[기고] 영상 산업 고도화를 위한 3D 디스플레이 기술 동향 ❹

[글=박세환 Ph.D. | 기술법인 엔펌(ENF) 전문위원(Chief Consultant), 한국CCTV연구소 영상보안CCTV산업발전연구회 회장, 한국산업기술진흥협회 ReSEAT프로그램 전문위원, 용인시정연구원 비상임연구위원]

디지털 홀로그래피 기술의 유망 산업 분야로 방송, 광고, 전시, 공연, 테마파크 등이 주목받고 있다. 소비자들은 게임, 영화, 의료, 스마트폰, 군사, 광고, 테마파크 등의 순으로 홀로그램 기술 적용을 선호하고 있다. 특히 소비자들은 SF영화에서 보는 것과 같은 수준의 real-3D 홀로그램 기술을 기대하고 있지만, 전문가들은 기술적 한계나 몇몇 문제점들을 인식하고 있어 서로 견해 차이를 보이고 있다. 이는 홀로그램의 활용 분야와 효용성에 대한 보다 미래지향적인 깊이 있는 분석이 필요함을 시사한다.

real-3D 홀로그램을 위한 디스플레이

real-3D 홀로그램 기술이 완벽하게 상용화되기까지 기술적 한계를 극복하기 위해서는 원천기술 개발과 홀로그램의 활용성 및 효용성에 대한 미래 전략이 필요하다. 특히 영상 산업 고도화를 위한 3D 디스플레이 기술 개발 측면에서 보면 3D 표준장비의 녹음 과정과 사후처리의 최적화 및 비용 절감 문제, 3D용 안경 착용의 불편함 해소 등에 해결 방안이 제시되어야 한다.

아울러 real-3D 홀로그램 기술이 적용된 완전한 3D 입체영상 산업이 정착되기 되기 위해서는 경제, 정책, 지속가능성 등의 사회적 요인들을 해결할 수 있는 대안이 제시되어야 한다. 3D 홀로그래피 시연 장비를 도입하는 것과 3D 콘텐츠 생성 및 이용 비용 대비 경제적 가치를 얼마만큼 창출할 수 있을지를 살펴봐야 하며, 공익성이 강화된 다양한 분야의 3D 콘텐츠를 지속적으로 공급할 수 있을까도 따져봐야 한다. 이 외에도 3D 콘텐츠를 제작→유통→활용할 수 있는 Supply chain을 실현할 수 있는 정책적 대안 필요하며, 현실성이나 감성적인 면에서 볼 때 국민정서에 부합할 수 있는 3D 홀로그래피의 도입도 필요하다.

이번 호에서는 real-3D 홀로그램 방식을 적용한 무안경식 3DTV 방송으로 완성될 3D→4D→5D로의 진화 방향을 토대로 한 상용화 정책 지원 방향 등 입체영상 디스플레이의 미래에 대해 설명한다. 이와 함께 산·학·연을 중심으로 개발을 주도하고 있는 국내 3D 디스플레이 기술 개발 현황 및 제품 출시 현황 중심의 국내 개발 동향과 글로벌 개발 동향(미국·일본·유럽) 등 국내외 3D 디스플레이 개발 동향에 대해 설명한다.

또한 이런 개발 동향 등을 벤치마킹하여 수행되고 있는 국내 시범사업 동향(3D 시범사업 적용 사례 중심)에 나타난 Action plan을 제시한다.

입체영상 디스플레이의 미래

완전한 real-3D 홀로그램 방식을 적용한 무안경식 3DTV 방송으로 완성될 디지털 홀로그래피 기술은 보다 획기적인 발전을 거듭하고 있다. 현장 상황에 맞추어 바람이 나오거나 진동·냄새·습기 등을 느끼게 하는 4D에 이어 스크린에서 물체가 튀어나와 시청자의 몸을 관통하는 것 같은 느낌을 갖게 하는 5D 등 보다 강력한 현장감을 느낄 수 있는 초감각적인 입체영상 기술로 발전하고 있다.

4D 입체영상은 2014~2020년 사이 시장이 확대되고 있으며, 5D 입체영상은 2021~2030년이면 시장이 성숙될 것으로 예상된다. 특히 몸을 관통하는 느낌을 갖게 하는 5D 입체영상은 평면 스크린과 2대의 영사기로 연출하는 3D와는 달리 360도 서클 스크린에 12개의 영사기를 이용함으로써 어느 각도에서든 입체영상을 볼 수 있다. 이 원리로 스크린을 뚫고 나온 물체가 시청자의 몸을 관통하여 반대편 스크린으로 이동하는 것 같은 초감각적인 현장감을 경험할 수 있는 것이다.

360도 서클 비전이라는 특성상 관람석은 중앙에 원형으로 자리 잡는다. 입체영상을 보며 물체를 잡으려고 손을 뻗거나 몸을 통과하는 사물을 피하기 위해 몸을 움직일 수 있어야 하기 때문에 좌석 사이를 조금씩 떼어 놓아야 한다. 음향 시설도 벽면이 아니라 관람석 아래에 설치하여 웅장한 음향이 시청자의 몸을 통과하여 공중으로 울려 퍼지는 느낌을 전해준다.

3D 입체영상의 촬영·제작·편집·변환·전송·디스플레이 등 전반적인 국내 관련 기술은 시장 활성화 단계에 진입하고 있다. 이에 맞추어 정부의 정책적 지원도 가시화되고 있다. 3D 홀로그램 기술을 조기에 상용화하기 위해서는 핵심기술 개발 및 전문 인력 양성 등과 함께 관련 장비의 신속한 보급과 홍보 활동을 통해 대중화도 필요하다. 또한 적극적인 투자를 통해 신사업 분야로 육성할 수 있도록, 여러 기업들이 참여해 경쟁적인 투자를 유도할 수 있는 제도적 지원 방안도 절실한 상황이다.

이를 요약하면 다수 수요자의 경험적 개선 사항을 반영한 대중화 방안, 3D 홀로그램을 효과적으로 홍보할 수 있는 제도적 지원 방안, 원천(핵심) 기술 개발 및 다양하고 공익적인 3D 입체 콘텐츠 제작에 필요한 구체적인 예산 지원 방안, 기술 개발 로드맵(TRM) 기반의 체계적인 기술 개발 방안, 3D 홀로그램 기술의 공익성에 대한 홍보 및 지속적인 정보 공유 서비스 방안 등이 필요하다.

국내 3D 디스플레이 개발 동향

산·학·연을 중심으로 개발을 주도하고 있는 국내 3D 디스플레이 기술의 주요 이슈는 안경식 고화질·대화면 입체영상, 고선명 홀로그래픽 스크린 및 다시점 3차원 디스플레이 개발 등으로 요약할 수 있다.

3D 디스플레이 기술은 대략 2013년까지는 안경 방식이, 2015년쯤부터는 특수 안경 착용이 필요 없는 다시점 또는 홀로그래피 방식의 시청 기술이 구현되고 있다. real-3D 방식의 영상 획득 기술로는 카메라를 격자 형태로 배치하는 다시점 카메라 배열(camera array) 방법을 이용하여 서로 다른 시점에서 영상을 획득하는 방식이 있다. 이 외에도 레이저나 광파의 간섭성을 이용하여 물체의 공간정보를 격자 형태로 생성하는 홀로그래피 방식도 있으나 비용이 많이 들고, 기술 구현이 복잡해 상용화 가능성은 낮다.

국내 2대 TV제조사의 경우 2015년 이후부터 3D-HDTV와 홀로그래피 모니터를 양산하고 있으며, 2019년 4월 세계 최초로 5G 이동통신 서비스 상용화를 기점으로 스마트폰용 상용화 제품으로 확산되고 있다. 시청 방식은 기술 개발이 본격화되기 시작한 2007~2008년 스테레오 스코픽 3D 디스플레이→2010년 다시점 3D 디스플레이→2015년 이후 디지털 홀로그래피 3D 디스플레이 기기를 출시하고 있다.

이를 뒷받침하기 위해 2D/3D 영상 변환 기술, 고해상 다시점 기술, 인터랙티브 초 다시점 기술, 실감형 초 다시점 기술, 실감형 홀로그래피 3D 기술 등이 개발되고 있다. 3D 전용 모니터, 광 픽업 모듈, 3D 촬영 시스템, 3D 영상 칩 등의 분야에서 중소기업의 신제품이 출시되고 있다.

글로벌 3D 디스플레이 개발 동향

전 세계적으로 디지털 홀로그램 관련 설비의 가격 경쟁력 확보, 부피 최소화 및 실시간 서비스 제공 등의 혁신적인 기술 개발을 통해 상용화가 가속화되고 있다.

1. 미국 동향
-미국디스플레이산업협회(USDC)와 컨설팅 전문기업인 Insight Media의 주도로 3D@Home 컨소시엄을 결성, 가정의 3D 서비스 보급 및 활성화 및 기술표준화에 주력
-USC Entertainment Technology Center & Dolby Lab의 주도로 할리우드의 3D 입체영화 기술의 비약적인 발전을 도모
-미국 Arizona대학 연구팀은 홀로그램 재생에 필요한 데이터 용량을 최소화하고 영상 재생 속도를 향상시킬 수 있는 연구를 지속적으로 수행
-미국 MIT미디어랩의 객체기반 미디어 그룹(Object Based Media Group)은 홀로그램 전송 시스템의 소형화와 경제성을 갖춘 홀로그램 영상 전송 기술 개발

2. 일본 동향
-3D 컨소시엄과 3D 입체협회의 주도로 URCF(Ultra-Realistic Communication Forum)를 구성하여 3D 입체영상 관련 표준화에 적극 참여(스테레오 스코픽 디스플레이(ISO/TC159/SC4/WG2) 및 Image Safety(ISO/TC159/SC4/SC)에 대한 requirement를 제안)
-NHK는 휴먼팩터 기반의 3D HDTV를, Sharp에서는 3D용 노트북 개발
-SANYO는 렌티큘러 방식의 3DTV용 모니터, 2인치/3인치급3D LCD 모니터 개발
-동경대 연구팀은 홀로그래픽 기반의 HDTV 모니터 개발
-일본 BS방송(BS11)은 세계 최초로 3D 입체영상 레귤러 프로그램 방송(3D 전용으로 편집한 스포츠(신체조 등)나 여행 프로그램(세계기행) 등
-SONY는 3D영화 및 스포츠 이벤트 등 3D 콘텐츠 및 3DTV를 출시, 이를 통해 '브라비아 LX900'시리즈 3DTV를 출시
-SHARP는 스마트폰용 최대 720P HD급 해상도를 지원하는 3D카메라 모듈 출시
-TOSHIBA와 PANASONIC은 50~65인치 급 3D-PDP-TV 4종을 출시
-SONY는 3D 파노라마 입체영상 촬영 기능을 탑재한 DSLR(알파 580)을 출시

3. 유럽 동향
-영국의 Musion과 Zebra Imaging, 헝가리의 Holografika, 일본의 Nitto Denko 등은 공동연구를 통해 경제성을 갖춘 홀로그램 기반 시스템 개발을 추진
-DISTIMA 프로젝트를 통해 영상압축 포맷 MPEG-2 MVP(Multi View Profile) 표준화를 추진
-NoE(Network of Excellence) 3DTV 프로젝트를 통해 연구자 네트워크를 구축하여 3DTV 관련 핵심 기술 및 표준화에 주력
-범 유럽 국가가 참여하는 FP7(Framework Program 7) 프로젝트를 통해 모바일 3DTV를 비롯한 기술 개발 과제를 수행

기술 상용화를 위한 국내 시범사업 동향

디지털 홀로그램 기술의 상용화를 위한 국내 시범사업은 2D 기술력 기반의 전통산업(의료·광고·엔터테인먼트·교육·훈련·건설 등)을 3D 기반으로 전환하여 산업 경쟁력을 강화하고자 하는 것이다. 이를 위해 새로운 3D 수익 모델을 발굴하여 수요 기업이나 사용자를 연계시켜 종합적인 지원을 수행하는 비즈니스 모델 개발에 주력하고 있다.

3D 입체영상 산업은 영화·방송·의료·교육 등 전방위 산업 분야에 파급 효과가 크고 고부가가치를 창출할 수 있는 신성장동력 산업이다. 이에 글로벌 시장 진출을 위해 3D 기술을 적용한 시제품 제작 등을 지원·육성할 필요가 있다. 아울러 3D 기술력을 보유한 창의적인 중소기업에게 3D 응용 분야의 사업 기회를 제공하여 글로벌 시장을 선도할 수 있는 제품 및 사업화 모델 개발에 필요한 자금 지원 등의 정책적 배려가 필요하다. 이러한 정책적 지원을 통해 수행 기능한 국내 3D 시범사업 적용 사례를 [표 3]으로 정리했다.

디지털 홀로그램 기술 기반의 3D 입체영상 국내 시범사업을 효과적으로 수행하기 위해서는 하드웨어, 소프트웨어, 콘텐츠 및 시제품 등 제품의 구체적인 형태, 세부 Action plan을 포함한 사업 추진 전략(세부 plan)과 아울러 사업비 매칭을 통해 사업에 참가한 실제 수요처 및 잠재적 수요처 등을 확보하는 것이 중요하다. 시범사업을 통한 기대 효과 및 결과물(제품) 활용 방안, 적용 산업군 및 기술 파급 효과, 신시장·고용 창출 효과, 수출입 대체 효과 및 비용 절감 효과, 인증 및 표준 등(수출 시 FDA 및 FCC 인증 등)에 대한 regulation을 포함한 리스크 관리 전략 등을 고려한 수익성에 대한 면밀한 검토가 필요하다.

비용 문제 해결 필요

홀로그램 디스플레이 기술이 적용된 3D 디스플레이를 조기에 상용화하기 위해서는 3D 디스플레이 기기의 시장 수용 속도를 반영한 소비자들의 반응을 심층 고려할 필요가 있다. 아울러 플로팅 방식의 유사 홀로그램 기법을 적극 수용하는 등 기술적 완성도와 기술의 효용성을 향상시킬 수 있는 관점에서의 접근 방법이 필요하다.

이는 전시 및 공연 등에 활용되고 있는 현재의 플로팅 방식에 대한 관객들의 선호도를 감안하여 유사 홀로그램 기술을 먼저 구현하여 시범사업을 시행할 필요가 있음을 시사하고 있다. 이러한 시범사업 결과를 토대로 플로팅 방식의 실제 활용을 통한 홀로그램의 활용 가능성을 진단하고 적절한 사용자 경험을 설계해 나가는 방법이 대안이 될 수 있음을 시사하고 있다.

전 세계적으로 다양한 3D 디스플레이 기기 출시가 확대되면서 드라마나 뉴스 등을 3D 입체영상으로 볼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 그러나 지상파TV를 통해 입체영상을 자유롭게 감상할 수 있는 환경이 조성되기까지에는 많은 과제가 남아 있다. 우선적으로 기존 방송 설비의 3~5배 정도로 추정되는 방송 콘텐츠 제작비용이 문제이다.

제작비의 부담주체가 방송사나 외주 제작사가 될 것인지에 대한 갈등도 있을 수 있다. 성공적인 입체영상 시험방송을 거쳐 3D 디스플레이기기가 널리 보급되고 방송사의 광고수익 모델과 연계될 수 있을 때 본격적으로 콘텐츠 제작이 이루어 질 수 있을 것이다.