가상현실기기에서 현실과 구분불가능한 디스플레이 해상도 계산

개인적으로 가상현실(VR), 증강현실(AR)이 미래의 우리에게 미칠 영향등은 믿어 의심치 않습니다만,

결국 기존 게임기와 같이 매니아층의 소유물일것이냐(비록 PS3,xbox등이 성공했다고 하지만)

아니면 정말로 스마트폰처럼 큰 사회적 파급력이 미칠것이냐는

아직 대다수의 사람들에게 확실치 않은 미래인것이 현재의 상황인것 같습니다.

결국에 오큘러스의 대중적인 성공이 그것의 미래를 가늠하는 척도가 될것이라 생각합니다.

서두가 길었습니다만, DK1을 구입후 채험 결과 꼭 해결되어야할 2가지가 있다는걸 깨달았습니다.

모두 아시다시피 그 두가지는 멀미와 모기장 입니다.

첫번째 멀미는 오큘러스에서 개선중으로 소비자버젼에는 거의 해결되어나올것으로 큰기대를 하고 있습니다.

두번째 모기장 또한 FHD(1920X1080) 해상도이상으로 업그레이드해서 나올것으로 기정사실화되었습니다.

저를 포함한 대다수 DK1을 채험한 사람들은 해상도 부족을 느꼈을 것입니다.

그리고 FHD를 경험한 사용자의 누구는 이정도면 충분하다고 하고,
혹자는 여전히 모기장개선이 필요하다고 말하는것 같습니다.

이쯤에서 아주 오래전부터 궁금했던 의문이 상기되었습니다.

"가상현실의 최적인 해상도는 몇일까?"

위 의문에 대해 대답하려면 몇가지 사전 지식이 필요했습니다.

바로 우리 인간의 눈에 대한 연구입니다.

관련되어 재미있는 글을 찾았는데 아래 링크를 보시길 추천드립니다.

[우리 눈의 해상도는 몇 pixel 일까?]

http://www.todayhumor.co.kr/board/view.php?no=25339&table=science

[위키백과, 원추세포]

http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9B%90%EC%B6%94%EC%84%B8%ED%8F%AC

개인적인 계산이므로 계산의 정확도를 떠나 인간의 눈의 망막세포중 시력을 결정하는 원추세포(cones)의

개수는 대략 600만개에 불과 하며 밀도는 중심시야와 주변시야에 크게 차이가 난다는 점을 알수 있습니다.

600만 화소는 요즘 디카 나 스마트폰 카메라와 비교해보면 아주 적은 수입니다만, 겨우 1~2도의 중심에

수십배의 밀집도때문에 우리 눈은 매우 선명한 영상을 볼수 있게 되는것 입니다.

결국 중심 시야의 밀집도와 망막에 얼마나 포커스를 잘 맞출수 있느냐가

가상현실 기기의 최대 해상도를 결정하는 것이라 말할 수 있겠습니다.

우리는 TV나 일반사물을 볼때 해상도의 부족(모기장)을 느끼지 않습니다. 왜일까요?

사실 모기장이라는 용어는 제가 오큘러스를 처음 접하면서 들은 단어입니다. ㅎㅎ

그전에는 보통 해상도가떨어진다거나 픽셀이 눈에 보인다 정도의 표현을 써왔던것 같습니다.

프린터등 인쇄물의 화질을 논할때 DPI(Dots per Inch) 를 사용하고

LCD의 화질을 논할때 PPI(Pixels per Inch)를 사용하고 있습니다만.

사실 "레티나(Retina) 디스플레이" 라고 스티브잡스가 아이폰의 화질을 언급하면서 PPI가 뜨게 되었습니다.

[ Retina Display ][네이버 지식백과]

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1398191&cid=339&categoryId=339

겨우 960X640 (3.54인치) 패널이 레티나라니. 이상하지요. DK1도 더 높은 1280X800인데.

실제로 당시 아이폰4는 충분히 픽셀크기가 작아 Pixel을 구별하기 어려웠고 326PPI라는 당시에는

상당히 높은 PPI 를 보여주었습니다. 여기에서 애플은 기준 두가지를 제시하였는데

"시력 1.0이상되는 일반인들 30cm(12인치)거리에서 보았을때라는 단서를 붙였습니다.

왜냐하면 시력이 정말 좋은사람이 더 가까이 볼경우 아이폰4의 Pixel또한 보이기 때문이지요.

제가 레티나 디스플레이(이하 레티나)를 언급한 이유는 Display의 해상도를 언급할때는

그 디스플레이를 사용하는 기준에 따라서 레티나일수도 그렇지 않을수도 있음을 말씀드린것입니다.

그러면 그 기준은 무었이냐하면 바로 "디스플레이를 시청하는 시야각" 입니다.

물론 "시야각"을 "거리" 라고 말할수도 있겠지만 "거리" 로 하기위해서는 디스플레이의 "크기"도 포함되어야 하기때문에

이 두가지를 하나로 합치게 되면 "시야각"이 되는것 입니다.

중간 요점은 최적의 시각조건은 레티나 이며 레티나로 보기 위한 조건은 "시야각"과 "해상도" 이며

내가 보고자 하는 "시야각"이 결정되면 그에 대한 "최적의 해상도" 또한 결정됩니다.

(여기서 최적의를 붙인 이유는 너무 낮아도(모기장), 높아도(눈이구분불가능) 문제 이기 때문입니다.)

이런 의미에서 개인적으로 PPI 는 레티나를 언급할때 적절한 단위가 아니라고 생각합니다.

만약 새로운 단위를 만든다면 사용자 입장에서 PPVA(Pixels Per Vewing Angle, 시야각당 픽셀수)

또는 PPD(Pixels Per Degree, 각도당 픽셀수) 정도가 적당하겠습니다.

계속 삼천포로 빠지는것 같아 죄송합니다.;;;

다시 원점으로 돌아와서 가상현실 기기에서 현실과 구분 불가능한 디스플레이는

인간의 모든 시야를 인간의 시력으로 구분 불가능할정도의 해상도를 가지면 됩니다.

이미 많은 연구자들께서 인간의 시력에 대한 연구들을 해왔고,

그결과 TV의 해상도와 시청 거리에 대한 공식을 만들어 냈습니다.

[TV의 해상도와 시청거리]

http://www.tv4u.co.kr/guide/content.asp?idx=953&page_col=1

[인간공학적 시청 환경에 대하여]

http://digxtal.com/insight/20130114/on-ergonomic-viewing-condition/

▲ 해상도에 따른 디스플레이의 크기 및 시청거리 (출처: DIGXTAL LAB)

▲ 해상도를 구분하는 인간의 시야각 (출처: DIGXTAL LAB)

위 그림을 보시면 우리가 얘기하는 2K(1920X1080)에서 겨우 30도의 시야각입니다. 이의 의미는 2K에서 30도 이상으로

보게 될경우 Pixel을 구분 가능해서 모기장이 보인다라고 이해 하시면 됩니다.

위 "가로 시야각" 을 PPD로 계산해보면 아래 표와 같습니다

Display 를 평면으로 보았기 때문에 8K(7680X4320) 에서 시야각이 100도로 줄어들었는데

만약 CES 2014 에서 나온 가변형 TV처럼 곡율을 변형할수 있다면 120도 시야각이라는 계산입니다.

약 1도당 64개 Pixel수를 보여주고 있는데 아마도 레티나의 기준은 64PPD 이상 이라고

생각되며 이를 넘어가면 사람눈이 구분하기 어렵고 최고의 화질로 볼수 있는것입니다.

역으로 64 PPD (레티나) 기준으로 보면 아이폰, 아이패드,TV 의 시야각이 역으로 계산되며

시야각과 패널 크기가 결정되있기 때문에 시청거리또한 간단한 계산식으로 계산됩니다.

식을 간단하게 하기위해 패널을 휠수있다고 가정하면 원호의 길이가 가로 패널 크기가 되며

이를 수식으로 나타내면 아래와 같은 식이 나옵니다.

[출처] 가상현실기기에서 현실과 구분불가능한 디스플레이 해상도 계산 (오큘러스 VR) |작성자 스타폭스

일반적으로 패널의 크기를 대각선 길이로 하기때문에 피타고라스 정리에 의해 다음의 식이 유도되며

최종적으로 우리 눈이 픽셀을 느끼지 않는(레티나) 시청거리와 시야각이 계산 됩니다.(아래표)

결국 최종적으로 TV 시청거리는 위 식으로 부터 나온거라고 말할수 있습니다.

즉, PPD를 고정시키면 패널 해상도와 시야각은 정비례 관계에 있다고 말할수 있으며,

해상도를 고정시키면 시야각과 PPD는 반비례 관계이기 때문에, 시야각을 무작정 키우게 되면 PPD가 작아지면서

모기장효과를 체험하실수 있게 되겠습니다.;;

소니 HMD가 양눈에 1280X800 해상도를 사용하기때문에 시야각을 40도로 제한한 이유는 여기에 있습니다. (32 PPD)

아마도 해상도를 높일수 없었기 때문에 시야각을 제한했을 가능성이 높습니다.

만약 차기버젼에 더 높은 해상도의 Display를 채택한다면 시야각은 비례하여 높아질 것입니다.

실제로 요즘 일반적으로 판매 되는 55인치 FHD TV를 기준으로 보면 2.33m 거리에서 시야각 30도로 보이며 2.33m 거리에서

보더라도 Pixel의 차이를 느낄수 없게 되는데 일반적으로는 3m거리 이상에서 본다고 봤을때 55인치 TV에서 UHD와 FHD는

화질 구분을 할수 없다는 불편한 진실에 도달하게 되겠습니다.;;;

[디스플레이 해상도 경쟁의 불편한 진실]

http://www.zdnet.co.kr/column/column_view.asp?artice_id=20131121140755&type=det

그럼 최고의 시야각을 가지고 있는 HMD인 오큘러스의 경우는 어떨까요?

DK1 은 1280 가로 해상도를 110도로 보여주고 있으므로 11.6 PPD 이라는 계산이며

2K라고 해도 17.5 PPD 이기 때문에 앞으로 개선여지가 많다는 얘기입니다.

(이제 PPD(Pixels Per Degree) 를 막쓰고 있습니다. ㅋㅋㅋ)

하지만 64 PPD와 비교하여 너무 PPD가 낮다고 크게 실망하지 않으시길 바랍니다.

우리가 일반적으로 사용해왔던 모니터를 50cm거리에서 봤을때 30 PPD 전후가 나오고 있습니다.

TV화질이 아니라 모니터 화질로도 게임에 충분히 만족가능하며, 더구나 TV보다 시야각이 더 넓습니다.

시야각 110도에서 4K 버젼으로 출시될경우 34.9PPD로 이를 충분히 뛰어넘을수 있습니다.

만약 시간이 지나 8K 오큘러스라면 TV화질을 뛰어넘고 실제 Real 세상과 구분 불가능(69.8PPD) 할것입니다.

그리고 시야각 200도의 궁극의 몰입감과 실제 세상과 구분할 수 없는 화질을 느끼고자 한다면

"약 12K이상에서 진정한 가상현실의 끝" 을 느끼게 될것이며 우리의 눈은 더이상 실제와 구분하지 못하게 될것입니다.^^

잘못된 점 지적이나 의견 및 토론은 환영 합니다. 단, 그래픽카드의 성능이 못따라올것이다라는 태클은 반사합니다.

이글은 그래픽카드의 성능과는 무관하며 레티나급의 가상현실 디스플레이 해상도를 수치적으로 계산한것입니다.

TV가 그래픽카드 성능과는 무관하게 해상도가 증가하고 있으며 게임뿐만 아닌 영화 시청등에서 사용가능합니다.

아마 가까운 미래에 오큘러스같은 가상현실 기기는 더 좋은 H/W 발전을 이끌것입니다.

부족한 글 읽어주셔서 감사합니다.

링크 : http://cafe.naver.com/oculusvr/3883

[출처] 가상현실기기에서 현실과 구분불가

능한 디스플레이 해상도 계산 (오큘러스 VR) |작성자 스타폭스