사진측량 - 3D 소개 가천대학교토목환경공학과 박홍기
2
( 자료원 ; http://blog.mission3-dgroup.com/ 2009/01/22/the-history-of-3d-photography/) 3
( 자료원 ; http://blog.mission3-dgroup.com/ 2009/01/22/the-history-of-3d-photography/) 4
5
6
( 자료원 ; Steve Kiesling, Detroit Stereographic Society, http://home.comcast.net/~dssweb/intro_to_stereo.htm) 7
( 자료원 ; http://blog.mission3-dgroup.com/ 2009/01/22/the-history-of-3d-photography/) 8
1891 년에입체영화용카메라탄생 1934 년뤼미에르가 ' 열차의도착 ' 라는최초 (?) 의입체영화를만듬 최초의 3D 장편영화는러시아에서 1947 년제작된 ' 로빈슨크루소 ' 라는작품 첫번째전성기는 1950 년대초반할리우드에서입체영화제작붐이일면서연간 60 편이넘는작품이만들어짐. 알프레드히치콕감독도 ' 다이얼 M 을돌려라 ' 를 3D 버전으로만들었다. 그러나 1953 년화질이선명하고시야가폭넓은와이드스크린이개발되면서관객들은안경을쓰고영화를관람하는불편으로외면함 입체영화가제 2 의전성기를맞게된것은로버트저메키스감독이최초의아이맥스 3D 애니메이션작품으로제작한 2004 년 ' 폴라익스프레스 ' 의공이큼. 또 2008 년에는 ' 잃어버린세계를찾아서 ' 라는최초의실사 3D 영화도개봉해입체영상은다시한번조명받기시작하였음. 그리고 2009 년 12 월개봉한 ' 아타바 ' 는 100 년영화사를통틀어가장의미있는영상혁명으로불러오고있음. 9
입체감못느끼는사람 3D 영화를봐도안과적문제때문에아예입체감을전혀느끼지못하는사람도있다. 미국검안협회는최근 심한약시 사시, 입체맹 (stereoblind), 동작시각인지과민증 (visual motion hypersensitivity) 등의증세를가진사람은시각적문제때문에입체영상을느낄수없다 고밝혔다. 이런환자들은수술등을통해해당증상을치료해야입체영화를정상인처럼즐길수있게된다. 미국매서추세츠주소재마운트홀리요크대학의신경생물학자수전베리교수는입체맹증세때문에나이 48 세가되도록입체영상을보는데문제가있었다. 그러나그녀는수술을받고 3D 입체영상을볼수있게됐으며, 작년에자신의경험을 < 나의시선을고치며 (Fixing My Gaze)> 란책으로내놓았다. 그녀의이야기는미국의과학지 < 사이언티픽어메리칸 (Scientific American)> 에실리기도했다. ( 자료원 ; CBN 저널 ( 제 154 호 )-3D 영화 TV 붐, 안과 안경점특수불러온다?) 10
3D 영화현기증 입체영화를볼때현기증을느끼는사람들의신체적특징은 녹내장환자 양쪽눈의시력에현격한차이가있는사람 ( 미국검안협회의조사에따르면, 18~38 세인구의 56% 가양쪽눈에시력차이가났다 ) 사시 근시 원시등시력에문제가있는사람등이다. 평소의입체사물을볼때보다훨씬복잡하게 강제로 입체영상을보도록느끼게하는게 3D 영화의원리이기때문에, 뇌가할일이평소보다크게늘어난다. 특히양쪽눈을통해들어오는시각정보가안과문제때문에왜곡되는녹내장환자같은경우는, 뇌가입체영상을만들어내기위해엄청난일을해야하므로, 다른사람보다더쉽게지치고현기증 구토증을느끼게되는것이다. 체력이약한사람또는노약자가 3D 영화를보면서쉽게피로하고두통등의증세를호소하는것도뇌를과도하게혹사한결과다. 11
현기증없이 3D 영화즐기는방법 5 가지 1. 어지러움을느끼면 3D 안경을벗고잠시눈을감아라 2. 이렇게휴식을취하는데도계속증세가가라앉지않으면극장밖으로나와라 3. 영화를보기전에미리안약을넣는다 4. 팝콘등을먹고옆사람과가끔이야기한다 5. 현기증을심하게느낀다고생각하는사람은실사장면이나오면잠시특수안경을벗어눈과뇌를쉬게한다. 컴퓨터그래픽 (CG) 으로만든장면은앞으로튀어나올영상과뒤로기어들어갈영상이확실하게분리돼있기때문에시각적피로와현기증이덜하지만, 배우를촬영한실사장면에서는이와같은앞뒤장면을완벽하게분리하기어렵기때문에현기증을느끼기더쉽다. 12
입체영상의원리 ( 자료원 ; 조선일보, 2010.01.12) 13
( 자료원 ; http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2009/06/11/2009061101329.html) 14
실제사물의광각 1) 명시거리의광각 tan(θ/2)=3.3/25=0.132 => θ=15.04 2) 물체와의거리 10m 경우의광각 tan(θ/2)=3.3/1000=0.011 => θ=0.378 따라서명시거리이내 (θ=15 이상 ) 일때는두눈의시야가사시가되므로미간이매우어지럽게되고, 물체가무한대에위치하여도광각 θ=0 이상이된다. 거리 25cm 1m 2m 3m 5m 10m 비고 광각 15.04 3.78 1.89 1.26 0.756 0.378 위표에서편하게입체를볼수있는광각이 1.89 에서 0.756 사이임. ( 자료원 ; 이상룡, 에이앤디 3D) 15
입체영상의광각 입체영상에서는실제의광각이존재하는것이아니고, 두개의영상이뇌에서합성되는과정에서광각을느끼게된다. 이경우 2 가지의문제점이발생한다. 1) 근거리경우 : 제작자가원리를이해하지못한상황에서과도한돌출을시도하여광각이뇌의합성한계를벗어나어지러움을발생하게한다. ( 스크린에투사된표현광각 2 이상 ) 광각 2 이상의영상을획득했을경우, 좌우영상형태의차이가심하게발생 뇌에서동일물체로인식이어려워이중영상으로보임. 2) 원거리경우 : 이미제작된영상을초점의위치를변경할수없으므로광각이 0 도이하의음수각을가지게되어배경이매우어지럽게된다. ( 스크린에형성된좌우영상의이격거리가 6.5cm 이상 ) ( 자료원 ; 이상룡, 에이앤디 3D) 16
매직아이 (Magic Eye) 매직아이는외국에서붙여진입체그림의이름이다. 우리는두눈으로물체를바라볼때거리감 ( 遠近感 ) 이느껴진다. 거리감을느끼는원리는하나의물체를두눈으로볼때물체와두눈과이루는각도가크면가까이있는물체이고작으면멀리있는물체이다. 매직아이를자세히보면여러개의중복된그림이겹쳐져있는데, 같은그림의거리간격이가까우면위로떠보이고간격이멀면뒤로떨어져보이게된다 17
입체영화의원리 보통의영화는앞에서말한한쪽눈으로보는것 ( 영화촬영시에한대의촬영기로촬영하는것 ) 과같이거리감각이존재하지않는것인데반하여, 입체영화는화면과의거리는느껴지지않고오직화면에구성되어있는영화장면이마치유리창을통하여보고있는것처럼완전한거리감이생기게된다. 입체영화를만들려면, 두대의촬영기를사용하여우리눈이양쪽눈으로물체를바라볼때처럼좌, 우동시에촬영을하여야한다. 18
입체영화의원리 ( 계속 ) 촬영된필름을어떻게왼쪽눈따로, 오른쪽눈따로볼수있을까? 입체영화에서는빛의성질중에서편광이란성질을이용한다. 빛은사방으로진동하면서진행하다가편광물질을지나게되면한방향으로만진동을하게되는데, 진행도중현재의진행방향과직각으로놓인편광물질을만나면더이상진행하지못하게된다. 19
입체영화의원리 ( 계속 ) 영화의영사기앞에편광판을삽입하면그편광판의편광방향으로만진동하는빛이스크린에비춰지게되는데, 그와직각방향의편광안경을착용하고보면보이지않고영사기의편광판과같은방향의편광안경으로보면보이게된다. 이와같이서로직각인편광판을좌우영사기와안경에설치함으로써우리두눈은각각한쪽영상만을볼수있는것이다. ( 그림출처 ; 국립중앙과학관, 생활속의과학 ) 20
3D 입체영화의필요조건 3D 입체영화의필요조건은다음과같다. 한쌍의입체영상, 이두영상을뿌려줄영사기, 두영상을효과적으로합쳐줄장비가그것이다. 영사장비는크게두가지로나눌수있다. 그하나는기본원리에가장충실한, 두개의상을두개의영사기로영사하는 듀얼프로젝션 방식이고, 다른하나는하나의영사기를사용하지만별도의장비나튜닝을통해 3D 입체영상을구현할수있도록한 싱글프로젝션 방식이다. 두개의상을하나로합치는역할을하는장비가입체안경인데, 안경의기능에따라아무런역할을하지않고빛이나색만걸러주는 Passive Glass 방식과안경자체가특별한역할을하는 Active Glass 방식이있다. 21
현재국내영화관에설치된 3D 입체영화기술종류는 IMAX DMR(MPX) 3D, IMAX Digital 3D, reald, masterimage 3D, Dolby 3D, NESTRI-3D 이렇게 6 가지가존재한다. 아래의표는각 6 가지종류가각기어떤방식을취하고있는지를보여준다. 표에서알수있는것은듀얼프로젝션방식은 IMAX 포맷뿐이라는것이고, 액티브글래스방식은 NESTRI-3D 뿐이라는것이다. 22
masterimage 3D Glass Dolby 3D Glass reald 3D Glass NESTRI 3D Glass 23
편광을이용한 Passive Glass 3D 가장보편적인기술인편광을이용하는방법은기본적으로듀얼프로젝션방식과그궤를같이한다고할수있다. 영사기는한대뿐이지만, 보이는빛을시간차로분리해서보여주는, 빛의개폐를이용한방식이기때문이다. 기본적으로듀얼프로젝션과같은방식이지만한대의영사기를이용하여영사기의렌즈앞에특정장치를설치, 이를개폐시켜특정빛만투과시킨다. 그런이유로 3D 구현에서근본적으로듀얼프로젝션방식에비해밝기에문제를지니고있다. 또한한대를이용해시간에따른개폐가이루어짐으로듀얼프로젝션에비해눈이받아들이는프레임의수도적을수밖에없다.( 위두가지는모든싱글프로젝션방식의공통된문제다.) 그러나상대적으로비용이저렴하고, 평관필터를이용하는안경자체도단가가저렴해분실시에도리스크가적다는장점이있다. 현재이방식으로대표되는것은 masterimage 3D 와 real3d 로, 가장대중적으로인지도가높다. 현재국내영화관에서는 real3d 는롯데시네마, masterimage 3D 는 CGV 에서주로채택하고있다. 24
( 자료원 ; 입체영화의원리, 중앙일보, 2009.06.08) 25
라이너리 ( 직선 ) 편광시스템 라이너리 ( 직선 ) 편광시스템으로입체영화를볼때에는두대의영사기가직교차되는편광필터를통해두개의영상을한스크린에겹쳐서영사하게됩니다. 그리고빛의손실을막기위해특별히제작된빛의분리를막는비탈편광스크린이사용되게됩니다. 관객은직교편광필터안경을쓰고보게됩니다. 각필터는분리된광선의영상만통과시키게됩니다. 이로써각눈동자는다른위치의영상을보게되어입체효과를만들어내게되는것입니다. 그러나관객이갑작스럽게고개를끄덕이면다른광선까지통과를시키게되어입체효과가사라지고두개의영상이보일수도있습니다. 26
서큘라 ( 원 ) 편광시스템 서큘라 ( 원 ) 편광시스템은직선편광시스템보다발전된시스템으로관객이움직여도입체효과가사라지지않는장점이있습니다. 원편광시스템은각기다른방향으로이동하는원편광을하나의스크린에영사되게됩니다. 관객들은반대방향으로끼워진두개의필터를통해영상을보게됩니다. 왼쪽으로돌아가는편광은오른쪽필터에서는사라져버리고그반대의경우도같은결과를보게됩니다. 이결과시각은입체효과를인식하게됩니다. 현재의리얼 3D 시네마시스템은서큘라편광시스템에서발전된기술로서, 종래의편광입체영상과는다르게두대의영사기가필요하지않습니다. 27
색분리를이용한 Passive Glass 3D 이방식은과거 3D 방식이던적, 청의색분리방식이진보한것으로편광을이용한빛의분리가아닌색을이용한상의분리를통해 3D 를구현하는방식이다. 하나의프레임에있는세가지색 RGB 와또다른프레임에있는 RGB 를분리하여입체감을형성하는 3D 방식으로비교적최근영화관에도입되었다. 기본적으로영사기앞에무언가를설치하여빛을걸러내는방식이아니기에상대적으로밝기의문제에서어느정도자유롭지만, 상대적으로비용이비싸다는단점을가지고있다. 현재국내에서만날수있는색분리방식은 Dolby 3D 이며, 이를적용한영화관은 Cinus 체인이대부분이라할수있다. 28
안경의셔터를이용한 Active Glass 방식 3D 앞의두방식들은모두영사기쪽, 그러니까상영이되는쪽에서어떤기술이이루어지는방식이라면, 이방식은관객쪽에서무언가가이루어지는방식이라할수있다. 이기술의핵심은바로안경인데, 안경안에셔터가내장되어있어해당프레임에따라 On/Off( 개폐 ) 가되는방식을취하고있다. 그렇기에위의방식에비해밝기에서더자유로운방식이라할수있다.( 밝기는 3D 입체영화의핵심키워드다.) 실제싱글프로젝션방식중가장 3D 입체감이좋다는평을듣고있다. 하지만이방식의문제는위의방식보다비싼비용이다. 안경자체에기술이적용되기에좌석수가많은영화관이라면좌석수만큼더많은비용을지출해야한다는것을의미한다. 또한안경분실에따른리스크가가장크다. 안경에대한정확한금액을알려드리기는어려우나대략적으로그금액이만단위가아니라는점은알려드릴수있겠다. 그러나기본적으로이기술이접목된영화관이있다면, 상영관이동이자유로워스코어에따른유동적인상영관배정이가능하다는장점도있다. 현재국내에적용된이방식은 NESTRI-3D 이며, 이기술을이용한영화관은 CGV 영등포스타리움, Cinus 이수, Cinus 원주, 서울극장등 4 곳이고, 영화진흥위원회시연룸에도설치되어있다. 29
입체영상구현방법 입체용특수안경사용하는방법 편광안경방식 시분할셔터안경방식 30
입체영상구현방법 입체용특수안경을사용하지않는방법 패럴랙스배리어방식 랜티큘러방식 31
무안경방식 현재안경을착용하지않고도입체영상을시청할수있는방식으로는렌티큘라시트 (lenticular sheet) 방식, 시차배리어 (parallax barrier) 방식, 백라이트분배 (back light distribution) 방식등이있다. 시차배리어방식은제작하기가가장간단하나대부분의빛이시차배리어에의해차단되기때문에밝은화면을얻을수없다. 백라이트분배방식은시청자의위치에대응하는점에서두개의백라이트를비추어야하기때문에시청자의위치추적을위해복잡한정보처리방법을필요로하는등의문제점을가지고있다. 그래서현재까지는렌티큘라방식이가장실용화될가능성이크다. 렌티큘라시트는투명한플라스틱원통형의렌즈가일렬로배열돼있다. 렌즈한개의폭은표시기의화소폭에의해결정되는데, 좌우영상에해당하는두개의화소가들어가도록만든다. 이렇게하면렌즈효과에의해렌즈의좌측에있는화소는오른쪽눈에만보이게되고우측에있는화소는왼쪽눈에만보이게돼좌우화상의분리가가능해진다. 두대의카메라를사용해좌우측영상을촬영하고이렇게촬영된두개의영상을한화면위에규칙적으로번갈아배열시킨다. 그리고렌티큘라렌즈를화면앞에설치하면각각의화상은렌티큘라시트를통과한후서로다른방향으로진행하기때문에시청자는입체감을느낄수있다. 이때입체감을느낄수있는시청자의위치와범위, 그리고입체감의정도는렌티큘라시트의곡률, 두께, 균일도등의특성에따라결정된다. 32
3D 디지털뷰어와 3D 사진인화 33
3D TV 1830 년대에반사경을이용한 Stereo 3D 장치가발명되어세간의주목을받았고, 양안시차를이용한 3D 방식의대표적인기술들인 적청안경방식 편광안경방식 시차배리어방식 렌티큘러렌즈방식등도소개된시기는 1900 년전후였다. 실제적인입체영상디스플레이라고할수있는 ` 홀로그램 ' 도 1948 년에이미공개되었다. 과거디스플레이기술은 3DTV 의입체감, 현실감을표현하기에상당히부족했기때문에몇차례 3D 붐이있었지만일시적인현상에그치고말았다. 그러나, 최근의평판디스플레이는대화면, 고화질, 고해상도가가능해져 HDTV 보급을활성화시키는데크게기여하고있다. 고화질디스플레이기술은 3D 디스플레이에도발전을가져와서이전에는꿈만꿨던 3DTV 상품화에박차를가하게되었다. 34
3D TV 삼성전자와 LG 전자가 3D LED TV 로 3D TV 시장을적극공략하고있다. 2009 년 8 월부터 3D LCD TV 시판을시작한 LG 전자는 국내최초 3D TV 시판 이라는점을강조하며, 스카이프, 유투브등의이용이용이한 NetCast TV 를특징으로부각시키고있다. 삼성전자는유럽시장에서 3D TV = 삼성 LED TV 라는이미지를이어가고있다. LED 는물론 LCD, PDP 등 TV 의모든분야에서 3D TV 를선보이고있지만, 주력으로삼고있는것은 LED TV 다. 앞으로할리우드메이저제작사들과연계한컨텐츠공급이나스카이라이프에서시작하는 3D 방송등으로 3D 입체영상을볼기회가많아질것이지만, 아직은그양이충분하지않다. 다가오는월드컵을 3D 입체영상으로즐길수있듯이각종스포츠경기를 3D 로중계하고있다. 그러나, 앞으로시장을움직이는것은결국컨텐츠다. 시장조사기관인디스플레이뱅크에따르면세계 3D TV 시장규모는올해 11 억 3,600 만달러에서 2011 년 28 억 1,600 만달러, 2012 년 46 억 4,400 만달러로성장할전망이어서관련산업의규모역시큰기대를걸만하다. 35
3D TV 의분류 안경유무좌우영상분리방법 3D TV 방식 안경 무안경 공간분할 시간분할 공간분할 적청안경편광안경셔터안경시차배리어렌티큘러렌즈 36
무안경방식의경우, 수평방향으로일정한위치에서봐야하기때문에시청위치와시야각이제한받는문제가있고, 여러사람이볼수있도록다시점으로확장할경우에는해상도가떨어지는문제가있다. 이런이유로현재는 1 인용디스플레이인휴대폰에서 3D 입체영상을감상할수있는방식으로사용되거나광고용디스플레이등에제한적으로활용이가능한상황이다. 3D TV 기술은앞서소개한방식이외에도 IP(Integral Photography), Volumetric Display, 홀로그램등실제공간상에입체영상을구현하는방식도있다. 궁극적인 3D TV 는이러한방식이기술적으로완성돼영화에서처럼홀로그램으로주인공이사각의디스플레이를깨뜨리고나와손에잡힐듯한생생한현실감을주게될것이다. 이렇게되기까지는아직시간이더필요하다. 37
( 자료원 ; http://dev1.egloos.com/ 4324768) 경원대학교박홍기 38
Photogrammetry? Engr. Surveying? Land Surveying? Geodetic Surveying? AM/FM The End Coordinates Datum Standards Technology GIS/LIS Digital Mapping Applications Cost/Benefit E-mail: hgpark@gachon.ac.kr 39