(기술) <가상현실 영상(VR)> - 대비 문제(EBS 올림포스 국어 - 독서)

 

 

가상현실은 사용자에게 다른 세계에 잇는 듯 한 착각을 제공하는 기술이다. 그동안 가상현실은 주로 게임의 형태로 ⓐ만들어졌지만, 최근에는 영상물의 형태로 만들어지는 경우도 많아졌다. 예를 들어 누군가 롤러코스터를 타며 촬영한 가상현실 영상을 감상하면 마치 직접 롤러코스터를 타고 있는 듯한 경험을 할 수 있는 것이다. 이러한 가상현실 영상은 특수한 카메라를 이용해 촬영될 수 있으며, 다양한 디스플레이 장치를 이용해 쉽게 감상할 수 있다.

가상현실 영상에는 사람이 상하좌우로 시선을 돌리면 볼 수 있는 모든 방향의 모습이 담겨 있다. 가상현실 영상을 촬영할 때에는 두 대 이 상의 카메라로 촬영된 영상을 합치는 스티칭 편집 기법이 이용되는데, 가장 간단한 방법은 두 개의 어안(魚眼) 렌즈를 이용하는 것이다. 180도 이상의 시야를 가진 어안 렌즈 두 개를 맞붙여 촬영하면 반구 형태의 영상 두 개가 만들어지는데, 두 영상의 중첩 부분이 정확히 겹쳐지도록 두 영상을 합치고 명암과 색감을 조절하면 구 형태의 가상현실 영상이 만들어진다. 그러나 시야각이 지나치게 큰 어안 렌즈를 이용하면 매우 일그러진 영상이 만들어지게 되고, 두 개의 영상이 겹쳐지는 양쪽 말단은 왜곡의 정도가 심해서 두 개의 영상은 매끄럽게 겹쳐지기 어렵다. 이 때문에 두 대의 카메라로는 완성도 있는 가상현실 영상을 만들기 어렵게 된다. 따라서 완성도 높은 가상현실 영상을 만들려면 더 많은 수의 카메라를 이용해야 한다. 카메라가 많을수록 스티칭 작업량은 많아지지만 시야각이 좁은 평범한 렌즈를 사용해도 되기 때문에 영상의 왜곡이 줄어들어 영상을 이어붙인 자리가 자연스러워진다.

가상현실 디스플레이 장치는 사용자가 바라보는 방향에 맞추어 가상현실 영상의 일부분을 보여 주어야 한다. 이를 위해 가상현실 디스플레이 장치는 사용자와 함께 움직이는 자신의 자세를 읽어 내야 한다. 헤드 마운트 디스플레이(HMD)로 대표되는 가상현실 디스플레이 장치는 자세 측정을 위해 가속도 센서와 자이로 센서 등을 이용한다.

개념적으로 볼 때 1차원 가속도 센서는 <그림 1>과 같이 장치에 부착된 두 개의 용수철과 그 사이에 있는 추로 구성되어 있다. 가속도 센서는 장치에 가속이 발생할 때 생기는 추의 위치 변화를 통해 장치의 가속 방향과 크기를 측정한다. 그런데 이 센서를 수직으로 세우면 세울수록 센서의 추는 중력의 영향으로 아래쪽으로 이동하게 되는데, 이를 응용하면 장치의 자세를 측정할 수 있다. 사용자와 함께 움직이는 HMD의 3차원 가속도 센서는 <그림 2>와 같이 정의된 x축, y축, z축의 1차원 가속도 센서들로 구성되어 있다. 장치가 <그림 2>의 자세로 정지해 있을 경우, 정확히 수직으로 세워진 y축 센서는 -g를 출력하고 나머지 센서들은 0을 출력한다. 만약 이때 사용자가 고개를 서서히 들면 장치는 <그림 3>의 상태가 되며, 가속도 센서는 각 축에 반영된 중력의 성분을 <그림 3>의 방식으로 측정한다. 따라서 고개를 드는 동안 x축 센서는 계속 0을 출력하고, y축 센서의 추는 -g에서 0을 향해 움직이며, z축 센서의 추는 +방향으로 이동한다. 만약 사용자가 고개를 더 들어 완전히 하늘을 바라보게 된다면 z축 센서는 +g를 출력할 것이다. 반대로 사용자가 고개를 숙인다면 장치의 -z축 방향이 아래쪽을 향하게 되어 z축 센서는 음수를 출력하게 될 것이다. 이를 역으로 계산하면 장치의 기울기를 구할 수 있다. 그러나 <그림 2>의 자세였던 사용자가 좌우로 머리를 돌릴 때에는 그 변화가 가속도 센서에 반영되지 않는다. 또한 장치가 가속될 경우 가속도 센서는 중력뿐 아니라 가속도까지 감지하게 되므로 그것만을 이용하여 장치의 기울기를 계산하면 잘못된 값을 읽어 내게 된다.

자이로 센서는 장치의 x축, y축, z축의 회전 각속도를 일정한 간격으로 측정하는 센서이다. 이때 축의 회전이란 축을 중심으로 한 회전을 뜻하는 것으로, 예를 들어 <그림 2>에서 x축의 회전은 고개를 들거나 내리는 것을 의미한다. 각 축의 회전 각도는 센서의 각속도 측정값과 측정 간격을 곱한 결과를 직전의 각도에 더하는 연산을 반복적으로 수행하여 구할 수 있다. <그림 2>의 자세였던 디스플레이 장치가 일정한 각속도로 회전하여 10초 후 <그림 3>의 자세로 변화했다고 해 보자. 만약 그 10초 동안 자이로 센서가 x축의 회전 각속도를 초속 +3°로 꾸준히 측정했다면 (<그림 2>의 x축 주위에 그려진 화살표의 회전 방향이 +로 정의됨.), 이를 통해 현재 장치의 x축이 원래 상태에서 +30°회전되었음을 알 수 있게 된다. 그러나 자이로 센서만을 이용한 각도 계산법에도 문제가 있다. 이 계산법 하에서는 측정 오차가 계속 누적되어 시간이 지날수록 오차가 점점 커지는 문제가 발생한다.

결국 가상현실 디스플레이 장치는 가속도 센서와 자이로 센서를 함께 사용하되 각각의 문제점을 보완할 수 있는 방식으로 두 측정값을 합성하여 자신의 자세를 측정한다. 가령 <그림 2>의 자세에서 x축이나 z축을 회전하는 경우, 장치가 거의 정지해 있다고 판단될 때에는 가속도 센서로 알아낸 자세를 더 신뢰하는 반면, 분명한 움직임이 감지되는 잠깐 동안에는 자이로 센서로 알아낸 자세를 더 신뢰하는 반면, 분명한 움직임이 감지되는 잠깐 동안에는 자이로 센서로 알아낸 자세를 더 신뢰한다. 또한 <그림 2>의 자세에서 사용자가 머리를 좌우로 돌리는 행동은 가속도 센서로 전혀 감지되지 않으므로, 그러한 자세 변화를 측정할 때에는 자이로 센서를 기본으로 측정한 후 지자기 센서, 즉 나침반의 측정값을 이용하여 보정하는 방법을 사용한다.

가상현실 영상에는 사람이 상하좌우로 시선을 돌리면 볼 수 있는 모든 방향의 모습이 담겨 있다. 가상현실 영상을 촬영할 때에는 두 대 이 상의 카메라로 촬영된 영상을 합치는 스티칭 편집 기법이 이용되는데, 가장 간단한 방법은 두 개의 어안(魚眼) 렌즈를 이용하는 것이다. 180도 이상의 시야를 가진 어안 렌즈 두 개를 맞붙여 촬영하면 반구 형태의 영상 두 개가 만들어지는데, 두 영상의 중첩 부분이 정확히 겹쳐지도록 두 영상을 합치고 명암과 색감을 조절하면 구 형태의 가상현실 영상이 만들어진다. 그러나 시야각이 지나치게 큰 어안 렌즈를 이용하면 매우 일그러진 영상이 만들어지게 되고, 두 개의 영상이 겹쳐지는 양쪽 말단은 왜곡의 정도가 심해서 두 개의 영상은 매끄럽게 겹쳐지기 어렵다. 이 때문에 두 대의 카메라로는 완성도 있는 가상현실 영상을 만들기 어렵게 된다. 따라서 완성도 높은 가상현실 영상을 만들려면 더 많은 수의 카메라를 이용해야 한다. 카메라가 많을수록 스티칭 작업량은 많아지지만 시야각이 좁은 평범한 렌즈를 사용해도 되기 때문에 영상의 왜곡이 줄어들어 영상을 이어붙인 자리가 자연스러워진다.

가상현실 디스플레이 장치는 사용자가 바라보는 방향에 맞추어 가상현실 영상의 일부분을 보여 주어야 한다. 이를 위해 가상현실 디스플레이 장치는 사용자와 함께 움직이는 자신의 자세를 읽어 내야 한다. 헤드 마운트 디스플레이(HMD)로 대표되는 가상현실 디스플레이 장치는 자세 측정을 위해 가속도 센서와 자이로 센서 등을 이용한다.

개념적으로 볼 때 1차원 가속도 센서는 <그림 1>과 같이 장치에 부착된 두 개의 용수철과 그 사이에 있는 추로 구성되어 있다. 가속도 센서는 장치에 가속이 발생할 때 생기는 추의 위치 변화를 통해 장치의 가속 방향과 크기를 측정한다. 그런데 이 센서를 수직으로 세우면 세울수록 센서의 추는 중력의 영향으로 아래쪽으로 이동하게 되는데, 이를 응용하면 장치의 자세를 측정할 수 있다. 사용자와 함께 움직이는 HMD의 3차원 가속도 센서는 <그림 2>와 같이 정의된 x축, y축, z축의 1차원 가속도 센서들로 구성되어 있다. 장치가 <그림 2>의 자세로 정지해 있을 경우, 정확히 수직으로 세워진 y축 센서는 -g를 출력하고 나머지 센서들은 0을 출력한다. 만약 이때 사용자가 고개를 서서히 들면 장치는 <그림 3>의 상태가 되며, 가속도 센서는 각 축에 반영된 중력의 성분을 <그림 3>의 방식으로 측정한다. 따라서 고개를 드는 동안 x축 센서는 계속 0을 출력하고, y축 센서의 추는 -g에서 0을 향해 움직이며, z축 센서의 추는 +방향으로 이동한다. 만약 사용자가 고개를 더 들어 완전히 하늘을 바라보게 된다면 z축 센서는 +g를 출력할 것이다. 반대로 사용자가 고개를 숙인다면 장치의 -z축 방향이 아래쪽을 향하게 되어 z축 센서는 음수를 출력하게 될 것이다. 이를 역으로 계산하면 장치의 기울기를 구할 수 있다. 그러나 <그림 2>의 자세였던 사용자가 좌우로 머리를 돌릴 때에는 그 변화가 가속도 센서에 반영되지 않는다. 또한 장치가 가속될 경우 가속도 센서는 중력뿐 아니라 가속도까지 감지하게 되므로 그것만을 이용하여 장치의 기울기를 계산하면 잘못된 값을 읽어 내게 된다.

자이로 센서는 장치의 x축, y축, z축의 회전 각속도를 일정한 간격으로 측정하는 센서이다. 이때 축의 회전이란 축을 중심으로 한 회전을 뜻하는 것으로, 예를 들어 <그림 2>에서 x축의 회전은 고개를 들거나 내리는 것을 의미한다. 각 축의 회전 각도는 센서의 각속도 측정값과 측정 간격을 곱한 결과를 직전의 각도에 더하는 연산을 반복적으로 수행하여 구할 수 있다. <그림 2>의 자세였던 디스플레이 장치가 일정한 각속도로 회전하여 10초 후 <그림 3>의 자세로 변화했다고 해 보자. 만약 그 10초 동안 자이로 센서가 x축의 회전 각속도를 초속 +3°로 꾸준히 측정했다면 (<그림 2>의 x축 주위에 그려진 화살표의 회전 방향이 +로 정의됨.), 이를 통해 현재 장치의 x축이 원래 상태에서 +30°회전되었음을 알 수 있게 된다. 그러나 자이로 센서만을 이용한 각도 계산법에도 문제가 있다. 이 계산법 하에서는 측정 오차가 계속 누적되어 시간이 지날수록 오차가 점점 커지는 문제가 발생한다.

결국 가상현실 디스플레이 장치는 가속도 센서와 자이로 센서를 함께 사용하되 각각의 문제점을 보완할 수 있는 방식으로 두 측정값을 합성하여 자신의 자세를 측정한다. 가령 <그림 2>의 자세에서 x축이나 z축을 회전하는 경우, 장치가 거의 정지해 있다고 판단될 때에는 가속도 센서로 알아낸 자세를 더 신뢰하는 반면, 분명한 움직임이 감지되는 잠깐 동안에는 자이로 센서로 알아낸 자세를 더 신뢰하는 반면, 분명한 움직임이 감지되는 잠깐 동안에는 자이로 센서로 알아낸 자세를 더 신뢰한다. 또한 <그림 2>의 자세에서 사용자가 머리를 좌우로 돌리는 행동은 가속도 센서로 전혀 감지되지 않으므로, 그러한 자세 변화를 측정할 때에는 자이로 센서를 기본으로 측정한 후 지자기 센서, 즉 나침반의 측정값을 이용하여 보정하는 방법을 사용한다.

 

<KSP 국어문제연구소>에서

수능 국어와 내신을 대비하기 위해

EBS <올림포스 국어> 기출 문제 중에서

(기술) '가상현실 영상(VR)'에 대한 부분만을

오려오려 한 세트로 묶어 보았습니다.

 

 

요즈음 내신 문제도 다른 작품과 비교하는 수능형 문제가 자주 출제되고 있습니다.

단순하게 교과서에 수록된 부분만을 공부한다면

좋은 결과를 얻지 못할 수가 있습니다.

폭넓게 공부하시고, 좋은 성적을 얻기 위해서!!는

다양한 문제 풀이가 필수라는 사실! 잊지 마세요~

 

<KSP 국어문제연구소>에서는

국어 수능과 내신을 준비하기 위해

2020 EBS <올림포스 국어> 기출 문제 중에서

(기술) '가상현실 영상(VR)'에 대한 대비 주관식, 객관식 문제를 준비하였습니다.

 

이 자료는 고등학교 내신 대비와 수능을 준비하는

모든 학생들을 위한 정선된 것입니다.

교재에 관련된 내용을 정확히 이해하고 있는지 확인해 보세요~

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