< 연구결과 요약 >
과 제 명 스트롬볼리안과 플리니안 분화의 효과적 비교를 위한 디지털 홀로그램 컨텐츠 제작
연구목표
￭ 화산 분화 활동의 역사 기록을 통해 스트롬볼리안 분화 와 플리니안 분화를 비교할 수 있다.
STEAM요소 :
(과학), (인문)
￭ 실생활과 밀접한 지구과학의 다양한 현상을 디지털 홀로 그램 제작 기술을 통해 가시적으로 표현할 수 있다.
STEAM요소 :
(과학), (기술)
(공학), (예술)
연구방법
1. 역사책과 신화를 통한 스트롬볼리안 분화와 플리니안 분화의 비교
￭ 플리니안 분화 : 고려사, 조선왕조 실록의 백두산 분화 기록을 바탕으로 플리니안 분화의 특징 분석
￭ 스트롬볼리안 분화 : 폴리네시아 신화에 등장하는 화산의 여신 ‘페레 (Pele)’에 관한 묘사문을 읽고 스트롬볼리안 분화의 특징 분석 2. 플리니안과 스트롬볼리안 분화 홀로그램 컨텐츠 제작
1단계 : 화산 분화 실제 영상을 편집하여 제작 ➡
우리의 기술로 애니메이션화하기로!
Adobe premeire Pro Cs6
2단계 : 두 분화를 모식적으로 나타낸 기존의
그림을 애니메이션으로 제작(60컷 정도) ➡ 기존의 그림 대신 우리가 직접 그리기로!
3단계 : OHP 필름지에 직접 그려서 스캔한
파일을 애니메이션으로 제작(150컷 정도) ➡ 좀 더 역동적인 모습으로 표현하기로!
4단계 :
역동적인 분화를 표현하기 위해 OHP 필름지에 그림을 다시 그리고 스캔한 파일을 애니메이션으로 제작(150컷 정도)
➡
두 분화의 효과적인 비교를 위한 홀로그램
컨텐츠 제작!
3. 피라미드 설계 및 제작
1단계 : 피라미드 단면 도면도 설계 ➡ Autodesk Inventor Pro 2016
2단계 : 아크릴 피라미드 제작(투명) ➡ 아크릴의 두께로 인해 초점이 흐려져 보임
3단계 : 아크릴 피라미드 제작(편광 필름지 1장) ➡ 편광 필름지는 두께가 얇아 덜 흐릿함
4단계 : 아크릴 피라미드 제작(편광 필름지 2장) ➡ 서로 수직 편광되도록 배열하여 선명도를 높임
연구성과
1. 플리니안과 스트롬볼리안 분화 홀로그램 컨텐츠 제작
➡ 수업 도구 및 과학관 전시물 자료로 활용
2. 홀로그램 컨텐츠 제작 기술 및 투영 피라미드 개발
➡ 다른 과학 분야의 자료 개발 및 공학 발전에 공헌 (Key words)주요어 스트롬볼리안(strombolian), 플리니안(Plinian), 홀로그램
1. 개요
□ 연구 동기 및 목적
○ 연구 동기 및 배경
- 올해 4월 본교 1학년 학생들과 함께한 미국 현장 체험 학습 프로그램 중
<NASA GODDARD SPACE CENTER>의 어느 한 전시관에서는 4면에서 나온 빛이 하나의 커다란 볼(ball)에 투사되어 마치 우주에서 지구를 보거 나 지구에서 우주를 보는 듯한 착각을 일으켰다. 이것을 본 우리 학생들은 이런 컨텐츠를 개발하고 싶다는 의욕을 보였고, 이 전시관에서 보여주지 않은 지구과학 분야인 지질과학 컨텐츠를 개발해보기로 했다. 귀국 후 분야를 좀 더 구체화시켜 실생활과 밀접하고 3D로 구현하기에 적합한 화산 분화를 대상으로 홀로그램 컨텐츠를 개발하기로 했다. 이 컨텐츠가 개발된다면 지구과학 교수학습 자료뿐만 아니라 우리나라 과학관의 전시자료로도 이용될 것이라 기대된다.
○ 연구 목적
- 화산 분화 활동의 역사 기록을 통해 스트롬볼리안 분화와 플리니안 분화를 비교할 수 있다.
- 실생활과 밀접한 지구과학의 다양한 현상을 디지털 홀로그램 제작 기술을 통해 가시적으로 표현할 수 있다.
- 개발된 디지털 홀로그램 컨텐츠로 지구과학 교수학습 자료 및 과학관 전시자료로 활용할 수 있다.
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ 백두산 분화 형태와 화산학적 분석
지질 시대 화산 활동기 연대(년 전) 분출물 주요 지질 사건
제 3 기
neogene (신제3기)
플라이오세
군함산기 290만~270만 현무암 순상 화산
홍두산기 310만 알칼리 유문암 유문암 돔
망천아기 440만~360만 현무암, 조면 안산암
열극 분출 순상 화산
마이오세
내두산기 1,600만~1,500만 현무암 열극 분출 용암 대지 증봉산기 2,300만~1,900만 현무암 열극 분출 용암 대지 paleogene
(고제3기) 올리고세 마안산기 2,800만 현무암 열극 분출
<백두산의 제3기 화산 활동(윤성효 등, 1993)>
1) 고제3기 올리고세 : 28.4Ma, 마안산기 현무암
백두산 지역은 고제3기 올리고세에 동해 형성과 연관된 지구조운동 으로 발생한 만주 지역의 열곡형 단층대의 하나인 마안산-백두산-장 홍령 단층함몰대를 따라 2회의 간헐적인 현무암 분출이 있었는데, 이는 마안산기(期) 현무암으로 알려있으며 그 K-Ar연대는 28.4Ma로 보고되었다.
2) 신제3기 마이오세 : 23-15Ma, 장백기 현무암, 내둔산기 현무암
그 후 초기 마이오세(23-15Ma)에 증봉산기 현무암이 틈새분화로 분 출하였으며, 해발고도 1,100m에서 용암층의 두께 495m 이상의 용암 대지를 형성하였다. 동시에 틈새를 통하여 장백기 현무암, 내둔산기 현무암 등 다량의 현무암이 일류(溢流) 분출되어 두께 400-700m의 광활한 용암대지 즉 개마용암대지를 이루었다.
cf) 아이슬란드 : 중앙해령, 열점, 틈새 분화, www.livefromiceland.is/webcams/hekla 3) 신제3기 플라이오세 말~제4기 플라이스토세 초기 : 4.2-0.6Ma, 군함
산기 현무암(백산기 현무암)
플라이오세 말에서 플라이스토세 초기(4.2-0.6Ma)에 백두산 일대에 서는 틈새식을 수반한 중심식 화산 분화에 의해 광활한 용암고원 및 용암대지를 형성하였고, 점차 중심식 분화로 바뀌어 천지를 중심 으로 완만한 경사를 이루며 넓고 평탄한 용암고원을 이루었는데, 이 현무암을 군함산기 현무암이라 불렀으나 최근 백산기 현무암이라 부른다. 순상화산체의 사면 경사각은 5-6°, 화산체 밑변의 직경은 130-150km이며, 분포면적은 약 15,000㎢에 이른다.
4) 제4기 플라이스토세 말 : 0.6-0.08Ma, 백두산기 조면암
백두산 순상화산체에서는 다량의 고철질 마그마가 현무암질 용암으 로 분출한 후, 마그마의 화학 조성이 규장질 마그마로 변하였다. 후 기 플라이스토세 말(0.6-0.08Ma)에 규장질 마그마가 대규모로, 여러 번의 분화를 하여 백두산기 조면암을 형성하였다. 백두산기 조면암 은 장백산맥의 주봉인 백두산체를 구성하며, 그 화산추는 순상화산 체를 기초로 하여 그 위에 조면암질 용암과 화성쇄설물을 반복적으 로 분화하여 원추형의 백두산 성층화산체를 형성하였다. 이때 형성
된 성층화산체의 저면의 지름은 20-30km, 지면 피복 면적은 약 600
㎢이며, 정상부의 높이는 대략 3,500m로 추정된다.
5) 제4기 홀로세 : 스트롬볼리안 분화 → 천지 칼데라 형성, 백운봉기 부석층 → 밀레니엄 분화(강하 부석층(B-Tm), 천지 칼데라 최종 형성)
→ 밀레니엄 대분화 이후 중․소규모의 분화활동(플리니안 분화)
① 백운봉기 부석층
제4기 홀로세에 들어와 성층화산체의 사면에서 소규모의 스트롬 볼리안 분화에 의한 현무암질 화성쇄설구들이 형성되었으며, 홀로 세 말기에 화산체 지하의 마그마방 상부에 휘발성 성분이 집중되 고 수증기압이 커지면서 강력한 폭발적인 대분화가 발생하여 부 석을 포함한 다량의 화산재를 뿜어내고 산정부가 함몰되어 직경 약 5km 내외의 천지 칼데라를 형성하였다. 이때 나온 부석층은 백운봉기 부석층으로 명명되어 있으며 황색 부석층은 약 4,000년 전, 그 상부의 회색과 백색 부석층은 1천 년 전(밀레니엄 분화)에 형성된 것으로 알려져 있다.
플라이스토세의 화산 활동이 끝난 뒤 지하 심부의 마그마방은 잠시이기는 하나 한동안 평온을 되찾았다. 그러나 그 후 화도에 휘발성 성분이 점차로 집중되면서 마침내 수증기압이 커지면서, 지금으로부터 1,000년 전을 전후해서 다량의 부석과 화산재를 일시에 분출하는 대폭발이 있어났는데, 이를 ‘백운봉기’ 화산 활동이라 부른다.
백두산 화산암류는 지질 시대에 ‘알칼리’현무암을 분출해 일대에 개마고원이라는 거대한 현무암 대지를 형성했고, 가장 최근의 화 산 분화에서 매우 높은 알칼리 성분의 조면암과 백색 부석이 일 대를 뒤덮고 있는 매우 활동적인 화산이라는 것을 알게 되었다.
지금까지 B-Tm의 화학 조성은 알칼리 유문암에서 조면암까지 그 폭이 매우 넓다. 1903년의 분출물인 화산 유리는 전혀 풍화되지 않았으며, 부석의 화학 분석에 의하면 조면암질 마그마에서 유래 한다고 했다. 10세기의 마그마 성분과 그다지 달라지지 않았음 알 수 있다.
② 밀레니엄 분화(1천 년 전, 강하 부석층(B-Tm)인 백색 부석층, 천지
칼데라 최종 형성)
역사 기록을 살펴보면 중국에서는 진한 시대에 백두산을 불함산 이라 불렀다. ‘불함’이 화산을 뜻하는 volcano의 어원인 ‘불칸 (vulcan)'과 음가가 같다는 것이 단지 우연의 일치인지는 알 수 없다. 당 이후부터는 중국과 우리나라가 함께 태백산 또는 장백산 이라고 불렀다. 오늘날 중국 사람들은 여전히 장백산으로 부르고 있지만, 우리나라에서는 어느 시점부터 백두산이라고 고쳐 부르게 되었다. 그 이유는 무엇일까? 백두산이 문헌에 최초로 등장하는 것은 『고려사절요』성종 10년(991년)의 “압록강 밖의 여진족을 쫓아내고 이를 백두산 밖에 살게 했다.”라는 기록이다. 따라서 최 소한 991년 이전의 어느 시기에 장백산을 백두산이라고 부르게 된 어떤 사건이 발생했다고 생각할 수 있다. 그것은 화산의 머리 가 갑자기 하얗게 변해 버린 사건이다. 바로 백색 부석과 백색 화산재의 분출 사건이다. 특히 고려인들에게 백두산으로 불렸던 것은 백색 부석(B-pfa)의 분포와 관련이 있다. 백색 부석은 주로 북한 영역에만 퇴적되었으며 천지 서쪽에는 거의 퇴적되지 않았다.
991년에는 국가의 정사를 기록하는 사가조차도 ‘백두산’으로 기록 했다. 그만큼 고려에서는 그 명칭이 정착되어 있었던 것이다. 이 와 같이 ‘백두산’이라는 명칭 속에는 장백산이 대폭발을 일으켰 다는 의미를 내포하고 있다. 따라서 마치다가 의도하지 않았더라 도, ‘백두산-도마코마이 화산재(B-Tm)’라는 명칭 자체가 화산의 대 폭발을 상징하고 있는 것이다.
화산폭발지수(VEI) 7급의 밀레니엄 분화에 의한 강하부석층은 백 두산 부근에서 최대 두께 73m에 달하며, 칼데라에서 동쪽으로 멀 어짐에 따라 삼포일원에서는 1-30m, 동해 해저에서는 10cm 내외, 일본 홋카이도와 혼수 북부지역에서는 1-5cm로 남아있으며, 백두산- 토마코마이 테프라(B-Tm: Baegdusan-Tomakomai tephra)로 명명되어 1천 년 전에 분화한 화산분출물의 열쇠층으로 사용되고 있다. 강하 화산재의 분화에 수반하여 형성된 화쇄류는 천지 주변 약 60km까지 흘러 부석층 위를 덮거나 계곡에 퇴적되었다. 밀레니엄 분화 이후
에도 수차례의 화산분화가 있었음을 역사기록으로 알 수 있다.
이 밀레니엄 대분화는 과거 2,000년 동안 지구상에서 발생한 화산 활동 중 가장 큰 규모 중의 하나로 인지된다.
○ 홀로그램의 정의
홀로(holo)란 그리스 어로 전체를, 그램(gram)은 그리스 어로 ‘메시지’
또는 ‘정보’란 뜻으로, ‘완전한 사진’이란 의미의 홀로그램은 어떤 대상 물체의 3차원 입체상을 재생한다. 그러므로 여러 각도에서 물체의 모습을 볼 수 있다. 이것을 처음 만든 사람은 1948년, 헝가리 태생의 영국 물리학자인 데니스 가보이다. 당시에는 레이저가 발명되기 전이기 때문에 선명한 물체의 상을 기록할 수 없었지만 이후 레이저가 발명되면서 선명한 홀로그램을 만들 수 있었다. 오늘날 널리 사용되는 무지개 홀로그램은 1970년대에 미국의 벤턴에 의하여 개발되었다. 무지개 홀로그램은 좁은 간격의 슬릿을 물체의 상과 같이 기록하고 재생할 때에는 홀로그램 앞에 슬릿(slit)의 영상이 같이 재생되어 이 슬릿을 통하여 물체의 상을 관찰하므로 상이 밝고 컬러로 재현된다는 특징이 있다.
○ 3차원 입체 영상 기술
3차원 입체 영상에 대한 원리와 방식은 다양하다. 이는 입체 영상의 정보를 얻는 방식, 입체 영상의 정보를 구현하는 방식, 이를 인간이 시청하는 방식 등 단계별로 방식의 차이가 있기 때문이다.
3차원 입체 영상에서 현재 상용화한 것은 양안시차를 이용한 스테레오스 코픽 방식이다. 하지만 궁극적으로 3차원 입체 영상의 목표는 홀로그램으로 구현한 영상이 될 것이다. 3D 입체 영상 기술은 스테레오스코픽(Stereoscopic) 방식에서 360도 전 방향에서 입체 영상을 구현하는 홀로그램 방식으로 진화하고 있다. 3D 홀로그램에 의해 생성된 입체 영상은 사람에게 실사와 같은 입체감을 제공함으로써 스테레오스코픽 방식보다 현실감이 강화되고 누구나 편하게 어떤 각도에서도 홀로그램 영상을 감상할 수 있어 기존의 3D 스테레오스코픽 방식에서 야기되는 눈의 피로감과 어지럼증 등의 문제를
근원적으로 해결할 수 있다. 그러나 현재 홀로그램의 구현은 광학기술의 한계와 엄청나게 큰 데이터 요구량 때문에 현실적으로 구현하지 못하고 있다.
현재 공연이나 전시에 사용되고 있는 홀로그램 기술은 고해상도 프로젝터로 영상을 쏘아 2차원의 대형 투명막에 투사하는 플로팅(floating) 방식으로, 360도 전 방향으로 구현되는 진정한 의미의 홀로그램이라고 볼 수는 없다.
영화에서 볼 수 있음직한 홀로그램 영상을 만들어 내는 것은 2020년경이나 되어야 일정 부분 가능할 것으로 예상되고 있다.
시차 전달 방법 구현 방법
양안시차
∙ 좌우 눈에 대응하는 화상의 광 학 특성을 달리하여 보냄
∙ 좌우 눈에 대응하는 화상을 시 각 차를 두어 교대로 반복시킴
∙ 좌우 눈에 대응하는 시역을 형 성시켜 줌
∙ 편광 안경
∙ 액정 셔터 안경
∙ 각종 광학판식 렌티큘라, 홀로 그래픽 스크린, 시차 장벽, 각종 반사경 프리즘 방식
단안 초점 조절
∙ 원근이 다른 영상을 연속 투사 ∙ Spiral Screen
∙ 가변 초점경
∙ 가변 초점경
∙ 다초점 3D 디스플레이
양안+운동
∙ 좌우 눈에 대응하는 화상이 눈 의 움직임에 따라 달라짐
∙ 다시점 영상 기술:
이동 개구, 아이트래킹(Eye Tracking), 홀로그래픽 스테레오그램, IP(Integral Photography)
양안+운동+단안 초점 조절
∙ 실제에서 보는 것과 똑같은 느낌 ∙ 홀로그램, 홀로그래픽 비디오 시스템, 초다시점 3D 디스플레이 심리 효과 ∙ 눈의 전방 시야각 확대로 의사 3차원 ∙ IMAX
<3차원 입체 영상의 종류, 김성규(2011)>
○ 홀로그램의 원리
홀로그램(hologram)이란 두 개의 레이저광이 서로 만나 일으키는 빛의 간섭 효과를 이용해 3차원 입체 영상을 기록한 결과물이라고 할 수 있는데, 이 결과물을 제작하기 위한 모든 기술적 과정과 원리를 홀로그래피 (holography)라고 한다. 그 뜻은 ‘전체를 기록하는 것’ 즉 피사체에 대한 모든 정보를 기록하는 기술이라고 볼 수 있다. 홀로그램은 완전하다는
‘holos’와 그림이라는 ‘gram’의 합성어다. 1948년 영국 물리학자 데니스 가보르(Dennis Gabor)가 홀로그램의 원리를 발견해 명명한 이후 1960년대 이후 광선의 간섭 효과를 극대화할 수 있는 레이저 광선의 발견으로 홀로그 램이 비로소 본격적인 관심을 받기 시작했다.
데니스 가보르(Dennis Gabor, 1900~1979)는 홀로그래피 발견으로 1971년 노벨물리학상을 받은 헝가리계 영국인 전기공학자이자 발명가다.
예를 들어 일반 사진은 태양이나 조명에 의해 피사체로부터 반사되는 빛이 렌즈를 통해 맺어지는 상을 기록하는 반면, 홀로그래피는 피사체로부터 반사된 물체파와 아무 정보도 갖지 않는 기준파를 이용해 두 개의 빛이 만날 때 발생되는 간섭 무늬의 정보를 기록하여 3차원 입체 영상을 재생하 는 것이다.
빛을 저장한다는 의미에서 홀로그래피는 사진과 같다. 그러나 사진은 물체의 밝고 어두운 모습인 진폭만 기록하는 데 비해 홀로그래피는 빛의 세기와 함께 위상 정보까지 저장한다. 따라서 사진은 3차원 물체를 2차원으로밖에 기록할 수 없지만 홀로그래피는 3차원으로 대상을 재현해 낼 수 있다. 대상을 3차원으로 재생하기 위해 홀로그래피는 2개 이상의 빛이 만나 위상이 바뀌는 간섭 무늬(interference fringe) 현상을 이용하게 된다. 그런데 이렇게 빛을 저장하기 위해서는 빛의 파동 위상이 모두 일치하는 광원이 필요한데 레이저가 개발됨으로써 이 문제를 해결한 것이다.
<사진(평면적)과 눈이(공간적) 피사체를 인식하는 방식, 출처: 한양대학교 Nonlinear Optics Lab. 사진과 사람 눈의 차이.>
기술적으로 이를 상용화하는 것은 매우 어렵다. 홀로그램은 소규모 구현은 가능하지만 이를 상용화할 만한 수준이 되기 위해서는 주변의 장치나 영상 기술이 아직 미흡하다는 뜻이다. 예를 들어 50인치 홀로그램을 만들려면 빛을 공간에 넣어서 정보 신호로 바꿔 주는 장치인 공간광변조기 수천 개가 필요하다. 또 선명한 실시간 홀로그램 영상을 만들려면 고선명(HD) TV보다 25만 배나 더 선명한 영상이 필요하다.
웬만한 슈퍼컴퓨터로도 처리할 수 없을 정도다. 아직 홀로그램을 상용화한 대규모 공연이나 시청 경험을 제공할 수 없지만 최근 홀로그램과 같은 효과를 보여준 공연이 등장하여 주목을 받고 있다. 그러나 엄밀하게 따져 보면 이 공연은 홀로그램이라는 이름에 맞게 꾸민 영상과 빠른 화면 전환, 특수 무대장치가 평면 영상을 홀로그램처럼 만든 것이다. 현재 공연이나 전시에 사용되고 있는 홀로그램 기술은 고해상도 프로젝터로 영상을 쏘아
2차원의 대형 투명 막에 투사하는 플로팅(floating) 방식으로 진짜(real) 홀로 그램이라고 볼 수는 없다.
<홀로그램의 기록과 재생 원리,
출처: 삼성디스플레이블로그(http://smd2010.tistory.com/465>
○ 홀로그램 기술의 특징과 응용
아직까지 홀로그램 영상을 재현하는 것은 기술적 한계가 있다. 그러나 평면에 3차원 영상 정보를 기록하는 홀로그래피 기술은 매우 광범위하게 보급되어 있다. 지폐의 위조 방지 표식, 정품 인증 스티커 등 보안 용도로 널리 활용되고 있다.
<플로팅(floating) 방식의 홀로그램, 출처: 네이버캐스트>
홀로그램 영상의 가장 큰 특징은 사실성의 완벽한 재현이다. 공간적 한계에 구애받지 않고 사실적 영상을 구현할 수 있다는 점과 3차원 입체 영상을 구현할 때 안경을 착용해야 하는 불편함이 없는 등 자연스러운 3차원 입체 영상의 구현이 가능한 특징 때문에 홀로그램은 사실상 실감 미디어를 구현 하는 최종 단계로 이해할 수 있을 것이다.
스테레오스코픽의 대체재로 부상하며 많은 기업, 대학, 연구소가 기술 개발을 추진하고 있다. 2011년 11월 과학 저널 ≪네이처≫에 발표된 미국 애리조나(Arizona)대학교 나세르 페이검배리언(Nasser Peyghambarian) 교수 연구팀에 의하면, 10년 내로 안방의 3D 비디오 스크린에 완전한 홀로 그램을 구현할 수 있을 것으로 전망하기도 한다. 또한 IBM은 향후 5년간 주목해야 할 혁신 기술 중 하나로 3D 동영상 홀로그램 통화 휴대전화 및 랩톱 컴퓨터를 지목하는 등 홀로그램의 기술적 상용화가 멀지 않은 시기에 이루어질 것으로 전망하고 있다.
□ 연구주제의 선정
○ <NASA GODDARD SPACE CENTER>의 3D 전시물은 지구과학 분야로 구성되어 있었는데 그 중 없었던 영역인 지질과학 분야 중 실생활과 밀접 하고 뉴스에 자주 등장하는 화산 분화를 대상으로 디지털 홀로그램 컨텐츠 를 개발하기로 한다.
□ 연구 방법
○ 역사책과 신화를 통한 스트롬볼리안 분화와 플리니안 분화의 비교 - 고려사, 조선왕조 실록과 같은 우리나라의 역사적 문헌에 기록된 백두
산 분화에 관한 고찰을 통해 플리니안 분화와 스트롬볼리안 분화에 대해 연구한다.
- 폴리네시아 신화에 등장하는 화산의 여신 ‘페레(Pele)’에 관한 글을 읽고, 하와이 킬라우에아 화산 분화 유형을 연구한다.
- 현재 지구상에서 일어나고 있는 화산들의 분화 유형을 스트롬볼리안과 플리니안 분화로 비교하여 설명할 수 있다.
○ 스트로볼리안 분화와 플리니안 분화의 디지털 홀로그램 제작 기술 연구 - 홀로그램 제작에 관한 선행 연구를 통한 홀로그램 개념을 정립한다.
- 레이저 커팅기를 이용하여 홀로그램을 투사하여 볼 수 있는 아크릴 피라미드 제작 후 편광 필름지를 부착한다.
- 두 유형의 화산 분화 모형을 OHP 필름에 네임펜을 이용하여 각각 150장 내외로 직접 그린다.
- 플리니안과 스트롬볼리안 분화를 각각 홀로그램으로 제작․구현한다.
□ 연구 활동 및 과정
○ 화산 분화 홀로그램 컨텐츠 설계 및 제작
플리니안 분화 스트롬볼리안 분화
- TEST 1 : 플리니안 분화와 스트롬볼리안 분화가 일어나는 실제 화산 분화 영상을 편집하여 재구성하였으나, 피라미드로 투영시켜보았을 때 우리의 노력이라는 생각이 들지 않아 다시 제작하기로 함.
플리니안 분화 스트롬볼리안 분화
- TEST 2 : 플리니안 분화와 스트롬볼리안 분화를 모식적으로 나타낸 기존의 그림을 이용하여 60컷 이상으로 잘라 애니메이션으로 만들기 로 함. 우선 플리니안 분화부터 애니메이션으로 만들어 재생함.
▶ 애니메이션화 하는 방법 : Adobe Premeire Pro CS6를 이용하여 그림 한 장이 각각 한 프레임이 되도록 이어붙임.
기존의 그림을 애니메이션화한 플리니안 분화
- TEST 3 : OHP 필름지에 분화의 모습을 60단계로 나누어 직접 그림을 그리고 스캔한 후, 포토샵으로 보정하고 애니메이션화하여 재생함.
OHP 필름지에 그린 그림을 애니메이션화한 플리니안 분화
- TEST 4 : 앞서 만든 애니메이션을 좀 더 역동적인 모습으로 표현하기 위해 OHP 필름지에 각각의 분화의 모습을 150단계로 나누어 그리고, 애니메이션화하여 재생함.
OHP 필름지에 그림을 그리는 모습
➡ ➡
그림 원본 사이즈 동기화 배경 제거
OHP 필름지에 그린 그림의 프레임 제작 과정
애니메이션화한 플리니안 분화
애니메이션화한 스트롬볼리안 분화
○ 피라미드 설계 및 제작
- 피라미드 단면 도면도 설계
피라미드 단면 도면도 설계 피라미드 단면 도면도
- TEST 1 : 피라미드 단면 도면도에 맞게 레이저 커팅기를 이용하여 아크릴판을 잘라 피라미드를 제작함.
아크릴판 피라미드 1면 4면 붙인 아크릴판 피라미드
- TEST 2 : 투명 피라미드
투명 피라미드 투명 피라미드로 영상 재생
▶ 아크릴의 두께로 인하여 빛이 진행할 때, 2개의 경계면에 의한 반사광이 서로 겹쳐 초점이 흐려져 보이게 된다.
- TEST 3 : 편광 필름지 1장을 붙인 피라미드
편광 필름지 1장을 붙인 피라미드 편광 필름지 1장을 붙인 피라미드로 영상 재생
▶ 편광 필름지를 아크릴에 부착하게 되면, 빛의 반사율이 아크릴에 비해 높고 두께가 얇기 때문에 편광 필름지 양면의 경계면에서 반사된 빛이 서로 겹쳐 흐릿하게 보이는 정도가 비교적 낮아진다.
- TEST 4 : 편광 필름지 2장을 붙인 피라미드
편광 필름지 2장을 붙인 피라미드 편광 필름지 2장을 붙인 피라미드로 영상 재생
▶ 선형 편광 필름지를 서로 수직 편광되도록 배열하게 되면, 빛이 입사하는 반대 방향으로부터 진행해오는 빛이 투과되지 못하여 차단 되므로 상대적으로 영상장치에 의한 빛이 편광필름지에 반사될 때 보다 선명하게 관찰된다. 단, 두 편광지의 편광이 서로 나란한 방향으 로 배치되면, 반대편의 빛이 편광지에서 투과되어 관찰되므로 상대적 으로 선명도는 떨어지게 된다.
○ 월별 추진 실적
시 기 주요 활동
6월~8월
- 홀로그램 컨텐츠 제작 방법 연구
- 역사책과 신화를 통해 스트롬볼리안 분화와 플리니안 분화의 특징 연구
- 피라미드 제작 방법 연구 9월 - 중간 보고서 작성 및 발표
10월~11월
- 플리니안과 스트롬볼리안 분화 홀로그램 컨텐츠 제작 1단계 화산 분화 실제 영상을 편집하여 제작
2단계 두 분화를 모식적으로 나타낸 기존의 그림을 애니메이션으로 제작(60컷 정도)
3단계 OHP 필름지에 직접 그려서 스캔한 파일을 애니메이션으로 제작(150컷 정도)
4단계
좀 더 역동적인 분화를 표현하기 위해 OHP 필름지에 그림을 다시 그리고 스캔한 파일을 애니메이션으로 제작(150컷 정도)
- 피라미드 설계 및 제작
1단계 피라미드 단면 도면도 설계
2단계 아크릴 피라미드 제작(투명)
3단계 아크릴 피라미드 제작(편광 필름지 2장)
4단계 아크릴 피라미드 제작(편광 필름지 1장) - 최종 보고서 및 포스터 작성, 발표
12월 - 페스티벌 사후 협의회
○ 외부 전문가 자문 내역
- 문헌 제공 : 고려사, 조선왕조 실록에 기록된 백두산 분화 사실과 폴리네시아 신화
- 스트롬볼리안 분화와 플리니안 분화의 모식도 아이디어 제공 - 디지털 홀로그램에 관한 소재는 과학, 역사, 기술 등을 융합할 수
있는 좋은 소재라고 판단됨.
- 개발될 디지털 홀로그램 콘텐츠는 다양한 곳에서 사용할 수 있을 것임.
- 스트롬볼리안 분화와 플리니안 분화를 효과적으로 비교하는 것이 기대되지만 역동적인 자연 현상을 홀로그램으로 모두 표현하는 것은 불가능하기 때문에 비교해야할 요소를 명확하게 확정하고 적용하는 것이 필요함.
- 두 분화의 비교를 위해 그 원인과 관련 탐구를 수행하고 그 결과를 반영하여 최종 디지털 콘텐츠를 적용하는 것을 권유함.
- 화산과 관련된 기존의 디지털 프로그램이나 유사한 프로그램을 더
분석하여 기존의 프로그램과 차별성을 가지고 이 과제를 수행하는 것이 필요함.
- 홀로그램으로 화산분출 모양 외에 다른 특성(역동적 특성)을 보일 수 있는 방안 연구가 필요함.
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
○ 홀로그램 컨텐츠 제작
역동적인 모습을 표현하기 위해 OHP 필름지에 화산 분화의 모습을 각각 150컷 정도 그리고 스캔한 후, 애니메이션으로 제작.
○ 피라미드 제작
투명, 편광 1장, 편광 2장 피라미드 중 편광 1장 피라미드가 밝은 곳과 어두운 곳에서 입체적인 느낌에 가장 효과적임.
○ 제작한 홀로그램을 피라미드에 투영하여 재생
□ 시사점
○ 역사책이나 신화를 통해 서로 다른 화산 분화 형태를 이해함으로써 과학을 좀 더 쉽게 이해할 수 있고, 친근하게 받아들일 것으로 기대된다.
○ 스트롬볼리안 분화와 플리니안 분화를 효과적으로 비교할 수 있는 가시적인 장치를 제작함으로써 수업 도구로 활용할 뿐만 아니라 과학 관의 전시물로도 활용도가 높을 것으로 기대된다.
○ 디지털 홀로그램 컨텐츠를 직접 개발해봄으로써 과학․기술의 개발을 통해 공학 발전에 공헌할 수 있다.
○ 이 연구를 통해 습득한 컨텐츠 개발 기술을 통해 지구과학 뿐만 아니라
다른 과학 분야의 디지털 홀로그램 자료 개발에도 도움이 될 것이라 기대된다.
4. 홍보 및 사후 활용
○ 화산의 분화에 관한 지구과학 교수학습 자료로 이용될 수 있다.
○ 판구조론, 사태, 태풍 및 온대 저기압 등 지구과학 뿐만 아니라 다른 과학 교과의 디지털 홀로그램 컨텐츠 개발에도 도움이 될 것이다.
○ 과학관의 전시 자료로 활용될 수 있고, 전시자료로 활용될 수 있는 다양한 컨텐츠 개발로 이어질 것이다.
5. 참고문헌
○ 김성규, 2011, 홀로그래픽 비디오 시스템, 한국방송공학회/한국방송공학 회지.
○ 박세환, 2013, 홀로그램 : 디스플레이 기술 및 3D 입체영상 산업동향, 하연.
○ 소원주, 2010, 백두산 대폭발의 비밀, 사이언스북스.
○ 윤성효, 2013, 백두산의 역사시대 분화 기록에 대한 화산학적 해석 Jour.
Korean Earth Science Society, v. 34, no. 6, p. 456.469.
○ 이승현, 2015, 오토 트랙킹 기반의 레이어 분리를 이용한 프로젝션 홀로그 램 콘텐츠, 광운대학교 대학원 석사학위논문.
○ 이승현 역, 2012, 홀로그래피 입문 원리와 실제, 진샘미디어.
○ 이현석, 2012, 프리미어 프로 CS6 무작정 따라하기, 길벗.
○ 네이버 지식 백과, Basic 고교생을 위한 물리 용어사전.
○ 네이버 지식 백과, 실감 미디어.
○ 네이버 캐스트, 테크놀로지 월드, 용어로 보는 IT, 플로팅 홀로그램.
