Current Status of 3D TV Technologies

Hee-Jin CHOI
2010 Physics and High Technology  
Nowadays, with the rapid progresses in flat panel display technologies, it is possible to realize the 3D TV with high performance and low price. In this paper, the current status of 3D TV technologies and its roadmap will be reviewed. 디스플레이는 빛을 이용하여 인간의 시각을 자극함으로써 정 보를 전달하는 방법을 통칭한다. 과거에는 그림과 사진 등과 같 이 고정된 정보를 표시하는 방식이 대표적이었으나 1950년대 이 후 TV가 대중화되면서 다양한 정보를 동화상의 형태로 표현 할 수 있게 되었으며 오늘날의 TV는 단순한 정보전달의 수단 을 넘어서서 다양한 간접경험과 여가 활용수단을 제공하는 현 대인의 필수품이 되었다. 특히 2000년대에 들어오면서 LCD와 PDP로 대표되는 평판디스플레이 기술이 급속히
more » ... 표되는 평판디스플레이 기술이 급속히 발전함에 따라 고성능과 저렴한 가격을 앞세운 HDTV의 대중화가 이루어져 영상의 정밀도를 나타내는 해상도(화소 수)를 비롯한 여러 화질 척도에서는 이미 실제 물체와 구별하기 힘든 수준까지 도달하 였다. 그러나 종래의 디스플레이 기술은 3차원 공간인 주변 환 경을 기술적 한계로 인하여 2차원 평면으로밖에 표시할 수가 없었다. 즉, 실생활에서는 주변의 물체들이 그 위치에 따라 관 찰자로부터 다양한 거리를 가지지만, 이를 카메라로 촬영하여 TV에 표시하면 모두 같은 거리에 있는 것처럼 보이게 된다. 물 론 실제 영상을 시청하는 관찰자는 TV화면 속의 물체의 크기 와 원근감과 같은 효과로부터 이들의 상대적 거리(멀고 가까움) 를 추론해내는 것이 가능하지만, 이러한 입체감은 제한적일 수 밖에 없었다. 최근 디스플레이 기술의 발전에 힘입어 이러한 한계를 극복할 수 있는 다양한 3차원 디스플레이 기술이 개발 되고 있으며, 이를 통하여 실제 주변 환경과 동일한 3차원 정 보를 표시하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 본고에서는 이러한 3차원 디스플레이 기술 중 2010년을 기점으로 대중화 가 진행되고 있는 3차원 TV 기술들의 원리와 장/단점을 살펴 보고 3차원 디스플레이 기술의 발전 방향에 대하여 논의한다. 3차원 디스플레이를 구현하는 방법은 근본적으로 인간이 주 변 환경에서 3차원 시각정보를 획득하는 것과 동일한 자극을 디스플레이 기술을 통하여 사용자에게 전달하는 것이다. 따라 서 인간 시각계의 구조와 원리에 대한 선행연구가 필수적이다. 그간의 연구를 통하여 인간의 시각계는 그림 1과 같은 네 가지 생리학적 입체 인지 요소를 통하여 주변 환경으로부터 3차원 정보를 획득하는 것으로 알려져 있다. 그 중 가장 중요한 첫 번 째는 양안시차(Binocular Disparity)로서, 성인 남성 기준으로 65 mm 정도 간격을 갖는 양 눈이 주변 환경 또는 물체들로부 터 약간의 차이가 있는 정보를 획득하는 것을 의미한다. 이러한 양안시차의 크기는 일반적으로 가까운 곳에 위치한 물체를 응 시할 때 커지고, 물체와 관찰자간의 거리가 멀어질수록 작아진 다. 따라서 양안시차의 크기로부터 뇌에서 물체까지의 거리를 계산함으로써 입체감을 느낄 수 있다. 두 번째 요소인 수렴 (Convergence)은 가까운 물체를 응시할 때와 먼 물체를 응시 할 때 양 눈의 시선이 이루는 각도를 의미하며 물체가 가까울 때는 커지고 멀리 있을 때는 작아지게 된다. 세 번째 요소인 운 동시차(Motion Parallax)는 크게 두 가지로 나뉘어지는데 우선 관찰자가 움직이거나 물체가 움직일 때 물체와 관찰자와의 거 리에 따라 인지되는 움직임의 크기가 달라지는 것이고, 다른 하 나는 관찰자가 움직임에 따라서 물체의 다른 면(aspect)이 관찰 되는 것을 의미한다. 마지막 요소는 초점조절(Accommodation) 로 물체의 거리에 따라서 관찰자가 수정체의 굴절력을 변화시 켜 망막에 깨끗한 상을 맺는 작용이다. 이러한 네 가지 생리학 적 요소를 다시 한 번 살펴보면, 일반적인 TV에서는 모두 구현 이 불가능한 것들임을 알 수 있다. 즉, 일반 TV에 표시되는 물 체의 영상들은 모두 관찰자로부터 같은 거리에 있기 때문에, 양 안시차, 수렴, 운동시차의 크기가 모두 0이 되고 초점조절 거리 도 모두 TV와 관찰자간의 거리로 고정이 된다. 따라서 우리가 지금까지 일상생활에서 접하는 시각 정보와 TV를 통하여 접하 는 시각 정보는 큰 차이가 있었음을 알 수 있다. 3차원 디스플레이의 핵심은 이러한 차이를 기술로서 좁혀가는
doi:10.3938/phit.19.051 fatcat:ktxdohftc5d3zjynx6qmrog2ua