은 뒤에 있는 화소가 엇갈리게 보이도록 배치되어 있어 안경을 쓰지 않고도 양쪽 눈에 각각 다른 영상이 도달하게 되므로 입체감을 느낄 수 있다.

패럴랙스 배리어는 안경이 필요 없는 3D 디스플레이 방식이다

다만, 시야각이 매우 좁아 조금만 시청 각도를 바꿔도 입체감이 사라지며 대형 화면에 작용하기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 무안경 3D 디스플레이는 아직은 제한된 분야에서만 사용 중이다. 하지만 점차 기술이 향상되고 있어 언젠가는 TV에도 본격적으로 적용될 것으로 예상되고 있다.

 글 김영우 / IT동아 기자  

[완도섬지기]

앞으로는 디지탈 세상이 도래되면서 제3세대 TV인 입체방식이 안방을 점령할겁니다 입체TV에 대해서 왠만한 사람들은
별로 지식이 없어 오늘 장황하게 설명드렸습니다