서울대학교 공과대학은 전기정보공학부 광공학 및 양자전자연구실 연구팀이 미국 스탠포드 대학교의 컴퓨테이셔널 이미징 연구팀과의 공동 연구를 통해 3차원 디스플레이 시청 경험을 향상시키는 사각인지적 요소를 규명했다고 밝혔다. 홀로그래픽 디스플레이로 3차원 영상을 시청한 사용자들의 평가를 분석한 결과 시차(視差)의 유무가 시청 경험의 생동감에 중요한 영향을 미친다는 사실을 밝혀낸 것이다.

이번 연구 성과는 지난 7월 19일 컴퓨터 그래픽스 분야 제1위 국제 학술지인 ‘ACM 트랜잭션 온 그래픽스’에 게재됐으며, 7월 28일부터 8월 1일까지 미국 덴버에서 열린 컴퓨터 그래픽스 분야의 세계적 학회 ‘시그라프 2024’에서 구두 발표를 통해 소개된 바 있다.

차세대 3차원 디스플레이로 주목받는 홀로그래픽 디스플레이는 가간섭성 광원인 레이저와 수치 해석된 디지털 홀로그램을 재생하는 공간광변조기를 통해 3차원 물체를 영상으로 구현한다. 이 홀로그래픽 디스플레이에서 영상을 재현하기 위해서는 3차원 표현 방법이 필요한데, 기존에는 입체를 여러 겹의 평면으로 나누는 멀티레이어 방식을 주로 사용해 왔다. 이 방식에 의한 3차원 영상은 카메라로 촬영한 이미지에서는 높은 품질을 보여줬으나, 영상의 실재감 제공에 대한 시청자들의 평가는 아직 부족한 상태였다.

이 점에 주목한 연구팀은 홀로그래픽 디스플레이 기반 사용자 평가를 통해 어떤 표현 방법을 활용한 3차원 영상이 더 나은 시청 경험을 제공하는지를 분석했다. 특히 연구팀은 시청 경험에 생동감을 불어넣는 시각인지적 요소로 ‘시차’에 주목했다. 시차란 물체와의 거리에 따라 시각적으로 다르게 나타나는 속도 변화를 뜻한다. 예컨대 움직이는 물체는 멀리 있을수록 그 이동 속도가 느리게 인지되기 때문에, 이런 시차가 시청 경험에 반영되면 사람은 3차원 영상의 깊이감을 더욱 생생히 느낄 수 있다. 그런데 멀티레이어 방식으로 구현한 영상은 이러한 시차를 정확히 재현하지 못하는 한계가 뚜렷했다.

이런 문제의식에서 출발했기에 연구의 주안점은 시차를 정확하게 구현할 수 있는 라이트필드(Light Field) 방식과 기존 멀티레이어 방식으로 각각 구현한 3차원 영상들이 제공하는 시청 경험의 비교였다. 다양한 3차원 표현 방식에 의한 영상을 홀로그래픽 디스플레이로 시청한 사용자들의 평가를 분석한 결과, 연구진은 라이트필드 방식의 3차원 영상이 기존 멀티레이어 방식의 영상에 비해 더 높은 선호도를 보인다는 사실을 확인했다.

연구진은 이번 연구 결과는 차세대 3차원 디스플레이 영상이 제공하는 몰입감 극대화에 활용될 수 있는 혁신적인 발견이라며, 나아가 가상현실(VR) 및 증강현실(AR)의 3차원 영상을 시청할 때 발생하는 제한적인 몰입감 및 실재감 문제 해결에 크게 기여할 것으로 예상된다고 밝혔다.

한편 연구팀이 속한 광공학 및 양자전자연구실은 2022년 11월에 작고한 故 이병호 교수에 이어 현재는 전기정보공학부 정윤찬 교수가 지도하고 있으며 3차원 디스플레이, 홀로그래피 및 메타표면 관련 연구를 활발히 이어가고 있다. 그리고 함께 연구를 진행한 스탠포드 대학교 컴퓨테이셔널 이미징 연구실은 현재 공간 컴퓨팅 분야의 전문가인 고든 웨츠스타인 교수가 지도하고 있다. 본 연구는 과학기술정보통신부 및 정보통신기획평가원(IITP)의 디지털콘텐츠원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.