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VR 가상현실을 해주는 헤드셋에 들어가는 기계의 핵심은 무엇인가요?

안녕하세요. 김상규 전문가입니다.VR 기술적인 요소에서핵심적인 기술은Display 고농축 패널기술, 고 투명/ 제로 Latency 디스플레이 기술, 프로젝터 기술 등Tracking 2D / 3D 물체 인식 및 Position Tracking 기술, Visual SLAM(지도작성) 기술 등Graphics Rendering3D 렌더링 기술, 실시간 렌더링 및 3D Effect 표현 기술 등Interaction 제스쳐 인식/ 추적기술, 눈동자 시선 추적기술, 음성 인식 기술 등Contents(Platform)3D Game 엔진, VR Contents 개발 지원 기술 (SDK 등) 등H/W 3D /360도 카메라, HMD(Head Mounted Display), IMU 센서(인체평형 감각센서) 배터리의 각 구성 요소별 세부기술 요소로 나열 가능한데요핵심 기술요소를 본다면1, 2D/3D Position Tracking 3차원 공간에서 사용자 움직임따라 변경되는, 카메라 시점 위치와 자세 좌표값을 실시간으로 추정하는기술 특정 대상의 2차원 평명 이미지 분석을 통해, 실시간 좌표를 계산하는 2D Position Tracking 기술과 일상 공간에 대한 영상 및 센서 데이터를 분석하여 3차원 위치를 실시간 계산하는 3D Position Tracking 기술이 있음2, Gesture Recognition ( User interface ) Hank Tracking 기반의 UI를 통하여 HMD 를 착용한 유저가 VR 서비스 환경에서 직관적으로 사용자와 컨텐츠 간에 Interaction 을 가능하게 하는 기술 HMD 내지는 Mobile Device 에 부착된 3D 센서를 통하여 손이나 손끝 위치를 인식하여 인식된 손가락 갯수와 이동 분석을 통해 Hand Event 를 인식하고 클릭/ 드레그 / 셀렉트 등 UI 기능 구현에 사용 됨3, Graphic Processing VR 환경에 최적화된 현실감 나는 3D 영상 / 컨텐츠 확보를 위한 VR 핵심 기술인 3D 모델링/렌더링 기술 Graphic Processing 을 위해 3D 모델 품질 저하를 최소화 하며 , 원하는 3D 파일 포맷으로 변환해 주는 3D 모델 최적화 엔진, 3D 모델의 VR 표현 시 실제와 유사하도록 조명/ 물체 재질 특성을 반영하는 Realistic Rendering 가술, 실제 환경을 3D로 재구성 하여 실제환경과 덮어 씌운 모델 간의 가려짐을 검출하여 제거하는 Occlusion Processing 등이 필요.4, Cloud Infra 컨텐츠 용량 자체가 크고, 속도가 빠른 서비스를 필요로 하게되면서 이런 컨텐츠 제작/ 저장 및 서비스 제공을 위한 서버 Infra 역시 중요도가 증가하는 상황.기계의 핵심이라면렌즈와 디스플레이 라 볼 수 있는데1, 렌즈는얇은 렌즈 공식에 의해 디스플레이(물체)를 렌즈의 초점거리보다 가까운 거리에 고정시킴으로써, 실제 디스플레이 깊이 보다 이미지가 더 멀리 있는 것처럼 느끼게 유도함과 동시에 렌즈에 의해 왜곡된 이미지를 보정한 양안 시차가 있는 이미지를 디스플레이에 렌더링하여 안구로 투사하는 방식입니다. 이때 우리 뇌는 그 이미지들을 하나로 합성하게 되면서 양안 시차에 의한 3D 입체감을 느낄수도 있습니다. 이러한 가상 이미지를 '정립허상'이라 하며, 디스플레이의 이미지를 확대된 가상 이미지로 넓은 시야각으로 본다고 생각하면 됩니다.기본적으로 디스플레이의 사이즈가 작을 수록 좋지만 가상스크린의 사이즈를 크게 하기 위해서 디스플레이 사이즈를 무한대로 줄일 수는 없습니다. 따라서 VR 광학계를 얇고 가볍게 하여 슬림 HMD를 만드는 방향이 연구되고 있습니다.실용적인 반사 편광 기술을 이용한 'Pancake lens'는 HMD 폼펙터를 획기적으로 얇게 구현 할 수 있습니다. 하지만 해당 기술은 반투과 및 반사편광을 이용하기에 렌즈의 광 효율(약 15% 내외)이 매우 낮습니다. 때문에, 디스플레이의 휘도를 최대로 끌어올리기 위해 LCD 백라이트 기술로 휘도를 보상하는 기술을 이용하기도 합니다.2, 고해상도 디스플레이VR 기기를 통해 우리 눈에 보이는 확대된 가상 이미지의 해상도가 낮으면 마치 이미지를 볼 때 모기장을 통해서 보는 것 같은 불편함이 인지됩니다. 따라서, VR에서 화질을 향상시키기 위해서는 모기장 현상을 제거해야 하며, 따라서 고해상도 디스플레이는 VR 기기의 가장 중요한 성능 중 하나가 됩니다.VR용 디스플레이는 한쪽 눈에 사용하는 패널 기준으로 3.5인치 크기에 1640×1640 해상도 수준의 OLED 패널이 보편적으로 사용되고 있습니다. 이는 LCD에 비해 OLED의 명암비가 높고, MPRT(Moving Picture Response Time) 응답속도가 빨라서 화면 잔상(Motion Blur) 현상을 상대적으로 덜 느끼게 하는데 유리할 뿐만 아니라, 고속구동으로 이미지를 주사하여 게임과 같은 가상 콘텐츠를 보다 몰입해서 경험할 수 있도록 하기 때문입니다.모기장 현상을 제어하기 위해서는 적어도 30PPD 수준의 가상 이미지 구현이 필요합니다. 이는 VR 대각 시야각 100도를 고려 했을 시, 2121×2121 이상의 해상도를 의미하며 HMD는 슬림 폼팩터를 고려하여 디스플레이의 사이즈는 2인치 수준으로 한정 할 경우, 대략 픽셀 밀도 1060 PPI의 고해상도 디스플레이가 필요합니다

학문 / 기계공학

24.09.12

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