3D 입체영상 구현 원리 (영화 아바타)

"아바타2 물의 길"이 개봉했다.
역시 CG의 대명사답게 영상미가 너무 좋았다.
특히 물속에서의 연출이 너무 아름다웠다.
다만 3시간 동안 3D 안경을 끼고 영화를 보니 눈의 피로감이 상당했다.
그래서 중간에 안경을 벗고 있었는데 문득 3D 영상의 원리가 궁금해졌다.
안경의 외관은 되게 평범한 선글라스처럼 생겼다.
그런데 안경을 반대로 쓰면 화면이 이상하게 보이는 걸 보니 분명 무슨 비밀이 숨어있었다.

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원근감

3D 영상이란 사실 원근감을 더욱 느낄 수 있는 영상을 말한다.
우리는 원근감을 느끼는 방법에는 두 가지가 있다.
1) 크기
우리는 바라보는 대상의 크기가 크면 가깝고 작으면 멀다고 느낀다.
예시로 고속도로에서 차간 거리를 가늠할 때 앞 차의 크기로 거리를 판단한다.
2) 양안시차
양안시차란 왼쪽 눈의 영상과 오른쪽 눈의 영상이 서로 차이나는 것을 말한다.
우리의 뇌는 양안시차를 인식하여 원근감을 느끼고, 양안시차가 클 수록 가까이 있다고 인식한다.
그리고 2D 영상에 양안시차 원리를 추가한 것이 3D 영상이라 생각하면 된다.

양안시차

 

 

3D 입체 영상 기술

3D 영상하면 흔히들 영화관에서 특수 안경을 쓰고 아바타 보는 것 정도를 상상할 것이다.
3D 구현 기술에는 여러가지가 있고 안경을 쓰지 않는 방식도 있다고 한다.
나는 그 중 안경을 사용하는 3가지 방식에 대해서만 설명하려 한다.

1. 적청방식

적청방식은 가장 간단한 방식으로 적색과 청색으로 된 안경을 사용한다.
빨간색 좌안용 영상과 파란색 우안용 영상을 합쳐서 영상을 제작한다.
그리고 적청 안경을 쓰고 보면 각 필터에 해당되는 색만 통과된다.
즉, 두가지 다른 색으로 양쪽 눈에 서로 다른 영상을 보여주는 원리이다.

장점
적청 안경은 셀로판지만 있으면 만들 수 있기 때문에 매우 저렴하다.
또한 별도의 특수한 디스플레이(영사기) 사용이 불필요하다.
일반 디스플레이에 적청이 합쳐인 영상만 재생하면 3D 구현이 가능하다.

단점
빛의 삼원색은 세 가지이기 때문에 적청색만 눈으로 보게되면 한 가지 색이 부족한 영상을 볼 수 밖에 없다.
그래서 영상의 왜곡이 심할 수밖에 없어서 요즘에는 영상에 잘 쓰이지 않는 방식이다.

하지만 아래 사진에 있는 공룡 3D 같은 아이들 책에서 여전히 사용되고 있는 기술이다.
사실 나도 어릴적 공룡책에서 3D 안경을 처음 써봤었고 3D 안경하면 적청 안경이 생각난다.

 

2. 셔터방식

셔터방식은 시간분할을 사용한 유일한 3D 구현 기술이다.
안경에 셔터를 달아서 우리 눈을 한쪽씩 가려 주고, 그 주기에 맞춰 양쪽 눈에 서로 다른 영상을 보여준다.
초당 60회 이상의 속도로 빠르게 진행되므로 사람이 느끼기엔 마치 두개의 영상이 동시에 하나의 화면에서 출력되는 것처럼 보이게 된다.

장점
적청방식과는 다르게 색상이 왜곡되지 않으며, 풀HD 같은 고화질 영상 재생이 가능하다.
디스플레이는 안경과 동기화 시켜주는 별도의 장치가 필요하지만 뒤에 소개될 편광 디스플레이에 비해 저렴한 편이다.

단점
셔터의 깜빡임으로 인한 눈의 피로도가 높다.
안경은 전자장치가 사용되므로 무겁고 가격이 상대적으로 비싸다.
다른 브랜드끼리 장비 호환성이 안좋다.

 

3. 편광방식 (영화 아바타에 사용된 기술)

편광방식은 빛의 편광 기술을 이용한 방식으로 편광 선글라스와 동일한 기술의 안경을 사용한다.
방식 자체는 적청방식과 유사하나 안경에서 특정 영상을 필터링하는 방식이 단지 편광인 부분만 다르다.
세로로 편광된 영상과 가로로 편광된 영상을 합쳐서 영상을 제작한다.
그리고 편광 안경을 쓰고 보면 각 편광에 맞는 영상만 통과되어 보이게 된다.
즉, 두 가지 다른 편광으로 양쪽 눈에 서로 다른 영상을 보여주는 원리이다.

장점
안경이 저렴한 편이고, 눈의 피로가 셔터방식에 비해 적다.

단점
가로 세로로 각각 편광된 영상을 보여줄 수 있는 특수한 디스플레이가 필요하다.
좌우영상을 1/2로 걸러서 보여주는 방식이므로 해상도가 1/2로 떨어진다.
하지만 양쪽 눈에 1/2씩 들어온 영상을 뇌에서 합치므로 실제로는 큰 차이가 나지 않는다고 한다.

 

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이렇게 3D 영상 구현 원리에 대해 알아보니 왜 안경을 반대로 쓰면 이상하게 보였는지 이해가 되었다.
그리고 영화관에서 편광 방식을 사용하는 이유를 생각해보았다.
적청방식은 색 구현에 불리해서 영화를 보기에는 적합하지 않을 것이다.
디스플레이 하나에 여러 명의 관람객이 있는 영화관이라는 특수성 때문에 안경이 비싼 셔터방식은 적용이 어려울 것이다.
결국 저렴하고 고장이 잘 나지 않는 편광안경 때문에 영화관에서는 편광방식이 선택됐을 것 같다.
그리고 만약 내 집에 3D 영상을 구현한다면 아마 나는 셔터방식을 사용하지 않을까 싶다.