박세환 한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 전문연구위원

키워드 : 3D 입체영상, 3DTV, 홀로그램 디스플레이, 3D 스테레오 입체영상, 3D 입체 콘텐츠, 3DTV 방송산업, 풀 UHDTV, 홈 엔터테인먼트, 입체 카메라, 스마트 미디어기기, 3D 방송표준, 3DTV 실험방송, 3DTV 방송구현, 3D 융합산업

서언

3D 입체영상 기술은 1838년 영국의 찰스 위스톤(Charles Wheatstone0에 의해 고안된 입체경을 통한 최초의 입체영상으로부터 현재까지 그간 수많은 획기적인 발전을 거듭해 왔다. 

대화면, 고화질, 고해상도의 평판형 디스플레이(FPD) 기술이 3DTV의 제품화를 가속시키고 있는 가운데 각 가정에서도 3D 입체 콘텐츠를 고해상도 디스플레이를 통해 시청할 수 있는 3DTV 시대가 다가오고 있다.

3D 입체영상 기술의 핵심인 홀로그램 디스플레이 기술은 영화, 방송, 오락, 우주항공, 군사 및 의료 등 전 산업분야에 광범위하게 응용되면서 커다란 부가가치를 창출하고 있다. 

3D 스테레오 입체영상의 기본적인 원리는 인간의 시각시스템이 좌·우 눈의 위치 차이에 의해 서로 다른 영상을 받아들이고 뇌는 이것을 입체로 받아들여 거리감을 갖게 되는 과정에서 입체감을 생성하는 것이다. 

즉, 두 눈간의 간격에 의해 사람이 사물을 바라볼 때 약간 다른 상이 두 눈의 망막에 맺어지게 되고 이 미세한 차이를 뇌가 해석해 입체감을 느끼게 된다.

산업환경 분석

3D 입체영상 기술개발 환경 및 문제점 = 국내 디지털기기 및 서비스 시장 환경은 세계 4위의 인터넷 보급률, 전체 인터넷 사용자 40% 이상의 초고속·초광대역 정보통신 이용 환경, 포스트(post)-HDTV로 부각되고 있는 3DTV의 보급 확대추세, 3D 입체 콘텐츠의 제작기술 발전 및 수요의 확산, 디지털TV 방송 시대의 개막, 대화면/초박막 TV모니터 등 디지털 환경에 익숙한 매우 두터운 소비자층을 형성하고 있다. 

아울러 디지털TV 보급 및 3DTV 방송 산업에 대한 정책적 지원과 국민적 관심 집중 등 성장 잠재력도 그 어느 때보다 크다고 할 수 있다.

이에 디지털 콘텐츠 개발 및 관련제품 생산의 축적된 경험과 기술을 바탕으로 소비자의 니즈를 충족시키면서 유무선 방송통신 융합 환경에 획기적인 변화를 가져올 3D 입체영상 시스템 개발이 절실한 시점이다.

3D 입체영상 산업은 궁극적으로는 디지털 홀로그램 기술이 적용된 리얼 3D 입체영상을 풀 UHDTV 디스플레이를 통해 상용 서비스되면서 TV산업 전반과 3D 콘텐츠 등의 산업 분야에 고부가가치를 창출하게 될 것이다. 

3D 산업이 등장하게 된 배경을 살펴보면 우선 디지털TV, 풀 UHDTV 디스플레이, 모바일TV 기능이 내장된 스마트 미디어기기, IPTV 및 스마트TV, 대화면·박막형 TV모니터 시대가 열리면서 현장감과 사실감을 고화질의 해상도 높은 디스플레이가 가능해 졌다.

또한 영화와 TV방송이 영상 콘텐츠 시장에서 경쟁을 지속하면서 고화질, 고음질의 디지털 방송이 가능한 홈씨어터 및 홈 엔터테인먼트의 개념이 가능해 졌다.

이와 함께 포화상태의 전통적인 TV방송 시장에 새로운 가치창출이 필요한 국면이 전개되면서 디지털 가전사 방송사 및 뉴미디어 사업자들의 글로벌 시장에 대한 공격적인 마케팅 전략의 결과로 제품 및 서비스의 차별화가 가능해 졌다.

3D 입체영상 산업발전요인 분석 : 기술적 측면 = 3D 입체영상 구현을 위한 프로그램 및 시스템은 모든 멀티미디어 콘텐츠를 모니터나 스크린을 통해서 사실감 있는 3D 입체영상을 시청할 수 있어야 한다. 

이러한 기술적 측면에서의 요구사항을 살펴보면 다수의 입체 카메라로 촬영한 영상 데이터를 시청자가 3D 입체영상으로 시청할 수 있도록 혼합된 영상 데이터를 디스플레이하기 위해서는 영상 데이터를 컴퓨터에 저장하고 이를 제어할 수 있는 기술이 필요하다.

또한 저장된 영상 데이터 및 믹싱(mixing) 데이터를 효과적인 디스플레이 기법을 통해 영상 데이터의 시차 및 교차, 배치되는 데이터를 혼합하는 기반 기술이 필요하다.

이와 함께 동일한 피사체를 서로 다른 각도에서 다수의 카메라로 촬영한 영상 데이터를 저장하는 기술과 저장된 데이터를 특수한 기법으로 디스플레이해 시청자가 착시현상을 일으켜 모니터나 스크린을 통해 입체감을 느낄 수 있는 입체영상 솔루션이 필요하다.

뿐만 아니라 기존 입체영상 제작시간을 1/3 이하로 줄이고 제작비용을 절반으로 줄일 수 있는 제작환경을 개선할 필요가 있다.

3D 입체영상 산업발전요인 분석 : 산업적 측면 = 모바일 유비쿼터스 환경은 스마트 미디어기기의 보급 확산과 함께 GIS 기술과 접목되면서 온라인 지도서비스를 제공하는 기술로 발전하고 있다. 

이는 3D-GIS 기술의 전단계인 3D 지도데이터를 구축하고 이를 효과적으로 가시화(visualization)하기 위해 최첨단 측량장비인 LiDAR(Light Detection And Ranging : 기존 LaDAR(Laser Detection And Ranging)보다 짧은(적외선 범위에 가까운 정도) 파장과 전자기 스펙트럼을 이용해 촬영 대상 개체의 표면과 검출범위에 레이저 펄스를 조사한 후 반응하는 신호의 펄스를 이용해 개체의 속성을 측정하는 신기술이다.

LiDAR 기술은 고고학·지리학·지질학·대기물리학 분야 및 원격탐지 분야에 응용되고 있다.)을 이용해 영상자료를 획득함으로써 구현되고 있다. 

나아가 증강현실(Augmented reality) 기술과 모바일기기의 각종 센서 기술이 접목되면서 한층 더 수준 높은 입체화 된 지도정보를 입체영상으로 제공받을 수 있게 됐다.(내비게이션과 LBS 서비스, 휴대전화 중심으로 전환, 정보통신산업진흥원 최신 IT동향, 2010. 8.4)

보다 효과적이고 완벽한 3D 입체영상 서비스를 실현하기 위해서는 입체영상 제작방식에 있어서 ▲카메라의 호환성 ▲3D 입체영상의 선택적 재현성 ▲3D 입체영상 재생성 ▲시스템 기술성 등의 기술적 대비가 필요하다.

카메라의 호환성은 1회용 카메라, 디지털 카메라, 비디오카메라 등 어떤 카메라로 촬영한 영상도 서로 호환성을 보장할 수 있어야 하는 것을 말하며 3D 입체영상의 선택적 재현성은 2D 평면영상으로 시청할 때에도 별도의 변환장비가 필요 없이 화질이 선명하도 작품의 예술적 효과를 위해 일부 입체영상도 가능하도록 제작할 수 있어야 한다는 것을 의미한다.

또한 3D 입체영상 재생성은 컴퓨터 편집을 통해 최종 마무리된 영화, TV 및 비디오 등을 디스플레이 매체에 제한 없이 재생할 수 있어야 하며 시스템 기술성은 카메라, 비디오 편집기, 동영상 편집 프로그램 및 실시간 스테레오 조절장치 등의 기능을 간단한 컨버터 및 소프트웨어로 구현할 수 있어야 하고 어떤 방식으로든 포맷할 수 있음은 물론 어떤 저장매체든 사용할 수 있어야 한다는 것을 뜻한다.

3D 입체영상 산업발전요인 분석 : SWOT 분석 = 3D 입체영상 산업의 시장은 현재 기회와 위협, 강점과 약점을 모두 가지고 있다. 

기회 요인으로는 국내외적으로 정부와 민간 부문에서 3D 입체영상 산업에 대한 관심이 커지고 있다. 

아울러 세계 최고 수준의 3D 디스플레이 기술력을 보유하고 있어 대외 경쟁력이 높고 국가적으로 전략적 기술개발에 적극적이며 3D 산업육성 정책 및 투자가 확대되고 있는 추세다. 

반면 3D 입체영상 산업이 활성화되기에는 약점요인도 존재한다. 무엇보다도 방송 송출 인프라를 빠른 시일 내에 구축해야 한다. 

아울러 3D 입체영상 시장 수요의 불확실성이 높은 상태이며 3D 방송의 송출 및 디스플레이 표준을 아직 정립하지 못한 상태인바 이에 대한 보다 적극적인 표준개발 전략이 필요하다.

3DTV 방송의 성공적인 사업화를 위해 국내 3DTV 관련 전후방 기술개발 동향 및 산업 환경 등에 대한 SWOT 분석을 통해 미래전략을 도출할 필요가 있다. 

강점 및 기회 요인보다 약점 및 위협요인들이 더 많은 비중을 차지하고 있는 만큼 국내 3DTV 방송이 상용화되기까지에는 많은 어려움이 예상된다. 국내 2D·3D 영상변환 기술과 관련된 SWOT 분석 결과를 [표1]에 나타낸다.

3DTV 기술상용화 동향

3D 입체카메라 개발동향 = D 입체영상을 촬영하는 데 필수적인 장비는 입체 카메라, 카메라 리그(rig), 입체 모니터, 편집기 및 인코더 등이다. 

촬영방식은 1대의 디지털 카메라에 특수필터를 장착해 촬영하는 단안식(single view), 2대의 디지털 카메라를 활용하는 양안식(double view) 및 이들을 복합한 다안식(multi view)으로 구분할 수 있다. 

이중 입체영화 제작초기부터 사용돼 온 방식은 디지털 카메라 2대를 카메라 받침대인 리그(rig) 위에 올려놓고 실사 촬영하는 양안식이다. 
입체방송 촬영 현장에서는 단안식을 주로 이용하며 영화제작 현장에서는 2대의 카메라를 활용하는 양안식을 주로 이용하고 있다. 

이들 특징을 살펴보면 먼저 단안식 카메라는 카메라 렌즈가 하나로 구성돼 있어 카메라 내부에서 영상을 왼쪽 눈과 오른쪽 눈으로 분류해 3D 입체영상을 촬영하는 방식이다.

또한 양안식 카메라는 카메라 렌즈를 사람의 눈처럼 65㎜ 간격으로 배치해 3D 입체영상을 촬영하는 방식이다.

이와 함께 다안식 카메라는 카메라를 4×4 또는 1×8 등 여러 대의 카메라를 동원해 3D 입체영상을 촬영하는 방식이다.

양안식은 카메라의 동적 배치방식에 따라 평행식과 직교식으로 나눌 수 있다. 평행식은 카메라 렌즈를 수직선상에 일렬로 배치해 사용하는 방식이고 직교식은 카메라 렌즈를 서로 수직으로 연결해 거울을 통해 사용하는 방식이다. 

특히 평행식은 수평리그를 사용함으로써 제작이 가장 용이한 것이 장점이라면 주요 시각의 특성을 제어하기가 어려운 단점이 있다. 

이러한 단점을 보완한 방식으로 카메라 렌즈 방향을 서로 교차하도록 배열한 교차식이 있다. 이는 제작이 비교적 용이하며 주요 시각특성 제어가 가능하나 화면의 비율이 양쪽으로 늘어지고 퍼지는 것 같은 키 스톤(key stone) 왜곡현상으로 인해 눈의 피로감을 증가시킬 수 있는 단점도 있다.