STEAM R&E 연구결과보고서 ( 상상을현실로만드는홀로그램기술의효과 ) 2015. 11. 17. 이리고등학교
< 연구결과요약 > 과제명 연구목표 상상을현실로만드는홀로그램기술의효과 홀로그램을주제로하여여러가지변인을주었을때달라지는홀로그램영상을관찰해보며더나은홀로그램을제작해본다. 연구방법 연구성과 제 1연구 1. 홀로그램기술에서반사될다양한재질을준비한다. ( 유리, 아크릴, ohp필름등 ) 2. 같은각도에서재질을바꾸어서찍히는영상관찰한다. 3. 재질에따라달라지는영상을관찰하고비교해본다. 제 2연구 1. 굴절을이용한홀로그램의최적의각도찾기 ( 15도, 30도, 45도, 75도 ) 2. 각도에따라서달라지는영상을관찰한다. 제 3연구 1. 두께에다른홀로그램영상을비교하기위해두께가다른아크릴판을준비한다. ( 2mm 3mm 5mm ) 2. 판의두께를달리하고같은영상을틀어놓고영상을관찰한다. 제 4연구 1. 위정보를바탕으로한홀로그램 box 제작하기 2. 위조건들을이용하여홀로그램 box 제작후홀로그래피를이용한홀로그램을시연한다. 제 1연구결과 1. 유리, 아크릴과필름등으로실험한결과얇을수록상이깔끔하다는것을알게되었다. 하지만영상기에있어서적절한것은아크릴이라는결과가나왔다. 제 2연구결과 2. 홀로그램영상기제작에앞서서아크릴의최적의각도계산을 15도부터시작하여 75도까지실험한결과 45도가가장최적의각도라는것을알게되었다. 제 3연구결과 3. 2mm, 3mm,5mm 두께를비교하여실험한결과두께가얇을수록더영상이선명하게보인다는결과가나왔다. 제 4연구결과 3. 홀로그래피를이용한홀로그램의원리에대한이해를바탕으로직접필름에영상을적어넣었다. 주요어 (Key words) 홀로그램, 홀로그래피, 착시효과, 빛의굴절
목 차 1. 개요가. 연구동기나. 연구의목적다. 연구범위라. 연구주제의선정과정마. 관련선행연구조사 2. 연구수행내용 가. 이론적배경및선행연구 나. 연구활동및과정 3. 연구결과및시사점 가. 연구결과 나. 시사점 4. 홍보및사후활용 5. 참고문헌 - 1 -
1. 개요 가. 연구동기및배경 영화를보면공상과학을많이접할수있는데, 특히홀로그램을이용하여 3D, 4D영화가나오고영화에서홀로그램을이용하여물체를띄우고영상을연출하는등볼때마다우리들의시각을자극하고호기심과신기함을준다. 그리고뉴스에서현재홀로그램이단순히먼미래의기술이고실용이사실상불가능한것이아니라곧실생활에서도사용할수있는기술이라는기사를보고더욱흥미를느끼게되었다. 과거전쟁에서사용되었던것을이제는평화를강조하는현대사회에맞게다양한문화, 경제, 과학탐구, 교육분야에서활용할수있는기술이라생각했다. 나. 연구목적 홀로그램이활용될수있는여러분야조사및현재사용되어지고있는 분야를알아본다. 홀로그램이란바닥에쏜영상이필름에반사되어보이는것으로일종의 착시효과를이용한것으로 3D 나 4D 처럼특수안경이나특수스크린이필요 없을뿐더러특유의제약없이사용할수있다. 다. 연구범위 1) 문제의착안점 실생활에서는비용문제로인해홀로그램이많이사용되지않고있다. 하지만비용에서는값싼부품과간단한기술을이용한다면많은분야에서활용될수있을것이다. 즉, 직접간단히간이로제작하여간단한실험을통해실용성을인증하고범위를넓혀서방안점을제시할수있다. 예를들어과학탐구분야면에서는학생들의실험탐구나학습적인목적으로사용하고넓게는콘서트나행사, 그리고교육분야에도이용할수있다. 시간과공간의제약을받지 - 1 -
않고홀로그램이각광받은장점이자강점이라할수있다. 이제는핸드폰을 항상가지고다니듯이홀로그램기술을발전시키면항상옆에있는홀로그램이 될것이다. 라. 연구주제의선정과정 최초로홀로그램을연구한것은 20세기초반으로초기에는전쟁목적으로사용되었다가현대사회에서는홀로그램을문화와과학, 교육분야로많은이목이집중된다. 이전까지홀로그램은실용성이사실상불가능이라는평가를받았었지만이제는과학기술의발달로일반콘서트나행사에서도무대연출을위해홀로그램을사용하여사람들에게즐거움을주고실제같다는느낌까지도줄수있다. 현재는비용문제와기술개발초기단계여서아직까지는연구가한창진행중이다. 몇년전까지만해도홀로그램은상상이나영화에서만가능한일인줄로만 알고있었는데벌써홀로그램을연구하고개발하여이를활용하고있는중이라 는것을이제알게되었다. 정말이제는 상상이현실이된다는것을다시한번실감하게되었다. 그래서불가능하다고생각했던것을실현시키는데팀원끼리초점을두고진행하기시작하였다. 일단현재홀로그램은넓은목적으로개발과연구가진행중이다. 우리는일반실생활에서간단히홀로그램을활용할수있는것을발견하고연구하는것이목적이다. 마. 관련선행연구조사 홀로그램이초기에전쟁에이용되었던사례 동물과식물등다양한물체를띄워동물들의반응을관찰 - 2 -
2. 연구수행내용 가. 이론적배경및선행연구 1) 연구내용 홀로그램이용한여러분야활용방안 간이홀로그램제작및연구 홀로그램영상기를직접제작하고다양한실험을진행 2) 연구방법및절차 아크릴판과유리판을이용하여스마트폰이나태블릿에서나오는영상의빛을이용하여 3D형식의입체영상을만든다. 이와같은원리와홀로그래피의원리를접합시켜직접홀로그램영상기를제작하고선생님과학생들의평가와조언을받으며보충과수정을반복하여완벽한영상기를제작할계획이다. 피라미드모형의유리상자를만들고암상자에넣어주위의빛을차단한다음영상기의빛을가두어유리상자안에서입체영상이움직이게만든다. 그리고여러형상의홀로그램입체를띄워서다양한효과를만든다. 물체를띄우는데에성공하면이제움직이는영상을제작한다. 즉, 우리가보는동영상을입체로띄워서마치진짜사람이움직이는것처럼보이게할수있다. 실제로가수들대신기존에가수들이공연하던무대를직접촬영하여홀로그램으로무대연출을하여사람들에게선보인적이있다. 홀로그래피를이용한홀로그램방식에대한전체적인이해와직접해봄으로 써홀로그래피에관한이해에따른방법에대한연구 - 3 -
나. 연구 활동 및 과정 1) 제 1연구 목적 : 홀로그램 제작에 있어 최적의 재질을 찾는다. 실험과정 ① 홀로그램 기술에서 반사될 다양한 재질을 준비한다. - 유리(굴절률 1.5), 아크릴(굴절률 1.49), OHP 필름 등 ② 같은 각도에서 재질을 바꾸어서 찍히는 영상 관찰한다. ③ 재질에 따라 달라지는 영상을 관찰하고 비교해본다. 아크릴 판 OHP 필름 재질에 따라 달라지는 영상의 모습 홀로그램 영상기 제작에 앞서서 영상기에 필요한 재료에 관한 연구에서 유리, 아크릴과 필름 등으로 실험한 결과, 상이 맺는 것은 큰 영향을 주지 않았다. 하지만 영상기를 제작하는 데 있어서 아크릴이 가장 경제적이면서 또 튼튼하 여 아크릴이 가장 좋다고 보았으며 두께를 조정하기도 아크릴이 가장 쉬웠다. - 4 -
2) 제 2 연구 목적 : 홀로그램 제작에 있어 최적의 각도을 찾는다. 실험과정 ① 15도 30도 45도 75도 등 다양한 각도로 아크릴판을 세운다. ② 각도에 따라서 달라지는 영상을 관찰한다. 각도에 따라 달라지는 영상의 위치 15도 30도 45도 75도 각도에 따라 달라지는 영상의 모습 홀로그램 영상기 제작에 앞서서 아크릴의 최적의 각도를 계산하여 15도부터 시작하여 75도까지 실험한 결과 정면에서 보는 영상이기 때문에 빛이 45 각도가 정면으로 뻗어가므로 45도가 가장 최적의 각도라는 것을 알게 되었 다. - 5 -
3) 제 3연구 목적 : 홀로그램제작에있어최적의두께을찾는다 실험과정 1 두께에다른홀로그램영상을비교하기위해두께가다른아크릴판을준비한다. ( 2mm, 3mm, 5mm ) 2 판의두께를달리하고같은영상을틀어놓고영상을관찰한다. 두께에따라달라지는영상의선명도 2mm 3mm 5mm 두께에따라달라지는영상의모습 2mm, 3mm,5mm 두께를비교하여실험한결과두께가얇을수록더영상이선명하게보인다는결과가나왔다. 얇을수록겹치는반사되는면이가깝기때문에겹쳐보이지않는다. 따라서얇을수록상이뚜렷하게보인다. - 6 -
4) 제 4연구 목적 : 위정보를바탕으로한홀로그램 box 제작하기 실험과정 1 위조건들을이용하여홀로그램 box 제작후홀로그래피를이용한홀로그램을시연한다. 빛과물체에반사된빛의간섭현상으로생기는간섭무늬를기록한필름을찍은사진 기록방식을참조광과반사광을한광원에서나온빛으로찍은것과참조광과 반사광을분할하여찍은후상을비교한결과참조광과반사광을분할하여 찍은것이시야각이훨씬더크게보인다. - 7 -
필름에 기록된 영상을 재생하는 방법은 반사광 없이 참조광만 있으면 가능하다. 3. 연구 결과 및 시사점 가. 연구 결과 1) 제 1연구의 결과 아크릴 판 OHP 필름 실험결과 재질을 다르게 하였을 때 두께가 얇은 재질일수록 더욱더 선명하게 보이지 만 아크릴판이 OHP필름보다 두꺼움에도 불구하고 영상에 흔들림이 없어 홀로그램 영상기 재질에 적합함을 알 수 있었다. - 8 -
2) 제 2연구의 결과 15도 30도 45도 75도 실험결과 (정면) 보는 위치에 따라서 최적의 각도가 달라지다 하지만 우리가 만든 영사기에서 는 정면에서 보아야하기 때문에 정면에서 볼 때 가장 반사가 잘되는 45도가 가장 적합하다. - 9 -
3) 제 3 연구의결과 2mm 3mm 5mm 실험결과 2mm : 영상이선명하게잘보인다. 3mm : 영상이약간흐릿하게보인다. 5mm : 영상이흐릿하게보이며심지어두겹으로보이기도한다. 두꺼운재질일수록빛이매질을통과하는데걸리는시간이길어진다. 따라 서얇을수록가장짧게걸리게때문에 2mm 가적당하다고보았다, 실험결과제 1,2,3 연구를통해얻은데이터를통해최적의홀로그램을제작해보았다. 영사기위에영상을비추면유사홀로그램방식으로빛이반사되어보인다. 이영상은빛에반사된상이보이기때문에좌우가반전되어보이며주변에빛이적을수록상이뚜렷하게보인다. - 10 -
4) 제 4 연구의결과 빛을노출시키는시간은너무짧으면상의간섭무늬가찍히지못하여잘보이지않는다. 참조광과반사광이간섭이잘일어나는것은따로분할해야한다는점과빛이기록되는시간동안진동이빛에영향을주므로진동을피해야하며반사광과참조광이따로들어갈경우에더많은빛을기록할수있으므로볼수있는시야의각이넓어진다. 또한시야의각에따라서저장되는상이다르다시야의각이다르면다른빛의간섭또한다르게일어나기때문에좌우로시야를움직이면서본다면상이다르게보인다, 이를이용하여한필름에조금더많은정보를저장하고전달할수있다. 나. 시사점 홀로그램의발전가능성및많은홀로그램방식에대한연구로홀로그램의 연구를하면서빛에대한연구를하였다. - 11 -
4. 홍보및사후활용 홀로그램에관한부분은너무나도복잡한부분이많으므로앞으로많은방법에 관한연구계획을세워앞으로계속연구할예정이다. 5. 참고문헌가. Science Times 나. 홀로그래피입문원리와실체 ( 구보타토시히로 ) 다. 디지털홀로그래픽입체방송주요기술및현황 ( 박민식, 김현의, 채병규, 문경애, 김진웅 ) 라. 집적영상을이용한홀로그램생성기술 ( 박재형 ) 마. 최근의홀로그래피및실감형 3D기술 ( 김영민, 이병호 ) - 12 -