KR101917762B1 - 가상현실 장치의 컨버전스를 조절하여 눈의 피로를 감소시키는 방법 - Google Patents

Abstract

가상현실 장치의 컨버전스를 조절하여 눈의 피로를 감소시키는 방법에 있어서, 상기 가상현실 장치의 좌측 화면 및 우측 화면에 가상현실 영상을 표시하는 단계, 상기 가상현실 장치를 착용한 사용자의 초점거리를 획득하는 단계, 상기 사용자의 컨버전스 거리를 획득하는 단계, 상기 초점거리 및 상기 컨버전스 거리를 이용하여 상기 좌측 화면 및 상기 우측 화면에 표시된 가상현실 영상을 이동시킬 거리를 산출하는 단계 및 상기 산출된 거리만큼 상기 좌측 화면 및 상기 우측 화면을 서로 다른 방향으로 이동시켜 표시하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다.

Description

가상현실 장치의 컨버전스를 조절하여 눈의 피로를 감소시키는 방법 {METHOD FOR REDUCTION OF EYE-FATIGUE WHILE USING A VIRTUAL REALITY APPARATUS BY CONTROLLING CONVERGENCE}

본 발명은 가상현실 장치의 컨버전스를 조절하여 눈의 피로를 감소시키는 방법에 관한 것이다.

일상생활에서 사람의 눈은 초점 조절 운동과 두 개의 시선을 바라보는 물체 위에 하나로 모아 주는 컨버전스(convergence) 조절 운동이 함께 일어난다. 반면 3D 입체영상을 볼 때 초점은 스크린에 맞춰져 있지만 컨버전스는 주목하는 사물에 모아지는 불일치 현상이 일어나기도 하는데, 이러한 불일치가 실제 세상과는 다른 다양한 효과의 3D 입체영상을 구현할 수 있도록 해 준다.

사람의 양안시처럼 카메라도 컨버전스를 통해 입체감을 조절하는데 두 카메라의 시선이 한 곳에서 만나 시각 차이가 없는 수렴 지점을 컨버전스 포인트(convergence point), 혹은 0점이라고 한다. 0점이란 3D 입체영상 상영 시 스크린 면에 투영되는 지점이며 패럴랙스가 없는 제로(zero parallax) 상태를 의미하는 것이다. 카메라의 0점을 기준으로 그 앞에 있는 피사체들은 관객 쪽으로 튀어나오게 되고 이렇게 형성된 영상을 네거티브 패럴랙스(negative parallax), 혹은 돌출 영상이라 부르며 피사체가 0점 뒤에 있어서 스크린 면 뒤로 들어가 보이는 영상을 포지티브 패럴랙스(positive parallax), 혹은 후퇴 영상이라 부른다.

관객이 3D 입체영상을 보는 것은 마치 건물의 내부에서 창문을 통해 외부를 바라보는 경험과 동일하다. 건물 내부의 사람은 관객이 되고 3D 입체영상의 디스플레이는 윈도(창문)의 역할을 하며, 외부의 환경은 3D 입체영상 콘텐츠가 된다. 3D 입체영상에서는 프레임이 사라지고 그 자리를 윈도가 대신하게 되는 것이다. 물리적 장벽인 스크린 면은 언제나 그 자리에 있지만 피사체를 얼마나 밀어 넣고 당기느냐에 따라 관객의 시점에서 보는 윈도의 위치는 얼마든지 달라질 수 있다.

축간거리의 조절에 의해서는 전경과 후경 사이의 깊이감만 증가하거나 감소할 뿐 윈도 자체가 움직이진 않는다. 그러나 컨버전스를 조절하면 윈도가 Z축을 따라 3D의 공간을 움직인다. 즉, 두 카메라의 축이 평행하다면 모든 피사체는 윈도보다 앞에 돌출되어 보이지만 특정 지점에 수렴시켜 컨버전스 포인트, 즉 0점을 만들게 되면 그 각에 따라 피사체들이 윈도의 앞이나 뒤쪽에 위치하게 되는 것이다.

0점은 공간을 구성하고 해석하는 문제이기 때문에 적정한 0점의 위치라는 것은 존재하지 않으며, 다만 카메라의 0점을 가장 가까운 피사체에 맞추어 대부분의 영상을 포지티브 영역으로 밀어 넣으면 시각 피로를 최소화한 3D 입체영상을 구성할 수 있다. 제임스 캐머런(James cameron)은 <아바타(Avatar)>(2009)를 촬영할 당시 사람의 눈은 관심을 두는 포인트를 따라 초점과 0점이 같이 움직인다는 것에 착안, 이를 영화에 적극적으로 적용하여 관객들에게 보다 현실적인 경험을 제공했다.

0점은 촬영 과정에서 지정할 수도 있고 후반작업에서 지정할 수도 있다. 촬영 과정에서 0점을 지정하려면 축간거리와 함께 세밀하게 각도를 계산해야 하고 두 카메라를 안쪽으로 모으면(toed-in) 필연적으로 좌우측이 서로 틀어지는 키스톤 왜곡(keystone distortion)이 생기게 된다. 촬영에서는 두 카메라의 축간거리만 조정하고 후반작업에서 좌우 영상을 수평 이동해 0점을 지정하는 방식도 있는데, 이 촬영 방식을 패럴렐(Parallel) 촬영 또는 평행 방식 촬영이라고 하며 이러한 0점 지정 방식을 수평 영상 변환 또는 HIT(Horizontal Image Translation)라고 한다.

평행 방식 촬영의 장점은 촬영의 속도가 매우 빠르고 키스톤 왜곡 현상이 없어 두 영상의 매칭이 쉽다는 점이다. 그러나 후반 수평 이동 방식의 0점 지정 과정에서 사이즈를 변화시켜야 하므로 해상도의 저하가 생긴다는 단점이 있다. 보통 현장에서는 두 가지 방법을 혼용해서 사용하고 있으며 스포츠 생중계나 콘서트 영상 등에서는 0점을 현장에서 실시간으로 조정해야 하고 CG 합성용 소스 장면 등은 키스톤 왜곡이 없는 평행 방식으로 촬영을 해야 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가상현실 장치의 컨버전스를 조절하여 눈의 피로를 감소시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따라 가상현실 장치에서 눈의 피로를 감소시키는 방법은, 상기 가상현실 장치의 좌측 화면 및 우측 화면에 가상현실 영상을 표시하는 단계, 상기 가상현실 장치를 착용한 사용자의 초점거리를 획득하는 단계, 상기 사용자의 컨버전스 거리를 획득하는 단계, 상기 초점거리 및 상기 컨버전스 거리를 이용하여 상기 좌측 화면 및 상기 우측 화면에 표시된 가상현실 영상을 이동시킬 거리를 산출하는 단계 및 상기 산출된 거리만큼 상기 좌측 화면 및 상기 우측 화면을 서로 다른 방향으로 이동시켜 표시하는 단계를 포함한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

개시된 실시 예에 따르면, 사용자의 초점과 컨버전스를 매칭시킴으로써 눈의 피로를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시 예에 따른 가상현실 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 가상현실 장치가 가상현실 영상을 표시하는 방법의 일 예가 도시되어 있다.
도 3은 개시된 실시 예에 따라 컨버전스를 조절하여 눈의 피로를 감소하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

명세서에서 사용되는 "부" 또는 “모듈”이라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부" 또는 “모듈”은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부" 또는 “모듈”은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부" 또는 “모듈”들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들로 더 분리될 수 있다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 가상현실 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 사용자의 머리에 장착하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display, HMD) 형태의 가상현실 장치(100)가 도시되어 있다.

일 실시 예에서, 가상현실 장치(100)는 디스플레이를 내장한다.

다른 실시 예에서, 가상현실 장치(100)는 디스플레이를 구비하지 않고, 스마트폰(200)과 같은 사용자 단말을 수용함으로써 스마트폰(200)의 디스플레이를 활용한다.

이하 본 명세서에서, 설명의 편의를 위해 가상현실 장치(100)는 스마트폰(200)의 이용여부와 무관하게, 별도의 장치 없이 독립적으로 가상현실 영상을 표시할 수 있는 장치인 것으로 가정한다.

가상현실 장치(100)가 스마트폰(200)을 이용하여 가상현실 영상을 표시하는 장치인 경우, 가상현실 장치(100)는 가상현실 장치(100)에 수용된 스마트폰(200)을 포함하는 개념으로 이해된다.

도 2를 참조하면, 가상현실 장치가 가상현실 영상을 표시하는 방법의 일 예가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 가상현실 장치(100)의 화면(400)에 표시될 영상(300) 및 화면(400)에 표시되는 좌측 영상(410) 및 우측 영상(420)이 도시되어 있다.

가상현실 장치(100)는 좌측 영상(410) 및 우측 영상(420)에 서로 다르게 조정된 영상을 표시하고, 사용자는 좌안 및 우안으로 각각 상기 좌측 영상(410) 및 우측 영상(420)을 보게 된다. 이 때, 가상현실 장치(100)는 사용자로 하여금 양안에 각각 입력되는 영상이 하나의 영상으로 결합되어, 사용자로 하여금 가상현실 공간을 보는 듯한 체험이 가능하도록 영상을 조정하게 된다.

일상생활에서 사람의 눈은 초점 조절 운동과 두 개의 시선을 바라보는 물체 위에 하나로 모아 주는 컨버전스(convergence) 조절 운동이 함께 일어난다.

반면 가상현실 영상을 볼 때 초점은 화면에 맞춰져 있지만 컨버전스는 주목하는 사물에 모아지는 불일치 현상이 일어나기도 한다.

3D 입체 영상에서는 이러한 불일치를 이용하여 실제 세상과는 다른 다양한 효과의 3D 입체영상을 구현할 수 있도록 한다. 3D 입체 영상에서는 컨버전스를 통해 입체감을 조절하는데 두 카메라의 시선이 한 곳에서 만나 시각 차이가 없는 수렴 지점을 컨버전스 포인트(convergence point), 혹은 0점이라고 한다. 0점이란 3D 입체영상 상영 시 스크린 면에 투영되는 지점이며 패럴랙스가 없는 제로(zero parallax) 상태를 의미하는 것이다. 카메라의 0점을 기준으로 그 앞에 있는 피사체들은 관객 쪽으로 튀어나오게 되고 이렇게 형성된 영상을 네거티브 패럴랙스(negative parallax), 혹은 돌출 영상이라 부르며 피사체가 0점 뒤에 있어서 스크린 면 뒤로 들어가 보이는 영상을 포지티브 패럴랙스(positive parallax), 혹은 후퇴 영상이라 부른다.

반면, 가상현실 영상에서는 이러한 초점 위치와 컨버전스의 차이로 인하여 사용자의 눈에 피로감을 주게 되는 경우가 많다.

도 3은 개시된 실시 예에 따라 컨버전스를 조절하여 눈의 피로를 감소하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상술한 바와 같이, 사람이 가상현실 영상을 볼 때 초점은 화면에 맞춰져 있지만 컨버전스는 주목하는 사물에 모아지는 불일치 현상이 일어나기도 한다.

도 3에서, 'L'은 좌안, 'R'은 우안을 나타내며, 실제 눈의 위치가 아닌 가상현실 장치(100)의 화면(400)의 좌측 영상(410)이 표시되는 위치 및 우측 영상(420)이 표시되는 위치를 각각 좌안 및 우안의 위치로 가정한다. 초점거리 및 컨버전스 거리에 비하여, 실제 눈과 화면 사이의 거리는 상대적으로 무시할 수 있을 정도로 짧은 것으로 가정한다.

도 3에서, 'e'는 양안 사이의 거리를 의미하고, 'Z'는 초점거리, 'Zp' 및 'Zn'은 컨버전스 거리를 의미한다.

또한, 도 3에서 실선은 양안의 초점을, 파선은 양안의 컨버전스를 나타낸다.

도 3(a)와 같이, 초점거리 Z와 컨버전스 거리가 일치하는 경우, 사용자의 눈의 피로를 줄일 수 있다. 이 때, 다음 수학식 1과 같은 관계가 성립한다.

만약 초점거리 Z에 양안의 초점이 맞춰져 있는 반면, 컨버전스는 초점보다 뒤에 맞추어져 있는 경우, 초점 위치에서 양안의 컨버전스에 'd'만큼의 차이가 발생한다.

도 3(b) 및 도 3(c) 에서는 각각 컨버전스가 초점보다 뒤에 맞추어진 경우와 초점보다 앞에 맞추어진 경우에 컨버전스를 조절하는 방법을 설명한다.

도 3(b) 및 도 3(c) 에서, 'p'는 패럴렉스(parallax)를 의미하고, 개시된 실시 예에서는 이 패럴렉스를 0으로 만들기 위한 컨버전스 조절방법을 설명한다.

도 3(b)는 패럴렉스가 0보다 큰 경우, 즉 p>0이고, Zp>Z인 경우 컨버전스를 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

가상현실 장치(100)는 아래 수학식 2 및 수학식 3을 이용하여 d를 산출하고, 좌측 영상(410) 및 우측 영상(420)을 각각 0.5d씩 화살표 방향으로 이동시킴으로써 패럴렉스를 0으로 만든다.

예를 들어, 도 2에서 좌측 영상(410)을 우측으로 0.5d만큼 이동시키고, 우측 영상(420)을 좌측으로 0.5d만큼 이동시킨다.

도 3(c)는 패럴렉스가 0보다 작은 경우, 즉 p<0이고, Zn<Z인 경우 컨버전스를 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

가상현실 장치(100)는 아래 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 d를 산출하고, 좌측 영상(410) 및 우측 영상(420)을 각각 0.5d씩 화살표 방향(도 3(b)의 경우와는 반대 방향)으로 이동시킴으로써 패럴렉스를 0으로 만든다.

예를 들어, 도 2에서 좌측 영상(410)을 좌측으로 0.5d만큼 이동시키고, 우측 영상(420)을 우측으로 0.5d만큼 이동시킨다.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 가상현실 장치
200: 스마트폰

Claims (5)

1. 가상현실 장치의 컨버전스를 조절하여 눈의 피로를 감소시키는 방법에 있어서,
   상기 가상현실 장치의 좌측 화면 및 우측 화면에 가상현실 영상을 표시하는 단계;
   상기 가상현실 장치를 착용한 사용자의 초점거리를 획득하는 단계;
   상기 사용자의 양안이 주시하는 물체의 위치를 기반으로, 컨버전스 거리를 획득하는 단계;
   상기 초점거리 및 상기 컨버전스 거리를 이용하여 상기 좌측 화면 및 상기 우측 화면에 표시된 가상현실 영상을 이동시킬 조절 거리를 산출하되, 상기 조절 거리는 상기 초점거리에 상기 물체에 대한 좌안과 우안의 컨버전스를 형성하도록 조절하는 거리로서, 초점거리 상에서의 상기 좌측 화면 내의 물체와 상기 우측 화면 내의 물체 사이의 거리인, 조절 거리 산출 단계; 및
   상기 좌측 화면을 제1 이동거리만큼 이동시켜 표시하고, 상기 우측 화면을 상기 좌측 화면과 반대방향으로 제2 이동거리만큼 이동시켜 표시하되, 상기 제1 이동거리와 상기 제2 이동거리의 합이 상기 조절 거리인, 컨버젼스 형성단계;를 포함하고,
   상기 가상현실 장치는 사용자의 머리에 착용하는 헤드 마운트 디스플레이 장치인, 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 컨버젼스 형성단계는,
   상기 컨버전스 거리가 상기 초점거리보다 긴 경우, 상기 좌측 화면 및 상기 우측 화면을 서로 가까워지는 방향으로 이동시켜 표시하고,
   상기 컨버전스 거리가 상기 초점거리보다 짧은 경우, 상기 좌측 화면 및 상기 우측 화면을 서로 멀어지는 방향으로 이동시켜 표시하는 단계; 를 포함하는, 방법.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 컨버젼스 형성단계는,
   상기 좌측 화면 및 상기 우측 화면을 상기 산출된 이동시킬 거리의 절반씩 각각 이동시켜 표시하는 단계; 를 포함하는, 방법.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 조절 거리 산출 단계는,
   상기 가상현실 영상의 패럴렉스(parallax)를 산출하는 단계; 및
   상기 산출된 패럴렉스가 0이 되도록 상기 가상현실 영상을 이동시킬 거리를 산출하는 단계; 를 포함하는, 방법.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 패럴렉스를 산출하는 단계는,
   상기 가상현실 장치의 화면에서 상기 좌측 화면이 표시되는 위치 및 상기 우측 화면이 표시되는 위치에 상기 사용자의 양안이 위치하는 것으로 가정하여 상기 패럴렉스를 산출하는 단계; 를 포함하는, 방법.

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