안녕하세요 별의목소리 입니다.
제 꼬릿말을 보셨던 분들이라면 분명 '핀홀효과'에 대하여도 아실 것이라고 생각합니다.
이게 핀홀효과입니다.
어느 부분을 보더라도 항상 초점이 맞지요
그전에도 간략하게나마 포스팅 했었지만 이번에는 원리를 이해하기 쉽도록 본격적으로 글을 써보고자 합니다.
그전보다 글이 많아지더라도 그림과함께 차분히 읽어주시면 재미있을 것이라고 생각합니다.
시간이 없으신 분은 굵은 글씨와 사진만 보셔도 괜찮습니다.
여러분 이것을 보신적 있으신가요?
드래곤볼에 나오는 스카우터와 전뇌코일에 나오는 전뇌안경입니다.
두 안경모두 사물에 가상의 물체를 투영하는 증강현실 구현 안경(편의상 증강안경)입니다.
하지만 실제로 이런 안경은 지금까지 만들어진 적이 없습니다.
쉽게 말해 렌즈나 필터가 없이는 불가능합니다.
간단히 안경에 숫자를 그려 넣는다고 해서 그 사람의 머리위에 그 숫자가 쓰인 것처럼 보이지 않습니다.
그 이유는 바로 인간의 눈이 선천적으로 가지고 있는 한계점.
사람의 눈에는 초점이 존재하기 때문입니다.
사람은 가까이 있는 것과 멀리 있는 것을 동시에 못 보기 때문에 이런일이 발생하는 것입니다.
그래서 사람들은 이러한 초점문제를 해결하고 증강안경을 만들기 위하여 고분분투 하였습니다.
해결법
1. 가까이있는 화면을 멀리 있는 것처럼 - > 돋보기
- 소니, 앱손, LG, 오큘러스리프트 등이 사용한 방법입니다.
하지만 이것은 증강안경이 아니라 어디까지나 가상안경 또는 HMD 입니다.
2. 오목거울과 반사경을 이용한다!_> 구글글레스
- 구글글래스의 경우엔 렌즈의 색수차와 초점거리 문제를 해결하고자 오목거울에 한번 반사를 시킨뒤 이를 프리즘안의 반투명 거울에 반사시켜 눈으로 보내줍니다. 거울이 반투명하기 때문에 증강현실이 가능합니다.
하지만 이 방법은 초점이 고정되어 있기 때문에 어디까지나 화면을 한쪽눈 공중에 고정한 것이상의 의미를 가지긴 힘이 듭니다.
3. 거리가 멀수록 초점차이가 감소한다 - > 거리벌리기
- 전투기의 헬멧, HUD의 경우가 이러합니다. 하지만 이것은 거리가 필요하기 때문에 휴대성과는 거리가 멉니다.
하지만 이러한 방법 모두 초점의 거리를 조절 할 뿐 초점 자체를 없애진 않았습니다.
그래서 저는 만약 초점 자체를 없애고 항상 초점이 맞는 항초점필터를 개발한다면 완벽한 증강안경의 제작의 기초가 될것이라고 생각하였습니다.
항초점필터를 착용하고 투명한 디스플레이을 눈앞에 가져다 대면
마치 가상 영상과 눈앞의 사물이 완벽히 겹쳐보이는 증강현실이 가능해 진다는 것이죠.
몇가지 증강현실의경우 카메라로 찍는다 - 합성한다 - 영상으로 다시 내보낸다 라는 마치 한국어 -> 엉어번역 -> 한국어번역 같은 과정을 거쳐야 했던 증강안경들이 필터- 화면 두가지 부품만으로 눈에 직접적인 영상합성이 가능해 질것이라는 아이디어 였습니다.
그런데 재미있게도 초점의 원리를 공부하고 조사 하자 의외로 항초점필터는 가까이 있었습니다.
바로 제 꼬릿말에 핀홀효과였죠.
이러한 핀횰효과를 눈에 적용시키고자 했던 제품이 있습니다.
바로 잠자리 안경이죠.
하지만 이런 안경의 효과는 미미합니다.
아래 사진과 같이 시야도 더럽고 겹치는 부위는 사물이 여러개로 보이기 때문입니다.
이렇게 시야가 더럽고
심지어 겹치는 부위에는 초점이 맞지 않습니다.
왜 안될까요?
꼬릿말에는 이렇게 근사한데요.
그 이유는 우리 눈 안에는 이미 홍체, 수정체, 각막 이라는 완성된 카메라가 있기 때문입니다.
우리눈에 핀횰 효과를 적용시키려면 홍체, 수정체, 각막을 모두 때어버리고 핀홀만을 장착해야만 합니다.
그렇기에 핀홀안경은 눈에 핀홀을 적용시킨 대표적인 실패작이 되었지요.
그래서 생각했습니다.
우리 눈에서 각막, 홍체, 수정체를 제거하지 않고
마치 그곳에 핀홀이 있는 것 처럼 빛의 궤적을 조정할 수는 없을까?
핀홀의 원리가
한점에서 만 빛을 통과시키는 것이라면
만약
한점에서 통과 할 빛을 미리 걸러 낸다면
가상의 핀홀이 만들어져 핀홀이 없더라도 핀홀효과를 만드는 것이 가능하지 않을까?
만약 가능하다면 우리눈에서 초점을 항상 맞출 수 있을 것이다.
이렇게 말이죠.
그렇게해서
한점에서 통과할 빛을 걸러내는 방법을 생각해 보았습니다.
이건 무었일까요?
다이소에서 산 평범한 커피빨대 7000원어치입니다.
옆에서 보면 이렇게 보입니다. 바로 정면의 빛만 보이죠.
왜냐면 빨대의 격자구조 때문에 정면의 빛만 통과하고 나머지 빛은 벽에 흡수되기 때문이죠.
이러한 간단한 빨대 뭉터이를 가지고 한가지 실험을 해보았습니다.
위를 생각해보죠.
1. 핸드폰- 빨대 - 스크린 순으로 정렬하니다.
2. 핸드폰을 켜면 필셀 하나하나에서 빛이 나옵니다.
3. 각각의 빛들중 뺄대의 방향과 같은 빛만 통과하고 나머지는 벽에 부딛쳐 흡수됩니다.
4. 남은 빛이 스크린에 비춥니다.
5. 스크린에 핸드폰의 영상이 그대로 비춥니다.
그리하여 정말 이것이 가능할까요?
실험해 보죠
실험에 쓰인 영상은
짜잔.
가능했습니다.
하지만 문제점은 아직 많았습니다.
1. 빨대의 두께는 너무 두꺼웠고
2. 플라스틱이라 반사는 너무나 쉽게 일어났습니다.
3. 구멍의 크기도 너무 컸구요.
그래서 저는 여러가지 재료를 실험하다 결국 종이를 이용해 골판지처럼 격자 구조를 만들기로 했습니다.
하지만 시중에는 두께 1MM이하의 검은색 골판지가 없었고.
저는 두께 0.3MM의 검은색 골판지를 직접 제작하기에 이르렀습니다.
제작과정
1. 빛의 반사를 최소화 시키기 위하여 검은색종이에 검은색 파스텔을 고르게 입혔습니다.
2. 적정 크기를 자르고 특수 주문제작한 톱니를 이용 종이에 요철을 만들었습니다.
3. 만들여진 요절 종이와 평면종이를 교대로 쌓아 격자를 완성하였습니다.
그리하여 조잡하게나마
두께는 3CM 로 줄어들었고 화질은 기존의 10배. 1000X1000 화질을 구현할 수 있었습니다.
그리고 그 실험 영상입니다.
손으로 만든 격자라 역시 깨끗하진 못 하네요....ㅜ
(영상은 네이버... 제가 유튜브를 못 해성...)
하지만 아직 눈에 직접 적용 할 수 없습니다.
이것은 어디까지나 빛의 궤적을 시험하는 용도일 뿐, 가상의 핀홀을 만드는 것이 아니니까요.
하지만 지금 이 격자 구조에서 곡률을 주면...........
(영상을 만들어준 친우 종우군에게 감사를 표합니다.)
바로 이런식으로 처음 목표엿던 가상의 핀홀을 만드는 것이 가능해 집니다.
만약 꼭 격자구조가 아니라고 하더라도.
편광이나 반사, 흡수 등 빛의 특성을 잘 이용하여 이러한 빛의 궤적을 잘 만들 수 있다면
완벽한 증강현실 구현이 가능 해지는 날이 머지 않아 도래 할 것입니다.
이미 옵큘러스 리프트등의 회사에서 센서를 통한 가상현실 구현은 실현 되었습니다.
이젠 서로 독립적인 가상현실과 현실의 벽을 무너뜨리는 필터의 등장이 있다면
진정한 의미의 증강현실 세상이 올 것이라고 생각합니다.
한가지 재미난 점은...
저는 핀홀효과로부터 항초점필터를 개발하고.
격자구조를 가진 필터를 만들었습니다.
그런데 이미 이런 원리로 세상을 바라보는 존재가 있었습니다.
바로....
곤충의 겹눈이었죠.
효율과 원리를 찾아 개발하던 아이디어가
결국 자연과 만나는 순간이었습니다.
이 맛에 과학합니다 헠헠
지금까지 글을 읽어주셔서 감사합니다.
꼬릿말도 놓치지 마세요!
