Why? 가상 현실 증강 현실

Why? 가상 현실 증강 현실 ㅣ Why? 초등과학학습만화 80
조영선 지음, 이영호 그림, 민준홍 감수 / 예림당 / 2017년 11월

3D 게임, 3D, 4D 영화, 야구장에서 접한 구글 카드보드를 통해 가상 현실, 증강 현실이라는 단어를 어렴풋이 이해하고 있던 아이와 저는 이 책을 통해 가상 현실 ,증강 현실의 개념을 확실히 알 수 있었고 현재 어느 수준까지 진행되고 있고 앞으로 나아가야 할 방향이 무엇인지를 알 수 있었어요. 이 모든 것이 완벽하다고 착각하는 인간의 착시 효과와 관련되어 있다는 사실에 놀라게 됩니다.
 

시공간을 넘나드는 장치를 발명하려는 꿈을 증강 현실로 이루려는 어리 박사의 강연회에 초대된 조카 꼼지와 친구 엄지는, VR을 통해 뇌를 100% 착각하게 하는 환경을 만들려는 꿈을 위해 떠나버린 바리 박사가 나타가 어리 박사를 납치하고 VR 미디어 체험관에서의 지령을 해결하고 어리 박사를 구하라는 말에 함께 VR 체험을 해 나갑니다. 이들이 배워나가는 VR의 세계에 우리 아이도 함께 동참해봅니다. 과연 그 결말은 무엇일지 궁금해지네요.

​VR, AR 둘 모두 현실처럼 느껴지는 가공의 세계를 만든다는 점에서 모두 가상 현실에 포함되지만 Virtual Reality 가상 현실은 간단히 말해 인물, 배경 등 모든 요소가 가상인 세계이고, Augmented Reality 증강 현실은 현실 세계에 가상의 요소를 더한 것이죠. 또한 VR은 사람이나 주변 환경이 모두 가상으로 만들어지기 때문에 별도의 장비가 필요하지만, AR은 꼭 그렇지만은 않다는 차이가 있어요.

VR이 오랫동안 주목받지 못한 이유는 이미지, 상호 작용, 몰입감이라는 3가지 요소를 모두 충족하지 못해 현실감이 떨어지기 때문이에요.

VR을 이해하려면 입체 효과를 알아야하고 3D 안경에 대하여 알아야해요. 색차 안경, 편광 안경, 셔터 안경 등 다양한 3D 안경 방식을 통해 입체 효과를 느낄 수도 있지만 하나의 영상을 둘로 나누어 두 눈에 맺히는 상을 다르게 하여 맨눈으로 3D를 보는 방법도 있어요.

​VR의 핵심은 HMD (Head Mounted Display)에요. 사람의 움직임에 따라 화면을 이동할 수 있는 장치죠. 빛이 눈의 망막에 닿으면 망막은 빛을 전기 신호로 바꾸고 그 신호를 시신경을 통해 뇌로 전달하는데 이 과정을 통해 우리는 사물의 모습을 인식해요. 이때 걸리는 시간이 0.02초인데 HMD를 쓰고 고개를 돌릴 때 화면이 이보다 뒤늦게 따라오면 뇌가 이상을 느껴 멀미를 일으킬 수 있어요.

​AR은 영상 인식 기술과 위치 인식 기술을 통해 구현되요. 카메라에 비친 사물의 정보를 인식한 뒤, 영상처리 기술을 이용해 필요한 정보를 제공하고, 영상이나 사진이 아닌 위치 정보를 파악하여 해당 위치와 관련된 정보를 겹쳐서 보여주는 기술을 통해 구현될 수 있어요.

AR이 최초로 실용화 된 것은 바로 비행분야에요. 1990년 비행기 제조사 보잉은 비행기 부품을 조립할 때 가상의 이미지를 덧씌워 놓고 보면서 작업했고 이것이 시초가 되어 전투기 조정사가 비행할 때 필요한 정보가 헬멧에 표시되는 HMD (Helmet Mounted Display)가 만들어졌는데 이로써 최초의 AR 장비가 실용화되었어요.

​사람의 동작이나 감각에 자연스럽게 반응하지 않으면 현실감이 사라지는 VR의 완벽한 조건은 무엇일까요?

 VR에서 시선을 처리하려면 헤드 트래킹뿐만 아니라 아이 트래킹 기술이 있어야해요. 눈동자의 움직임을 추적하는 기술로 VR에 적용하면 눈동자의 움직임에 맞추어 화면을 조작할 수 있어 정교한 사용자 인터페이스가 가능합니다. 현실 공간에서 체험자의 손동작을 VR 공간에서 똑같이 재현해 주는 장치인 VR 장갑, VR로 보는 영상에 맞춰 움직이며, 체험자는 실제와 같은 속도감과 중력을 느끼는 케이블 로봇 시뮬레이터, 사람의 몸으로 느끼는 감각은 뇌로 전해지는 전기 신호라는 점에 착안하여 만든 옷인 테슬라슈트 등이 계속 발전하며 완벽한 가상 세계를 만들도록 도와줍니다.

​VR의 활용에 대하여 알아봐요.

360도 영상은 컴퓨터나 스마트폰으로 볼 수 있어요. 스포츠 중계, 영화나 드라마, 뉴스나 광고, UCC 등 다양한 미디어에서 VR을 통해 360도 영상이 구현됩니다. VR 게임에서 운동 기구, 무기, 마우스, 제스처 명령 인식에 컨트롤러가 사용되기도 하고, VR 속 사물은 허상이기 때문에 만지거나 질감을 느낄 수 없으므로 실제 공간에 VR 속 사물 모형을 똑같이 놓아 VR 공간에서도 만지거나 질감을 느낄 수 있도록 현실 배경과 VR을 결합시키기도 해요. VR 공간에서 걷거나 달리도록 해 주는 장치인 버툭스 옴니도 있어요. VR 공간에 적용하면 실제로 걷는 느낌이 들어요.

VR은 다양한 분야에 사용되지요.

미국 항공 우주국이 개발한 VR 기반 우주 비행사 훈련 시스템인 하이브리드 리얼리티 시스템은 고성능 물리 엔진, 상업용 VR, 웨어러블, 동작 추적 등 다양한 기술을 이용하여 만들었어요.

버들리 프로젝트는 HMD를 쓰고 십자 모양 틀에 엎드려 2분짜리 영화를 보는 것으로 360도 실사 화면을 1인칭 시점으로 제공하고 앞쪽에 강한 바람을 내는 팬을 장착하여 체험자가 실제로 하늘을 나는 느낌을 주어요.

온라인이나 모바일로 전 세계 유명 미술관의 작품을 볼 수 있는 가상 투어 서비스인 VR 투어를 통해  다양한 지역에서 많은 사람이 시간이나 공간에 얽매이지 않고 문화적 혜택을 누릴 수 있게 되었어요.

VR을 이용해 공포증 치료도 할 수 있어요. 사람이 공포를 느낄 수 있는 상황을 VR에서 단계적으로 재연하여 치료하는 거에요. 외상후 스트레스 장애, 대인 기피증, 고소 공포증, 공황 장애, 발표 공포증 등 각종 공포증을 겪는 사람들을 치료하는데 VR이 활용되고 있어요.

​현재 수술에 관해서는 VR보다는 AR 기술이 더 주목받고 있어요. 그냥 수술하는 것보다 환자의 몸에 덧씌워진 정보를 보면서 수술하는 게 훨씬 효과적이기 때문이죠. CT, MRI 등으로 미리 촬영한 자료를 환자의 몸 위에 투영시키면 절개할 부분 등을 정확히 알 수 있어 정교한 수술이 가능해요.

AR이 정보를 투영하는 방식을 알아봐요. AR은 두 가지 방식으로 정보를 투영해요. 하나는 마커 인식 방식으로, 특정 패턴이나 모양을 인식해서 그 자리에 정보를 표시하는 것이고 다른 하나는 위치 기반 방식으로 GPS를 활용해 지도 위의 특정 위치에 관련 정보를 표시하여 마커가 없이도 일정한 위치에 정보를 나타낼 수 있어요.

AR 기술의 하나인 SAR (Spatial AR)은 프로젝터를 사용해 실제 장소에 직접 가상의 영상을 덧씌워 안경이 필요없어요. 한 구호 단체는 브라질의 수많은 어린이가 학대와 굶주림에 시달린다는 것을 알리기 위해 브라질의 상징인 '거대 예수상'에 SAR 기술을 적용해 예수상의 팔이 안는 것처럼 안쪽으로 움직이도록 연출했어요.

하지만  AR과 VR도 문제점이 있어요.

AR 기기는 인터넷이나 GPS를 실시간으로 활용하기 때문에 온라인 상에서 일어나는 문제가 똑같이 일어날 수 있어요. 개인 정보 유출 ​문제가 심각할 것으로 예상되요. 또한 AR이  발달하면 특정한 위치에 누구나 정보를 올릴 수 있으므로 수많은 광고와 댓글 공해가 심각해질 거에요. 미래에는 꼭 필요한 정보만을 찾아서 보여 주는 AR 필터링 기술 발전이 요구됩니다.

VR 화면에 너무 집중하면 눈을 깜박이는 횟수가 줄어들어 안구 건조증이 생긱 수 있어요. 또한 화면을 눈 가까이에 두면 전자파와 시력에 좋지 않은 청색광에 많이 노출되어 시각 세포 노화가 촉진되고 무거운 무게 때문에 장시간 사용 시 목, 어깨 등의 통증을 유발하는 등 건강 측면의 문제가 있어요. ​

뇌는 실제 자극에 의한 전기 신호와 인공적으로 만들어진 전기 신호를 구분할 수 없으므로 뇌를 직접 자극하는 방식의 완벽한 가상 현실이 가능할 것으로 전망되나 현실화시키기에는 어려운 점이 많아요.

바리 박사는 기존 VR 기술의 한계를 느끼고 어리 박사 곁을 떠났지만 직접적인 뇌 자극을 이용한 가상 현실에 대한 아이디어로 꿈을 이루었어요. 하지만 가상과 현실을 구분할 수 없는 상황이 되자 리셋 증후군과 리플리 증후군 부작용이 나타나자 아직 준비되지 않는 상태에서 발표하는 건 위험하다고 판단하고 어리 박사에게 인정받기 위해 납치한 것이었어요. 또한 이러한 문제의 해결책을 연구해 자신의 발명품이 발표될 수 있도록 부탁하기도 하구요.

VR 기술이 발달하여 가상과 현실의 경계가 점점 사라질수록 리셋 증후군과 리플리 증후군은 심각한 사회 문제로 이어질 가능성이 있어요. 감탄사를 일으키게 하는, 다양한 분야에 응용되어 나날이 발전하는 AR, VR 기술이 부작용과 심각한 문제 또한 해결할 수 있는 그날을 기대해봅니다.​