IT Insight

초실감 AR 구현을 위한 디스플레이 기술 동향

2020. 2. 18. 09:30

많은 전문가가 이르면 올해, 늦어도 2023년 안에는 개인 소비자를 위한 안경형 증강현실(Augmented Reality; AR) 장치가 등장할 것을 전망합니다. 현재는 산업용과 개발용으로 한정되지만, 애플, 구글, 페이스북 등 기업이 참여하면서 안경형 AR 장치가 차세대 개인용 모바일 장치가 되리라는 예상입니다.


l 모조 비전 스마트 콘택트렌즈 (출처: https://www.mojo.vision/2)


그러나 짧은 시간 안에 개인 소비자가 편하게 사용할 안경형 장치가 등장하기 어렵다는 의견도 있습니다. 해결해야 할 문제가 많기 때문입니다. 긴 시간 착용해도 될 만큼 가벼워야 하고, 부담스럽지 않은 외형이면서 휴대하기 편해야 합니다. 종일 사용해도 충분할 배터리와 끊김 없이 AR을 출력할 성능, 빠른 통신 기술까지 갖춘 채로 말이죠.


그래서 2023년 안에 등장할 장치에 대한 대부분 예상은 독립적으로 사용할 수 없고, 스마트폰의 보조적 장치면서 실외보다는 실내에서 짧게 AR 경험을 전달하는 역할에 그칠 거라는 겁니다. 스마트폰을 대체할 차세대 개인용 모바일 장치까지는 먼 얘기입니다. 그리고 멀어지게 하는 가장 큰 장애 중 하나가 '디스플레이 기술'입니다.


 AR과 함께 움직이는 디스플레이


AR 기술은 실제 환경에 가상의 사물이나 정보를 겹쳐서 보여줍니다. 인간이 눈으로 바라보는 현실에 AR 객체가 보이는 것이므로 AR을 출력할 디스플레이는 항상 시선과 함께 움직여야 합니다. 스마트폰 AR은 시선과 함께 손에 든 스마트폰까지 함께 움직여야 해서 거추장스럽죠. 결국, 바라보는 시선에 따라서 디스플레이가 함께 움직일 수 있어야 자연스러운 AR 경험을 구현할 수 있습니다.


l 매직 리프 원 (출처: https://www.magicleap.com/)


그러므로 디스플레이를 눈에 고정할 수 있는 안경형이어야 하고, 일반적인 안경과 비슷하도록 가벼우면서 AR 몰입감을 위한 색감, 시야각, 선명도 등 조건도 충족할 수 있어야 합니다. 충분할 배터리나 끊김 없이 AR을 출력할 성능, 빠른 통신 기술도 AR 몰입감에 직접 영향을 끼치는 디스플레이 기술의 뒷받침이 필요하죠. 많은 기업이 차세대 AR 장치에 적용할 디스플레이 기술을 연구하고 있습니다.


2015년, 애플은 미국특허청(USPTO)에 '공간적 상호 작용 컴퓨팅 장치(Spatially Interactive Computing Device)'에 관한 특허를 취득했습니다. 특허는 여러 층의 디스플레이와 시선 추적 센서를 통해 사람의 양쪽 눈에 서로 다른 이미지를 전달해 입체적인 객체를 출력하는 기술을 설명합니다. 해당 내용이 처음 공개되었을 때는 스마트폰이나 태블릿으로 안경 없이 3D 홀로그램 그래픽을 구현하는 방법으로 소개되었습니다.


하지만 2017년에 직원들이 눈 유도 레이저를 탑재한 프로토타입 장치로 상처를 입었을 수 있다는 내부 안전보고서가 유출되면서 애플이 눈에 직접 영상을 비추는 방법을 연구 중인 것이 알려졌습니다. 그리고 작년 9월, 애플은 멀티 광 도파관, 거울, 홀로그래픽 렌즈, 홀로그래픽 콤바인을 합쳐서 눈에 영상을 비추는 프로젝터에 관한 특허를 획득했습니다.


l 공간적 상호 작용 컴퓨팅 장치 (출처: http://bit.ly/39Ge4XV)


총 8개의 프로젝터를 사용하기 때문에 경량화를 기대할 단계는 아닙니다. 눈에 레이저를 쏘는 안전 문제에 대한 언급도 없어서 상용화 단계까지 아직 긴 시간이 필요할 것입니다. 단지 시선 처리와 관계없이 선명하고 깊은 AR을 지속해서 눈에 전달할 방법으로서 수년 동안 연구를 진행한 거로 보입니다.


또한, 애플은 2018년 8월 풀 컬러, 넓은 시야, 선명함을 중점에 둔 AR 유리 렌즈 제조사인 '아코니아 홀로그래픽스(Akonia Holographics)'를 인수했습니다. 마이크로소프트(MS)의 홀로렌즈(HoloLense), 매직 리프(Magic Leap)의 매직 리프 원(Magic Leap One) 등 AR 장치는 어둡고, 두꺼운 렌즈를 사용합니다.


반면, 아코니아가 개발하는 렌즈는 얇으면서 일반적인 안경처럼 색이 없고, 투명합니다. 분석가들은 애플이 준비 중인 안경형 장치가 투명한 렌즈로는 안정적인 기본 AR 객체를 표시하고, 높은 몰입감이 필요한 AR 객체는 레이저 프로젝터로 전달하는 구조가 될 거로 예상합니다.


2017년, 페이스북은 AR 안경을 개발하겠다고 발표했습니다. 늦어도 2027년 안에는 상용화할 거라고 말했습니다. 페어뷰리서치(Fairview Research)에 따르면, 작년 페이스북은 2018년보다 64% 더 많은 특허를 획득했습니다. 5년 전보다는 3배 이상 증가한 것입니다.


l AR 안경 - F8 2017 (출처: https://about.fb.com/news/2017/04/f8-2017-day-2/)


물론 특허의 수만큼 페이스북이 혁신적인 기업이 되는 건 아닙니다. 주목할 점은 광학 기술 특허가 6배 이상 증가했다는 겁니다. 페이스북 커뮤니케이션즈 디렉터인 하 타이(Ha Thai)는 '페이스북이 AR과 VR, 가정용 하드웨어에 크게 투자하고 있다.'라고 밝혔습니다.


또한, 지난달 페이스북 CEO 마크 저커버그는 페이스북에 올린 글을 통해서 '2020년대, 어느 시점에서 우리는 기술과의 관계를 재정의할 획기적인 AR 안경을 얻게 될 것'이라고 말했습니다. 연구 중인 광학 기술이 출시할 AR 안경을 위한 것들이라는 의미입니다.


페이스북은 경량화와 넓은 시야에 초점을 맞추고 있습니다. 매직 리프의 매직 리프 원은 디스플레이 크기는 작으나 수평 시야가 40도에 불과합니다. 주변 환경에 대한 광범위한 AR 정보를 얻으려면 그만큼 고개를 자주 돌려야 합니다.


립 모션(Leap Motion)의 AR 헤드셋인 프로젝트 노스 스타(Project North Star)의 수평 시야는 100도로 매직 리프 원보다 훨씬 넓지만, 아주 큰 렌즈를 사용해서 무겁고, 거추장스럽습니다. 넓은 시야를 제공하려면 높은 굴절률의 무거운 재료를 사용해야 하기 때문입니다.


l 프로젝트 노스 스타 (출처: http://blog.leapmotion.com/north-star-open-source/)


페이스북의 특허에 따르면, 도파관 측면을 활용해 최소 60도의 시야를 제공할 수 있습니다. 다른 특허에서는 시야가 대각선으로 최대 72도인 디스플레이 디자인도 제시합니다. 이는 디스플레이를 무겁게 하지 않으면서 디자인의 개선으로 굴절률을 높이려는 시도입니다.


페이스북 리얼리티 연구소의 수석 과학자 마이클 애브러쉬(Michael Abrash)는 AR 하드웨어에서 가장 중요한 건 사회적 수용성과 가벼움이라면서 구체적으로 70g 이하를 목표한다고 밝혔습니다.


 AR디스플레이의 흥미로운 소식들


지난 1월, AR 디스플레이에 관한 흥미로운 소식이 또 있었습니다. 스타트업 '모조 비전(Mojo Vision)'이 개발한 스마트 콘택트렌즈가 미국 식약처(FDA) 승인 신청을 했다는 거였습니다. 모조 비전이 개발한 14mm짜리 콘택트렌즈에는 초소형 디스플레이 칩, 이미지 센서, 무선 주파수 장치 등이 탑재되었습니다. 렌즈 중앙 1ppi당 1만4,000픽셀 밀도의 마이크로 LED 디스플레이가 특징입니다.


이 렌즈는 착용하면 시선에 일정, 메시지, 알림과 같은 정보를 AR로 제공합니다. 어두울 때도 볼 수 있고, 콘택트렌즈이므로 눈을 감을 상태에서도 사용할 수 있습니다. 안경일 경우 눈을 감았을 때 시선을 추적할 수 없어서 AR이 일그러지는 등 문제가 발생하는 경우가 있는데, 콘택트렌즈는 보조적인 시선 처리 기술이 없어도 눈을 감는데 문제가 없는 겁니다. 그리고 맞춤형 AR 기능으로 시력 향상 기능을 제공할 거라고 회사는 밝혔습니다.


현재는 시제품 수준이며, 외부 배터리와 프로세서를 연결해 작동하므로 완전히 독립적인 기기라고 볼 수는 없습니다. AR 인터페이스도 콘택트렌즈가 아닌 가상 현실 헤드셋을 통해서만 확인할 수 있죠. 모조 비전은 1억 달러 이상 투자를 유치해 앞으로 2년 안에 제품을 출시할 계획이라고 밝혔습니다.



아직 갈 길은 멀지만, 모조 비전의 목표는 명확합니다. 콘택트렌즈를 어떤 목적으로 착용하건 개인적이면서, 양손을 자유롭게 하고, 머리에 씌우거나 귀에 걸지 않는 덜 불편한 방법을 만들겠다는 거죠.


모조 비전의 콘택트렌즈에 대해서 깊은 AR 몰입 경험을 제공하긴 어려울 거라는 지적도 있습니다. AR 인터페이스가 현실을 인식해 깊은 AR을 구현하기에 성능에 한계가 있고, 배터리도 고려해야 하므로 간단한 정보 표시에 머물 거라고 말이죠. 그러나 AR 디스플레이의 발전이 거듭할수록 AR 장치의 형태가 안경형에서 콘택트렌즈로 옮겨갈 거라는 걸 귀띔한다는 것에 의미가 있습니다.


l 넷플릭스 비스타 (출처: 넥플릭스)


2016년, 넷플릭스는 '넷플릭스 비스타(Netflix Vista)'라는 명칭의 AR 콘택트렌즈 컨셉 데모를 공개했습니다. 사람들이 지하철에서 이동할 때, 운동 중일 때, 회의 중일 때도 렌즈를 착용하고 넷플릭스를 시청하는 모습을 담은 데모였습니다. 주위를 둘러보지 않은 채 스마트폰을 들여다보는 것처럼 착용한 렌즈만 주시하는 미래 기술 사회를 비판하는 목적도 담았지만, AR 디스플레이 발전이 어떤 일상을 보여줄지에 대한 간접적인 예상이기도 했습니다.


AR 디스플레이 기술 발전에 따라서 우리는 점점 더 작고, 가벼운 장치를 통해 눈앞에 AR을 두게 될 것입니다.


글 l 맥갤러리 l IT 칼럼리스트


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Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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