G70에 탑재된 세계 최초 3D 클러스터 신기술의 비밀

[송방섭(소방서)]

G70에 탑재된 세계 최초 3D 클러스터 신기술의 비밀

세계 최초로 양산에 성공해 G70에 장착된 12.3인치 3D 클러스터. 여기에 적용된 신기술의 비밀을 풀어봅니다.

2018/11/01   현대자동차그룹                    

HMG 저널이 제작한 기사, 사진은 누구나 사용할 수 있습니다. (단, 2018년 5월 4일 이후 제작 콘텐츠에 한하며, 워터마크 적용 사진은 제외)

전통적인 클러스터(계기반)는 속도계와 연료계, rpm, 엔진 온도 등을 바늘과 눈금으로 표시했습니다. 하지만 자동차에 다양한 전자장비가 들어서면서 클러스터 역시 극적인 변화를 맞이합니다. 디지털 클러스터로의 진화가 그것입니다. LCD를 적용한 디지털 클러스터는 한정된 공간에서 훨씬 많은 정보를 보여주는 것은 물론, 시인성도 매우 높습니다.

기아차는 THE K9에 BVM(후측방 모니터) 시스템을 탑재했습니다. 운전자는 클러스터를 통해 후측방 사각지대를 확인할 수 있습니다

디지털 클러스터가 보여준 확장성은 다양했습니다. 예컨대 아우디는 ‘버추얼 콕핏’이라는 디지털 클러스터를 개발했습니다. 버추얼 콕핏은 내비게이션 화면을 클러스터에 그대로 띄워주는 기술입니다. 운전자는 센터페시아에 위치한 내비게이션을 보기 위해 시선을 옮길 필요가 없습니다. 올해 출시된 기아차 THE K9에 장착된 BVM(후측방 모니터) 시스템은 차선 변경 시 눈으로 확인하기 어려운 후측방 상황을 클러스터에 보여줍니다. 첨단 기술을 탑재한 자동차에 맞춰, 클러스터 기술도 날로 고도화되고 있는 겁니다.

세계 최초로 등장한 12.3인치 3D 클러스터

2019년형 제네시스 G70에는 세계 최초로 12.3인치 3D 클러스터가 탑재됐습니다. 현대차그룹 남양연구소에서 탄생한 결과물입니다

제네시스는 세계 최초로 양산에 성공한 12.3인치 3D 클러스터를 2019년형 G70에 적용하며 더욱 진보한 미래형 클러스터를 시장에 선보였습니다. 12.3인치의 크기가 가진 장점은 고스란히 남긴 채, 3D의 입체감을 부여해 고급스러운 느낌을 높였습니다.

G70의 12.3인치 3D 클러스터는 다양한 테마의 클러스터 화면을 지원합니다

G70에 탑재된 12.3인치 3D 클러스터는 모던, 스페이스, 엣지 등 총 3가지 테마로 구성되어 운전자의 취향에 따라 원하는 테마를 클러스터 화면에 고정시킬 수 있습니다. 모던 테마는 우리에게 익숙한 아날로그 클러스터 느낌으로 심플한 디자인을 가지고 있습니다. 스페이스 테마는 우주 정거장을 모티브로 해 공간을 유영하는 듯한 느낌의 디자인을, 엣지 테마는 중앙에 몰입감을 줘 다이내믹하고 스포티한 느낌을 줍니다. 드라이브 모드와 클러스터 테마를 연동하면 컴포트, 스포트, 스마트, 에코, 커스텀 등으로 바꿀 때마다 클러스터 테마도 이에 맞춰 자동으로 변경됩니다.

12.3인치 3D 클러스터의 원리

12.3인치 3D 클러스터는 별도의 장비 없이도 3D 화면을 볼 수 있게 합니다

근래 극장이나 TV에서 쉽게 접할 수 있는 3D 영상은 주로 편광 안경 방식을 사용합니다. 특수 제작된 안경이 화면에서 전송하는 두 가지 영상 신호를 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 전달하고, 미세하게 다른 두 화면의 차이를 뇌에서 깊이감으로 인지하도록 만들어 입체감을 구현하는 방식이죠. 하지만 제네시스 G70의 12.3인치 3D 클러스터는 편광 안경 같은 별도의 장비 없이도 3D 화면을 볼 수 있습니다. 바로 카메라를 활용한 ‘스테레오스코픽(Stereoscopic) 3D’ 방식을 활용했기 때문입니다.

스테레오스코픽 3D는 양 눈의 시차를 이용해 입체감을 구현하는 방식입니다. 눈 앞에 미세한 각도 차이를 가진 두 화면을 제시하고, 화면과 눈 사이에 양 눈이 각각 다른 화면만 볼 수 있도록 배리어(Barrier, 가림막)를 설치하는 거죠. 양쪽 눈은 실제로 다른 화면을 보고 있지만, 뇌에서는 비슷한 화면을 보는 두 눈의 정보를 종합해 하나의 화면을 보고 있다고 인지하게 됩니다. 이때 각 화면의 미세한 각도 차이가 하나의 화면으로 인지되는 과정에서 입체감이 생기는 겁니다.

12.3인치 3D 클러스터를 카메라로 촬영했을 때 3D가 아니라 평면으로 보이는 것도 바로 양 눈의 시차를 이용하는 스테레오스코픽 3D 방식의 특징 때문입니다. 카메라의 렌즈는 우리의 눈과 달리 한쪽 각도에서만 클러스터를 보기 때문에 평면적인 화면만 사진에 담아냅니다. 사진이나 영상으로는 3D 클러스터의 진가를 제대로 확인하기 어려운 이유입니다.

적외선 센서와 카메라가 운전자의 시선을 인식해 스스로 배리어의 위치를 조정하는 모습입니다. 운전자의 시선에서는 움직임 없는 3D 영상으로 보이지만, 운전자의 시선이 아닌 옆에서 클러스터를 볼 경우 운전자의 움직임에 따라 배리어가 함께 미세하게 움직이는 모습을 볼 수 있습니다

스테레오스코픽 3D는 양 눈의 시차를 이용해 입체감을 구현하는 방식입니다. 눈 앞에 미세한 각도 차이를 가진 두 화면을 제시하고, 화면과 눈 사이에 양 눈이 각각 다른 화면만 볼 수 있도록 배리어(Barrier, 가림막)를 설치하는 거죠. 양쪽 눈은 실제로 다른 화면을 보고 있지만, 뇌에서는 비슷한 화면을 보는 두 눈의 정보를 종합해 하나의 화면을 보고 있다고 인지하게 됩니다. 이때 각 화면의 미세한 각도 차이가 하나의 화면으로 인지되는 과정에서 입체감이 생기는 겁니다.

12.3인치 3D 클러스터를 카메라로 촬영했을 때 3D가 아니라 평면으로 보이는 것도 바로 양 눈의 시차를 이용하는 스테레오스코픽 3D 방식의 특징 때문입니다. 카메라의 렌즈는 우리의 눈과 달리 한쪽 각도에서만 클러스터를 보기 때문에 평면적인 화면만 사진에 담아냅니다. 사진이나 영상으로는 3D 클러스터의 진가를 제대로 확인하기 어려운 이유입니다.

G70에 탑재된 12.3인치 3D 클러스터는 카메라와 적외선 센서를 이용해 운전자의 시선을 감지합니다

스테레오스코픽 3D 방식의 문제점도 있습니다. 운전자의 시점이 좌우측으로 움직이면 자칫 이중상이나 어긋난 입체감을 느낄 수 있다는 것입니다. 운전자의 눈과 클러스터 사이의 배리어가 운전자의 시점에 따라 이동해야만, 시점이 흔들려도 선명한 입체영상을 볼 수 있습니다.

이런 문제점을 해결하기 위해 G70에 탑재된 12.3인치 3D 클러스터는 적외선 센서와 카메라를 활용했습니다. 클러스터에 장착된 적외선 센서가 적외선을 방출하면 적외선이 양 눈에서 반사되고, 카메라가 이를 포착해 운전자의 시선 이동을 감지하는 겁니다. 운전자가 머리를 움직이거나 시선을 바꿔도 배리어가 이에 맞춰 이동하기 때문에 다양한 각도에서도 3D 클러스터를 선명하게 볼 수 있습니다.

12.3인치 3D 클러스터의 개발과정

12.3인치 3D 클러스터 연구개발을 맡은 김주혁 책임연구원입니다

12.3인치 3D 클러스터는 이전까지 양산 사례가 없었기에 연구개발과정에서 더 많은 검증이 필요했습니다. 스테레오스코픽 3D 기술은 기존에 존재하던 것이지만, 이를 안전이 최우선인 자동차 클러스터에 적용하는 것은 매우 어려운 일이었죠. 12.3인치 3D 클러스터 개발을 담당한 전자선행설계팀 김주혁 책임연구원은 운전자가 어떤 상황에서도 편안히 볼 수 있는 입체감을 구현하는 것이 가장 난제였다고 말합니다.

“클러스터의 입체감이 약하면 일반 12.3인치 클러스터와 차이가 없고, 입체감이 강하면 운전자가 부담스럽게 느낄 수 있어요. 대다수의 운전자가 고르게 잘 느낄 수 있는 입체 UX를 개발하기 위해 정말 많은 시행착오를 겪었습니다. 직원들의 모니터링과 평가를 통해 수없이 많은 조정 과정을 거쳐 모두가 만족할 만한 입체감을 가진 클러스터를 만들 수 있었습니다.”

현대·기아차 남양연구소는 지속적인 연구개발을 통해 다양한 클러스터를 시장에 선보이고 있습니다

그뿐만이 아닙니다. 운전자의 다양한 상황까지 고려해야 했죠. 예컨대 ‘운전자가 선글라스를 끼면 클러스터는 운전자의 시선변화를 감지할 수 있을까?’ 또는 ‘눈이 작은 운전자의 시선도 감지할 수 있을까?’ 같은 것들 말입니다.
예시와 같은 상황은 앞서 소개한 적외선 센서를 이용해 해결할 수 있었습니다. 일반적인 선글라스의 경우 주로 자외선을 차단하기 때문에 적외선 센서로 눈을 인지하는 데 문제가 없었던 겁니다. 센서가 눈동자가 아닌 눈 주변을 인식하는 방식을 썼기 때문에 눈이 작은 운전자도 문제없이 3D 클러스터를 활용할 수 있습니다.

운전자를 인식하는 카메라가 다른 물건으로 인해 가려지거나, 그 외 다양한 이유로 시선 인식에 문제가 생기면 어떻게 될까요. 걱정 없습니다. 운전자 안전을 위해 3D에서 2D로 자동 전환되니까요. 양 눈에 서로 다른 이미지를 보여주던 클러스터는 운전자의 시선을 감지하지 못하면 2개의 이미지를 하나로 합치게 됩니다(이런 과정이 실제로 운전자의 눈에 보이지는 않습니다). 기존 12.3인치 클러스터와 같은 형태로 변하는 거죠.
한쪽 눈만으로 클러스터를 보면 어떨까요? 이 경우에도 마찬가지로 3D가 아닌 2D로 클러스터가 보입니다. 설사 카메라가 운전자의 눈을 감지하고 3D 기능을 활성화했어도 스테레오스코픽 3D 기술은 양안의 시차로 입체감을 만들기 때문이죠. 즉, 한쪽 눈만으로 3D 클러스터를 볼 수는 없습니다. 운전자는 적외선센서와 카메라가 운전자의 양쪽 시선을 정상적으로 인지했을 경우에만 3D 클러스터 화면을 볼 수 있는 겁니다. 이러한 매커니즘은 안전이 최우선인 운전 상황을 고려한 설계입니다.

운전자의 선택에 따라 2D로 전환하거나 3D의 깊이감을 조절할 수 있게 만든 것도 같은 맥락입니다. 안전을 위한 선택이죠. 다만, 3D 클러스터의 기능을 끈 경우에는 배리어(Barrier, 가림막)가 사라지고 클러스터에는 하나의 화면만 표시되는 형태로 자동으로 3D에서 2D로 전환되는 과정과 차이가 있습니다. 물론 운전자 입장에서는 동일한 2D 형태의 클러스터로 보입니다.

클러스터의 미래

미래자동차에서 클러스터는 어떻게 변할까요?

G70에 탑재된 12.3인치 3D 클러스터는 이전보다 진일보한 모습으로 등장했습니다. 그렇다면 3D 클러스터 이후에는 어떤 클러스터가 등장할까요? 아이러니하게도 미래자동차에서 클러스터는 역할이 축소될 가능성이 큽니다. 자율주행차, 커넥티드카 등이 상용화되면 운전자의 개념이 사라지고, 미디어 장치들은 주행 정보보다 인포테인먼트를 제공하는데 집중하게 될 겁니다. 클러스터를 비롯한 헤드업디스플레이(HUD), AVN 등 독자적으로 진화해오던 미디어 장치는 이에 맞춰 하나로 융복합되겠죠.

그렇다고 해서 현재 클러스터에 대한 연구개발이 무의미한 것은 아닙니다. 오히려 더 중요하다고 할 수 있습니다. 자동차라는 한정된 공간에서 어떤 기술을, 어떻게 구현할지에 대한 비전은 현재의 고민에서 시작될 테니까요. 특히 클러스터 기술은 인포테인먼트의 시작점이라 할 수 있기에 더욱 그 가치가 높습니다. 현대자동차그룹을 비롯한 글로벌 자동차기업들이 여전히 새로운 클러스터에 대한 연구개발에 매진하는 이유일 것입니다.