3DTV 들여다보기 1
3D 입체의 원리 및 디스플레이 종류
방송통신위원회의 지상파 풀HD 3DTV 실험방송 계획으로 방송계의 화두가 된 ‘3D방송’은 1,000만 관객을 돌파한 영화 ‘아바타’로 인하여 국민적 관심사가 되고 있다. 우선 이번호를 통해 3D입체 영상의 기본개념을 소개하고 다음호를 통해 3D입체 콘텐츠 제작방법과 방송포맷 등에 대한 내용을 살펴보고자 한다.
■ 3D 그래픽 vs 3D입체
3DTV 방송이란, 인간이 두 눈을 이용하여 물체를 인식하는 것을 모방하여 두개의 렌즈를 이용하여 이미지를 만들어내고, 이것을 특수한 디스플레이 장치를 통하여 보여줌으로써 시청자로 하여금 입체감을 느낄 수 있게 하는 것을 의미한다. 컴퓨터 그래픽스 분야의 ‘3D 그래픽’과는 완전히 다른 개념으로, 혼동을 피하기 위해 3D 입체는 s3D(Stereoscopic 3D)라는 용어로 지칭되기도 한다.
<그림1. 3D그래픽과 3D입체>
CG분야의 3D그래픽은 가상의 3차원 공간에 어떤 물체를 만들어 놓고 이것을 하나의 렌즈를 가진 가상의 카메라로 찍는 방식으로 이미지를 표현하는 것으로, 원근법이나 명암 등의 단안요인을 이용하여 입체감을 느끼게 하는 것이다.
반면 3D입체는 좌안용과 우안용, 두개의 영상을 사용함으로써 양안시차를 발생시켜 피사체가 스크린 안쪽으로 들어가거나 스크린 바깥으로 튀어나오는 입체감을 느낄 수 있게 한다. 3D그래픽과 3D입체의 차이는 한쪽 눈을 감고 콘텐츠를 시청할 때의 정보 습득량의 차이로도 설명할 수 있다. 3D그래픽을 한쪽 눈으로 본다고 해도 습득하는 정보량의 손실은 없다. 그러나 3D입체영상을 한쪽 눈으로 본다면 입체감이 사라지게 되고, 애너글리프 영상일 경우에는 색상의 일부를 볼 수 없고, 편광안경방식의 TV라면 해상도의 1/2을, 셔터안경방식의 TV라면 프레임의 1/2를 볼 수 없게 된다.
■ 3D 입체의 원리
사람의 두 눈은 약 6.5cm 떨어져 있기 때문에, 우리가 왼쪽 눈으로 보는 이미지와 오른쪽 눈으로 보는 이미지는 약간의 차이가 발생하는데, 이를 양안시차(兩眼視差)라고 한다.
<그림2. 양안시차 확인실험 – StereoGraphics Developers‘ handbook에서 발췌>
양안시차는 간단한 실험을 통하여 확인해 볼 수 있는데, 그림2의 왼쪽처럼 손가락을 얼굴 가까이 두고 손가락에 초점을 맞출 경우 뒤쪽 깃발이 두 개로 보이게 된다. 만약 깃발에 초점을 맞추고 바라볼 경우에는 손가락이 두 개로 보이게 된다. 이렇게 왼쪽 눈, 오른쪽 눈은 서로 다른 이미지를 보지만, 우리는 두 개의 물체를 보는 것이 아니라 하나의 물체로 인식한다. 이것은 우리가 두 이미지를 머릿속에서 자동으로 하나로 합성하여 인식하기 때문이며 이 과정에서 입체감을 느끼게 되는 것이다.
<그림3. 입체영상의 원리>
왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 동일한 이미지를 보여주면, 우리는 그 이미지가 스크린 상의 위치에 표시되었다고 느끼지만, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 보여주는 이미지의 수평위치를 약간 어긋나게 보여 준다면 우리는 그 피사체가 스크린보다 들어가 있거나 스크린에서 튀어나와 있는 것 같은 입체감을 느끼게 된다.
■ 3DTV 디스플레이의 종류
양안시차의 원리를 이용하여 시청자로 하여금 좌안용과 우안용 영상을 분리하여 인식하도록 하는 것이 3DTV 디스플레이다. 이것을 실현하기 위해 현재 주로 사용하는 방법은 ‘특수안경’을 사용하는 것인데 적청안경방식(애너글리프), 편광안경방식(패시브 글라스), 셔터안경방식(액티브 글라스)으로 분류할 수 있다.
적청안경방식은 좌안용 영상과 우안용 영상을 적색과 청색으로 분리하여 좌/우 시차를 발생시키는 방식으로 일반 2D 디스플레이에서도 입체영상을 시청할 수 있다는 장점이 있으나, 색재현성 나쁘고 눈이 쉽게 피로해지며 표현할 수 있는 입체감이 약하다.
비월주사(Interlace scan)방식과 유사한 개념을 사용하는 편광안경방식은 편광필름을 디스플레이에 부착하여 좌/우 영상을 수평라인별로 분리하고, 편광안경을 착용하여 좌안용 영상과 우안용 영상을 분리하여 인식하도록 하는 방법이다. 눈의 피로감이 적고 안경이 저렴하다는 장점이 있으나, 좌/우 영상을 한 줄씩 걸러서 보여주기 때문에 해상도가 1/2로 감소하는 점과 편광필름이 부착되어 생산되므로 TV가격이 비싸다는 단점이 있다.
<그림4. 편광안경방식 디스플레이의 원리>
셔터안경방식은 디스플레이에서 2배의 프레임률로 영상을 재생함과 동시에, 동기신호를 셔터안경으로 전송하여 안경으로 들어가는 빛을 주기적으로 허용하고 차단함으로써, 좌안용 영상과 우안용 영상을 분리하여 인식시키는 방법이다.
셔터안경방식의 디스플레이는 편광안경방식 디스플레이와는 달리 고가의 부품이 필요하지 않아 2D TV 가격으로 TV를 공급할 수 있다는 장점이 있으나, 셔터안경이 비싸고 무거우며 셔터동작에 기인한 깜박임 때문에 눈이 피로해질 수 있다는 단점이 있다.
<그림5. 셔터안경방식 디스플레이의 원리>
이외에도 안경 없이 입체영상을 구현하는 렌티큘러(Lenticular)방식이나 배리어(Parallax Barrier)방식도 있지만 기술 성숙도 등의 문제로 현시점에서는 가정용TV로는 전술한 안경방식이 더 적합하다.
앞서 살펴본 안경식 입체 디스플레이는 안경을 써야하는 번거로움 때문에 가정용TV로 널리 보급되기 어려울 것이라는 의견도 있다. 그러나 모든 방송 프로그램을 홈씨어터를 통해 5.1CH로 시청하지 않는 것과 마찬가지로, 항시 안경을 쓰고 TV를 시청하는 것이 아니라 3D 입체로 제작된 일부 프로그램을 볼 때만 안경을 쓰는 것이므로 우려하는 바와 달리 시청자들은 큰 거부감 없이 3D입체 방송을 받아들일 수 있을 것으로 생각된다.
다음 호에서는 3D 입체콘텐츠의 제작방법과 포맷, 전송방법 등을 소개할 예정입니다.
