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입체 영상 감상의 원리

입체 영상 최소 사항

인간의 시각 체계




입체영상의 원리는 무척 간단하다. 사람은 두 눈을 가지고 있다. 이 두 눈은 약 65mm간격이 있으므로 사물을 바라다 볼 때 약간의 다른 상이 망막에 결상 되는데 이 미세한 차를 뇌가 해석해서 입체(공간)를 느끼게 된다.


1) 먼저 두 눈을 뜨고 전방을 응시한다.
2) 손으로 한눈을 가린다.
3) 어떻게 보이세요!!!


잘못된 촬영 : 입체영상의 제작은 일반영상 제작에 비해 고려할 사항 - 예를 들면, 영상정렬, 광학적 왜곡, 입체감 조정을 위한 카메라 세팅 및 감성적 측면 - 이 상당히 많다. 이러한 기술적 특성들을 제대로 이해하지 못한 채 촬영된 영상은 반드시 두통을 유발한다. 당사는 이러한 기술적 특성을 모두 이해하고 양호한 입체영상을 제작할 수 있는 기술을 자체적으로 확보함으로서 양질의 입체영상물 제작이 가능해졌다.

잘못된 디스플레이 : 촬영뿐만 아니라 좌우영상의 틀어짐 등으로도 심각한 두통을 유발시킬 수 있다. 이는 특히 테마파크관의 입체영화관에서 심한데, 디스플레이 장치의 세팅도 상당히 중요하다. 하지만 이러한 기술적 내용을 이해하지 못한 엔지니어가 일반 영상물 상영과 동일한 기술로 입체영화를 상영하게 되면 두통을 유발한다. 하지만 현재 PC용 입체 디스플레이 장치 등에서는 이러한 문제가 원천적으로 발생할 수 없게 되어 있어 양호한 입체 컨텐트의 감상이 가능하다.

플리커 현상 : TV는 일초에 60장의 영상을 생성하는데, 첫번째영상에 왼쪽 그리고 두번째에 오른쪽, 세번째에 다시 왼쪽... 이런 식으로 차례로 왼쪽과 오른쪽 영상을 번갈아 뿌려주면 입체를 감상할 수 있게 된다. 하지만 한쪽 눈에 일초에 45회 이하의 영상이 두 눈에 디스플레이 되면 껌벅거림을 느끼게 된다. 그런데 TV는 초당 30회의 영상이 디스플레이 되므로 당연히 껌벅거림을 느끼게 된다. 그리고 이러한 껌벅거림은 두통이나 구토를 유발 시킬 수 있으며, 특정 간질과 같은 정신질환 환자의 경우에는 심각한 문제를 유발시킬 수 있다. 감각실험으로는 초당 두 눈에 60회 이상의 영상이 디스플레이 되면 거의 대부분의 사람들이 플리커를 느낄 수 없다.

과도한 돌출효과 : 지금까지 입체영화는 전용상연관에서 주로 상영되었다. 하지만 실제로 우리는 늘 입체로 사물을 보고 있다. 흥행사들의 지나친 돌출효과가 입체영화에 대한 편견을 유발시켰다.


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수평식으로 촬영된 공간으로서 영상왜곡이 없는 영상물을 제작한다.
지나친 돌출효과 보다는 실감, 장면에 적합한 시감각적으로 편안한 영상물을 제작한다.
디스플레이(대화면 영화, PC 모니터)에 적합한 촬영 파라미터를 가진 영상물을 제작한다.


대화면 입체영화관 : 입체정렬이 확실히 된 영상관에서 상영한다. 스크린까지의 최단거리를 고려한 영화관에서 상영한다.

LCD SG : 120회 이상의 영상이 좌우에 디스플레이 되므로서 플리커 없는 영상을 관람한다. 안경식 보다는 무안경식을 채용한다.



생동감 표현(실감표현)/영상해석을 위한 충분한 정보량 (좌우 두 배의 단순한 산술적 정보만은 제공하는 것이 아니라 그보다 훨씬 많은 정보를 제공한다)


위의 입체영상 원리에 따라 제작된 영상을 두 눈이 바라다볼 수 있으면 사람은 입체를 느끼게 된다. 지금까지 이러한 원리를 이용한 다양한 기법들이 시도되어왔는데, 이들은 크게 세가지 - 안경식, 무안경식,기타 - 로 나눈다.


렌즈입체경 (Side by side) : 좌우에 해당하는 영상이 연이어 놓여지고(사진 또는 칼라필름) 이를 렌즈를 통해 두 눈에 따로따로 결상되게 함으로서 입체를 느끼게 하는 방식

적청안경 (애널그리프) : 왼쪽 눈의 이미지는 적색으로 오른쪽의 이미지는 청색으로 나타내고 눈에 적청방식의 안경을 착용함으로서 입체를 느끼는 방식

편광안경 : 입체영화관이나 입체슬라이드에서 가장 많이 활용하는 방법으로서 두대의 영사기에 각각 수직, 수평방향으로만 빛을 투사하게 하는 편광필터를 씌우고 사람의 눈에도 같은 종류의 필터가 부착된 편광안경을 씌우므로서 입체를 느끼는 방

LCD SG (Liquid Crystal Display Shuttered Glasses) : 전기를 가하면 LCD의 빛의 방향이 바뀌는 성질을 이용하여 빛을 통과시키거나 통과하지 못하도록 할 수 있다. 이러한 원리를 TV나 모니터의 영상 디스플레이에 적용시켜 한쪽 눈에 해당하는 영상만 통과할 수 있도록 LCD를 제어하면 두눈에 서로 다른 영상을 보게할 수 있다. 즉 모니터 화면과 동기되어 매우 빠르게 셔터를 열고 닫게 하므로서 입체를 보게하는 방식 현재 PC상에서 구현할 수 있는 가장 경제적인 입체구현 방법

HMD (Head MountedDisplay) : TV 영상이 일초에 60개의 영상을 디스플레이하게 되어 있는 원리를 이용하여 좌우에 해당하는 영상을 HMD LCD 상에 각각 디스플레이하므로서 두눈이 서로 다른 영상을 보게하므로서 입체를 느끼게 하는 방식



렌티큘러 : 좌우의 영상이 디스플레이될 수 있는 소자앞에 하나의 좌우간격에 해당하는 반원통형 렌티큘러 시트를 부착하여 좌우 각각의 눈에 좌우에 해당하는 영상만 보이도록 하므로서 입체를 느끼게 하는 방식


패럴랙스 베리어 : 좌우의 영상이 시차장벽 뒤에 놓이게 하므로서 좌우에 각각 다른 영상이 보이게 함으로서 입체를 느끼게 하는 방식


패럴랙스 일루미네이션 : 후면에 조명라인이 놓이고 전면에 LCD가 놓여 조명라인을 통해 밝혀진 LCD 라인이 좌우에만 보이게 하므로서 입체를 구현하는 방법
제조사 : Dimensional Technologies


기타방식 : 인간에게 입체감을 제공하는 요소중 몇가지의 특성을 이용하여 입체감을 제공하는 방법으로서 현재 사용되고 있는 3D 그래픽은 그러한 종류의 한가지이다.

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한눈의 정보원천은 단지 한눈만을 요구하고 두눈의 정보는 두눈을 요구한다. 한눈의 정보는 정적단서인 원근조절(Accomodation),간섭(Interposition), 크기(size), 텍스쳐경사(Texture gradient), 투시화법(Linear Perspective),농담원근(Atmospheric Perspective), 그림자(Shading), 높이(Height) 그리고 동적단서는 움직임 시차(Motion parallax), 운동깊이 효과(Kinetic depth effect)를 포함한다. 두 눈의 정보원천은 수렴(Convergence)과 두눈의 시차(Binocular parallax)를 말한다. 정적인 원천은 눈의 수정체를 초점 맞추는데 사용되는 근육으로부터 피드백인 원근조절과 깊이정보를 포함한다. 인간의 시각체계는 3-D장면에서 물체들의 상대적인 위치를 구분하기 위하여 몇 가지 깊이 정보를 이용하게 된다. 깊이지각은 하나의 점과 다른 거리의 물체사이의 거리를 측정하는데 사용한다. 두번째는 물체사이의 거리가 같은 물체에서 두 점 사이의 거리를 측정하는데 사용한다. 이러한 정보는 생리적인 것과 심리적인 것의 두 가지로 분류되어진다. 생리적인 것은 다음과 같이 크게 네 가지로 나뉘어진다.



원근조절은 3D장면의 특정한 영역을 주시할 때, 대상물의 위치에 따라 수정체의 초점거리가 변하는 것을 말한다. 즉, 우리의 눈은 거리에 따라 핀트를 자동으로 바꾸고 거리를 재는데 망막에 맺히는 영상은 눈의 수정체를 긴장시키고 이완시키는 눈의 근육의 움직임에 의해 초점거리를 변화시킨다. 카메라의 렌즈와 아주 비슷하게,눈은 공간에 있는 좁은 면에 초점을 맞출 수 있다. 초점이 맞춰지는 대상물의 보는 사람에게 더 가까이 올 때 눈의 모양체 근육은 수축하고 수정체의 모양이 변하며 그것은 더 두꺼워지며 초점거리는 짧아진다. 반면 먼 거리의 물체를 바라볼 때는 모양체를 납짝하게 만들고 초점거리가 멀어지게 된다. 이러한 근육수축의 피드백은 먼 거리 정보의 원천에 사용될 수 있다. 2m이상 떨어진 대상물에는 모양체 근육은 완전히 이완된다. 그리고 눈의 수정체의 모양의 조정은 더 이상 가능하지 않게 된다. 덧붙여 모양체 근육이 연장된 시간동안 수축되면 그것들은 빨리 피로해지기 시작하고 눈의 긴장이 경험된다.



수렴은 물체가 관찰자에게 다가갈 때 ,눈이 물체에 몰리도록 안구가 안쪽으로 회전하는 것을 말한다. 인간의 눈은 가까이 다가오거나 멀어지는 대상물에 초점을 맞추기 위한 눈동자의 회전운동을 이용한다. 따라서 먼 곳의 대상물을 보기 위해서는 광각을 좁게 하기 위해 눈동자를 수정체의 중심 쪽으로 옮겨서 광각을 좁게 만든다. 반대로 가까운 곳의 대상물을 보기 위해서는 양쪽 눈동자를 가깝게 회전운동시켜 광각을 크게 만든다.

< 초점 맟추기 작용 >




두 눈의 불일치는 3-D장면을 볼 때, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 투사되는 영상에 차이가 나는것을 말한다. 두 눈에 맺히는 상의 불일치로 인해 우리는 입체영상을 지각하게 된다. 우리의 두 눈은 약2.5인치 정도의 사이간격을 유지하고 있으며 이로 인해 약간 다른 각도에서 대상물을 쳐다보게 된다. 따라서 각각의 눈에 들어오는 이미지는 서로 상이한 상을 갖게 되며 이 정보를 뇌에서 융합하여 하나의 이미지로 처리하게 된다. 우리가 물체의 거리를 느낄 수 있는 이유는 물체에서 반사되어 나온 두 빛이 각각의 두 눈에 포착되어 뇌에서 합성 처리하기 때문이다. 우리의 두 눈의 시각 차가 클수록 물체는 가깝게 존재하는 것으로 느끼고 시 각 차가 작을수록 물체가 먼 곳에 있는 것으로 느끼게 된다.


운동시차는 장면이나 관찰자가 움직임으로써 장면의 시점에서 차이를 일으키는 것이다. 카메라는 움직일 때 정지된 사물들은 카메라로부터의 거리에 직접 비례하는 속도로 화면을 지나가게 된다. 물리적 세계에서 머리를 움직일 때 바라보는 관점이 변하게 되며 사물들의 관계가 변하게 된다. 보는 사람이 보여지는 대상물과 관련하여 움직일 때 인식되는 대상물의 속도와 방향은 보는 사람의 고정점에 따라 변한다. 일반적으로 고정점에서 가장 가까이 그리고 가장 멀리 있는 대상물이 가장 빨리 움직인다. 그러나 반대방향으로 움직인다. 반면 고정점에 가장 가까이 있는 대상물은 가장 느리게 움직이는 것처럼 보인다. 보는 사람의 앞에 있는 대상물이 반대방향으로 움직이는 것처럼 보이는 반면에 고정점 너머에 있는 대상물 은 보는 사람과 같은 방향으로 움직이는 것처럼 보인다. 고정점에서 대상물이 더 멀리 있으면 더 빨리 그것이 움직이는 것처럼 보인다. 같은 속도로 움직이는 물체는 그것이 가까이 있을수록 속도 감이 느껴진다. 그러므로 움직이는 물체의 경우 그 이동속도는 원근감에 영향을 준다. 두 점의 깊이를 결정할 때에는, 그들이 상대적으로 얼마만큼 움직였는가를 관찰한다. 머리를 왼쪽에서 오른쪽으로 또는 위에서 아래를 움직이면, 가까이 있는 점들이 다른 점들 보다 더 멀리 움직이는 것처럼 보인다. 이것을 주변 시각 능력이라고 부른다. 따라서 머리를 움직이게 되면 장면에 대하여 서로 다른 시점들이 생기게 된다. 두번째의 심리적인 깊이정보로는 다음과 같은 것들이 있다.


투시화법이라고도 부른 선형원근은 대상물의 크기가 거리에 반비례해서 보이기 때문에 크기가 작아 보이는 만큼 멀리 있는 물체라고 느끼게 된다. 따라서, 투시화법은 망막에 맺힌 영상의 크기가 물체와 눈 사이의 거리변화에 반비례하게 변하도록 하는 시각적 특성이다. 예를 들어 평행선의 기차선로가 수평으로 한점에 모아 보이는 경우를 말한다.



명암은 물체들의 형태와 깊이관계를 광원에 대한 물체들의 위치로부터 결정할 수 있게 해주는 중요한 특성이며 강력한 깊이단서중의 하나이다. 한 물체에 투영되는 그림자는 깊이에 관한 정보뿐만이 아니라 물체의 형태에 관한 유용한 정보를 제공해준다.


농담원근법은 멀리 떨어진 물체를 더 흐릿하게 보이도록 하는 특성이다. 일반적으로 먼지, 스모그, 안개와 다른 대기 중의 불순물들은 대상물로부터 오는 빛을 산란시킨다. 대상물이 더 멀리 있으면 대상물과 보는 사람사이에 더 많은 불순물들이 관계한다. 그 결과로 빛이 더 많이 산란되면 대상물은 더 흐릿하게 될 것이다. 사실상 어떤 연구가는 이들 입자들이 부분적으로 멀리 떨어진 대상물을 어둡게 하기 때문에 대기 중의 원근을 간섭의 한 형태라고까지 말하기도 한다. 이 결과로써 가까운 대상물은 맑고 초점이 맞춰 보이는 반면 더 멀리 떨어진 대상물은 푸른 색깔을 띨 것이다. 이 정보원천은 동시에 대기전망,대기 중의 불일치, 맑음이나 흐림으로 불리 운다. 그것은 동시에 드물게 떨어진 거리에 있는 대상물이 더 가까이 있는 대상물보다 덜 상세함을 가지기 때문에 정말한 원근이라고 부른다. 이와 같이 대상물이 세밀히 보이는 정도는 대상물이 진하고 흐릿한 정도로 변화하여 나타나게 되는데 이를 농담에 따라 나타나는 원근이라고 한다.


간섭(겹침:Overlapping) 또는 차단은 한 물체가 다른 물체에 가리거나 그 위에 겹쳐질 때 일어나는 특성이다. 다시말해서 대상물의 상대깊이를 결정하는데 효율적인 정보원천으로 사용된다. 간섭의 깊이정보는 다른 것의 부분을 가리는 한 대상물로부터 유도된다. 다른 것에 의해 부분적으로 가려지는 대상물은 보는 사람으로부터 더 멀리 있는 것으로 인식되며 다른 대상물을 가리는 대상물은 더 가까이 있는 것으로 인식된다. 이와 같이 대상물이 겹쳐서 보이는 경우 겹쳐진 순서에 따라 물체가 위치하고 있다고 느끼게 된다. 그리고 대상물사이의 상대적 거리의 인식은 대상물의 친밀함으로 강화된다. 망막에 맺힌 영상의 크기와 대상의 크기 그리고 세계에 대한 관찰자의 지식도 물체의 깊이를 결정할 수 있게 해주는 요소이다.



텍스쳐 경사는 물체에 나타나는 정밀도로 깊이를 결정할 수 있게 해주는 질 감이다. 만약 어떤 대상물에 가까이 가면 갈수록 텍스쳐가 흩어져 보이는 것을 볼 수 있고 멀어질수록 정밀한 것을 볼 수 있다. 텍스쳐 경사는 투시화법에 매우 긴밀히 관계되어 있다. 이것은 유형이 균일하고 판단되는 대상물들이 같은 크기라면 크기와 거리를 결정하는데 매우 효과적인 정보원이 될 수 있다.



색상은 깊이를 느끼는 여러가지 방법으로 사용된다. 일반적으로 눈은 빛의 굴절에 의해 밝은 색의 물체는 어두운 색의 물체보다 더 가깝게 보이고 붉은 색의 대상물은 푸른색의 대상물보다 가까워 보인다. 이와 같이 색상에 따라 관찰자는 원근감을 느끼게 된다. 상기 설명한 것과 같이 인간의 기본적은 시각특성을 이해하고 감 각기관을 연구할 때 인간에게 보다 친밀한 가상현실감 기술로 발전할 것이다.


실세계에서 받아들이는 감각의 70%는 눈으로 보는 것이다. 따라서 사실적인 이미지의 제공은 VR시스템에서 가장 중요한 것이다. 컴퓨터로 생성되는 이미지의 사실감을 측정하는 방법에는 여러가지가 있는데 그중 시야,디스플레이의 해상도,컬러해상도,프레임의 속도가 좌우한다.

시야 (Field of View) : 가상현실 시스템에서 쓰이는 HMD는 넓은 시야를 확보해준다. 일반적으로 이미지 폭의 측 정은 시야의 정도로 표현된다. 인간은 실세계에서 수평방향으로 185도, 수직방향으로 155도의 시야를 갖는다. 따라서 넓은 시야는 가상세계에 몰입과 존재의 감각을 느낄 수 있게 해 주는 요소이다. 이미 상업용으로 나와있는 HMD들 중에는 버츄얼 리서치사의 조종헬멧이 100도,더블유 인더스트리사의 비셋(Visette)이 90도를 갖는다. 그러나 아직까지 완전한 광각의 시야를 제공하는 동시에 높은 해상도를 갖는HMD는 좀 더 기다려야 할 것 같다.

디스플레이 해상도(Display Resolution) : 디스플레이 해상도는 이미지를 구성하는 점의 수를 말한다. 따라서 고해상도로 갈수록 좀 더 선명한 이미지를 구현할 수 가 있다. 이 말은 저해상도로 내려갈수록 이미지가 거칠어진다는 것을 뜻한다. 저 수준의 VR시스템들은 보통 VGA해상도를 갖는 320(200을 지원하는 반면 고해상도의 컴퓨터 워크스테이션은 1280(1024의 해상도를 갖는다. 현재 VR시스템에 쓰이는 헤드- 마운티드 디스플레이는 최소한의 360(240부터 720(400의 해상도의 갖는 LCD를 사용하거나 좀 더 고해상도를 지원하기 위해 비디오 카메라의 뷰파인더(Viewfinder)종류의 CRT를 기반으로 한 HMD를 쓰기도 한다. CRT기반의 HMD는 흑백을 나타내며 LCD보다는 많은 픽셀을 가지고 있고 특수필터링 기술 을이용하여 컬러를 제공하기도 한다. 이미 상업용으로 나와있는 HMD들 중에는 버츄얼 리서치사의 조종헬멧이 360(240, 더블유 인더스트리사의 비셋이372 (276을 립 시스템사의 사이버패이스 2가479(234를 사이버패이스3가720(240을 제공한다. 해상도 문제는 높아질수록 실시간의 렌더링 속도에 영항을 미치므로 빠른 이미지를 렌더링하기 위해서는 저해상도를 선택하는 것도 한 방법이 되겠다.

컬러해상도 (Color Resolution) : 컬러해상도는 컴퓨터가 표현해낼 수 있는 컬러의 수를 말한다. 현재의 컴퓨터에서 지원하는 컬러의 종류는16컬러에서 256컬러, 32,768컬러, 65,536컬러, 16,000,000컬러를 나타낼 수 있다. 우리가 매일 보는 컬러TV는 낮은 수준(300라인 이하)의 디스플레이 해상도를 갖고 있다. 그런데 TV는 이미지를 표현할 수 있는 컬러수가 거의 무한대에 가깝다. 따라서 저해상도를 가짐에서 불구하고 매우 사실적인 이미지를 나타낼 수가 있는 것이다. 예컨데 데스크탑형 VR시스템에서는 모니터에서 표현하는 컬러를 그대로 보기 때문에 섬세한 이미지를 사용자에게 제공한다는 점에서 유리하다. 그러나 PC에 기반한 VR시스템에서 많은 수의 컬러를 지원한다는 것은 그만큼 픽셀당 많은 양의 메모리를 필요로 한다는 점과 갱신속도문제가 대두하기 때문에 이점을 고려해야만 한다.

프레임 속도 (Frame Rate) : 프레임 율은 새로운 이미지를 스크린상에 나타내기 위한 초당 프레임의 수를 말한다. 이 프레임 속도(Frames-per-second)는 종종Hz(Hertz또는Cycles per second)로 표시 된다. 비율은 컴퓨터 디스플레이상에서 프레임 재생율로 알려져 있다. 이 비율이 높으면 높을수록 우리의 눈은 연속적 이미지를 매우 부드럽게 볼 수 있다. 고해상도는 낮은 프레임속도를 의미하고 저해상도는 높은 프레임속도를 의미한다. 프레임 재생속도는 VR시스 템의 하드웨어 능력에 의해 결정된다. 일반적으로 전형적인 IBM호환용 컴퓨터는 60-72Hz 사이에서 운영된다. 대부분의 가상 현실시스템에서는 초당15프레임씩을 보여주지만 이 비율의 수치는 폴리건의 복잡성에 따라 가변적이며 폴리건의 수가 많을 수록 프레임율은 떨어지게 된다. 갱신속도(Update rate)는 컴퓨터 파우어, 폴리어건의 수, 디스플레이의 질, 이미지의 해상도에 영향을 받는다. 예를 들어 영화는 초당24프레임이 수행되고 TV는 초당 30프레임이 돌아 간다. 정지된 이미지를 3-D로 보기 위해서는 컴퓨터의 그래픽 카드가 최소한 1초에 30번씩 두 개 의 프레임 버퍼(Palette-based animation)를 교체시켜야만 된다. 그리고 3-D애니메이션을 위해서는 4개의 프레임 버퍼를 사용해야 하는데 두개의 버퍼는 교대로 디스 플레이하고 나머지 두개는 이미지를 보내는데 사용된다. 보통 표준형 컴퓨터 모니터의 경우 스테레오 프래픽을 위해 60Hz로 수행되며 각눈에는 30Hz의 프레임 속도가 발생된다. 이들 시그널은 그래픽 카드에 의해 충족된다. 따라서 초당6프레임이하의 수행은 뇌에 연속적인 동작에 대한 착시를 일으킬수 없기 때문에 입체시효과가 불가능해진다. 만약 데스크 탑 VR 시스템에 사용되는 전자식 셔터안경을 착용했을 때'플릭커'현상이 발생하는데 이것은 45Hz 이하의 수행속도에서 보여지게 된다. 플릭커는 두가지형태가 있으며 룸 플릭커(둘러싼 조명에 의해 생성됨)와 이미지 플릭커(낮은 갱신속도 또는 강도높은 반사된 이미지 영역에 의해 생성됨)가 있다. 사람에 따라서는 이 현상으로 두통을 호소하기도 하며 이현상을 줄이려면 방안의 조명을 어둡게 하거나 모니터의 밝기와 콘트라스트 조절을 하면 약간의 감소효과를 볼 수 있다. 결과적으로 플릭커현상을 피하려면 120Hz정도가 되어야 하며 이를 지원하기 위해서는 수직 주파수를2배로 상향시키는 특수한 보드가 필요하다.


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