[KISTEP] 실감미디어 영상의 목적지, 디지털 홀로그램

 

[ 홀로그램 종류 ]

 

 

 

 

*** 출처: [KISTEP] 실감미디어 영상의 목적지, 디지털 홀로그램 - 박영준, 최병철

*** 문서:

2019-09 KISTEP ISSUE PAPER(vol 267).pdf

 

 

 

 

I. 실감미디어와 홀로그램

 

 

1. 실감미디어 동향

 

 

■ 콘텐츠 제작 및 재생 기술의 발전에 따라 사용자의 오감과 감성을 만족시키는 체감‧체험적 실감 콘텐츠와 미디어가 확산되고 있음

 

 

- 증강현실(AR), 가상현실(VR), 홀로그램 등 사실감, 현장감 및 몰입감을 추구하는 실감미디어 기술이 지속적으로 발전 중

- 통신사들이 5세대 통신(5G) 킬러 콘텐츠로 가장 중요하게 생각하는 분야도 가상현실(VR)과 증강현실(AR)이 결합된 실감콘텐츠와 미디어임

- 실감 콘텐츠 기술은 사용자의 시점을 가상의 영역으로 확장하고, 경험을 고도화 하여, 사용자가 능동적으로 참여할 수 있도록 함

- 이러한 실감 콘텐츠 제작을 위해서는 컴퓨터그래픽스, 컴퓨터비전, 다면영상 등 실감 솔루션 기술이 요구됨

 

 

 

■ (증강현실) AR용 디스플레이는 HUD(Head Up Display) 및 안경 형태의 글래스가 주를 이루고 있으나, 아직은 상용화 초기 단계로 본격적인 시장 형성은 5년 이상 소요될 것으로 예상

 

 

- AR은 소매, 마케팅, 광업, 엔지니어링, 건설, 에너지 및 유틸리티, 자동차, 물류, 제조, 건강관리, 교육, 고객 지원 및 현장 서비스를 비롯한 다양한 시장에 광범위하게 적용 가능

 
- 그러나 투명 디스플레이 개발 지연, 배터리 수명 제약, HMD(Head mounted Display)의 프로세서 제약과 같은 기술적 문제가 소비자와 기업 모두에게 광범위한 AR 활용을 제한

- 실감콘텐츠 제작을 위한 범용 소프트웨어 기술 부족으로 증강현실용 게임, 영화, 음악 등은 처음부터 AR을 위해 구상되고 구축되어야 할 필요성이 존재

 

 

 

■ (가상현실) ’80년대 군사용에서 출발한 VR은 ’10년 이후 ICT 대기업들의 적극적인 진입에 대한 기대감이 확산되고 있으나, 여전히 상용화 초기 단계로 본격격인 시장 형성은 2~5년이 더 필요할 것으로 전망

 

 

- VR은 엔터테인먼트 및 게임 이외에, 군용 훈련 및 시뮬레이션, 산업현장에서도 많은 인기를 얻고 있어 큰 성장 예상

 
- VR 콘텐츠 제작을 위해서는 360° 카메라, 컴퓨터 그래픽 및 고급 포토 리얼리스틱 카메라 등의 소프트웨어와 하드웨어가 필요하고, 또한  360° 비디오를 비롯한 VR 콘텐츠 재생을 위해서도 응용 프로그램이 사용되는데 이는 고가의 비용을 수반

- 또한 VR 시스템의 부족한 성능으로 디스플레이의 대기 시간 문제와 높은 에너지 소비로 인한 추가 비용이 발생

 

 

■ (홀로그램) 위조방지 등에 아날로그 홀로그램이 널리 활용되고 있으며, 디지털 홀로그램은 아직 전 세계적으로 기술태동 시기로 본격적인 상용화 시기까지는 10년 이상의 시간이 필요할 것으로 전망

 

 

- 홀로그램은 현재 의료, 광고, 금융 및 교육 분야에서 사용되고 있으며, 자동차, 게임, 소매 및 항공 우주 및 방위 산업과 같은 여러 분야로 확산이 예상

- 디지털 홀로그램의 현재 기술 수준은 손톱만한 크기의 영상을 공간 상 한 점에서 볼 수 있는 정도로 아날로그 홀로그램에 비해 화질이 매우 낮고 시야각도 매우 협소한 수준에 불과

- 디지털 홀로그램이 기대하는 궁극의 실감 영상 기술로 발전하기 위해서는 광학 소자 기술의 급속한 발전, 실제와 동일한 3D 영상 데이터를 담은 CGH(Computer Generated Hologram)의 실시간 생성, 방대한 계산량 처리 및 고속화 그래픽 프로세싱 알고리즘 개발 등이 필요

 

 

■ 이 외에도 디지털 콘텐츠를 사실감과 현장감 있게 시각화하는 기술로, 컴퓨터그래픽(CG), 실시간 렌더링, 컴퓨터 비전, 360°/다면영상, 플렌옵틱 영상 등의 실감 솔루션이 존재

 

 

- (컴퓨터그래픽) 실물과 구분하기 힘든 수준의 극사실적 영상 콘텐츠의 가상 모델 제작 및 서비스가 5년 이내 출현하고, 건축, 기계 설비 등 다양한 산업 분야에서 활용될 전망

- (실시간 렌더링) 실사와 자연스럽게 결합하는 수준의 고품질 실시간 렌더링 기술이 요구되고 있으며 모바일로 활용 범위를 확대 중

- (컴퓨터 비전) 센서 기술, 신호처리 기술, 깊이 추출 기술 등 3차원 획득 기술의 비약적 발전으로, 야외 환경에서도 깊이를 획득할 수 있으며, 사람이나 사물의 실제 움직임 또는 상세 표정을 보다 정확히 캡쳐 가능

 

- (360°/다면영상) VR, 자율주행자동차, 드론 등 다양한 분야에 응용되고, 일반 사용자들도 손쉽게 사용할 수 있는 360° 카메라는 이미 상용화되어 있으며, 방송 및 영화 수준의 고품질 촬영 시스템 개발과 이를 기반으로 한 서비스가 출시될 전망

- (플렌옵틱) 실제 공간에서 물체들을 사실적으로 묘사하는데 적합한 플렌옵틱 영상이 향후 5~7년 이내 시제품으로 출시 전망

- 실감 솔루션의 진정한 활용을 위해서는 대용량 데이터를 고속 처리하기 위한 렌더링 성능 향상, 사람/사물의 움직임 또는 상세 표정 등의 고품질 3차원 복원, 고해상도 360° 영상을 위한 시스템 개발, 데이터 압축 및 전송 문제 해결 등이 필요

 

 

 

2. 실감미디어로서의 홀로그램

 

 

■ 초고속, 초저지연으로 대변되는 5G통신시대를 맞이하여 실제와 같은 가상의 공간속에서 완전한 입체감을 제공하는 홀로그램 기술에 대한 니즈가 증가

 

- 사용자에게 주어지는 정보의 70% 이상이 시각을 이용한 것으로 실제와 구별할 수 없는 완전입체 공간영상에 대한 니즈가 증대하고 있음

- 홀로그램 기술은 가상현실(VR), 증강현실(AR)을 넘어 5G시대에 다양한 분야에서의 초실감 콘텐츠 서비스를 제공하는데 기여해 초실감시대의 도래를 견인하는 핵심기술임

- 홀로그램은 피사체의 모든 정보를 기록하고 실사 기반의 입체상을 재현하여 보는 각도에 따라서 다른 모습을 보여주어 관찰자에게 자연스러운 입체감을 제공하는 궁극적인 입체영상임

 

 

■ 홀로그램은 사용자에게 연속적인 깊이감 및 실제와 같은 입체감을 제공할 수 있는 궁극의 기술이지만, 기술적인 난이도가 높아 여전히 기술개발 초기 단계에 있음

 

 

- 홀로그램을 3차원 이미지로 구현하기 위해서는 피사체의 모든 정보를 기록하고 구현해야 하기 때문에 처리해야 하는 데이터의 양이 매우 많아 현재 기술로는 아직 상용화에 한계

 

- 진정한 홀로그램을 구현하기 위해서는 360°에서 240개 이상의 레이저 빔으로 영상을 쏘아야 하지만, 광학기술의 한계, 빛의 간섭현상, 엄청나게 큰 데이터의 양 등으로 인해 현실적으로 구현이 어려움

 

 

■ 산업적 측면에서 홀로그램은 방송, 교육, 의료, 제조 등 다양한 분야에서 파급효과가 막대할 것으로 전망됨

 

 

- 미래 국가 경제를 견인할 신성장동력 산업의 필요성이 대두되고 있는 가운데 홀로그램을 실현하기 위한 홀로그래피 기술은 미래 국가경제를 견인할 새로운 성장동력으로 기대

※ 가트너는 2017년에 이어 2019년에도 10대 전략기술 트렌드로 몰입경험을 유망기술로 선정

 

- 진정한 홀로그램은 HMD나 특수한 안경 없이도 실제 공간에서 자연스러운 입체영상을 나타낼 수 있기 때문에 엔터테인먼트 분야 등 산업 전반에 걸친 패러다임 전환을 가져올 것으로 기대되고 있음

- 아날로그 홀로그램은 현재는 보안/인증 수단으로 활용되고 있으나, 포장, 의류, 사진, 출판 등의 분야에서 다양하게 응용되어 고부가가치를 창출할 것으로 예상

- 디지털 홀로그램은 기술개발이 이루어지면 문화, 예술, 방송, 교육, 의료, 제조 등의 분야에서 새로운 가치를 창출할 것으로 전망됨

 

 

■ 디지털 홀로그램 기술은 전 세계적으로 초기단계에 있어, 우리나라가 선제적이고 전략적인 투자를 통해 세계 경쟁력을 확보할 필요가 있음

 

- 실제 상용화를 위해서는 넓은 시야각과 대화면의 홀로그래픽 3차원 영상을 구현하기 위한 기술개발이 필요

※ 50인치급의 홀로그래피 디스플레이 실현을 위해서는 Super HD급 공간광변조기가 수천 개가 필요한 상황

 

- 미국, 일본, 유럽 등에서 차세대 미디어로서 홀로그램을 차세대영상 및 산업기술로 규정하고 국가 차원의 기술 개발을 추진하고 있으며, 우리나라도 장기적인 관점에서 원천기술 확보에 매진할 필요가 있음

 

 

 

II. 홀로그램의 원리와 시장 동향

 

 

1. 홀로그램의 개념과 원리

 

 

 

 

[ 홀로그램 기록과 재현 원리 ]

 

 

 

■ (개념) 홀로그램(Hologram)은 ‘전체 이미지(whole image)’라는 의미의 그리스어에서 유래했으며, 회절성 광학 변화 장치(diffractive optically variable devices) 기술의 일종

- 홀로그램 기술은 1947년 영국 물리학자 데니스 가보르(Dennis Gabor)에 의해 처음 개발되었으며, 실제 이용은 1983년 마스터카드에서 위조 방지를 위해 사용하면서 산업적으로 활용되기 시작

 

 

■ (종류) 홀로그램은 크게 아날로그와 디지털 방식으로 구분되며, 초다시점 입체영상 등 홀로그램 영상 효과를 모방하는 유사 방식이 있음

 

 
- (아날로그 홀로그램) 사진촬영을 응용하여 광원으로 레이저를 사용하여 반사되는 빛의 간섭무늬를 특수 필름에 기록하고 기록된 간섭무늬를 일반광으로 비출 때 3차원 영상으로 보여지게 하는 방식

- (유사 홀로그램) 플로팅(Floating) 홀로그램이라고도 불리며, 디지털 영상합성 기술을 통해 투명한 막 뒤에 이미지가 생성되게 투사하여 실제 사람이나 물체가 이미지를 자유롭게 통과하거나 옆에 있는 것과 같은 착시를 일으켜 특정 피사체가 허공에 떠 있는 것 같은 느낌을 주는 방식

※ 유사 홀로그램 사례로 홀로그램 가상회의(Telepresence), K-Pop 홀로그램 공연, 홀로그램 광고 등이 있으며, 유사 홀로그램은 실제 홀로그램이 아닌 눈속임에 가까워 기술적으로는 홀로그램으로 보지 않지만 엔터테인먼트 등의 응용분야에서는 홀로그램의 범주에 포함

 

※ 유사 홀로그램에서 사용하는 플로팅(Floating) 방식은 영상이 부유(floating)되어 보이게 하는 기술로, 국내에서는 1998년 SM 엔터테인먼트가 남성그룹 H.O.T의 데뷔를 플로팅 홀로그램 기술을 이용하여 처음 시도하였고, 일본에서도 2008년 록그룹 X-Japan의 멤버였던 히데의 모습을 재현하거나 2012년 도쿄에서 증강현실 가수 하츠네 미쿠의 홀로그램 콘서트를 개최함. 이외에도 미국 CNN에서는 홀로그램 TV, Cisco사의 원격화상회의, 스페인에서는 플로팅 홀로그램을 이용한 시위 등 다양한 분야에서 디지털 콘텐츠를 시각화하는 방법으로 사용되고 있음

 

- (디지털 홀로그램) 사물로부터 반사된 빛을 디지털 형태로 생성 및 기록하고, 생성된 데이터를 다시 홀로그램용 디스플레이 장치를 통해 홀로그램을 재현 및 재생하는 기법

 

 

2. 홀로그램 응용분야

 

 

- 주요 산업에서의 홀로그램 응용