1. 개요
Volumetric Display, 체적형 디스플레이
사진은 영화 아바타에 구현된 Volumetric Display. SF영화에서 자주 등장하는 기술. 3D를 구현하는 최종적인 꿈의 디스플레이 기술이다. 착시를 이용하는 Stereoscopy 디스플레이와 달리, Volumetric Display는 실제 빛의 파면을 복원해서 3D 공간에 투사하는 방식으로 3차원 공간의 모든 정보를 담고 그것을 3차원 공간에 복셀(Voxel)로 뿌려 줄 수 있다.2D 디스플레이를 고속회전시켜 3D를 구현하는 기술이 시연된 적이 있다.유튜브 동영상 링크 위 방법을 이용해[1] 실제로 판매중인 제품도 있다. 유리는 빠른 속도로 운동하는 디스플레이를 보호하기 위한 일종의 안전장치로, 원하면 제거할 수도 있지만 고장날 확률이 높아진다고 한다.
2. 공기를 매질로 이용
일반적으로 체적형 디스플레이는 공기 자체를 투사 매질로 활용하는 것이 궁극적인 목표다. 현재 연구되고 있는 방법론들로는2.1. 펨토초 레이저 플라즈마
고출력 펨토초 레이저로 공기 분자를 여기(excitation)시켜 플라즈마 포인트를 생성하고, 이들이 빛을 방출하며 3D 이미지를 형성하는 방식이다[2]. 펨토초 레이저 플라즈마를 이용한 체적형 디스플레이 연구는 다음과 같은 부분들에 초점이 맞춰져있다.- 밝기 및 가시성 증가: 플라즈마 점의 밝기를 높이고, 더 밝은 환경에서도 명확하게 보이도록 레이저 파라미터 최적화, 펄스 셰이핑(pulse shaping), 스캐닝 기법 개선 연구 진행 중.
- 다중 컬러 플라즈마 디스플레이: 다양한 가스 조합이나 레이저 파장을 조절해서 색이 다른 플라즈마 점을 생성하는 기술 연구 중. 풀컬러 부유형 홀로그램 디스플레이 구현이 목표지만, 아직 해결할 기술적 난제가 많음.
- 안정성 및 해상도 향상: 플라즈마 점의 안정성을 높이고, 점 밀도를 증가시켜 해상도를 개선하는 연구 진행.
- 안전성 고려: 고출력 레이저의 안전 문제 및 오존 생성 가능성과 관련된 연구도 병행 중.
2.2. 광영동(Photophoretic) 트랩
온도 차에 따른 Photophoretic 효과(입자가 열 흐름에 의해 이동하는 현상)를 활용해 입자를 공중에 띄우고, 이를 빛 산란 매질로 사용하는 방식이다[3]. Optical tweezer와 달리 온도 차이를 이용한 것이 특징.2.3. 음파 부유(Acoustic levitation)
초음파를 이용해 미세 입자를 공중에 띄우고, 이를 빛의 산란체로 활용하는 방식이다.[4] 음파 부유 분야도 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 다음과 같은 쪽으로 연구가 되고있다.- 더 크고 안정적인 입자 조작: 음파 부유 기술을 개선해서 더 큰 입자를 다룰 수 있도록 하고, 안정적인 입자 배열을 형성해 더 정교한 디스플레이 구현 연구 진행.
- 입자 소재 최적화: 마이크로미러, 형광 입자, 특수 에어로졸 등 다양한 소재를 실험하면서 산란 효율, 밝기, 색상 표현력을 높이는 방법 연구.
- 동적 입자 제어: 실시간으로 부유 입자를 재배열하고 조작하는 기술 개발 중. 동적인 홀로그램 이미지를 생성하는 게 목표.
3. LED 이용
LED가 배열된 평면을 고속으로 움직여서 대상이 마치 공중에 떠있는듯한 시각적 경험을 주는 방법이다. 앞에서 언급된 Voxon 사의 제품들이 여기에 해당한다. [5]4. 해결해야하는 문제점들
체적형 디스플레이는 현재 여러 문제로 인해 널리 퍼지지 못하고 있다. 기술이 복잡해서 생산비용이 높고, 그 결과 대중화에 걸림돌이 되고 있는 것. 게다가 해상도와 밝기가 낮아서 시각적인 품질이 떨어지는 것도 문제. 또한, 3D 데이터를 처리하고 렌더링하는 데 엄청난 계산량이 필요해서 구현이 더 어려워지고 있다.더욱이 산업 표준화가 부족해 맞춤 제작과 특수 부품이 필요하니 비용이 더 올라가고, 이런 요인들 때문에 체적형 디스플레이는 대중 시장에서 매력이 떨어지고, 소비자 수요가 불확실한 틈새 시장에만 머물러 있다[6].
[1] 이쪽은 상하로 빠르게 움직이면서 이미지를 형성한다.[2] Fairy Lights in Femtoseconds: Aerial and Volumetric Graphics Rendered by Focused Femtosecond Laser Combined with Computational Holographic Fields, https://arxiv.org/abs/1506.06668[3] A photophoretic-trap volumetric display, https://www.nature.com/articles/nature25176[4] A volumetric display for visual, tactile and audio presentation using acoustic trapping, https://www.nature.com/articles/s41586-019-1739-5[5] https://www.voxon.co/[6] 시중에 나온 기기들의 가격이 비싼것도 이러한 이유