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3D영상 - 새로운 공학의 도전
'아바타(Avatar)'의 인기 3D 영상 컨텐츠 개발경쟁에 불붙여
[159호] 2010년 03월 01일 (월) 원치선 전자전기공학부 교수
 제임스 캐머런 (James Cameron) 감독의 영화 아바타(Avatar)가 전 세계에서 10억달러(약 1조1600억원) 이상의 극장 매출을 올리고 있는 가운데 한국에서도 개봉 3주 만에 관객 700만명을 넘어섰다.
아바타의 폭발적인 인기 배경에는 그것이 3D 입체영상으로도 제작되어 관객들이 최신의 완성도 높은 입체영상을 경험할 수 있었던 점이 크게 작용했을 것이다.
아바타의 인기몰이와 함께 지난 1월에 있었던 CES (Consumer Electronics Show)는 세계 굴지의 가전업체들이 3D TV를 경쟁적으로 보여준 전쟁터였다. 게다가 소니와 FIFA가 2010년 월드컵을 3D로 중계하기로 합의하면서 이번 남아공 월드컵이 3D TV 보급을 크게 앞당기는 계기가 될 것으로 예상된다.

남아있는 3DTV의 단점…특수안경 착용

실제로 방송통신위원회에 따르면 3D TV의 세계 시장 규모가 올해 88억 달러(약 10조원)에서 2012년 195억 달러(약 22조1000억원)로 2배 이상 급증할 것으로 전망하고 있다. 이렇듯 3D TV가 당장이라도 각 가정에 보급될 것으로 보이지만 아직 해결되어야 할 문제들이 있다.
첫 번째 문제점은 아직 3D TV의 대부분은 특수 안경의 착용을 필요로 한다는 점이다. 영화관에서와 같이 앉은 자세에서 안경을 쓰고 제한된 시간 동안 관람하는 것에 비해 집안에서는 다양한 자세로 TV를 시청하므로 안경을 안 쓰고도 여러 각도에서 입체감을 느낄 수 있는 무안경 3D TV의 개발이 3D TV의 본격적인 보급을 위한 전제조건이 될 것이다.
3D TV의 보급 확대를 위해 해결해야 할 두 번째 문제는 3D 콘텐츠의 원활한 유통이다. 인간이 거리감을 느끼는 것은 양쪽 눈으로 받아들이는 양안의 시차를 인간의 두뇌에서 입체감으로 해석하기 때문이다.
따라서 앞으로 제작될 영상은 인간이 두 눈으로 영상을 취득하듯이 두 대의 카메라로 동시에 취득한 영상을 양쪽으로 분리해 보여주면 될 것이다. 이 과정에서 한 대의 카메라로 찍은 기존의 동영상 보다 산술적으로 2배의 데이터 량이 발생하며  전송 및 저장해야할 데이터 량도 그만큼 증가할 것이다.

시점 간 상관관계를 이용이 기술의 핵심

일반적으로 2대 이상의 카메라로 촬영된 다시점 (multiview) 영상은 3D 영상의 입체감을 더욱 자연스럽게 하며 시청각도와 무관한 무안경 3D TV에 활용될 수 있으나 이 경우 데이터 발생량은 카메라의 수에 비례하여 증가한다.
이와 같이 2대 이상의 카메라로 촬영된 비디오 데이터는 인근 카메라로 찍힌 비디오 데이터들 간에 시점-방향의 높은 상관관계가 존재한다.
이와 같은 시점 간 상관관계를 적절히 이용하여 양안 영상에 존재하는 중복성을 제거하는 것이 3D 비디오 압축의 핵심이다.
3D 비디오 콘텐츠 제작은 더 많은 비용과 시간을 요구한다. 비교적 짧은 시간에 저렴한 비용으로 많은 3D 콘텐츠를 공급할 수 있는 한 가지 방법은 이미 2D 동영상으로 제작된 수많은 동영상을 3D 영상으로 변환하는 것이다. 그러나 2D 영상은 3차원에 위치한 실제 영상을 2차원 평면에 투영한 것으로 이렇게 취득한 2차원 영상으로부터 3차원 정보를 복원하는 문제는 그 자체가 해법을 찾기 어려운, 잘못 형성된 (ill-posed) 문제이다.
그러나 경우에 따라 영상 내에 존재하는 구조적인 단서나 선명도의 차이 그리고 움직임 정보로부터 제한적으로 거리 정보를 자동적으로 추출할 수 있다. 이와 같이 자동적인 2D-3D 변환 기술은 적용 대상 영상이 제한적이므로 결과적으로 완성도가 떨어진다.

2D-3D 변환 기술 등장으로 완성도 높아져

따라서 어느 시점에서든 사용자 (혹은 영상 제작 감독)의 개입에 의한 인위적인 깊이 정보의 반영이 필요한 반자동 (semi-automatic) 변환 기법이 더 현실적일 것이다. 이 경우 인간의 개입을 취소화하고 사용자(감독)의 UI(User Interface)를 사용자의 입장에서 최대한 편리하게 만들어 줄 수 있는 변환 도구가 필요하다. 반자동 2D-3D 변환의 핵심 기술은 〈그림〉에 나타낸 바와 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 영상 내 존재하는 객체를 분리하는 영상 분할 (Image Segmentation)이며, 두 번째는 분할된 각 영역에 입체감과 함께 거리감을 제공하는 부분이다.

3D TV의 현 시점은 새로운 기회이자 도전이다

소니 등 일본 가전업체에서 3D TV에 집착하고 있는 것은 3D TV의 핵심 지적재산권을 조기에 확보하고 그와 관련된 표준화를 주도하려는 의도가 깔려 있다. 결국 3D TV가 시작되고 있는 현 시점은 그 동안 2D 동영상의 디지털 신호처리에 머물러 있던 공학도들에게 새로운 도전이며 기회가 될 것이다.

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