[비센의 재미있는 과학 이야기] 3D 영상의 원리
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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 홈페이지 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일15-02-04 09:16 조회4,597회 댓글0건관련링크
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단순한 과학이론 이용, 생동감 있는 영화 만들 수 있어
3D TV가 보급되기 시작한지도 이미 오래되어 이제는 왠만한 영화는 거의 3D영상으로 볼 수 있고, 한국에서는 벌써 3D 차원을 넘어 냄새나 진동을 느낄 수 있는 4D 영화가 상영되기도 하는 시대입니다.
이제는 집에서도 3D TV 와 3D 영상을 볼 수 있는 안경만 있으면 현장감 넘치는 3D 영화를 즐길 수도 있습니다.
그럼 과연 무슨 원리로 우리는 이러한 3D 영상을 즐길 수 있는 걸까요? 안경을 벗으면 두개의 영상이 겹쳐보이는 것에 불과한 이미지가 어떻게 싸구려 플라스틱 선글라스같이 생긴 안경을 쓰면 희한하게 현장감 넘치는 3D 영상으로 보이게 되는 것일까요?
3D 영상이 어떻게 구현되는지를 알아보기 위해 우선 우리에 눈은 어떤 원리로 입체감, 원근감을 인식할 수 있는지를 알아보도록 하겠습니다.
주위에서 구할 수 있는 아무 물체를 눈 앞 약 30 cm정도에 들고서 양쪽 눈을 번갈아 감고서 물체를 바라보면 두 눈에 보이는 물체의 모습이 살짝 다르다는 것을 느끼실 수 있습니다. 이는 당연히 양쪽 눈이 물체를 바라보는 각도가 다르기 때문에 그러한 것인데, 이렇게 양쪽 눈으로 들어오는 이미지의 차이를 양안시차(Binocular Parallax)라고 부릅니다.
이렇게 두 눈으로 들어오는 이미지는 물체가 눈에 가까이 있으면 있을 수록 물체를 향한 각도의 차이가 커져서 보이는 이미지의 차이가 더 크게 됩니다. 또 멀리있는 물체일 수록 두눈으로부터 물체를 향한 각도가 작아져서 그 이미지의 차이가 점점 작아지게 되는데, 이렇게 양쪽 눈으로 들어오는 이미지의 다른 정도를 뇌가 인식하여 우리는 물체의 가깝고 먼 정도, 즉 원근감을 느낄 수 있게 되는 것입니다.
이것이 눈을 갖고 있는 모든 동물이 두개의 눈을 갖고 있는 이유입니다.
눈이 하나라면 차이를 인식할 수 없어 원근감을 인지할 수 없고, 두 개 이상의 눈은 필요성이 없기 때문입니다. 가끔 오징어 눈은 하나라고 이야기하시는 분들도 계시는데, 오징어도 역시 눈은 두개이며 마른 오징어의 검고 딱딱한 부분은 눈이 아니라 오징어의 입에 해당합니다.
즉, 사람의 눈은 양안시차를 이용하여 입체감과 원근감을 느낄 수 있기 때문에, 3D영상을 만들어 내는 것은 단순히 시청하는 사람의 두 눈에 두 개의 다른 영상을 넣어주면 가능해 지는 것입니다. 그럼 어떻게 두 눈에 각기 다른 영상이 도착할 수 있는가가 바로 3D영상을 만들어 낼 수 있는 원리가 될 것입니다.
필자가 어린 시절에도 흔하지는 않았지만 3D영화가 있었읍니다. 그때에도 3D영상을 보기 위해서는 특수한 안경을 썼어야 했는데, 지금과 다른 점은 그때의 안경은 양쪽이 붉은색과 파란색의 필터로 된 안경이었습니다.
이러한 안경을 풀프리히(Pulfrich)안경이라고 하는데 적색과 청색 필터를 통과한 빛에 시차가 생기는 원리를 이용하여 두 눈에 각기 다른 영상이 도달하게 만드는 원리입니다.
이는 독일의 물리학자 칼리 풀프리히(Carl Pulfrich, 1858-1927)에 의해서 발견된 원리인데, 이는 적색필터를 통해서 들어온 이미지는 청색필터를 통해서 들어오는 영상보다 뇌에서 빠르게 지각된다는 원리를 이용하는 것입니다.
실제 사람의 눈은 적색필터를 통해서 들어온 빛이 청색필터를 통과한 빛보다 밝다고 지각하게 되고, 이로 인해 실제로는 양쪽 눈에 동시에 도달한 영상이지만, 뇌에서 영상처리의 시간차가 생겨 적색필터를 통해 들어온 이미지를 더 빠르게 인식하여 양쪽 눈으로 들어온 영상의 차이가 생기고 이로 인해 뇌는 입체감을 느끼게 되는 원리입니다. 하지만, 이 방법은 사람에 따라서 영상처리 속도의 차이가 있을 수 있고, 양쪽 눈으로 들어오는 영상을 완벽하게 분리하는 것이 힘들기 때문에 오랜 시간 이러한 3D 영상을 시청하면 눈의 피로를 쉽게 느낄 수 있는 단점이 있습니다.
요즘 영화관에서 3D 영상을 볼때 착용하는 안경은 선글라스와 거의 차이가 없어 보이는데, 이를 편광필터(Polarization filter) 안경이라고 합니다. 이는 빛의 편광(Polarization)원리를 이용하여 3D 영상을 구현하는 도구입니다. 빛의 파동, 즉 전자기파(Electromagnetic Radiation)은 전기장(Electric field)와 자기장(Magnetic field)의 진동에 의해서 전파되는 파동의 일종입니다. (물론 빛은 파동성과 입자성을 동시에 갖지만 여기서는 파동성에 의한 원리만을 설명드리도록 하겠습니다.) 이때 전기장과 자기장이 서로 수직으로 진동하며 진행하는데, 이 진동은 원래 모든 방향으로 퍼져서 진동을 합니다.
이러한 빛이 한쪽 방향성을 갖고 있는 필터, 즉 미세한 블라인드와 같이 생긴 필터를 통과하게 되면 필터의 방향과 일치하는 진동만이 통과를 할 수 있고, 다른 방향으로 진동하는 빛은 필터에 의해 차단당하게 됩니다. 그 결과 필터를 통과하여 나오는 빛은 일정한 방향으로만 진동하는 빛이 나오게 되는데 이를 편광된 빛(Polarized light)라고 합니다.
이렇게 편광된 빛으로 만들어진 영상이 있다면 이 영상은 자신의 편광방향과 일치하는 필터는 통과할 수 있지만, 자신의 편광방향과 일치하지 않는 필터에 의해서는, 비록 그 필터가 완전히 막힌게 아님에도 불구하고, 빛이 완전히 차단될 수 있는 것입니다.
이 원리를 이용하여 스크린에는 두개의 다른 편광방향에 의해 만들어진 두개의 다른 영상이 비춰지고, 이를 각기 다른 방향의 편광필터로 된 렌즈로 만들어진 안경을 통해서 보면, 두 영상이 각기 자신의 편광방향과 일치하는 필터만 통과가 가능하기 때문에 두개의 겹친 영상이 두 눈에 분리되어 도달할 수 있게 되는 것입니다. 이로서 두개의 다른 영상이 각각의 눈에 의해 인지되고 이로부터 생겨나는 양안시차를 이용하여 3D영상을 느낄 수 있게 되는 원리입니다.
물론 이러한 영상을 만들기 위해서는 영화를 찍을 당시부터 다른 두개의 영상을 만들기 위해 두대의 카메라가 동시에 촬영을 해야하는데, 요즘에는 더 정확한 두 영상을 만들어 내기 위해 독립된 두대의 카메라를 이용하는 것이 아니라, 하나의 카메라에 두개의 렌즈가 장착되어 3D영상을 찍을 수 있는 특수한 카메라를 이용하곤 합니다. 이렇게 3D이미지를 만들어내기 위한 영상은 실제로 두개의 다른 영상이 겹쳐 있는 것이기 때문에 디지털 영상의 파일크기 자체가 일반영화의 두배가 될 수 밖에 없고, 그래서 일반적인 영화 미디어인 DVD로는 3D영상을 넣을 수 없기 때문에, 이보다 더 큰 용량을 저장할 수 있는 Blue-ray 방식의 미디어에 3D영상을 담을 수 있는 것입니다.
이제는 3D영상의 현실감을 넘어서 촉각, 후각등을 자극하는 4D영화가 상영되고 있고, 영상 및 음향 관련 분야의 기술은 하루가 다르게 진화하고 있기에 멀지 않은 미래에 홀로그램으로 이루어진 영화를 즐길 수 있는 날이 올것이라 기대해 봅니다.
석준영 비센학원장
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