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가상현실

last modified: 2015-10-12 12:45:53 by Contributors

Contents

1. 개요
2. 역사
3. 기술
3.1. 가상현실 데이터
3.1.1. 리얼타임 3D 렌더링
3.1.2. 음성 기술
3.2. 입력 기기
3.2.1. 모션 캡쳐
3.2.2. 전방위 트레드밀
3.2.3. 뇌-컴퓨터 인터페이스
3.3. 출력 기기
3.3.1. HMD
3.4. 가상 현실을 소재로 한 작품
3.4.1. 영화/드라마
3.4.2. 소설
3.4.3. 만화/애니메이션
3.4.4. 게임
3.4.5. 가상의 가상현실 체험 기기
4. 1995년 개봉한 SF 영화 가상현실

Virtual Reality
virtual_reality_system.jpg
[JPG image (1.8 MB)]

현재 연구되고 있는 대략적인 가상현실 구도. 군사적으론 미군을 주축으로 전투기 운용이나 탱크 운용과 같은 가상현실 시뮬레이션이 이미 상용화 되어있다. 최근은 FPS와 같은 훈련용 가상현실을 연구중이다.

1. 개요

링크 스타또!
가상현실의 기본 개념은 '실제와 유사하지만 실제가 아닌 인공 환경'을 의미한다. 따라서 넓은 의미로 보면 플라이트 시뮬레이터 등의 시뮬레이션, 세컨드 라이프 등의 게임과 같은 시각매체 역시 가상현실에 포함될 수 있다. 하지만 일반적으로 가상현실이라 말하면 단순히 가상의 공간을 구현하는 것을 넘어서서, 사용자의 오감에 직접적으로 작용하여 실제에 근접한 공간적, 시간적인 체험을 가능하게 하는 기술을 의미한다.

2. 역사

가상현실이라는 개념의 등장은 19세기까지 거슬러 올라간다. 다름아닌 1852년에 개발되었으며 오늘날 3D 디스플레이 기술의 근원이 되는 스트레오스코피 기술이 그것이다. 한편 문학 쪽에서는 이외에도 올더스 헉슬리가 1932년 발표한 SF 디스토피아 소설 멋진 신세계 에서도 역시 촉감영화라고 하는 가상현실에 가까운 개념이 짧게나마 등장한다. 하지만 단순히 시각적 몰입감에서 그치지 않고 오감을 자극하는 가상현실에 대한 상세한 개념이 등장한 시점을 따지자면 미국의 SF 작가 스탠리 G. 와인바움이 1935년에 서술한 '피그말리온 안경(Pygmalion's Spectacles)'을 최초로 꼽을 수 있다. 해당 작품에는 홀로그램 기술과 촉각, 후각의 가상현실화에 대한 직접적 묘사가 포함되어 있다.

최초의 '가상현실 기술'이라고 불릴만한 것은 1968년 미국 유타 대학에서 헤드 마운트 디스플레이(HMD)가 연구되면서 등장한며. 본격적으로 가상현실 기술이 발전 및 사용되기 시작한 것은 이후 미국항공우주국(NASA)에서 아폴로 계획을 진행하면서 승무원들을 훈련시킬 컴퓨터 상호작용 반응 시스템을 만들기 시작하면서부터이다. 하지만 정작 '가상현실(Virtual Reality)'라는 단어가 대중화된 것은 매우 늦은 1985년부터이다.

이후 1980년대 말~1990년대에 가상현실 기술에 대한 대중의 관심은 극도로 고조된다. 1989년에는 가상현실에 대해 다룬 SF 걸작 공각기동대가 등장하며, 매트릭스, 토탈 리콜 등 대중문화에서 가상현실을 소재로 한 작품들이 계속해서 등장하게 된다. 흔히 생각하는 'HMD, 촉각 장갑, 후각 시뮬레이터를 이용하여 즐기는 가상현실'이라는 이미지 역시 바로 이 때에 확립된 것. 가상현실에 대한 기술적, 사회적 이미지는 사실상 이 시기에 정립되었다고 봐도 과언이 아니라 할 수 있다.

하지만 그럼에도 불구하고 가상현실 기술은 대중화되기에는 여전히 넘어야 할 벽이 많았으며, 기술적 여건을 무시하고 대중의 기대에 무리해서 발매한 기기들은 대개 버추얼 보이같은 실패작에 불과했다. 이후 가상현실 기술에 대한 관심은 한동안 사그라들게 된다.

가상현실 기술에 대한 대중의 수요 및 관심이 다시 증폭된 것은 다름아닌 서브컬쳐 문화의 발전에 따른 것이다. 2000년대 중후반부터 크라이시스를 필두로 하여 게임 그래픽의 급격한 발전, .hack이나 소드 아트 온라인 등 대중의 무관심에도 불구하고 꾸준히 다루어진 가상현실 게임에 대한 서브컬쳐계의 수요 등이 가상현실 시장에 대한 수요에 복합적으로 작용하였다고 볼 수 있으며, 결정적으로 오큘러스 리프트의 개발을 필두로 가상현실 주변기기들이 현실적인 가격대로 구매할 수 있는 환경이 갖추어진 것이 가장 영향이 크다 할 수 있다. [1]

3. 기술

가상현실 구현에 필요한 세 가지 요소는 3차원 공간성, 실시간 상호작용, 그리고 몰입성이다. 각 요소 구현을 위해서는 컴퓨터 그래픽 기술, 네트워크 통신 기술, 그리고 HMD 등 오감을 자극하는 다수의 입출력 장치 개발기술에 의해 확립되고 발전될 수 있다.

네트워크 통신 기술이 사실상 현재의 기술력만으로도 가상현실 구현에 어려움이 없음을 고려할 때에, 실질적으로 가상현실 구현을 위해 발전이 필요한 기술은 컴퓨터 그래픽 기술과 입출력 장치 기술이라고 볼 수 있다.

3.1. 가상현실 데이터


3.1.1. 리얼타임 3D 렌더링

가상현실은 기본적으로 사용자와의 상호작용을 기본 요소로 하며, 카메라 등을 이용한 비 렌더링 영상기술이나 오랜 연산시간을 필요로 하는 프리렌더링 기술은 고려할 수 없다. 따라서 가상현실의 3D 공간 구현은 전적으로 리얼 타임 렌더링 기술에 의존한다.
리얼 타임 렌더링 기술의 현실성과 성능을 판가름하는 요소는 매우 다양하나, 기본적으로는 해상도, 폴리곤, 텍스쳐, 쉐이더의 4가지를 생각할 수 있다.

  • 해상도
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    출력되는 이미지의 선명도의 정도를 나타낸다. 화면을 구성하는 기본단위인 픽셀이 얼마나 많이 사용되었는지로 판단할 수 있다.
    해상도가 높을수록 더욱 출력물이 선명해지며, 그만큼 연산능력 역시 많이 요구된다.
    현존하는 리얼 타임 렌더링 기술로는 PC게임 콘솔 등의 가정용 기기에서 Full HD 이상의 결과물을 안정적으로 출력하는 것은 힘든 일이다.
    한편 인간의 은 약 최대 1억 2000만화소 가량의 해상력을 지닌다. 이는 4K 해상도의 25배, Full HD 해상도의 100배에 해당하는 해상력이다.
    알기 쉬운 기준을 제시하자면, 만일 가상현실 공간 안에서 TV나 모니터 등의 디스플레이로 영상물을 즐긴다고 가정해 보자. 일반적으로 TV나 모니터 등이 시야에서 차지하는 시야각은 30~60도 가량이며, 이는 전체 시야에서 최대 1/16 영역에 불과하고, 최소의 경우 1/64 영역에 불과하다. 따라서 만일 가상현실 내에서 DVD급의 영상을 즐기고 싶다면 필요 해상도는 최소한 그 16배인 600만 화소이며, Full HD 급의 영상을 즐기고 싶다면 필요 해상도는 16k까지 치솟는다. 게다가 가상현실 영상은 기본적으로 스트레오스코피 기술을 근본으로 하므로 좌안/우안 영상을 별도로 렌더링해야 하니까 실질 필요 해상도는 2배이다.

  • 폴리곤

    컴퓨터 그래픽에서 3D 오브젝트를 구성하는 기본단위로서, 3개의 좌표로 이루어진 삼각형이다.
    폴리곤의 숫자가 늘어날수록 세밀한 표현이 가능해지며, 그만큼 실시간 렌더링 연산능력 역시 많이 요구된다.
    게임 콘솔을 기준으로 할 때에, 5세대기의 경우 캐릭터마다 약 150~300 폴리곤, 6세대기의 경우 1000~3000 폴리곤, 7세대기의 경우 1만~2만 폴리곤 가량이 할당되었으며, 8세대기인 현재의 경우 8~20만개 가량의 폴리곤을 주연급 캐릭터에 할당하고 있다.

    참고로 일반적인 영화에 등장하는 풀 CG 캐릭터들은 일반적으로 100~200만개 가량의 폴리곤을 사용한다. 단순 수치만으로 계산할 때에 9세대기 게임기만 되어도 영화의 CG와 동일한 퀄리티의 폴리곤을 사용할 수 있게 되며, 이미 8세대기인 현재에도 컷신 등의 특수한 연출 상황에서는 한 캐릭터에 50~100만개 가량의 폴리곤을 할당할 수 있다.
    하지만 폴리곤의 숫자가 반드시 오브젝트의 세밀함과 비례한다고 볼 수는 없다. 우선 영화 등의 프리렌더링 CG에 많은 폴리곤이 사용되는 것은 세밀함의 문제보다는, 모델링을 보다 쉽고 편하게 하기 위해서 렌더링 성능을 사실상 고려하지 않고 3D 모델을 제작하기 때문이다.
    또한 미래의 리얼타임 3D 렌더링 기술이 반드시 폴리곤 기반의 모델링으로 이루어진다고 볼 수는 없으며, 복셀 엔진을 사용하는 경우 역시 고려해야 할 것이다. 복셀에 대한 정보는 해당 항목 참조

3.2. 입력 기기

가상현실을 위한 입력기기는 일반적으로 키보드, 마우스와 같은 입력도구와는 달리, 사용자의 신체 활동을 직접 인식할 수 있는 기기들이 사용된다.

3.2.1. 모션 캡쳐

3D 모션 기법 중 하나인 모션 캡쳐 기술을 그대로 적용한 입력 기기들이다.
  • 모션 캡쳐 리모콘

    가장 초보적인 형태의 가상현실 입력기기라 할 수 있다. 자이로스코프가 내장되어 있거나, 적외선 발광기와 적외선 센서를 이용하여 움직임을 인식 가능한 리모콘을 들고 움직이면, 리모콘의 움직임을 바탕으로 사용자의 움직임을 인식하는 형태의 기기이다.
    매우 가격이 싸며 기술적으로 만들기 쉽다는 장점이 있지만, 인식 가능한 동작의 한계나 편의성 등의 문제로 현재는 사실상 사장되어 가는 추세이다.
  • 모션 캡쳐 카메라

    2009년 마이크로소프트가 선보인 키넥트를 통해 대세로 떠오른 가상현실 입력기기이다.
    본래 모션 캡쳐 카메라는 마커라 불리는 공 모양의 센서를 전신에 부착해야 정상적인 모션 인식이 가능했으나, 기술의 발전으로 인해 마커 없이도 모션 인식이 가능한 기기들이 개발되기 시작되었으며, 키넥트를 필두로 하여 가정용으로도 충분한 시장성이 있다는 것을 입증해 보이고 있다. 현재 시점에서 가장 대중적인 가상현실 입력기기라 할 수 있다.
    본디 센서 없이도 동작을 인식하는 모션 캡쳐 카메라는 가정용이든 전문용이든 이전에도 존재했으나(PS2의 아이토이 등), 키넥트가 나타나기 전까지는 가격이나 성능 면에서 보잘것없는 수준이였지만, 키넥트 이후부터는 표정 등의 세부적인 동작을 제외하고 신체에만 국한하면 사실상 완벽에 가까운 인식 능력을 보여준다.
    다만, 카메라에 보이는 범위 안에서만 동작이 인식되기에, 달리기 등의 격한 활동이나, 오래 걷기 등의 활동 범위가 큰 행동은 인식이 제약되는 단점이 있다.
  • 기타 제스쳐 기반 HID 기기
    카메라를 아예 사용하지 않는 모션 캡쳐 기기 역시 존재한다. 주로 근육의 움직임 등을 감지하는 팔찌 형태의 HID 기기들이 그것.

3.2.2. 전방위 트레드밀

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상기한 모션 캡쳐 카메라가 '카메라가 보이는 한도 내에서만 인식이 가능하기에 걷기 등의 범위가 큰 행동을 취할 수 없다'라는 단점을 메꾸어 줄 수 있는 가상현실 입력 기기로서, 360도 이동이 가능한 트레드밀과 허리 지지대를 이용하여 제자리에서 걷거나 뛰는 행동을 취하고 인식할 수 있도록 해 주는 기구이다.
모션 캡쳐 카메라가 제자리에서 취할 수 있는 세부적인 동작 인식에 치중되어 있다면, 전방위 트레드밀은 보다 공간적인 움직임을 취할 수 있도록 만들어 주며, 두 기구는 기술적으로 상충되지 않으므로 상반신의 움직임은 모션 캡쳐 카메라로 인식하고, 하반신의 움직임은 전방위 트레드밀로 인식하는 등의 방법을 이용하여 중복하여 사용할 수 있다는 이점이 있다.
직접 가상현실 공간을 돌아다닐 수 있다는 데에 그 이점이 있기 때문에, 가상현실 세계에 직접 들어간 듯한 몰입감을 주는 HMD의 사용은 사실상 필수적이라고 볼 수 있다. 전방위 트레드밀을 사 놓고 모니터로 보면서 게임을 하는 것은 그냥 운동기구를 쓰면서 게임을 하는 셈.
하지만 아직까지는 층간 소음, 컨텐츠 부족 등의 이유로 활성화되지는 못한 상태이다.
가격은 상대적으로 저렴한 편으로, 약 30~50만원대의 가격에 구매할 수 있다. 허나 대다수가 북미에서 제조되고 있으며 아직 다른 국가에서는 관세 및 운송비를 고려하면 여전히 제법 부담되는 가격이다.

3.3. 출력 기기

3.4. 가상 현실을 소재로 한 작품

3.4.5. 가상의 가상현실 체험 기기

4. 1995년 개봉한 SF 영화 가상현실

가상현실(영화) 항목 참조


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  • [1] 오큘러스 리프트의 제작자인 파머 러키가 다름아닌 이런 가상현실을 다룬 서브컬쳐 매체에 큰 영향을 받았음을 생각하면 서브컬쳐의 가상현실에 대한 영향력은 과연 무시할 수 없다는 것을 실감할 수 있다
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