3D 동영상 홀로그램 시대 도래 펨토초에서 우주영역까지 상용화 눈앞 > 과 학

1893년 쥘 베른(Jules Verne)은 자신의 SF소설 ‘카르파티아 성(Castle of the Carpathians)’에서 홀로그래피 기술을 언급한 바 있다. 빛의 간섭현상을 이용해 일상생활 속에서 볼 수 있는 물체와 다름이 없는 3차원 영상정보를 사진필름에 기록할 수 있는 기술을 말한다.

현재 디지털 네이처 그룹(DNG)은 레이저, 미러, 카메라 기술을 융합해 복셀(voxel) 크기의 매우 미세한 영역까지 3차원 영상으로 재현할 수 있는 인터렉티브 홀로그램 기술을 개발하고 있다. 복셀이란 3D 공간의 한 점을 정의한 일단의 그래픽 정보를 말한다.

픽셀이 2D 공간에서 x-y좌표로 된 점을 정의한 것이기 때문에 복셀에서는 제3의 좌표 z가 필요하다. 그동안 엑스선, 음극선, MRI 등에서 복셀로 된 영상을 사용했지만 영상을 재현하는 문제 때문에 여러 가지 불편이 뒤따랐다.

펨토초 공간, 3D 홀로그램으로 재현 

2D 형태로 영상이 표현되면 물체의 한 단면만을 표시하게 되어 시각 판단의 왜곡을 가져올 수도 있었다. 이 문제를 DNG에서 해결하고 있다. 레이저, 미러, 카메라 기술 등을 활용해 공간상의 한 점인 복셀을 찾아내 그 모습을 입체영상으로 재현해낼 수 있는 방법을 찾아냈다.

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디지털 네이처 그룹(DNG)에서 레이저, 미러, 카메라 기술을 융합해 복셀(voxel) 크기의 매우 미세한 영역까지 3차원 영상으로 재현할 수 있는 인터렉티브 홀로그램 기술을 개발하고 있다. 사진은 DNG 사이트. ⓒhttp://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/

DNG 그롭은 도쿄 대학의 오키아이 요이치 (Yoichi Ochiai) 교수 등이 참여하고 있는 공동 연구그룹이다. 그동안 펨토초(1000조분의 1초) 규모의 레이저를 사용해 미세한 부분을 입체영상을 재현할 수 있는 기술을 개발하고 있었다.

그 연구 결과가 공개됐다. 요이치 교수는 27일 ‘파퓰러 사이언스’ 지를 통해 레이저가 대상을 터치했을 때 권투선수가 샌드백을 치는 모습처럼 탄력이 있으면서 생생한 입체적인 영상을 재현하고 있다고 말했다.

그동안 여러 연구팀을 통해 이런 시도가 없었던 것은 아니다. 그러나 DNG처럼 미세한 부분까지 거의 완벽하게 3D 영상을 재현해내기는 이번이 처음이다. 최근 홀로그램 기술이 어디까지 와 있는지 말해주는 대목이다.

DNG의 홀로그램 기술은 연구자들을 위한 것이라고 할 수 있다. 최근 MS에서 선보이고 있는 홀로렌즈(Holorens)는 일반 대중을 위한 것이다. MS는 지난 16일 미국에서 열린 ‘E3 2015’에서 홀로렌즈로 만든 게임 ‘마인크래프트’를 시연했다.

시연회를 접한 게임 마니아들은 홀로렌즈 기술이 적용된 이 컴퓨터 게임을 접한 후 큰 놀라움을 표명했다. 홀로렌즈는 특정 공간에 게임 콘텐츠를 불러내 이를 만지고 조작할 수 있는 것처럼 가상현실을 재현하고 있는 장치다.

홀로렌즈 안에는 DNG 사례처럼 실제 사물을 영상을 재현해내는 것은 물론 사람 손으로 터치하는 것 같은 느낌을 줄 수 있는 첨단 기술이 들어 있다. 실리콘비트(SilliconBeat) 지는 28일 이 기술을 미 항공우주국(NASA)와 협력해 우주 공간에 공급하기 시작했다고 보도앴다.

우주정거장에서는 홀로렌스 실험 중 

NASA는 최근 홀로렌즈를 우주 공간에서 활용하기 위한 ‘사이드킥(Sidekick) 프로젝트를 발표한 바 있다. NASA는 이를 위해 현재 홀로렌즈 2대를 스페이스엑스의 보급선을 이용해 국제우주정거장 ISS에 전달하고 있는 중이다.

이 우주 프로젝트는 리모트 익스퍼트 모드(Remote Expert Mode)와 프로시저 모드(Procedure Mode)라는 2가지 작동 모드를 적용하고 있다. 리모트 익스퍼트 모드는 홀로렌즈를 낀 우주비행사가 보고 있는 영상을 실시간 중계하는 방식이다.

프로시저 모드는 홀로렌즈를 통해 우주비행사가 보고 있는 공간을 같이 보면서 구체적으로 작업 지시, 혹은 교육을 실시할 수 있는 모드다. 나사는 이 모드를 이용해 접촉 시간을 줄이고 난이도가 높은 작업을 수행할 수 있을 것으로 보고 있다.

홀로그램 영상의 가장 큰 특징은 실제 사물을 완벽하게 재현할 수 있다는 점이다. 그러나 이 과정에서 여러 가지 기술적 난제들이 뒤따랐다. 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. 이 문제를 최근 첨단 기술이 해결하고 있는 중이다. MS의 사티아 나델라(Satya Nadella) CEO는 NASA 트위터를 통해 “믿을 수 없는 일이 일어나고 있다”고 말했다.

3D 영상을 실현할 수 있는 인터렉티브 홀로그램 기술을 우주개발에 큰 기여를 할 수 있게 됐다는 자신감의 표현이다.

미국 애리조나대학교 나세르 페이검배리언(Nasser Peyghambarian) 교수는 지난 2011년 11월 과학 저널 ‘네이처’ 지를 통해 “10년 내로 안방의 3D 비디오 스크린에 완전한 홀로그램을 구현할 수 있을 것”으로 전망한 바 있다.

비슷한 시기 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 전망한 바 있다.

이들의 예상대로 최첨단 기술인 3D 인터렉티브 홀로그램 기술이 연구실은 물론 인터넷 게임, 우주 정거장에서까지 폭넓게 활용되고 있는 중이다.