사진측량 - 3D 소개

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사진측량 - 3D 소개

가천대학교 토목환경공학과

박 홍 기

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가천대학교 박홍기 3 (자료원; http://blog.mission3-dgroup.com/

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가천대학교 박홍기

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(자료원; Steve Kiesling, Detroit Stereographic Society,

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 1891년에 입체 영화용 카메라 탄생

 1934년 뤼미에르가 '열차의 도착'라는 최초(?)의 입체 영화를 만듬

 최초의 3D장편 영화는 러시아에서 1947년 제작된 '로빈슨 크루소' 라는 작품

 첫번째 전성기는 1950년대 초반 할리우드에서 입체 영화 제작 붐 이 일면서 연간 60편이 넘는 작품이 만들어짐.

알프레드 히치콕 감독도 '다이얼 M을 돌려라'를 3D버전으로 만들 었다. 그러나 1953년 화질이 선명하고 시야가 폭넓은 와이드 스크 린이 개발되면서 관객들은 안경을 쓰고 영화를 관람하는 불편으 로 외면함

 입체영화가 제2의 전성기를 맞게 된 것은 로버트 저메키스 감독이 최초의 아이맥스 3D 애니메이션 작품으로 제작한 2004년 '폴라 익 스프레스' 의 공이 큼.

 또 2008년에는 '잃어버린 세계를 찾아서'라는 최초의 실사 3D영화 도 개봉해 입체영상은 다시 한번 조명받기 시작하였음.

 그리고 2009년 12월 개봉한 '아타바'는 100년 영화사를 통틀어 가 장 의미 있는 영상 혁명으로 불러오고 있음.

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입체감 못 느끼는 사람

 3D 영화를 봐도 안과적 문제 때문에 아예 입체감을 전혀 느끼지 못하는 사람도 있다.

미국검안협회는 최근 “심한 약시·사시, 입체맹(stereoblind), 동작 시각인지 과민증(visual motion hypersensitivity) 등의 증세를 가진 사람은 시각적 문제 때문에 입체 영상을 느낄 수 없다”고 밝혔다.

이런 환자들은 수술 등을 통해 해당 증상을 치료해야 입체영화를 정상인처럼 즐길 수 있게 된다.

미국 매서추세츠 주 소재 마운트 홀리요크 대학의 신경생물학자 수전 베리 교수는 입체맹 증세 때문에 나이 48세가 되도록 입체 영 상을 보는 데 문제가 있었다. 그러나 그녀는 수술을 받고 3D 입체 영상을 볼 수 있게 됐으며, 작년에 자신의 경험을 <나의 시선을 고 치며(Fixing My Gaze)>란 책으로 내놓았다. 그녀의 이야기는 미국 의 과학지 <사이언티픽 어메리칸(Scientific American)>에 실리기 도 했다.

(자료원; CBN저널(제154호)-3D 영화·TV 붐, 안과·안경점 특수 불러온다?)

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3D 영화 현기증

 입체영화를 볼 때 현기증을 느끼는 사람들의 신체적 특징은 ▲녹 내장 환자 ▲양쪽 눈의 시력에 현격한 차이가 있는 사람(미국검안 협회의 조사에 따르면, 18~38세 인구의 56%가 양쪽 눈에 시력 차 이가 났다) ▲사시·근시·원시 등 시력에 문제가 있는 사람 등이다.

 평소의 입체 사물을 볼 때보다 훨씬 복잡하게 ‘강제로’ 입체 영상 을 보도록 느끼게 하는 게 3D 영화의 원리이기 때문에, 뇌가 할 일 이 평소보다 크게 늘어난다. 특히 양쪽 눈을 통해 들어오는 시각 정보가 안과 문제 때문에 왜곡되는 녹내장 환자 같은 경우는, 뇌가 입체 영상을 만들어내기 위해 엄청난 일을 해야 하므로, 다른 사람 보다 더 쉽게 지치고 현기증·구토증을 느끼게 되는 것이다.

 체력이 약한 사람 또는 노약자가 3D 영화를 보면서 쉽게 피로하고 두통 등의 증세를 호소하는 것도 뇌를 과도하게 혹사한 결과다.

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현기증 없이 3D 영화 즐기는 방법 5가지

1. 어지러움을 느끼면 3D 안경을 벗고 잠시 눈을 감아라 2. 이렇게 휴식을 취하는데도 계속 증세가 가라앉지 않으 면 극장 밖으로 나와라

3. 영화를 보기 전에 미리 안약을 넣는다

4. 팝콘 등을 먹고 옆 사람과 가끔 이야기한다

5. 현기증을 심하게 느낀다고 생각하는 사람은 실사 장면 이 나오면 잠시 특수 안경을 벗어 눈과 뇌를 쉬게 한다.

컴퓨터 그래픽(CG)으로 만든 장면은 앞으로 튀어나올 영

상과 뒤로 기어들어갈 영상이 확실하게 분리돼 있기 때문

에 시각적 피로와 현기증이 덜하지만, 배우를 촬영한 실

사 장면에서는 이와 같은 앞뒤 장면을 완벽하게 분리하기

어렵기 때문에 현기증을 느끼기 더 쉽다.

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입체영상의 원리

(자료원; 조선일보, 2010.01.12)

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(자료원; http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2009/06/11/2009061101329.html)

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실제사물의 광각

1) 명시거리의 광각

tan(θ/2)=3.3/25=0.132 => θ=15.04°

2) 물체와의 거리 10m 경우의 광각

tan(θ/2)=3.3/1000=0.011 => θ=0.378°

※ 따라서 명시거리 이내(θ=15°이상)일 때는 두 눈의 시야가 사시가 되므로 미간이 매우 어지럽게 되고, 물체가 무한대에 위치하여도 광각 θ=0°이상이 된다.

거리 25cm 1m 2m 3m 5m 10m 비고

광각 15.04° 3.78° 1.89° 1.26° 0.756° 0.378°

위 표에서 편하게 입체를 볼 수 있는 광각이 1.89° 에서 0.756° 사이임.

(자료원; 이상룡, 에이앤디3D)

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입체영상의 광각

입체영상에서는 실제의 광각이 존재하는 것이 아니고, 두 개의 영상 이 뇌에서 합성 되는 과정에서 광각을 느끼게 된다.

이 경우 2가지의 문제점이 발생한다.

1) 근거리 경우 : 제작자가 원리를 이해하지 못한 상황에서 과도한 돌 출을 시도하여 광각이 뇌의 합성한계를 벗어나 어지러움을 발생하게 한다.

(스크린에 투사된 표현 광각 2° 이상)

※ 광각 2° 이상의 영상을 획득했을 경우, 좌우 영상 형태의 차이가 심 하게 발생 ⇒ 뇌에서 동일 물체로 인식이 어려워 이중 영상으로 보임.

2) 원거리 경우 : 이미 제작된 영상을 초점의 위치를 변경할 수 없으므 로 광각이 0°도 이하의 음수 각을 가지게 되어 배경이 매우 어지럽게 된다.

(스크린에 형성된 좌우 영상의 이격거리가 6.5cm 이상)

(자료원; 이상룡, 에이앤디3D)

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매직아이(Magic Eye)

 매직아이는 외국에서 붙여진 입체그림의 이 름이다.

 우리는 두 눈으로 물체를 바라 볼 때 거리감 (遠近感)이 느껴진다.

 거리감을 느끼는 원리는 하나의 물체를 두 눈으로 볼 때 물체와 두 눈과 이루는 각도가 크면 가까이 있는 물체이고 작으면 멀리 있 는 물체이다.

 매직아이를 자세히 보면 여러개의 중복된 그

림이 겹쳐져 있는데, 같은 그림의 거리 간격

이 가까우면 위로 떠 보이고 간격이 멀면 뒤

로 떨어져 보이게 된다

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입체영화의 원리

 보통의 영화는 앞에서 말한 한쪽 눈으로 보는 것(영화 촬영 시에 한대의 촬영기로 촬영하는 것)과 같이 거리감각이 존재하지 않는 것인데 반하여, 입체영화는 화면과의 거리는 느껴지지 않고 오직 화면에 구성되어 있는 영화장면이 마치 유리창을 통하여 보고 있는 것처럼 완전 한 거리감이 생기게 된다.

 입체영화를 만들려면, 두 대의 촬영기를 사용

하여 우리 눈이 양쪽 눈으로 물체를 바라볼 때

처럼 좌, 우 동시에 촬영을 하여야 한다.

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입체영화의 원리 (계속)

 촬영된 필름을 어떻게 왼쪽 눈 따로, 오른 쪽 눈 따로 볼 수 있을까?

 입체영화에서는 빛의 성질 중에서 편광

이란 성질을 이용한다. 빛은 사방으로 진

동하면서 진행하다가 편광물질을 지나게

되면 한 방향으로만 진동을 하게 되는데,

진행 도중 현재의 진행방향과 직각으로

놓인 편광물질을 만나면 더 이상 진행하

지 못하게 된다.

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입체영화의 원리 (계속)

 영화의 영사기 앞에 편광판을 삽입하면 그 편광판의 편광방향으 로만 진동하는 빛이 스크린에 비춰지게 되는데, 그와 직각방향의 편광안경을 착용하고 보면 보이지 않고 영사기의 편광판과 같은 방향의 편광안경으로 보면 보이게 된다. 이와 같이 서로 직각인 편 광판을 좌우 영사기와 안경에 설치함으로써 우리 두 눈은 각각 한 쪽 영상 만을 볼 수 있는 것이다.

(그림출처; 국립중앙과학관, 생활 속의 과학)

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3D 입체영화의 필요조건

 3D 입체영화의 필요조건은 다음과 같다. 한 쌍의 입체 영상, 이 두 영상을 뿌려줄 영사기, 두 영상을 효과적으 로 합쳐줄 장비가 그것이다.

 영사장비는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 그 하나는 기 본 원리에 가장 충실한, 두 개의 상을 두 개의 영사기로 영사하는 ‘듀얼 프로젝션’ 방식이고, 다른 하나는 하나 의 영사기를 사용하지만 별도의 장비나 튜닝을 통해 3D 입체영상을 구현할 수 있도록 한 ‘싱글 프로젝션’

방식이다.

 두 개의 상을 하나로 합치는 역할을 하는 장비가 입체

안경인데, 안경의 기능에 따라 아무런 역할을 하지 않

고 빛이나 색만 걸러주는 ‘Passive Glass’ 방식과 안경

자체가 특별한 역할을 하는 ‘Active Glass’ 방식이 있다.

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 현재 국내 영화관에 설치된 3D 입체영화 기술 종류는 IMAX DMR(MPX) 3D, IMAX Digital 3D, realD, masterImage 3D, Dolby 3D, NESTRI-3D 이렇게 6가지가 존재한다. 아래의 표는 각 6가지 종류가 각기 어떤 방식을 취하고 있는지를 보여준다. 표에서 알 수 있는 것은 듀얼 프로젝션 방식은 IMAX 포맷뿐이라는 것이고, 액 티브 글래스 방식은 NESTRI-3D뿐이라는 것이다.

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Dolby 3D Glass masterimage 3D Glass

realD 3D Glass NESTRI 3D Glass

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편광을 이용한 Passive Glass 3D

 가장 보편적인 기술인 편광을 이용하는 방법은 기본적으로 듀얼 프로젝션 방식과 그 궤를 같이 한다고 할 수 있다. 영사기는 한 대 뿐이지만, 보이는 빛을 시간차로 분리해서 보여주는, 빛의 개폐를 이용한 방식이기 때문이다.

 기본적으로 듀얼 프로젝션과 같은 방식이지만 한 대의 영사기를 이용하여 영사기의 렌즈 앞에 특정 장치를 설치, 이를 개폐시켜 특 정 빛만 투과시킨다. 그런 이유로 3D 구현에서 근본적으로 듀얼 프로젝션 방식에 비해 밝기에 문제를 지니고 있다. 또한 한 대를 이용해 시간에 따른 개폐가 이루어짐으로 듀얼 프로젝션에 비해 눈이 받아들이는 프레임의 수도 적을 수밖에 없다.(위 두 가지는 모든 싱글 프로젝션 방식의 공통된 문제다.) 그러나 상대적으로 비용이 저렴하고, 평관필터를 이용하는 안경 자체도 단가가 저렴 해 분실 시에도 리스크가 적다는 장점이 있다.

 현재 이 방식으로 대표되는 것은 masterImage 3D와 real3D로, 가장 대중적으로 인지도가 높다. 현재 국내 영화관에서는 real3D는 롯 데시네마, masterImage 3D는 CGV에서 주로 채택하고 있다.

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가천대학교 박홍기 (자료원; 입체영화의 원리, 중앙일보, 2009.06.08)

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라이너리(직선) 편광 시스템

 라이너리(직선) 편광 시스템으로 입체 영화를 볼 때에 는 두 대의 영사기가 직교차되는 편광 필터를 통해 두 개의 영상을 한 스크린에 겹쳐서 영사하게 됩니다. 그 리고 빛의 손실을 막기 위해 특별히 제작된 빛의 분리 를 막는 비탈편광 스크린이 사용되게 됩니다.

 관객은 직교 편광 필터 안경을 쓰고 보게 됩니다. 각 필

터는 분리된 광선의 영상만 통과시키게 됩니다. 이로써

각 눈동자는 다른 위치의 영상을 보게 되어 입체 효과

를 만들어내게 되는 것입니다. 그러나 관객이 갑작스럽

게 고개를 끄덕이면 다른 광선까지 통과를 시키게 되어

입체효과가 사라지고 두 개의 영상이 보일 수도 있습니

다.

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서큘라(원)편광 시스템

 서큘라(원)편광 시스템은 직선 편광 시스템 보다 발전된 시스템으로 관 객이 움직여도 입체 효과가 사라지지 않는 장점이 있습니다. 원편광 시스 템은 각기 다른 방향으로 이동하는 원 편광을 하나의 스크린에 영사되게 됩니다. 관객들은 반대 방향으로 끼워진 두 개의 필터를 통해 영상을 보 게 됩니다. 왼쪽으로 돌아가는 편광은 오른쪽 필터에서는 사라져 버리고 그 반대의 경우도 같은 결과를 보게 됩니다. 이 결과 시각은 입체 효과를 인식하게 됩니다.

 현재의 리얼 3D 시네마 시스템은 서큘라 편광 시스템에서 발전된 기술로 서, 종래의 편광 입체 영상과는 다르게 두 대의 영사기가 필요하지 않습 니다.

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색 분리를 이용한 Passive Glass 3D

 이 방식은 과거 3D 방식이던 적, 청의 색 분리방식이 진 보한 것으로 편광을 이용한 빛의 분리가 아닌 색을 이 용한 상의 분리를 통해 3D를 구현하는 방식이다. 하나 의 프레임에 있는 세 가지색 RGB와 또 다른 프레임에 있는 RGB를 분리하여 입체감을 형성하는 3D 방식으 로 비교적 최근 영화관에 도입되었다.

 기본적으로 영사기 앞에 무언가를 설치하여 빛을 걸러 내는 방식이 아니기에 상대적으로 밝기의 문제에서 어 느 정도 자유롭지만, 상대적으로 비용이 비싸다는 단점 을 가지고 있다.

 현재 국내에서 만날 수 있는 색 분리 방식은 Dolby 3D

이며, 이를 적용한 영화관은 Cinus 체인이 대부분이라

할 수 있다.

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안경의 셔터를 이용한 Active Glass 방식 3D

 앞의 두 방식들은 모두 영사기 쪽, 그러니까 상영이 되는 쪽에서 어떤 기 술이 이루어지는 방식이라면, 이 방식은 관객 쪽에서 무언가가 이루어지 는 방식이라 할 수 있다.

 이 기술의 핵심은 바로 안경인데, 안경 안에 셔터가 내장되어 있어 해당 프레임에 따라 On/Off(개폐)가 되는 방식을 취하고 있다. 그렇기에 위의 방식에 비해 밝기에서 더 자유로운 방식이라 할 수 있다.(밝기는 3D 입체 영화의 핵심 키워드다.) 실제 싱글 프로젝션 방식 중 가장 3D 입체감이 좋 다는 평을 듣고 있다.

 하지만 이 방식의 문제는 위의 방식보다 비싼 비용이다. 안경 자체에 기 술이 적용되기에 좌석수가 많은 영화관이라면 좌석 수만큼 더 많은 비용 을 지출해야 한다는 것을 의미한다. 또한 안경 분실에 따른 리스크가 가 장 크다. 안경에 대한 정확한 금액을 알려드리기는 어려우나 대략적으로 그 금액이 만 단위가 아니라는 점은 알려드릴 수 있겠다. 그러나 기본적 으로 이 기술이 접목된 영화관이 있다면, 상영관 이동이 자유로워 스코어 에 따른 유동적인 상영관 배정이 가능하다는 장점도 있다.

 현재 국내에 적용된 이 방식은 NESTRI-3D이며, 이 기술을 이용한 영화관 은 CGV 영등포 스타리움, Cinus 이수, Cinus 원주, 서울극장 등 4곳이고, 영화진흥위원회 시연룸에도 설치되어 있다.

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입체영상 구현방법

 입체용 특수안경 사용하는 방법

편광안경 방식 시분할 셔터안경 방식

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입체영상 구현방법

 입체용 특수안경을 사용하지 않는 방법

패럴랙스 배리어 방식 랜티큘러 방식

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무안경 방식

현재 안경을 착용하지 않고도 입체 영상을 시청할 수 있는 방식으로는 렌티 큘라 시트(lenticular sheet) 방식, 시차 배리어(parallax barrier) 방식, 백라이트 분배(back light distribution) 방식 등이 있다.

시차 배리어 방식은 제작하기가 가장 간단하나 대부분의 빛이 시차 배리어 에 의해 차단되기 때문에 밝은 화면을 얻을 수 없다.

백라이트 분배 방식은 시청자의 위치에 대응하는 점에서 두 개의 백라이트 를 비추어야 하기 때문에 시청자의 위치 추적을 위해 복잡한 정보처리 방법 을 필요로 하는 등의 문제점을 가지고 있다.

그래서 현재까지는 렌티큘라 방식이 가장 실용화될 가능성이 크다.

렌티큘라 시트는 투명한 플라스틱 원통형의 렌즈가 일렬로 배열돼 있다. 렌 즈 한개의 폭은 표시기의 화소 폭에 의해 결정되는데, 좌우영상에 해당하는 두 개의 화소가 들어가도록 만든다. 이렇게 하면 렌즈효과에 의해 렌즈의 좌 측에 있는 화소는 오른쪽 눈에만 보이게 되고 우측에 있는 화소는 왼쪽 눈에 만 보이게 돼 좌우화상의 분리가 가능해진다.

두 대의 카메라를 사용해 좌우측 영상을 촬영하고 이렇게 촬영된 두 개의 영 상을 한 화면 위에 규칙적으로 번갈아 배열시킨다. 그리고 렌티큘라 렌즈를 화면 앞에 설치하면 각각의 화상은 렌티큘라 시트를 통과한 후 서로 다른 방 향으로 진행하기 때문에 시청자는 입체감을 느낄 수 있다. 이때 입체감을 느 낄 수 있는 시청자의 위치와 범위, 그리고 입체감의 정도는 렌티큘라 시트의 곡률, 두께, 균일도 등의 특성에 따라 결정된다.

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3D 디지털 뷰어와 3D 사진인화

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3D TV

 1830년대에 반사경을 이용한 Stereo 3D 장치가 발명되어 세간의 주목을 받았고, 양안 시차를 이용한 3D 방식의 대표적인 기술들인

△적청안경 방식 △편광안경 방식 △시차배리어 방식 △렌티큘러 렌즈 방식 등도 소개된 시기는 1900년 전후였다.

실제적인 입체 영상 디스플레이라고 할 수 있는 `홀로그램'도 1948 년에 이미 공개되었다.

 과거 디스플레이 기술은 3DTV의 입체감, 현실감을 표현하기에 상당히 부족했기 때문에 몇 차례 3D 붐이 있었지만 일시적인 현상 에 그치고 말았다.

 그러나, 최근의 평판 디스플레이는 대화면, 고화질, 고해상도가 가 능해져 HDTV 보급을 활성화시키는데 크게 기여하고 있다. 고화 질 디스플레이 기술은 3D 디스플레이에도 발전을 가져와서 이전 에는 꿈만 꿨던 3DTV 상품화에 박차를 가하게 되었다.

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3D TV

 삼성전자와 LG전자가 3D LED TV로 3D TV 시장을 적극 공략하 고 있다.

 2009년 8월부터 3D LCD TV 시판을 시작한 LG전자는 ‘국내 최초 3D TV 시판’이라는 점을 강조하며, 스카이프, 유투브 등의 이용이 용이한 ‘NetCast TV’를 특징으로 부각시키고 있다.

 삼성전자는 유럽시장에서 ‘3D TV = 삼성 LED TV’라는 이미지를 이어가고 있다. LED는 물론 LCD, PDP 등 TV의 모든 분야에서 3D TV를 선보이고 있지만, 주력으로 삼고 있는 것은 LED TV다.

 앞으로 할리우드 메이저 제작사들과 연계한 컨텐츠 공급이나 스 카이라이프에서 시작하는 3D 방송 등으로 3D 입체영상을 볼 기회 가 많아질 것이지만, 아직은 그 양이 충분하지 않다. 다가오는 월 드컵을 3D 입체영상으로 즐길 수 있듯이 각종 스포츠 경기를 3D 로 중계하고 있다. 그러나, 앞으로 시장을 움직이는 것은 결국 컨 텐츠다.

 시장 조사 기관인 디스플레이뱅크에 따르면 세계 3D TV 시장 규 모는 올해 11억 3,600만 달러에서 2011년 28억 1,600만 달러, 2012 년 46억 4,400만 달러로 성장할 전망이어서 관련 산업의 규모 역시 큰 기대를 걸만 하다.

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3D TV의 분류

안경 유무 좌우영상 분리방법 3D TV 방식

안경 공간분할

적청안경 편광안경 시간분할 셔터안경

무안경 공간분할

시차 배리어

렌티큘러 렌즈

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 무안경 방식의 경우, 수평방향으로 일정한 위치에서 봐 야 하기 때문에 시청위치와 시야각이 제한 받는 문제가 있고, 여러 사람이 볼 수 있도록 다시점으로 확장할 경 우에는 해상도가 떨어지는 문제가 있다. 이런 이유로 현재는 1인용 디스플레이인 휴대폰에서 3D 입체 영상 을 감상할 수 있는 방식으로 사용되거나 광고용 디스플 레이 등에 제한적으로 활용이 가능한 상황이다.

3D TV 기술은 앞서 소개한 방식 이외에도 IP(Integral

Photography), Volumetric Display, 홀로그램 등 실제 공

간상에 입체 영상을 구현하는 방식도 있다. 궁극적인

3D TV는 이러한 방식이 기술적으로 완성돼 영화에서

처럼 홀로그램으로 주인공이 사각의 디스플레이를 깨

뜨리고 나와 손에 잡힐 듯한 생생한 현실감을 주게 될

것이다. 이렇게 되기까지는 아직 시간이 더 필요하다.

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(자료원;

http://dev1.egloos.com/

4324768)

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