KR102566253B1 - 몰입형 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

몰입형 디스플레이 장치를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크린으로 영상을 출력하는 디스플레이 장치에 있어서, 외부로부터 출력할 영상을 입력받는 입력부와 시청자의 위치 및 시청자의 시청방향을 센싱하는 센서부와 상기 센서부의 센싱값을 토대로, 상기 입력부가 입력받은 영상을 기 설정된 모델로 보정하는 제어부 및 상기 제어부가 보정한 기 설정된 모델을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

몰입형 디스플레이 장치{Immersive Display Apparatus}
본 발명은 시청자의 인장감을 증대시키고 시각 피로도를 최소화한 몰입형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
몰입형 디스플레이 기술은 관찰자로 하여금 넓은 화각의 대화면 영상 정보를 제공하여, 인장감을 제공한다. 이에 따라, 관찰자는 넓은 시야의 영상을 관찰할 수 있다.
종래의 몰입형 디스플레이 장치는 대화면 영상을 출력할 출력장치와 출력되는 대화면 영상을 시청자가 볼 수 있도록 하는 스크린으로 구현된다. 이때, 시청자의 양안이 스크린을 인지하는데 있어 시차를 갖기 때문에, 스크린이 실제 평면으로 구현되더라도 시청자는 이를 평면으로 인지하지 못하고 곡률을 갖는 것처럼 인지하게 된다. 이에 따라, 스크린으로 출력되는 영상의 가장자리 부분은 시청자가 인지를 하는데 있어 다소 불편이 있거나 왜곡되게 인지하게 된다.
이러한 문제를 해소하고자, 일정한 곡률을 갖는(Curved) 스크린이 등장하였다. 이와 같은 스크린은 중앙부분 또는 끝단 모두에서 시청자와 스크린의 간격을 동일하게 설정함으로써 시차를 최소화하려 하였다. 그러나 곡률을 갖는 스크린도 시차의 정도만 줄어들었을 뿐 여전히 시차는 가지고 있으며, 특히 시청자가 시점을 다른 방향으로 이동시켰을 때는 시차가 발생하게 되어 영상을 평면으로 인지하지 못하고 곡률을 갖는 것처럼 인지해오는 상황이었다.
본 발명의 일 실시예는, 시청자가 평면으로 인지할 수 있는 영상을 출력하는 몰입형 디스플레이 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 시청자의 위치나 시선방향에 대응적으로 평면으로 인지하도록 영상을 출력할 수 있는 몰입형 디스플레이 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 스크린으로 영상을 출력하는 영상투사 장치에 있어서, 외부로부터 출력할 영상을 입력받는 입력부와 시청자의 위치 및 시청자의 시청방향을 센싱하는 센서부와 상기 센서부의 센싱값을 토대로, 상기 입력부가 입력받은 영상을 기 설정된 모델로 보정하는 제어부 및 상기 제어부가 보정한 기 설정된 모델을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상투사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 센서부는 상기 스크린과 시청자 간 거리를 측정하여 시청자의 위치를 센싱하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 모델은 좌안 및 우안 내 망막의 기 설정된 면적을 기준으로, 양안의 망막 내 서로 동일한 위치의 지점으로부터 시방향이 교차하는 지점의 집합인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 입력부가 입력받은 영상을 기 설정된 모델로 보정함에 있어, 굴스트란트 안구모델을 기준으로 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 입력부가 입력받은 영상을 왜곡(Distortion)시키거나 기울기를 조정(Keystone Effect)하여 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 출력부로부터 출력되는 영상은 시청자의 시청화각을 기 설정된 각도의 화각 이상 만족시켜, 시청자로 하여금 스크린으로부터 시선 이탈을 방지하는 영상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 몰입형 영상을 출력하는 몰입형 디스플레이 장치에 있어서, 상기 영상투사 장치 및 상기 영상투사 장치로부터 출력되는 영상을 투영시키는 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰입형 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 스크린은 기 설정된 모델 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 시청자가 평면으로 인지할 수 있는 영상을 출력함으로써, 위화감이나 왜곡을 최소화한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 시청자가 시청 위치나 시청 방향과 무관하게, 지속적으로 영상을 평면으로 인지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰입형 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치가 출력하는 영상의 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부가 몰입형 영상의 보정을 위해 설정한 안구모델을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰입형 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 몰입형 디스플레이 장치(100)는 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110) 및 몰입형 스크린(120)을 포함한다.
몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)는 인장감이 높은 대화면 영상(130)을 출력한다.
몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)는 몰입형 스크린(120)으로부터 몰입형 스크린(120)에 온전히 영상을 출력할 수 있는 거리만큼 떨어진 지점에서 영상을 출력한다. 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)가 출력하는 영상이 시청자에 의해 가려지지 않도록 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)는 몰입형 스크린(120)의 최상단보다 상대적으로 높은 위치에 배치될 수 있다.
몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)는 높은 인장감을 갖는 몰입형 영상(130)을 출력한다. 이때, 몰입형 영상(130)이란 시청자의 시청화각을 기 설정된 각도의 화각 이상(예를 들어, 수평방향으로 60°이상, 수직방향으로는 스크린의 비율에 따라 상이해짐) 만족시켜, 시청자로 하여금 스크린으로부터 시선 이탈을 방지하는 영상을 의미한다. 몰입형 영상(130)은 2차원 평면으로 출력되는 것이 아니라, 시청자가 평면으로 인식할 수 있도록 기 설정된 모델로 출력된다. 기 설정된 모델은 도 3 및 도 4와 같이 구현되어 출력된다.
도 3을 참조하면, 몰입형 영상(130)은 기 설정된 모델로 구현될 수 있다. 여기서, 기 설정된 모델은 다음과 같이 정의된다. 시청자의 좌안 및 우안 내 일정 면적의 망막에서 서로 동일한 위치의 대응점으로부터 수정체를 거친 시방향이 교차하는 지점(이하에서, '교차점'이라 약칭함)의 집합을 의미한다. 여기서, 교차점의 집합은 호롭터(Horopter) 면을 의미할 수 있다. 도 3에 도시된 예를 참조하면, 좌안 및 우안의 망막 내에서 A 지점(서로 동일한 위치)에서의 교차점은 안구 외부의 A 지점이 된다. 좌안 및 우안의 망막 내에서 B 지점에서의 교차점은 안구 외부의 B 지점이 된다. 이처럼 좌안 및 우안 내 망막의 일정 면적 전체에서의 교차점은 도 4와 같이 기 설정된 모델(면, 집합)을 형성한다.
도 4는 시청자가 일 위치에서 특정 시선방향을 가질 때의 교차점의 집합이 도시되어 있으며, 이 점들이 연결된 면이 몰입형 스크린(120)을 구성한다. 좌안 및 우안 내 망막의 일정 면적에 대한 교차점의 집합은 종래와 같이 2차원 상의 평면이나 단순한 곡률을 갖는 평면이 아니라, 길이방향 및 높이방향으로 왜곡되고 기울어진 3차원 형상을 갖는다. 이와 같은 3차원 형상은 시청자의 일 위치를 벗어난 제3자에게는 왜곡되고 기울어진 3차원 형상으로 인지되나, 일 위치에 위치한 시청자에게는 평면으로 인지되어 영상의 현실감과 영상으로의 몰입감을 향상시킨다.
다시 도 1을 참조하면, 이처럼 출력되는 영상은 몰입형 스크린(120) 상에 비쳐지며 시청자에게 인식된다. 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)의 의도적인 왜곡과 기울기 조절로, 몰입형 영상(130)은 시청자의 시각에서 평면으로 인식된다.
몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)는 시청자의 위치와 시선방향을 센싱하여 몰입형 영상(130)을 조정하여 출력한다. 시청자는 자신의 편의 또는 시력 등 다양한 원인으로 시청위치가 달라질 수 있으며, 영상을 시청하는 도중에 바라보는 방향도 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 교차점들은 시청자가 전방을 바라보고 있을 때의 교차점들이며, 시청자가 예를 들어 좌측을 바라보고 있거나 우측을 바라볼 경우 각 대응점으로부터의 교차점들은 상이한 위치를 갖게 된다. 이러한 시청자의 위치나 시선방향의 변화와 무관하게 동일한 몰입형 영상을 출력한다면, 몰입형 영상의 현실감이나 시청자의 몰입감이 저하된다. 이를 방지하기 위해, 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)는 시청자의 위치와 시선방향을 센싱하여 몰입형 영상(130)을 그에 부합하게 조정하여 출력한다.
몰입형 스크린(120)은 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)가 출력하는 몰입형 영상을 투영하되, 시청자가 몰입형 영상을 평면으로 인지할 수 있는 형상을 갖는다. 몰입형 스크린(120)은 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)가 출력하는 몰입형 영상을 투영한다. 다만, 몰입형 스크린(120)은 종래의 스크린과 같이 2차원 평면으로 구현되거나, 일정한 곡률을 갖는 형태를 갖는 것이 아니라, 출력되는 영상과 마찬가지로 기 설정된 모델의 형상을 갖는다. 몰입형 스크린(120)은 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)로부터 출력되는 몰입형 영상과 같이 실시간으로 변화할 수 없기에, 시청자의 일 위치에서의 기 설정된 모델의 형상을 갖는다. 몰입형 스크린(120) 역시, 기 설정된 모델 형상을 갖기에 시청자는 몰입형 스크린(120)에 출력되는 몰입형 영상을 평면으로 인지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치(110)는 입력부(210), 센서부(220), 제어부(230) 및 출력부(240)를 포함한다.
입력부(210)는 외부로부터 출력부(240)가 출력할 몰입형 영상을 입력받는다. 입력부(210)는 외부로부터 실시간으로 출력할 몰입형 영상을 입력받을 수도 있고, 외부로부터 미리 몰입형 영상을 입력받아 둘 수도 있다. 다만, 시청자의 위치와 시선방향에 영상이 수정되어 출력되어야 하기에, 입력부(210)는 외부로부터 미리 몰입형 영상을 입력받아 두는 것이 바람직하다.
센서부(220)는 시청자의 위치와 시선방향을 센싱한다. 센서부(220)는 예를 들어, 센서부(220)는 몰입형 스크린(120)의 (출력되는 몰입형 영상과 중첩되지 않는) 일 위치에 위치하여, 시청자의 위치와 시선방향을 센싱할 수 있다. 센서부(220)는 자신과 시청자와의 간격을 센싱하여 시청자의 위치를 센싱할 수 있으며, 시청자의 머리를 인지하여 머리의 회전각도를 판단하여 시청자의 시선방향을 센싱할 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고, 센서부(220)는 시청자의 3차원 좌표나 동공의 움직임 등 시청자의 위치와 시선방향을 센싱할 수 있는 수단이면 어떠한 수단을 이용하여 센싱하여도 무방하다.
제어부(230)는 입력부(210)가 입력받은 몰입형 영상을 센서부(220)가 센싱한 결과를 토대로 기 설정된 모델로 보정한다. 입력부(210)가 입력받은 몰입형 영상이 그대로 출력된다면, 종래와 같이 시청자는 평면으로 인지하지 못하고 왜곡이나 시차를 느끼게 된다. 이에, 제어부(230)는 센서부(220)가 센싱한 시청자의 위치와 시선방향을 고려하여, 의도적으로 몰입형 영상을 왜곡시키고 기울기를 조정함으로써 기 설정된 모델로 보정한다. 제어부(230)는 보정에 있어, 안구모델은 굴스트란트(Gullstrand)의 안구모델로 설정하고, 도 5와 같이 연산하여 몰입형 영상을 보정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부가 몰입형 영상의 보정을 위해 설정한 안구모델을 도시한 도면이다.
제어부(230)는 굴스트란트 안구모델을 기초로, 좌안 및 우안 내 망막의 일 지점에서의 교차점은 다음과 같이 연산된다.
여기서, d는 굴스트란트 안구모델 내 각 지점 간의 두께(간격)을, R은 굴스트란트 안구모델 내 각 지점 간의 반경을, n은 굴스트란트 안구모델 내 각 지점 간의 굴절률을 의미한다.
제어부(230)는 전술한 수식을 반복하며 좌안 및 우안 내 망막의 일정영역에 대한 교차점의 집합을 연산하여, 몰입형 영상을 기 설정된 모델로 보정한다. 특히, 제어부(230)는 센서부(220)가 센싱한 시청자의 위치와 시선방향을 고려하여 전술한 과정으로 교차점의 집합을 연산한다. 제어부(230)는 연산된 결과를 토대로, 몰입형 영상을 왜곡시키고 기울기를 조정하여 기 설정된 모델로 보정한다. 이에 따라, 시청자는 자신의 위치와 시선방향에 부합하는 최적의 기 설정된 모델을 시청할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(230)는 보정한 기 설정된 모델을 출력하도록 출력부(240)를 제어한다.
출력부(240)는 제어부(230)가 보정한 기 설정된 모델을 출력한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 몰입형 디스플레이 장치
110: 몰입형 디스플레이용 영상투사 장치
120: 몰입형 스크린
130: 몰입형 영상
210: 입력부
220: 센서부
230: 제어부
240: 출력부

Claims (8)

  1. 스크린으로 영상을 출력하는 영상투사 장치에 있어서,
    외부로부터 출력할 영상을 입력받는 입력부;
    상기 스크린의 일 위치에 위치하여, 자신과 시청자와의 간격을 센싱하여 시청자의 위치를 센싱하며, 시청자의 머리를 인지하여 머리의 회전각도를 판단함으로써 시청자의 시청방향을 센싱하는 센서부;
    상기 센서부의 센싱값을 토대로, 상기 입력부가 입력받은 영상을 기 설정된 모델로 보정하는 제어부; 및
    상기 제어부가 보정한 기 설정된 모델을 출력하는 출력부를 포함하고,
    상기 기 설정된 모델은 좌안 및 우안 내 망막의 기 설정된 면적을 기준으로, 양안의 망막 내 서로 동일한 위치의 지점으로부터 시방향이 교차하는 지점(이하에서, '교차점'이라 약칭함)의 집합이고,
    상기 스크린은 상기 기 설정된 모델의 형상을 가지며,
    상기 제어부는 상기 센서부가 센싱한 시청자의 위치와 시선방향을 고려하여, 굴스트란드 안구모델을 기초로 하기 수식을 반복하며 좌안 및 우안 내 망막의 일정영역에 대한 교차점의 집합을 연산함으로써, 의도적으로 상기 입력부가 입력받은 영상을 의도적으로 왜곡시키고 기울기를 조정하여 기 설정된 모델로 보정하는 것을 특징으로 하는 영상투사 장치.

    여기서, A 내지 D는 좌안 및 우안 내 망막의 일 지점에 대한 안구 외부에서의 교차점을, d는 굴스트란트 안구모델 내 각막부터 중심와까지를 기 설정된 간격으로 구분했을 때 각 지점 간의 두께나 간격을, R은 굴스트란트 안구모델 내 각막부터 중심와까지를 기 설정된 간격으로 구분했을 때 각 지점 간의 반경을, n은 굴스트란트 안구모델 내 각막부터 중심와까지를 기 설정된 간격으로 구분했을 때 각 지점 간의 굴절률을 의미함.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출력부로부터 출력되는 영상은,
    시청자의 시청화각을 기 설정된 각도의 화각 이상 만족시켜, 시청자로 하여금 스크린으로부터 시선 이탈을 방지하는 영상인 것을 특징으로 하는 영상투사 장치.
  7. 영상을 출력하는 몰입형 디스플레이 장치에 있어서,
    제1항 또는 제6항의 영상투사 장치; 및
    상기 영상투사 장치로부터 출력되는 영상을 투영시키는 스크린
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰입형 디스플레이 장치.

  8. 삭제
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