[ETC] 상상을 뛰어넘는 현실! 홀로그래픽 디스플레이 기술과 홀로그램

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마블 영화 중에 '캡틴 마블' 다들 보셨나요? 캡틴마블 영화 속에서 등장하는 크리 제국 특수 부대는 정보를 보여주거나 작전을 짜는 것, 동료와의 교신까지도 모두 홀로그램을 통해서 하는데요. 캡틴 마블 뿐만 아니라 다양한 영화나 게임 화면 속에서 홀로그램이 등장하는 것을 볼 수 있습니다.



캡틴 마블, 홀로그램 대화 장면 / 출처 : VWN



홀로그램(Hologram)은 홀로그래피로 만들어진 3차원 영상을 일컫는데요. IT 과학 기술들이 발전하면서 홀로그램을 구현해 내는 디스플레이의 한계가 지속적으로 극복되며 개발이 고도화되고 있습니다. 과연 홀로그래픽 디스플레이는 어떤 기술이기에 이렇게 구현을 위해 수많은 빅테크 기업에서 힘을 쏟고 있는 것일까요? 오늘은 홀로그래픽 디스플레이에 대해 이야기해 보도록 하겠습니다.




빛을 기록하여 그대로 완벽 구현하는 홀로그램


시력은 빛을 인식하는 능력입니다. 우리가 물체를 볼 수 있는 것은 그 물체에 반사되는 빛을 느끼는 과학적 원리로 이루어지는데요. 홀로그래피는 이러한 특징을 응용한 기술입니다. 홀로그램은 실제로 존재하지는 않지만 마치 눈앞에 대상이 있는 것처럼 생생하게 이미지를 입체적으로 형성하는 기술인데요.



생동감 넘치는 3차원 영상을 허공에서도 보여지도록 하기 위해 빛이 구부러지는 회절과 여러 빛이 교차하면서 생기는 간섭을 이용합니다. 두 개의 빛의 간섭 효과를 이용해 물체에 반사되는 내용을 기록하고, 기록된 내용을 재생해 뭔가를 보는 것처럼 만드는 것이죠. 이 원리도 아날로그와 디지털 방식으로 나뉘는데요.



출처 : 삼성전자



기존의 3차원 디스플레이는 아날로그 방식으로, 입력되는 이미지 정보를 기록해서 정지 상태의 입체 이미지를 창출하게 되는데요. 우리가 흔히 볼 수 있는 3D 이미지가 담긴 패키지나 지폐의 위조 방지 표식에 많이 활용됩니다.



이와 달리 홀로그래픽 디스플레이에서는 디지털 방식을 활용하게 되는데요. 수학적 계산과 처리를 통해 간섭 무늬를 만들고, 데이터로 기록해서 3D 영상을 재생할 수 있도록 하는 것입니다. 2개의 레이저 광선이 하나는 반사경에, 다른 하나는 피사체에 쏘여지는데 피사체에 난반사된 빛과 반사경에서 반사된 빛이 겹쳐지면서 빛의 간섭 현상이 일어나고, 이것을 간섭무늬라고 합니다. 이 간섭 무늬가 입체적인 영상을 생생하게 만들어주는 역할을 하죠.



홀로그램 곤충표본 / 출처 : Ksasao



2012년 일본 NHK 산하 연구소에서 공개한 홀로그램 곤충 표본을 보면, 얼핏 보기엔 진짜 곤충이 있는 것처럼 보이지만 다른 빛을 비추면 안에 있던 곤충이 사라지는 것을 볼 수 있는데요. 이는 홀로그램 가상 곤충표본이기 때문입니다. 아무것도 없는 장소에서 마치 뭔가 진짜 있는 듯한 허상을 보여주는 영상을 재생하는 장치가 바로 홀로그램 디스플레이(Holographic Display)입니다.



홀로그램을 실현하는 홀로그래픽 디스플레이


디지털 홀로그래픽 디스플레이는 디스플레이를 통해 실시간으로 기록되는 이미지를 가간섭성*이 있는 광원을 활용하여 3차원 입체영상으로 구현한 것인데요. 홀로그램은 광선들이 서로 만나서 간섭*하는 원리를 통해서 이미지를 형성합니다. 광선들이 보강 간섭*하는 위치에 밝은 빛으로 된 점이 생기고 이런 점을 수천, 수만 개씩 원하는 이미지 패턴으로 만들면 공간에 떠있는 3차원 입체 이미지가 만들어지게 되는 것입니다. 간섭으로 이뤄진 빛의 점들이 디스플레이로 봤을 때 '픽셀'의 역할을 한다고 볼 수 있는 것이죠.


*가간섭성 : 길다란 실 같은 빛의 성질

*간섭 : 두 개 이상의 빛의 파동이 한 점에서 만날 때 진폭이 서로 합해지거나 상쇄되는 현상.

*보강간섭 : 두 파동이 서로 만나 마루와 마루, 골과 골이 일치하여 원래 파동 진폭의 2배가 되는 것



영화 속 홀로그램 재생 장치는 보통 테이블탑 방식으로 이루어져 있는데요. 아래에서 위로 빛을 쏘아 올려 이미지를 그리는 방식이죠. 장소 제약이 적기 때문에 일반 디스플레이가 놓이기 힘든 곳에 정보나 영상을 표시해 줄 수 있습니다. 그렇다면 홀로그래픽 디스플레이는 언제쯤 실현될 수 있을까요? 아직 구체적인 제품이 개발되지는 않았지만 각종 IT 전시 박람회에서 모습을 드러내고 있는 것을 보면 생각보다 빠르게 만나볼 수 있을 것 같습니다.



출처 : 삼성 디스플레이



국내 기업도 이러한 홀로그래픽 디스플레이에 많은 관심을 가지고 개발에 착수하고 있는데요. 그중에서도 삼성전자는 '홀로그램 재생 장치 및 방법'에 대한 특허를 출원했다고도 합니다. 실제 영화 '캡틴마블'에서 등장하는 홀로그램 재생 장치와 비슷한 형태를 띠는 이것은 차량의 내비게이션 등 다양한 방면에서 활용될 것으로 예상됩니다.



출처: 삼성디스플레이 유튜브



기술적 한계로 인해 당분간은 보기 힘들지는 모르지만 10년 안에 우리는 곧 공상과학 영화나 화려한 그래픽의 게임 속 화면에서만 봐오던 홀로그램을 일상으로 맞이하는 삶을 살게 될 것 같습니다.



홀로그래픽 디스플레이가 주목 받는 이유는?


출처: Home Science 유튜브



정품임을 인정하는 스티커, 혹은 위조 지폐가 아님을 증명하는 표식에 많이 활용 되어 오던 홀로그램은 4차 산업혁명과 IT 기술의 발달로 더욱 다양한 역할을 수행하고 있으며, 그 가능성 또한 무궁무진합니다.


홀로그램 영상은 직관적으로 생생한 영상을 구현하기 때문에 자연스럽고, 보기 편안합니다. 실체감 또한 뛰어나며 장소의 제약이 적은 이유로 일반적인 디스플레이 구동 및 설치가 어려운 장소에서도 어떠한 정보나 영상이건 생동감 있게 표현할 수 있습니다.


여기에 덧붙여 사물인터넷 IoT, 인공지능을 활용한 감정 인식 기능, 기술이나 촉각에 반응하는 센서 기술 등이 결합된다면 활용 가능한 산업 분야는 매우 방대할 것입니다.



홀로그램을 활용한 초등학교의 심해 생물 관찰 / 출처 : etnews


메타버스 즉 가상세계와 결합하여 공간 재생 디스플레이로 구현될 수도 있습니다. 이러한 소통의 기술은 현 세대의 커뮤니케이션 방식을 완전히 뒤바꿀 가능성이 매우 큽니다. 즉, 가상 공간 디스플레이에 학교를 만들어 비대면 학습을 하거나, 업무 훈련이나 요리 실습과 같은 교육 현장에서도 쓰임새가 높을 것입니다. 운동이나 언어 학습, 전시/박람회 방문 역시 마찬가지겠죠. 화상 통화 대신 홀로그램으로 더 입체적인 커뮤니케이션을 할 수도 있을 것이며, 우리가 현재 보고 있는 광고의 형태 또한 활용될 것입니다.



출처 : 2019 한-아세안 특별 정산 회의 ‘스타트업 서밋’ 행사 中 홀로그램 오프닝 공연



이상으로 오늘 포스팅을 통해 세상을 보는 다른 방법이 된 홀로그래픽 디스플레이 기술과 홀로그램에 대해 알아보았는데요. 최근 동향을 살펴보면, 홀로그램을 활용해 의료 수술을 하는 시스템도 개발이 되었고, 스마트폰과 같은 모바일 기기로 3D 디지털 홀로그램을 구현하는 기술도 세상에 나왔습니다. 엔터테인먼트 산업 업계에서도 홀로그램을 활용한 공연, 퍼포먼스를 선보이고 있으며, 각종 문화재 복원에도 실제 활용되고 있습니다.



영상 컨텐츠에 익숙해진 우리 세대에 완성도 높은 3D 입체 이미지나 영상을 구현할 수 있는 기술은 상용화 될수록 아주 빠르게 흡수될 것입니다. 앞으로도 한계를 훌쩍 뛰어넘고 생동감 있는 세상을 이룩하기 위한 디스플레이 기술이 나날이 발전하기를 바랍니다.


감사합니다.




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