Ⅰ. 서론

옛부터 우리들은 일상 보고 있는 자연계의 정경과 언제나 변함없는 자연의 아름다움을 그리고 실재감이 있는 입체상을 표시하고 싶다는 소원과 꿈을 품어왔다. 3차원 영상의 역사를 되돌아 보면 거기에는 많은 선각자들의 노력과 영지의 자취를 볼수 있으며 최근에는 하이비젼보다 더욱 인간의 감성에 호소하는 영상시스템으로서 3차원 입체영상에 대한 기대가 고조되고 있다. 우리가 실제 눈으로 얻는 정보는 입체영상이므로 일상적으로 보고 있는 자연계의 정경에 보다 가깝고 자연스러운 영상 시스템을 추구하는 계속적인 인간의 욕망은 보다 많은 정보를 요구하고 초고속 정보통신망을 근간으로 구축될 정보고속화도로(Information Super Highway) 위에서 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같이 단순히「듣고 말하는」서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속처리하는 디지털 단말을 중심으로 한「보고 듣는」멀티미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는「시·공간을 초월하여 실감있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는」초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다. 우리가 실제 눈으로 얻은 정보는 3차원 입체 영상이어서 눈과 귀만의 정보가 아닌 입체감과 현실감이라는 느낌의 정보까지도 포함한 입체영상 정보를 요구하게 됨에 따라 3D TV와 같은 차세대 실감 3차원 입체 정보통신 시스템의 개발 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다.
3차원 입체영상 기술은 차세대 정보 통신 서비스의 총아로 사회 선진화와 더불어 수요 및 기술 개발 경쟁이 치열한 첨단의 고도화 기술로서 정보통신, 방송, 의료, 교육 훈련, 군사, 게임, 애니메이션, 가상현실, CAD, 산업기술 등 그 응용 분야가 매우 다양하며 여러 분야에 공통적으로 요구되는 차세대 실감 3차원 입체 멀티미디어 정보통신의 핵심 기반기술이라 할 수 있다.

외국의 3차원 입체영상 기술에 관한 연구의 구체적 내용은 국가 기밀로 분류되어 기본적인 접근방식 외에는 발표되고 있지 않는 실정이다. 따라서, 모방에 의한 기술 개발은 지적 소유권, 특허 등의 해결해야 할 많은 문제점을 안게 되므로 외국과 근본적으로 다른 독자적인 접근 방식을 통한 한국형 3차원 입체 방송 및 정보통신 기술의 개발이 절실하다. 3차원 입체정보통신 기술은 현재 전세계적으로 기술개발 단계이므로 해외기술 의존도를 최소화하고 나름대로의 독창적인 한국형 입체방식연구를 통해 첨단 3차원 입체 정보통신 기술의 선점과 응용분야의 개발이 절실히 요구되는 시점이다. 특히, 국가차원의 산·학·연 공동의 적극적이고 즉각적인 연구개발을 통해 세계시장에서 차세대 3차원 입체 방송 및 정보통신 기술의 산업적 경쟁력을 확보하는 것이 절실한 상황이다. 3차원 입체 정보통신 기술의 경우 다양한 접근 방법이 가능함으로 지금부터 독자적인 3차원 입체 영상기술을 연구개발 함으로써 21세기 입체 멀티미디어 정보통신 분야에서 우리나라가 다른 선진국들과 대등한 위치에서 기술경쟁을 할 수 있는 발판을 마련할 수 있을 것이다. 현재 우리나라에서는 정부를 중심으로 다각적인 기술개발에 착수했으며 중소기업청은 새로운 천년의 100대 기술로서 "3차원 영상, 음향 가상현실시스템 개발기술"을 설정하였을 뿐만 아니라 산업자원부는 한국과학기술원을 중심으로 입체영상 정보단말기 개발을, 정보통신부는 한국전자통신연구원을 중심으로 하는 입체TV기술을 개발하기 위한 장기 프로젝트를 시작하는 등 이미 우리나라에서도 입체영상에 대한 기술개발에 박차를 가하고 있는 실정으로 머지않아 실용화되어 우리 눈앞에 3차원 영상이 펼쳐질날도 그리 멀지 않을 것이다.

Ⅱ. 국내외 산업기술 동향

1. 국외동향

유럽에서는 3차원 입체TV 시스템 개발을 위해 COST230이라는 공동 프로젝트를 수행하고 있으며, ATM을 이용한 입체 방송을 1996년에 성공하였다. EC 주도의 DISTIMA라는 4년 프로젝트가 완료되고 이어서 ACTS PANORAMA 프로젝트 등이 수행되고 있다. 특히 14개국에 있는 대학과 연구소들이 참여하여 1996년부터 2001년 까지 수행될 PANORAMA프로젝트가 대표적인 것이다. 이 프로젝트에서 3차원 영상표시와 관련하여서는 "An autostereoscopic display for video communications", 과제로 연구중에 있으며 다시점 카메라와 관련한 프로젝트는 "A multiview camera for video communications with 3-D telepresence", 공간공유 기술과 관련해서는 "Stereoscopic visualization and stereoscopic interactive telecommuni- cation in surgery as modules of OP 2000", 영상합성과 관련한 "MPEG-4 scene composition", 영상합성 및 다중화와 관련한 "A real time hardware for stereoscopic videoconferencing with viewpoint adaptation", 그리고 감각 수수와 관련한 "Video communication with 3-D telepresence using 3-D reconstruction and 3-D computor graphics", 등의 프로젝트가 행해지고 있다. PANORAMA프로젝트와는 별도로 영국의 캠브리지 대학에서 시간 분할 방식에 근거한 28시점(1/2 vga 해상도) 3차원 영상시스템을 개발했고 현재는 완전 VGA해상도 시스템을 위해 FLCD(Ferroelectric Liquid Crystal Display)를 이용하는 방법을 연구하고 있다. 이에 우선하여 Advanced 3DTV camera(DITIMA) 및 편광방식 입체디스플레이를 개발하였고 1996년 입체방송을 방영 시연한 바 있을 뿐 만 아니라 영국의 AEA Tech.사에서는 산업용 입체원격 모니터 개발에 성공하여 상용화 단계에 있다.

2. 국내동향

국내 3D 입체기술은 90년대 중반부터 연구소를 중심으로 입체영상 방식 및 신호처리기술에 대한 기초연구가 진행되고 있으며, 최근에는 산업계에서 입체영상 관련 H/W 개발을 위한 제품화 연구에 착수한 상황이다. 현재 KIST의 3차원 영상매체연구그룹을 주축으로 1992년부터 과학원, 연세대등 일부 대학의 연구진들과 함께 가상현실, 차세대 3차원 TV의 개발을 목표로 하여 펄스레이저 홀로그래픽 비디오 시스템, 홀로그래픽 스크린을 이용한 무안경식의 8시점 천연색 3차원 동영상 입출력시스템, 투사식 위주의 새로운 3차원 영상기술의 개발과 감각 수수기술과 관련한 모션 플래트폼, 공간 공유기술과 관련한 가상 스튜디오 기술을 개발해오고 있으며, 영상합성 및 압축 기술과 관련하여서는 한남대, 연세대, ETRI, 과학원, 서울대등에서 MPEG시리즈에 의한 중간 영상합성, HDTV영상의 압축에 관한 연구를 해오고 있다. 또한, 산업계의 대표격인 삼성, LG, KBS 등 기업 연구소에서는 디스플레이 산업의 급속한 발전에 따라 LCD 산업 이후의 차세대 첨단기술분야로서 3차원 영상장치의 개발을 진행하고 있으며 국내에서는 대학과 산업계에서 3차원 기술에 대한 기초연구를 수행하는 단계로 조기에 상품화가 가능한 독자적인 원천기술 확보와 상용화 기술개발이 요구되고 있다. '98년부터 한국디스프레이연구조합에서는 산·학·연의 3D 입체기술 전문가간에 선행기술 공동정보 교류회를 설치하여 현재 KIST,원자력연구소,ETRI, KBS 기술연구소, 삼성, LG, 현대, 대우, AIS(주), 광운대, 서울대, 충북대 등에서 3차원 전문가가 '98년도 한해동안 2차례의 국내, 국제 3D Workshop을 개최하는 등 활발하게 활동하고 있다.

이와 같이 국내의 산업계에서는 3D 입체관련 핵심기술 및 시스템 기술을 개발하기 위해 적극적인 산학 협동을 통해 3차원관련 신호처리 및 요소기술을 개발하고 있으며 초기에는 5∼18인치의 개인용 게임기 및 모니터의 개발이 예상되고, 향후 산업용은 18∼25인치급으로 의료, CAD, 전시용, 입체방송 등에 응용이 예상된다. 주요기관의 연구실적과 방향을 살펴보면,
- KIST : 다시점 스테레오 카메라 및 홀로그램형 입체영상 디스플레이를 개발하였으며, 입체방송을 위한 신호처리 및 전송기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
- AIS(주) : 3차원 입체촬영기술을 개발하고 '98년 포르투칼에서 개최된 Expo한국관에 전시된 입체영화제작에 NHK와 함께 참여한 경험이 있다.
- 삼성 : 3D 입체모니터를 개발하고 있으며, '96년 Xenotech(주)와 공동으로 IR Tracking을 채용한 스테레오 입체모니터를 개발하였고, 개인 정보단말기 및 의료용에 대한 방식 연구를 수행하고 있다.
- 가산전자(주) : 게임기용으로 스테레오 입체영상시스템을 개발하여 상품화하였으며, 디지털방식의 입체 컨텐트를 개 발한 바 있다
- 광운대학 등 : 스테레오 주시각제어 입체모니터 개발, 자연광 홀로그램 입체모니터 시연을 중심으로 서울대, 충북대, 성균관대, 경원대 등에서는 스테레오 및 홀로그램 3차원 입체 영상 디스플레이 기반기술을 연구하고 있다.

Ⅲ. 국내·외 시장 동향

 

1. 3D 시장

표 1. 3D 시장예측

태동기 (∼'90년 이전)	시장형성기 ('90년대)	시장성장기 (2000년대)
*입체영상의 태동 *편광안경 입체영화 *NHK등 연구시작	* 특수제품 적용 기술개발 (게임용, 의료용) *HDTV이후의 차세대 Display 연구 시작 *Hologram응용제품 개발활기 *주요회사 : Sanyo, DTI, Toppan 등 *연구국가 : Jpn, USA, EU, CIS, 중국 등	*Stereoscopic 3D Display 제품화 *Volume Image System 기술개발 예상 *특수 응용분야 상품화 *입체TV 기술개발

표 2. 용도별 제품 시장 규모

(단위 : 억$) 년도 용도 1998 2000 2005 2010 성장률 (98 ~ 2005) 3D 모니터 3D TV 0.5 0 3 0 10 10 30 70 ~50% 합계 0.5 3 20 100

[그림 1. 3D 분야의 응용분야 및 시장 규모 (1) ]

응용분야 5 ~ 10인치 : 산업용, 개발 10 ~ 20인치 : monitor, 의료, CAD 20인치 이상 : 3D TV, 전시용

3D monitor & TV 시장 2000년 : 3억불 (1.5%) 2005년 : 20억불 (3%) 2010년 : 100억불 (15%) *() : 3D/2D 점유율

 

2. 국내 시장 동향

입체영상기술은 '80년대에 편광안경식 입체영화, Display 및 Head Mount Display 의 제품화가 시작되었으며, '90년대 초반에는 Shutter Glass, Lenticular Lens 방식의 Stereoscopic Display가 Sanyo, Shimadzu, VRex 등에 의해 상품화되었으나 국내의 3차원 정보단말과 관련한 수요는 게임 및 의료용 그리고 전시를 목적으로 한 것이 있고 공간공유기술에 대한 국내 수요는 아직 일어나지 않고 있는 등 아직 이 분야에 대한 인식이 부족하지만 디지털 TV시대의 개막과 함께 폭발적으로 증가할 것으로 생각된다. 특히, 입체TV시장에 있어서 HDTV 보다 해상도가 뒤지더라도 가시적인 입체상으 로 인간의 시각을 충족시켜주기 때문에 세계시장과 동조화되어 큰폭으로 증가할 것으로 예상된다.

3. 세계 시장 동향
3차원 입체영상기술과 관련한 시장현황은 현 시점에서 추정이 어렵지만 기본 기술의 하나인 3차원 영상표시기술 수요에 의해 예측이 가능하다.
- 1992년 일본의 다이아몬드사에서 발간된 "10년 후 일본의 선단 기술시장"(Tamotsu Aoyagi저)이라는 책자에 의하면 2002년 3차원 TV의 수요가 일본에서만 1,000억엔 이상이 될 것으로 추정하고 있고 그 시장규모는 10년 내에 100배이상 성장할 것으로 예상하고 있다. 실제 일본에서의 멀티미디어 정보 단말기의 보급대수는 오는 2000년을 기점으로 급속도로 늘어나 2005년에는 4,000만대를 넘고 2010년에는 1억2천만대를 돌파할 것으로 전망된다. 일본 전자 공업진흥협회는 최근 마련한 가정용 멀티미디어 정보단말기의 현재와 장래 전망이란 보고서에서 가전의 디지털화나 오디오, 비디오 등의 결합으로 2000년 640만대, 2005년에는 4170만대, 2010년에는 1억2240만대로 급증할 것으로 예측하였고(1998년 전자신문사) 세계 입체TV수상기의 시장이 2010년에는 31억달러 규모에 이를 것으로 전망하고 있다. 이에 따라 입체TV수상기 및 기타 입체 TV방송사업을 포함한 전체 규모가 2010년에는 55억 달러에 이를 것으로 예측되고 있다.(일경산업신문,1998) 또 다른 3차원 정보단말과 관련하여 시장의 예측은 대화형 TV시장으로부터 가능하다. 오락, 신문/출판, 방송/광고, 의료, 복지, 교육, 취미/교양, 생활/소비, 개발/생산면에서 주문형, 현실감 등을 고양하는 방향으로 요구가 증대하고 있으므로 모든 정보 단말기가 TV와의 통합형으로 갈 것으로도 예상되고 있으며 이에 따른 대화형 TV의 시장 규모는 아래의 표와 같이 예상할 수 있다.

표 3. 대화형 TV의 시장규모

(백만달러) 2000년 2005년 유럽 3,120 18,100 미국 3,420 27,900 아시아 330 2,970 합계 6,870 49,000

게임시장에서도 3차원 정보단말시장과 관련이 있으며 현재 게임시장의 구성은 PC, 비디오, 온라인 그리고 아케이드 게임으로 되어 있고 1997년도의 세계시장규모는 8백 67억달러로 추산되고 있다. 이중 아케이드 게임이 차지하는 비용은 500억 달러로 전체 게임시장의 60%이상을 차지하고 있다. 그러나 최근의 가상현실, 멀티미디어, 3차원 CG등의 주변 기술의 개발에 따라 이러한 게임의 구분은 없어지고 있는 실정이며 게임 플레어에게 실감 고취를 위해 영상의 3차원화와 감각 수수기능의 부가를 위한 요구도 증대하고 있다. 게임시장은 지난 89년부터 매년 25%의 수준으로 성장하고 있으므로 이 성장률을 97년도 시장규모에 적용하여 2005년의 시장규모를 산출하면 대략 5,200억 달러가 된다. 만약 이중의 10%만이라도 실감 구현과 관련한 기술과 관련이 있다고 해도 그 시장 규모는 520억 달러가 된다. 현재 정보 단말의 수요는 3차원TV(실제 일본의 산요사는 이미 10만대의 4인치급 입체 영상표시 장치를 판매했다)와 게임외에도 교육, 의료영상, 컴퓨터, 시뮬레이터, 각종 산업 및 과학기술 분야에서 연구 수요가 갈수록 증가될 것이며 2005년 이후는 3차원 영상 TV가 현재의 2차원 TV를 대체해 갈 것으로 예상되고 있으므로 그 시장 규모는 수천억달러에 이를 것으로 추정된다. 이것은 이미 Developing New Industries to Change Japan, PHP연구소, 1994에 의해 추정된 4조달러의 멀티미디어 산업 시장에서 이미 예측이 되어있다. 주요 회사로는 일본의 Sanyo, NHK, 영국의 Reality Vision, 그리고 미국의 DTI 등이 있으며, 회사별로 독자적인 표시방식으로 각각 Image Splitter 방식, Lenticular 방식, Hologram 방식, Back Illumination 방식을 개발하고 있다. 차세대 디스플레이로서 미래에 다가올 궁극적인 입체(3차원) 영상시대를 대비한 Multiview 기술 및 입체 TV의 요소기술과 신호처리 기술도 연구되고 있으며, 2000년대 초반에는 입체방송에 상업적 응용이 예상된다.

 

Ⅳ. 입체영상기술

 

1. 영상기술의 역사

- 1836 : 영국의 Charles Wheatstone 에 의한 스테레오스코프 발표
- 1839 : Daguerre에 의한 은염사진 발명
- 1853 : 에너글리프 방식 영상처리기술 개발
- 1903 : 패럴랙스 배리어 방식영상처리기술 개발
- 1910 : 렌티큘라 방식 영상처리기술 개발
- 1948 : Gavor 홀로그램 영상처리기술 개발
- 1950년대 : 편광 안경식 입체영화시대
- 1960년대 : 홀로그램에 의한 3차원 영상
- 1980년대 : 3D TV연구 활발
- 1990년대 : 홀로그램 3D TV연구시작
- 1992년 이후 : 스테레오그램 유행

 

시기	특 기 사 항	주 요 기 술
1940 1960 1980 1990 1995 2005	홀로그래피 기술 입체 영화 입체 모니터 입체 TV 입체 방송	Optical Holography('47) Laser Holography('63) 다수시청용 입체영화 : 편광안경, 색차안경 방식 Head Mounted Display : 가상현실, Game기기 3D PC(SANYO) : 입체game, 영화, 기록보전 개인용 입체 Monitor(SANYO) : 가상현실, game, 의료용 다인용 입체TV(NHK) : 회의, 강연장, 가정용 대화면 projection TV 다인용 입체 프로젝터 : multiview방식 2D/3D TV(SANYO) : 가정용 3D TV, Shutter안경방식 가정용 입체 TV :가정용 Volumetric 3D TV

 

2. 3차원 입체화상 표시방식의 분류

그림 2. 3차원 입체화상기술의 분류(2)

표 5. 입체 디스플레이의 용도와 기능

기능 용도		표시기능								가상현실성
		대화면	평면/ 소형	다수 시청	비안경	고정세	돌출 화상	부유 화상	동화	Interactive
입체 표시	TV	△	◎	○	○	○			◎
	CAD		○			○				◎
	교재			○	○	○	○	◎	○
	장식	△		○	○	◎	○	◎	○
	계측장비		◎		◎			△
	감시		◎						○	△
	예술		○		○	○		○
	서적	△			○	○	○
	극장	◎		◎	○	○	○		◎
	게임		○		△	△	○		◎	◎
	가상현실	○			△	○	○	◎	◎	◎

( ◎ 필수 ○ 중요 △ 보통 )

3. 입체영상기술의 분류

입체영상 디스플레이는 입체표시방식, 시점(view point), 안경착용여부, 시스템의 구성, 관찰조건에 따라 분류할 수 있다. 입체영상의 인식은 주로 양안 시차에 기인하는데, 양쪽눈에 각각 다른 각도에서 관찰된 영상이 입력되면 두뇌작용으로 공간감을 인식하게 된다. 입체영상 디스플레이는 영상 인식정도에 따라 2종류로 분류되며 2안방식 (Stereoscopic display)과 3차원방식(Volumetric display)이 있다. 2안 방식은 양안시차를 이용한 것으로 관찰자의 별도의 안경착용여부에 따라 안경식의 편광방식과 시분할방식, 비안경식의 Barrier방식과 Lenticular방식이 있다. 전자는 기존 디스플레이로써 가능하지만 별도의 편광 또는 액정셔터 안경을 착용해야 하고, 후자는 기존 디스플레이에 각각 image splitter와 cylindrical lens array가 결합된 구조로 관찰범위가 고정되어 소수 인원 (1인 또는 수 명정도)에 한정되지만 별도의 안경식을 착용하지 않는 특징이 있어 전자보다는 실용성이 있다. 비안경식은 입체관찰영역을 확대하는 방법으로 lenticular 방식의 다안화와 관찰자 이동에 대응하는 시점추종형과 백라이트 분할식의 입체TV방식도 제안되고 있다. 이와같이 비안경식의 입체TV 개발은 활발한 상태이지만, 기술적으로는 아직 연구단계에 있다. Volumetric 방식은 다안식, Holography, 깊이 표본화식으로 구분된다. 다안식은 Stereo- scopic 방식과 유사한 구조로서 여러 각도의 다수의 화상을 표시함으로 두개의 화상만을 표현하는 양안시보다 넓은 각도에서 관찰이 가능하다.
Holography는 Hologram과 Electroholo- graphy 방식이 있으며, 전자는 광감성기판에 레이저나 백색광원을 사용하여 물체의 상을 간섭패턴으로 광파의 진폭과 위상을 기록하고 재생하는 방식이고, 후자는 전자와 같이 물체의 입체영상정보를 간섭패턴의 형태 로써 전기적인 신호처리를 함으로써 대량의 영상정보처리가 가능하도록 하여 입체정보를 표현하는 방식이다. 그리고 깊이표본화식은 물체의 깊이방향에 여러화상을 중첩하여 입체영상을 표시하는 방식으로 Varifocal mirror방식, 회전원통식, 표시면 진동식등이 있다. 이 방식은 정해진 범위에서 임의의 시점에서도 관찰이 가능하도록 깊이감을 표현함으로써 관찰위치의 제약이 없고 자연스런 화상표현이 가능하지만 대량의 정보처리기술의 개발이 관건이 되고 있다.

표 6. 3차원 영상기술의 분류

구 분	방 식	안경 착용	Color	동화상	대면적	다수 관람	시야각	시점 이동
Stereoscopic display	Box식	Ⅹ	○	○	Ⅹ	Ⅹ	Ⅹ	Ⅹ
	Anaglph식	○	Ⅹ	○	○	○	○	Ⅹ
	편광안경식	○	○	○	○	○	○	Ⅹ
	시분할식	○	○	○	○	△-○	○	Ⅹ
	2안 Lenticular식	Ⅹ	○	○	○	Ⅹ	Ⅹ	Ⅹ
Volumetric display	다안 Lenticular식	Ⅹ	○	○	○	Ⅹ-△	△	△
	Integral Photography	Ⅹ	○	○	○	Ⅹ-△	○	○
	깊이표본화식	Ⅹ	○	○	△	△	○	○
	Holography	Ⅹ	Ⅹ-○	Ⅹ-○	△	○	○	○

(○;X : 필요/가능; 불필요/불가능)

표 7. 핵심 기술별 분류

기술분류 (code)	요구기술사항	적용기술
3D 카메라	- 스테레오광학계 - 입체감 조절가능한 카메라베이스 - 입체영상처리모듈	- 스테레오광학 기술 - 렌즈조절 메카니즘 기술 - 휴먼팩터 기술 - 입체감 조절을 위한 기본 파라미터 설정 - 입체영상인식 시스템 기술
3D 모니터	- compact 구조 - 2D/3D 호환성	- 광시야각 - 입체영상 왜곡 해석 기술 - 입체시 메카니즘의 생리학적 해명 - 2안식 카메라에서의 입체상 재구성 기술
3D 단말기	- 컨텐트 내장 - 저전력/소형/경량 - 고해상도/광시야각	- 스테레오 영상 압축/복원 기술 - A/V Decoder Module - Stereo Image Compression Codec - Stereo Audio Compression Codec - I/F FPGA Chip
3D 게임용	- 소형, 경량, 저가격	- 인간 시각에 충실한 입체영상 재현을 위한 입체영상 디스플레이 조건 - 고화질 입체영상 저장 및 편집기술 - Edutainment 용 입체영상 DB 구축
3D프로젝터	- 대면적, 고휘도, 다시점	- 편광형 입체영상 디스플레이 기술 - Rear 프로젝션형 LCD 편광 모니터 기술 - 대화면 디스플레이용 영상화질 개선 기술 - 자연스러운 입체영상 표현을 위한 human-factor 기술 - 입체영상 촬영 및 디스플레이 최적 조건 도출 기술
3D TV	- 고속응답, 대면적, 표준화	- 휴먼팩터 - 3D 영상 촬영 기술 - 3D 영상 압축/전송 기술 - 3D 디스플레이 기술

표 8. 국가/기업별 적용기술 전략

국 가	연구기관	연구분야
일 본	NHK	- 입체 HDTV연구 - 다안식 입체디스플레이(lenticular방식)
	ATR	- TV회의용 양안식 입체디스플레이(lenticular방식) - head tracking형 projector(lenticular방식)
	TAO	- 입체TV 및 휴먼팩터 연구
	Osaka City대학	- 동화LCD 입체디스플레이(HOE)
	Toppan	- 3D video장치(HOE)
	Sanyo	- 양안식 입체디스플레이(lenticular방식: 40″, 70″) - LCD입체디스플레이(Barrier Stripe방식: 10″) - 양안식 입체디스플레이(Shutter방식 : 32″)
미 국	MIT	- 동화 CG Holography
	NASA	- VR용 HMD
	VRex	- 양안 입체디스플레이(편광안경식)
	Alabama대학 (Hunstville)	- photopolymer Hologram
유 럽	HHI	- 다안식 projector(lenticular방식) - 휴먼팩터 연구
	Simens	- 신호처리, 압축
러 시 아	Vavilov	- Denisyuk Hologram
	Cinema-photo	- Holographic projector

표 9. 국가별 연구개발 전략

연구항목	일 본	북 미	구 미
디스플레이	- 액정기술수준 높음, 시험기 개발 활발 - 홀로그래피 착수 단계	- HMD: VR요소기술 - MIT: CGH연구선도	- 독일 주축 프로젝트 진행 - HHI가장 활발
	- NHK, ATR, Sanyo, Sharp, 통신방송기구	- NASA, VPL, 텔레프레 젼스, TI, MIT, DTI	- HHI, IRT, Simens
촬영,전송, 신호처리	- 2안 하이비젼, 다안식 - 현행TV 수준 촬영, 재구성	- CG 응용 다수 - TV기술은 늦음 - 필름영화역사 오래됨	- 독일에서 진전 - THOMSON주체 카메 라 개발(DISTIMA)
	- NHK, NES, 동경대, 이케우에	- Disney(필름) IMAX(필름, 카나다)	- HHI(재구성), Simens(압축)
휴먼팩터	- 깊이감, 임장감, 피로 등 평가연구	- 기초연구역사 오래됨 안구운동평가, 생리학	- 입체왜곡 연구
	- NHK, ATR, NTT	- 요크대(카), 스미스케톨웰	- HHI
시스템구성, 방송제작	- 2안 입체셔터 프로그램 제작	- 필름 : 셔터용 기술 축적	- 신DISTIMA프로젝트 착수
	- NHK, NTS, Sony, PCL	- Disney(필름)	- PANORAMA로 계속연구

 

Ⅴ. Patent-Map

 

1. 특허분석 및 출원동향

 

입체영상기술에 대한 특허분석은 앞서 언급한 바와 같이 여러분야에 걸쳐 출원될수 있으나 여기서는 편의상 화상통신기술에 대한 H04N과 홀로그래피적 방법 및 장치에 대한 G03H에 포함된 기술을 대상으로 분석하였으며 특히 H04N기술분야는 방대하여 입체영상과 관련이 있는 서브클라스인 H04N 13∼15의 기술분야를 중심으로 분석하였다. 출원의 경우 1997년까지는 출원이 증가 추세에 있었으나 IMF과정중 연구개발의 위축으로 감소추세임을 그림을 통하여 알수 있으나 국내외를 막론하고 2000년 이후에 들어 기술개발에 박차를 가하고 있고 인터넷 및 디지털 TV의 보급과 같은 주변환경의 변화에 따라 수요가 급증할 것으로 예상되며 출원 또한 급증할 것으로 예상된다. 참고로 1999년도 출원건수에 있어 12월 출원에 대한 기술분류가 미확정되어 있어 실제 건수는 조금 상향될 것이지만 1997년에는 미치지 못할 것으로 큰 의미는 없을 것으로 판단된다. 또한, 내외국별 출원동향을 보면 90년도 초반에는 외국출원이 대부분이었으나 90년 중후반에 들어서면서 국내에서 3차원 영상기술에 대한 새로운 기대감으로 원천기술보다는 기존기술의 개량을 통한 출원이 급증하였으며 기술내용으로 보아 실용신안의 출원보다는 특허로써 출원함을 알 수 있다.

그림 2. 입체영상기술분야의 특허출원동향

그림 3. 내외국별 출원동향

그림 4. 입체영상기술의 실용신안과 특허비교

 

2. 입체영상기술의 주요 특허기술 분류

(1) 영상분리기술

3D기술의 상용화에 가장 앞선 업체로는 일본의 Sanyo, Sharp 등이 있으며 lenticular lens, 또는 beam splitter로서 광원을 분리하는 방식이 주류를 이루고 있다. 그리고 light illumination 방식이 미국의 DTI에 의해 개발되어 상품화에 성공하면서 이 기술에 대한 연구도 증가하는 추세이다. 최근에는 화질개선과 다시점 표시에 유리한 hologram 원리를 이용한 기술이 개발되면서 미래의 유망한 기술로서 연구가 진행되고 있다. 이 방식들은 기존 2D표시소자인 LCD의 전후면에 결합하여 소형경량화가 가능하기 때문에 향후 개인용 모니터의 증가추세에 따라 상업화를 위한 기술개발이 집중될 것이다.

 

(2) hologram 기술

hologram 기술은 60년대 레이저의 개발과 함께 개발된 3차원 영상표시기술로서, 현재는 3D 영상장치의 다시점 영상스크린 개발과, 다기능 광소자 개발이 활발하다. 최근에는 대용량 영상신호처리에 적합한 홀로그래픽 신호처리기술이 연구되어 3차원의 영상신호처리 및 전송분야에 획기적인 기술진보가 가능할 것으로 기대하고 있다. 홀로그램 소자는 Toppan과 Richmond등이 전자주사방식이나, 광간섭방식으로 3D용 광소자 및 광학계를 제작하고 있으며, 영상신호처리는 대학과 연구소를 중심으로 신호처리 이론개발과 응용분야 개발이 활발히 진행되고 있다.

 

(3) tracking 기술

3D 기술에서 관찰자의 위치검출을 위한 기술로서 head tracking과 eye tracking 등이 있으며, 관찰자의 위치가 제한되는 기술적 한계를 해결하기 위한 방안으로 연구가 활발하다. tracking 방식으로는 led array 나 IR sensor 등에 의한 관찰자의 위치검출방식이 있으며, 3D 모니터의 경우 전자가 기술적인 용이성으로 상업화에 앞서고 있다. 그밖에 관찰자의 위치변화에 따라 3D 영상의 투사방향이나 영상을 바꾸어 주는 방식도 개발되고 있다.

 

(4) Multiview 영상처리기술

3D 영상처리기술로서 스테레오 영상을 2차원 화면에 표시하기 위해서는 Multiplexing 기술이 필요하며, 3차원 방식에 따라 수직 및 수평 방향의 스테레오 영상과 2차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있다. 여기에는 tracking 기술이 결합하여 관찰자의 위치에 따른 영상정보의 변화가 가능한 Auto- stereoscopy 기술도 개발되고 있다.

표 10. 입체영상기술의 특허기술분류

구 분	특허권자	Patent No.	주요방법	출원국	출원 년도
영상분리 기술	Dimension Technologies	4,717,949	각 pixel의 투명도를 변화시켜서 image를 형성시켜주는 light valve로 각각 다른 pixel들을 통해 light emitting line을 보는 방식	미국	1988
	Reveo Inc.	5,537,144	3차원 물체의 spatially multiplexed image를 LCD에 부착된 Micropolarization panel과 편광안경을 통하여 3차원 영상을 보는 방식	미국	1996
	Sharp	5,392,140	Lenticular,Spatial Light Modulator, Diffuser로 구성된 광학 System에 조사하는 광원의 위치를 변화 시킴으로써 Viewing Zone의 위치를 변화시키는 방식	미국	1995
	Sharp	5,726,800	2개의 lenticular에 조사된 2D영상을 Beam splitter (combiner)에서 합성하여 3차원 영상을 볼 수 있게 하는 방식	일본	1998
	Sanyo	5,640,273	Parallax barrier를 이용하여 좌측과 우측의 영상이 따로따로 눈에 들어오게 하는 방식	일본	1997
hologram 기술	Richmond Holographic Res.Ltd	5,600,454	Diffusing Holographic Optical Element Screen을 LCD에 부착하여 입체영상을 볼 수 있도록 해주는 장치에 있어서 HOE제작방법 및 구조에 관한 특허	영국	1997
	Mark R. Shire	5,521,724	Multiplexer HOE등 2개의 HOE를 이용하여 Real time Holographic Stereogram효과를 얻는 방법	미국	1996
	Hughes Aircraft	5,016,950	Diffusion Screen에 O차광을 차단시켜 주는 louver filter를 이용하여 full-color viewing을 얻는 방법	미국	1991
	Toppan printing Co.	5,058,992	아동 가능한 xy stage와 e-beam을 이용하여 고정세 diffraction grating pattern을 제작하는 방법	일본	1991
tracking 기술	Dimension Technologies	5,311,220	head sensing device에 의해 관찰자의 머리 위치를 검출하여 light emitting영역을 이동시켜 주는 방식	미국	1994
	Sharp	5,777,720	senser가 head tracking방식으로 관찰자의 움직임을 관찰하여 광원이 이동하여 관찰자가 최적의 Viewing zone에 위치 하도록 해 주는 방식	일본	1998
	Kopin Corp.	5,331,149	Photodetector array에 의해 검출되어 눈의 위치에 관한 신호를 보내줌으로써 Tracking해 주는 방식	미국	1994

 

Ⅵ. 결론

 

통합 멀티미디어 서비스는 사회, 문화생활 전반에 걸쳐 큰 변화를 몰고 왔으며 새로운 21세기에는 디지털 기술의 발전으로 컴퓨터나 통신, 방송이 결합된 멀티미디어 사회의 출현이 예상된다. 이러한 멀티미디어 기술과 3차원 영상의 관계는 인터넷과 HDTV의 디지털 기술등 주변환경과 맞물려 경계가 대부분 없어질 것으로 기대되는 이 시점에서 아직까지는 미비하지만 지적재산권과 영상기술에 대한 동향과 시장현황을 되새기는 기회는 꼭 필요한 것이었다. 지금까지 3차원 영상기술에 대한 국내외 연구개발, 시장 그리고 특허 및 실용신안에 관하여 전반적으로 기술하였다. 결론적으로 3차원 영상기술의 미래방향을 설정해 보면 휴먼팩터 즉 인간의 시청각특성과의 정합을 취하는 것이 가장 중요한 과제이며 입체영상을 보았을 때에 생기는 특유한 왜곡, 예컨데 카드보드효과의 지각기구의 해명과 경감책, 눈의 피로 원인해명과 해소책등 인간의 특성을 파악하면서 착실하게 해결해 나가야할 기초적인 검토과제가 남겨져 있다. 휴먼팩터중 시각특성의 파악에 임해서는 주관평가에 의존할 뿐만아니라 신체의 변동, 뇌파, 안구운동 등 무의식중에 생기는 생체정보를 찾아내는 주관적인 평가방법이 앞으로의 연구과제가 될 것이다. 화상신호처리기술은 장래의 다안식 입체촬상이나 대역압축에 있어 가장 중요한 기초연구분야로서 자동인식이나 자동생성을 포함한 고도의 실시간 알고리즘이 실현되면 그 파급효과는 대단할 것으로 인식되므로 우리나라에서도 과기부, 정통부를 중심으로 비록 이제 시작하였지만 이러한 기초분야에 대한 연구가 필수적으로 응용기술분야와 같이 병행되어야 할 것이다. 특히, 3차원 영상처리기술분야에서는 선진국에서도 연구단계에 있는 기술분야가 많고 미래의 영상 대부분이 3차원영상으로 변해 갈 것은 쉽게 기대할 수 있으므로 첨단분야의 기술중 하나의 축으로 이분야의 연구가 필요함을 직시하여야 하며 특허 등 지적재산권현황에 대하여 보았듯이 이 분야를 연구하거나 시장에 참여하는 기업 및 연구소에서는 국가적인 차원에서 지적재산권에 대한 중요성을 인식하여야 할 것이다. 이를 위해서 특허청과 관련분야 기술인과의 유기적인 결합은 매우 중요하며 특히 벤쳐 및 중소기업의 경우 별도로 특허부와 같은 관장부서를 둘 수 없는 입장에서 특허청을 이용하는 것은 기업이나 연구소의 성장에 있어서도 큰 효과를 나타낼 수 있을 것이며 이를 위하여 특허청에서 실시하고 있는 심사관-중소기업자매결연 등 특허청의 정책에도 관심을 가져야 할 것이다.

 

<참고문헌>
1. "최첨단 정보디스플레이 기술개발에 관한 연구", 산업자원부, 1999. 6
2. "3차원 영상의 기초", NHK 방송기술연구소 편저, 기다리출판사, 1998, 3
3. "3차원 디스플레이 현황 및 전망", 김은수, 이승현, 제3회 3D Workshop, 1999.11