[과학과 놀자] SF영화처럼 현실과 가상세계 접목해서 볼 수 있어

(144) AR 안경

투명한 자동차 유리에 가야 할 방향이나 속도를 보여주는 헤드업 디스플레이(HUD), 안경에 다른 나라 말이나 글을 번역해 보여주는 것 등이 AR 기술을 활용한 것이다. AR 기술이 적용되는 다양한 분야 중 활용도가 매우 기대되는 것으로 ‘AR 안경’이 있다.

AR 안경은 눈에 착용하는 디스플레이 장치로, 주변 환경을 인식해 필요한 정보나 콘텐츠를 표시해 줄 수 있다. 시각적으로 현실과 가상을 접목한다는 점에서 AR 안경의 활용은 무궁무진하다. 특히 스마트폰을 대체할 차세대 개인용 모바일 장치로 기대돼 많은 정보기술(IT) 기업이 AR 안경을 개발하고 있다. 애플은 2024년 안경 형태의 AR 헤드셋 출시를 목표로 연구개발을 진행 중이다. 구글은 외국어를 번역해 자막처럼 띄워주는 스마트 글라스를 선보였다. 메타(옛 페이스북)는 메타버스와 연결된 가상현실과 증강현실을 통합한 장치를 개발하겠다고 발표한 바 있다.

최초의 AR 안경은 1960년대에 등장했다. 당시 컴퓨터 공학자인 이반 서덜랜드가 머리에 걸 수 있는 디스플레이를 만들었다. 이 장치는 헬멧에 가까운 형태였는데, 서덜랜드는 눈 가까이 있는 작은 디스플레이를 이용해 연구실 풍경 위로 간단한 가상 이미지를 띄우는 데 성공했다. 사용자의 움직임과 시선을 감지해 이미지를 조절할 수도 있었다. 그는 업적을 인정받아 AR의 아버지로 불린다. 1990년대 들어 AR 안경의 개발이 활발해졌으며, 보잉 연구원이었던 톰 코델이 비행기 조립 과정에서 사용할 수 있는 부품을 바라보면 가상의 설명을 겹쳐서 보여주는 안경을 개발하면서 ‘AR’이라는 용어를 만들었다.

AR 안경은 어떤 원리로 제작하고 작동하는 것일까. AR 기기에서 광학 기술은 디스플레이 화면과 함께 핵심 기술이다. 광학 기술을 이용하면 작은 디스플레이 화면을 안경에 높은 해상도의 이미지로 띄울 수 있다. 현재 AR 안경 개발에 적용되고 있는 광학 기술은 크게 반거울 방식과 회절 방식이 있다. 반거울 방식(그림)은 현실세계의 빛은 반거울을 투과하고, 디스플레이 화면의 빛은 반거울에 반사해 현실세계와 화면이 겹쳐 보이도록 하는 기술이다. 이런 방식은 구조가 단순해 영상 품질이 유지되고 현실세계의 왜곡도 적다. 단, 가상 화면이 구현되는 시야각을 넓히려면 거울이 커져야 하므로 휴대성과 디자인을 중요시하는 AR 안경에서는 큰 단점으로 작용한다.

광학 기술 중 회절 방식은 빛의 회절과 간섭을 이용하는 방식이다. 빛의 회절이란 진행하는 빛이 장애물을 만났을 때 진행 경로가 휘어지거나 퍼지는 현상인데, 파장이 길수록 회절이 잘된다. 빛의 간섭이란 두 빛이 같은 위상으로 만나면 밝아지고 반대 위상으로 만나면 어두워지는 현상을 말한다. 나노 단위의 회절격자를 이용하면 연속적인 파장을 가지는 현실세계의 빛은 대부분 격자를 통과하고, 특정 파장대의 디스플레이 빛은 격자에서 회절하며 간섭이 일어나 디스플레이 이미지가 현실세계와 함께 우리 눈에 보이게 할 수 있다. 이 방법을 이용하면 얇고 가벼운 AR 안경을 만들 수 있어 많은 업체가 이 기술을 활용한다. 단, 회절과 간섭을 이용하기 때문에 파장이나 입사 각도에 따라 색상이 분리되거나 화질이 떨어지며, 나노 기술을 사용하기 때문에 제작 비용이 비싸고 대량 생산이 어렵다는 단점이 있다.

AR은 현실에 가상의 정보를 추가해주는 기술인 만큼 우리의 상상을 현실로 만들어줄 수 있다. 예를 들어 AR 안경을 쓰고 책을 볼 때 3D 모델이나 시뮬레이션을 함께 볼 수 있으며, 더 나아가 사용자와 상호작용하는 혼합현실을 구현하면 3D 이미지로 구현된 증강현실을 손으로 조작하며 실험할 수도 있다. 그러나 이런 상상이 지금 바로 현실이 되기에는 AR 안경이 아직 개발 초기 단계에 있으며, 많은 기술적인 문제와 도전이 남아 있다. 하지만 많은 IT 기업이 AR 안경의 개발과 연구에 힘을 쏟고 있는 만큼 우리의 삶을 더 풍부하고 재미있게 만들어줄 AR 안경의 실용화를 기다려본다.√ 기억해주세요

AR 안경 개발에 적용되는 광학 기술은 크게 ‘반거울 방식’과 ‘회절 방식’이 있다. 반거울 방식은 현실세계의 빛은 반거울을 투과하고, 디스플레이 화면의 빛은 반거울에 반사해 현실세계와 화면이 겹쳐 보이도록 하는 기술이다. 회절 방식은 빛의 회절과 간섭을 이용한다. 빛의 회절이란 진행하는 빛이 장애물을 만났을 때 진행 경로가 휘어지거나 퍼지는 현상인데, 파장이 길수록 회절이 잘된다. 빛의 간섭이란 두 빛이 같은 위상으로 만나면 밝아지고 반대 위상으로 만나면 어두워지는 현상을 말한다. 나노 단위의 회절격자를 이용하면 연속적인 파장을 가지는 현실세계의 빛은 대부분 격자를 통과하고, 특정 파장대의 디스플레이 빛은 격자에서 회절하며 간섭이 일어나 디스플레이 이미지가 현실세계와 함께 우리 눈에 보이게 할 수 있다.

신다인 창덕여고 교사