3D 안경

3D 안경은 3D 영상을 보기 위해 필요한 안경으로 평면 영상을 입체적으로 볼 수 있게 하는 안경이다.

원리

사람이 입체감을 느끼는 이유는 두 눈으로 사물을 바라보기 때문에 양안시차(stereoscopic vision)가 발생한다. 즉, 오른쪽 눈과 왼쪽 눈이 바라보는 이미지가 다르다는 것이다. 이러한 원리를 이용해 겉보기엔 평범한 3D 영상이나 이미지를 만들고 특수한 안경을 착용하여 3D 영상을 볼 수 있게 해준다.

종류

애너글리프

애너글리프 안경

• 역사 : 1852년 독일의 빌헬름 롤만(Wilhelm Rollmann)에 의해 발명되었다. 이후 1889년 윌리엄 프리제 그린(William Friese-Greene)에 의해 애너글리프를 이용한 최초의 3D 영화가 만들어졌다. 또한, 애너글리프 방식을 이용한 인터렉티브 영화도 만들어졌는데, 빨간색 필터가 달린 안경을 착용하면 비극적인 엔딩을 볼 수 있고, 녹색 필터가 달린 안경을 착용하면 해피엔딩을 볼 수 있는 인터랙티브한 시도였다. 1950년대에는 많은 공상과학(SF)영화가 애너글리프 3D를 이용해 촬영되었고, 각종 인쇄 매체에도 애너글리프가 사용되었다. 1953년에는 스페이스 고글(space goggle)이라 불리는 안경을 쓰면 입체감이 형성되는 만화가 처음으로 세상에 나왔다.

• 원리 : 방식은 입체 영상 재현 방식 중에 가장 오래된 것으로 적,청 안경을 쓰고 보게 된다. 빛이 렌즈를 통과할 때 일부 색만 통과하는 원리를 이용한 것이다.

• 장단점 : 가장 큰 장점은 콘텐츠 생산의 쉬움과 생산과 시청의 경제성이다. 3D 모델링툴의 렌더링 옵션만 사용해도 2D 이미지가 3D 이미지가 되고, 컬러필터와 안경만 있으면 이를 감상할 수 있기 때문이다. 게임이나 수학, 의학 모델링의 경우에는 실시간으로 알고리즘만 거치면 3D 영상을 순식간에 만들어 낼 수 있다. 엄밀한 3D는 아니지만 깊이(Depth) 정보만 추가되면 콘텐츠의 소비가 더욱더 즐거워지고 복잡한 형태를 더욱더 쉽게 볼 수 있다. 애너글리프의 큰 단점은 특정 색을 컬러필터를 통해 걸러내거나 변하게 해서 보는 것이므로 그 색감이 모자라거나 부자연스럽다는 것이다. 이 때문에 여러 가지 해결책이 모색되었지만, 선험적으로 가지고 있는 색상 표현 문제로 스테레오스코피 기술의 대세는 결국 셔터글라스나 편광안경으로 넘어갔다.

• 적용 분야 : '홈 엔터테인먼트' 분야는 디즈니 스튜디오는 2008년 8월에 애너글리프 3차원 블루레이 디스크인 한나 몬타나 & 마일리 사이러스: 베스트 오브 보스 월드 콘서트(Hannah Montana & Miley Cyrus: Best of Both Worlds Concert)를 출시하였고, 이것은 2008년 7월 디즈니 채널에서 빨간-청록색 종이 안경으로 시연되었다. 블루레이 디스크의 큰 명확성은 3차원 영상의 오버레이에 대한 빨강-청록 애너글리프를 큰 폭으로 향상시켰다. '만화' 분야에선 1950년대 초 3차원 만화책을 만드는 데 사용되었다. 이러한 만화책의 소재는 전형적으로 전쟁, 호러 또는 범죄를 다룬 짧은 그래픽 노블이고, 현대의 일본 만화와 비슷하다. 이러한 장르는 미국에서의 만화 코드 권한(CCA, Comics Code Authority)의 부상으로 쇠퇴하였다. 애너글리프 이미지는 밝고 화려한 이미지를 강조한 남아있는 만화에 사용하기 위하여 사용된다. '과학 및 수학' 분야에서도 이용되었는데, 과학적 자료 집합을 보여주거나, 수학적 함수를 설명하는데 사용할 수 있다. 애너글리프 이미지는 페이퍼 프레젠테이션과 비 이동 비디오 디스플레이에 또한 적합하다. 이것들은 과학책에 포함되어 있으며, 저렴한 애너글리프 안경으로 볼 수 있다. 그리고 대부분 화학 컴퓨터 소프트웨어는 애너글리프 이미지를 출력할 수 있어 일부 화학 교과서는 애너그래프 이미지를 포함하고 있다.

편광안경

편광 안경

• 원리 : 편광 방식은 정확히는 필름 패턴 편광(Film Patterned Retarder, FPR)이다. 또는 패시브 편광글라스 방식 줄여서 패시브 방식이라고도 한다. 3D 영상을 보기에 가장 피로도가 적고 적합한 방식이다. 시간 분할을 하여 구현되는 셔터 글래스 방식과는 달리, 필름 패턴 형광은 공간 분할 기술을 사용한다. 편광안경 방식은 디스플레이 전면에 패턴 편광 빛의 편광 방향을 제어하는 광학 소자를 부착하여 수평 방향의 짝수 및 홀수 라인에서 서로 다른 편광 특성의 빛이 나오게 한다. 짝수 및 홀수 라인에 각각 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 대응되는 영상을 표시하고, 이를 편광 안경을 착용하고 시청하면, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에는 각각 짝수 라인과 홀수 라인만이 보이는 원리를 이용한다. 직선 편광의 진동 방향이 다른 성질, 혹은 원편광의 회전 방향이 다른 성질을 각각 이용하여 좌우 안 상을 분리하는 방법이다. 이 원리를 이용하여 좌우 안에 해당하는 화상을 동시에 표시한 영상들을 지각으로 두고 그 브라운관(CRT) 위에 편광 축이 서로 직각인 편광판을 둔다. 브라운관 사이 45도에 반투과 거울을 이용하여 1당으로 합성된 화상을 서로 직교하는 편광안경을 통하여 관찰하면 양 화면의 분리가 가능하게 된다. 패턴 편광(PR)을 이용한 편광 방식은 초창기에는 패턴 편광을 별도의 유리 기판에 제조하여 부착하는 기술을 사용하였고, 이로 인하여 발생하는 추가 비용 때문에 매우 높은 가격을 형성하였으나, 이후 필름 소재로 이루어진 패턴 편광인 필름 패턴 편광 기술이 개발되면서 가격이 급속히 하락하였다.

• 장단점 : 저렴하고 가볍다는 가장 큰 장점이 있다. 또한, 셔터글라스의 문제점들인 크로스토크, 휘도 부족, 플리커링 등의 문제들을 편광방식에선 큰 문제가 되지 않는다. 크로스토크는 거의 없고, 휘도는 셔터글라스에 비해 두 배 정도 밝다. 플리커링에서도 마찬가지이다. 셔터글라스 방식 TV는 240Hz 이상으로 구동되면서 그중의 반은 화면을 끄는 데 사용한다. 그리고 화면이 나오는 120프레임도 양쪽 눈으로 동시에 보는 것이 아니라 한 눈으로만 보고 다른 쪽 눈은 꺼야 한다. 이로 인해 휘도만 감소되는 것이 아니라 깜빡임도 감지된다. 반면에 편광 방식은 같은 초당 120프레임이지만 사이에 블랙으로 꺼주는 프레임이 없고, 고정(Hold) 방식인 LCD의 특성상 플리커링이 거의 없다. 또 120프레임 모두 양쪽 눈을 동시에 사용해서 본다. 전원이 다 소모되면 배터리를 갈거나 충전을 해야 한다. 물론 배터리도 충전 사이클이 제한된다. 수명이 있다는 말이다. 게다가 착용감도 상대적으로 편광 안경에 비해 무겁고 불편한 데다가 액티브 방식의 특성상 셔터글라스와 화면의 싱크가 항상 안정적이라는 보장도 없다. 반면에 편광 안경은 몇천 원이면 된다. 그러나, 대형 LCD패널에 수직 해상도 하나하나의 정확한 라인이 맞도록 편광 필터를 부착하는 것은 매우 정밀한 공정이 필요하고 비용도 꽤 많이 든다. 안경 하나만 보면 저렴하지만, 디스플레이와 함께 가격을 측정하면 결코 저렴한 가격이 아니다.

• 적용 분야 : 상대적으로 저렴한 가격으로 3D를 구현할 수 있어 3D 영화의 대부분이 이 방식을 사용한다. 일반 스크린은 편광 빛의 반사로 인해 사용할 수 없지만, 은이나 알루미늄 재질의 스크린에서는 손실 없는 상영이 가능하다. 정렬 디지털 광원 처리(DLP) 프로젝터, 실버 스크린, 듀얼 헤드 그래픽 카드 등이 3D 영화를 상영하는 데 사용된다. 2010년도까지 엘지에서 내부적으로 테스트만 진행할 뿐 시장에서 판매되는 제품은 없었다. 소비자용 편광 3D 텔레비전를 출시하는 것은 엘지뿐이라고 봐도 무방하다.

셔터안경

셔터안경

• 역사 : 셔터안경 방식은 20세기 초반부터 사용되었다. 1922년 텔레뷰(Teleview) 3-D 시스템은 뉴욕의 극장에 설치되었다. 강당의 각 좌석은 프로젝터 셔터와 동기화된 회전 기계 셔터를 포함하는 표시 장치가 장착되었다. 최근 수십 년 동안, 가벼운 광전자 셔터가 주목받고 있다. 액정 셔터안경은 1970년대 중반 에반스와 서덜랜드 컴퓨터 공사의 스티븐 맥 칼리 스터에 의해 발명되었다. 1980년대 중반에는 셔터 글래스안경이 상용화되지 않았지만 이앤에스(E&S)는 서드파티(Third party)의 스테레오 그래픽(StereoGraphics), 크리스탈아이즈(CrystalEyes)을 조기에 도입하였다. 1985년에는 셔터 글래스 방식을 사용한 3D 게임기를 일본의 빅터(JVC), 파나소닉(Panasonic), 샤프와 같은 제조업체에서 제조하기 시작하였다.

• 원리 : 셔터안경 방식은 디스플레이 기기에서 좌안 영상과 우안 영상을 교대로 표시하고, 이러한 동작과 동기화된 셔터안경의 좌안 렌즈와 우안 렌즈가 교대로 개폐되어 사용자로 하여금 양안시차를 느끼도록 하는 방식이다. 따라서 셔터안경이 능동적으로 각 렌즈의 개/폐 상태를 조절해야 하므로 전자 부품을 내장하게 되어 편광 안경보다 복잡한 구조를 갖는다. 또한 셔터안경의 동작을 위해 전력이 필요하므로 자체적으로 배터리를 내장하거나 유선으로 연결되어야 한다. 기본 원리는 위에서 설명한 바와 같으나, 실제로 디스플레이 기기의 특성에 따라 보다 복잡한 구동 기술을 필요로 하기도 한다. LCD패널을 이용하여 원리를 구현하기 위해서는 최소 초당 120장 이상의 프레임 수를 갖는 고속 LCD 패널이 필요하다. 그러나, 순차 주사 방식으로 동작하는 LCD 패널의 구동 특성 때문에 120Hz LCD 패널에서는 좌안 영상과 우안 영상이 완전한 상태로 화면에 유지되는 시간이 거의 없게 된다. 셔터안경 방식에서 관찰자가 인지하는 영상의 밝기가 어두워지게 되어, 일반적으로 편광 방식 대비 절반 정도의 밝기를 갖는 것으로 알려져 있다. 단 이러한 밝기 차이는 3차원 디스플레이모드에서 동작할 때를 기준으로 한다.

• 장단점 : 해상도 저하가 없어서 따로 해상도를 높일 이유가 없고 눈에 전달되는 총 정보량이 편광 방식 대비 2배라는 강점이 있다. 그러나 많은 단점이 있다. 안경에 전원과 회로, 셔터가 추가되므로 단순 편광안경에 비해 무겁고 비싸다. 구도에 전원이 필요하다. 어떤 이유든지 화면과 동기화가 제대로 되지 않으면 입체 영상을 볼 수 없다. 화질 저하는 없지만, 기계적으로 상을 조절하여 사람이 감지는 못하지만 수평 방향으로 밝기가 차이 나는 줄이 있는 것 같은 느낌이 날 수 있다. 한쪽 눈의 영상이 다른 쪽 영상보다 약간 지연되어 표시되므로 사람에 따라 움직임이 많은 영상의 경우 위화감을 느끼는 경우도 있다. LCD의 영상 전환 속도가 충분히 빠르지 않아 일부 제품은 다른 쪽 눈 영상이 보이는 문제가 있었다. 이를 막기 위해 영상 전환 중에는 백라이트를 차단하는 제품도 있지만, 이때는 화면이 어두워지는 등의 문제가 생긴다.

• 적용분야 : 각 기업의 TV분야에서 활용되고 있다.

참고자료

• 캘로크콘후로스트, 〈3D display technology; 1.Anaglyph〉, 《티스토리》, 2013-10-24
• 〈스테레오스코피〉, 《위키백과》
• 유영신, 〈('시각' 기획시리즈 3편) 3차원 입체 디스플레이 기술동향 및 시장전망〉, 《전자통신동향분석》, 2001-12
• 최희진, 〈안경식 3차원 디스플레이 기술〉, 《기술특집》, 2013
• 이종식, 〈3DTV : 셔터글라스 vs 편광 방식의 대결?〉, 《티스토리》, 2011-02-01
• 〈스테레오스코피〉, 《나무위키》

같이 보기

• 3D
• 안경
• 애너글리프
• 편광안경
• 셔터안경
• 양안시차

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