KR20040104263A - 스모그와 일반프로젝터를 이용한 3차원 입체 영상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 위에 제시한 3차원 입체영상 기술의 한계를 극복코자 하는 것으로, 평면이나 왜곡된 표면의 2차원 스크린이 아닌 삼차원 스크린을 사용한다. 이를 위해 사용 될 수 있는 삼차원 스크린은 스모그, 일반 가습기로 생성되는 수증기가 있다 (확실히 말하자면, 수증기가 아닌 미세물입자이다. 허나, 본문에서는 편의상 수증기라는 표현을 사용한다.). 본 발명은 기존의 LCD 프로젝터를 이용, 스모그상에 영상을 맺히게 하는 기술로써, 진정한 3차원 영상을 가능케 한다.

Description

스모그와 일반 프로젝터를 이용한 3차원 입체 영상장치{3-D display device using smog and projectors.}

[발명의 간단한 설명]

본 발명의 목적은 위에 제시한 3차원 입체영상 기술의 한계를 극복코자 하는 것으로, 평면이나 왜곡된 표면의 2차원 스크린이 아닌 삼차원 스크린을 사용한다. 이를 위해 사용 될 수 있는 삼차원 스크린은 스모그, 일반 가습기로 생성되는 수증기가 있다 (확실히 말하자면, 수증기가 아닌 미세물입자이다. 허나, 본문에서는 편의상 수증기라는 표현을 사용한다.) . 본 발명은 기존의 LCD 프로젝터를 이용, 스모그상에 영상을 맺히게 하는 기술로써, 진정한 3차원 영상을 가능케 한다.

기존의 입체영상 기구들은 거울의 일정각의 반사효과를 이용, 시각의 착시현상을 일으켜 가상의 물체를 표현하는데 성공했다. (ENI Media, DMA Korea, ACR Korea) 이들은 비록 본인이 추구하는 방도를 사용하지 않더라도 거의 완벽한 입체영상을 구현한다. 허나, 가시각을 벋어날 경우 그 물체는 단지 허상이었다는 것을 알게된다. 그 가시각 역시 너무나도 제한적이어서 물체의 표현능력에 한계가 있다. 무엇보다 치명적인 약점은 실물을 필요로 한다는 것이다. 실물없이 표현할 수 있는 기기 역시 존재하지만 (무안경식) 3차원이라 부를 수 없을 정도로 빈약하다.

이 모든것이 광학적인 접근들이다. 이것이 현존하는 3차원 입체영상기기들의 한계이다. 이모든 기기들의 공통점은 3차원영상을 2차원으로 강압적 압축,함축시킨다는 것이다. 이런 제자리걸음식 연구가 계속될 경우, 우리는 진정한 3차원의 상을 만날 수 없을 것이다. 즉, 이제는 오토 스테레오스코픽 블류메트릭 디스플레이(autostereoscopic volumetric display)로써의 접근이 필요한 것이다.

3차원은 3차원으로 접근해야한다. 즉, 2차원 모니터는 2차원 Screen과 2차원 Pixel(화소)을 사용하듯, 3차원 영상기기는 이에 대응하는 3차원 Screen, 그리고 3차원 화소 구현 방법을 필요로 하는 것이다.

이를 위해 만든 구현방법들이 시도되었다. 완전한 3차원 스크린을 구현하기 위해, 2차원의 스크린을 앞뒤로 30~50 tps(times per second)로 움직이는 방법. 나선형의 스크린을 회전 시키는 방법등 여러 실험이 있었다.

위와 같은 스크린을 움직이는 방식을 대신하기위해, 2001년, 본인은 스모그를 반사체로 사용하여 가시레이져를 이용, 3차원 픽셀을 구현하는 방식을 특허 출원한바 있다. 허나, 본인이 그 당시 고안한 방식은 제작비에 너무나도 큰 부담이 가중된다는 사실을 간과, 스모그를 이용하는 새로운 방식의 3차원 입체영상 구현방법을 소개코자 한다. 고로, 본 발명은 2001년의 본인의 발명과 같은 연장선 상에 있다 할 수 있다.

본 발명의 목적은 위에 제시한 3차원 입체영상 기술의 한계를 극복코자 하는 것으로, 평면이나 왜곡된 표면의 2차원 스크린이 아닌 삼차원 스크린을 사용한다. 이를 위해 사용 될 수 있는 삼차원 스크린은 스모그, 일반 가습기로 생성되는 수증기가 있다 (확실히 말하자면, 수증기가 아닌 미세물입자이다. 허나, 본문에서는 편의상 수증기라는 표현을 사용한다.) . 본 발명은 기존의 LCD 프로젝터를 이용, 스모그상에 영상을 맺히게 하는 기술로써, 진정한 3차원 영상을 가능케 한다.

도 1, 기존 3차원 영상기기의 원리도

도 2, 가상 카메라 위치와 투사체의 실예

도 3, 투사각 재구성의 개념도

도 4, 돌출 왜곡 재구성과정의 개념 및 원리도

도 5, 스모그 분사 개념도

도 6, 완성 개념도

본 발명품은 크게 세 부분으로 구분된다.

투사할 사물을 촬영하는 영상입력부

입력된 화상을 재구성하는 재구성부

재구성된 영상을 투사하는 영상 출력부.

영상 입력부

모든 영상 입력은 3차원 디지털로 이루어진다. 즉, 컴퓨터 그래픽인 경우, 컴퓨터 3차원 그래픽 프로그램(3D Max, Maya, TrueSpace)등을 이용, 3차원 영상을제작하고, 실제 사물일경우, 시중에 유통되는 3D Scanner를 이용해야 한다. 만약, 3차원 동영상일 경우 Motion Scan 역시 요구된다. (만약 조금 더 실제에 가까운 영상을 얻기 위해서는 카메라를 통해 다방면에서 촬영된 이미지를 재구성부에서 재구성하는 방식도 고려할 수 있으나, 본질적으로, [돌출왜곡]이미지 재구성 과정을 거쳐야 하기 때문에, 3D scanner의 사용이 불가피하다. 또한 근래에 개발된 3D scanner들은 색상까지 지원하기 때문에, 사실상 현실감의 차이는 거의 없다.) 이를 바탕으로 3차원 동영상과 이미지를 확보한다. 삼차원 그래픽 프로그램과 연동하여 공간적 개념을 확보하는 것이다. 즉, 컴퓨터 프로그램이 인식할 수 있는 3차원 정보는 모두 본 발명품으로 투사 가능하다.

재구성부

출력부는 다수의 프로젝터와 스모그 분사기를 포함한다. 고로, 이미지를 재구성해 이 다수의 프로젝터에 적절히 배분하는 것이 본 발명의 핵심이라 할 수 있다. 이를 위해 컴퓨터가 시뮬레이션 작업을 대신한다. 본 시뮬레이션 과정은 아주 기초적인 것으로 3D프로그램에서 삼차원 이미지를 관측하고 싶은 위치에 가상 카메라(VC1∼4)를 설치하여 관측하는 것과 같은 맥락이다. 본 과정은 도면 2에 상세히 시각화 되어 있다. 본 과정을 모든 카메라 위치에 적용하여 각 카메라 위치에 따른 화상을 구성할 수 있다. 여기서 가상 카메라의 위치는 실제로 프로젝터가 설치될 위치와 각도와 좌표가 동일 해야한다. 모든 가상카메라에서의 이미지를 모두 렌더링 한다.

각 구성된 이미지는 두번의 재구성 과정을 더 거친다. 위 과정 다음으로 오는 것이 투사각 재구성과정 이다. 프로젝터를 수평으로 설치 했을 시에는 본 과정을 생략한다. 본 과정은 프로젝터가 스크린에 대해 수평으로 설치 되지 않을 시 발생하는 영상 왜곡 현상을 방지하기 위함이다. (도 3) 프로젝터를 수평보다 위를 향하게 설치 할 경우, 영상의 윗부분의 초점을 잃고, 윗부분이 비대해진다. 위 현상을 방지하기 위해 이미 기존 프로젝터들은 투사각 재구성 기능을 내포하고 있다. 즉, 도 3에 시각화 됨과 같이, 프로젝터의 위치와 각도에 상관없이, 언제나 수평으로 설치했을 때와 같은 이미지를 구사하는 기술이다. 본 투사각 재구성기술의 원리 설명은 이미 존재하고 있는 기술이기에 생략한다.

세번째 재구성 과정은 [돌출 왜곡]이라 칭하겠다. 이제까지 시도되지 않은 왜곡형으로 투사할 사물의 특정 부분의 돌출 정도에 따라 화면을 재구성하는 원리로써, 여러방향에서 투사되는 사물의 3D 화소(Pixel)들을 적절한 지점에 위치토록하는 역할을 한다. 도 4의 구를 예를 들어 설명한다.

본 도면에서 보여지는 두개의 P1은 모두 같은 프로젝터로, 수평과 수직면을 표현한 것이다.

일반 평면 스크린에 투사할 경우, 구현되는 픽셀1은 점선의 트랙을 통해 주사된다. 픽셀 투사각 (Horizontal,Vertical) = (arctan(d1/sh),arctan(d1/sv)) 에서 (arctan((d1-hh)/sh), arctan((d1-hv)/sv))로 변경된다. 즉, 평면에 투사할 시, 본래의 좌표는 (pph1,ppv1)인데 반해, 새로이 지정되는 좌표는 (pph1',ppv1')가 되는 것이다. 물체의 돌출 정도에 따라 각의 변화량은 변화한다. 위 변화는 모든 픽셀, 모든 프로젝터에 적용되고, 위와 같이 변화된 이미지를 투사함으로써, 각기 다른 프로젝터에서 주사된 픽셀도 모두 한 개의 3차원상의 좌표에서 만날 수 있게 된다. 즉, 한 3차원 픽셀에 모두 같은 색을 주사 함으로써, 색과 물체의 선명도를 높일 수 있다.

영상 출력부

영상출력부는 말그대로, 재구성된 영상을 투사하는 역할을 맡는다. 본 부위는 다수의 프로젝터와 스모그 분사기로 구성된다. 재구성한 이미지를 각 프로젝터에 분배할 때, 각 프로젝터의 위치와 투사각도를 고려한다. 물론 이미지 재구성은 프로젝터의 위치와 투사각도에 의거하여 이루어지기 때문에 더 이상의 설명은 불필요하다 사려된다.

스모그 분사기는 영상투사에 적절한 양의 스모그를 적절한 부위에 분사하는 역할을 맡는다. 여기서 말하는 적절한 부위의 분사란, 이미지가 투사될 부분에만 분사하는 기술로서, 다량의 노즐을 필요로 한다. 만약 특정부위에 고휘도의 영상을 원할 경우 해당부위에 다량의 스모그를 분사하여, 고농도를 유지한다.

도 5는 각 도형에 대한 스모그 분사법을 시각화 한것이다. 즉, 반사체가 필요한 부분에만 스모그를 분사시켜, 화상을 구성하는 광원도달의 방해를 최소화 한다.

Air trapping with fans

고로, 암실에서 고휘도를 발휘 할 수 있다.

본 발명은 스모그 상에 빛을 투사하는 것이기 때문에, 휘도와 선명도, 그리고 해상도 상에서 일반 2차원 디스플레이 기기보다는 현저히 떨어진다. 허나, 본발명의 의미는 기존의 3차원 디스플레이 기기와는 달리 완벽한 3차원을 구현한다는 점에 있다. 그동안 차원상의 제약으로 구현치 못한 영상의 구현을 가능케 한다.

Claims (3)

1. 도 6에 명시됨과 같이, 3차원 디스플레이를 구현함에 있어, 스모그를 빛의 반사체, 3차원 스크린으로 사용하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 영상 기기.
2. 도 4에 명시됨과 같이, 물체의 돌출 정도에 따라 식 (Horizontal angle,Vertical angle) = (arctan(d1/sh),arctan(d1/sv)) 에서 (arctan((d1-hh)/sh), arctan((d1-hv)/sv))에 의거해 픽셀을 재정의 해 3차원 영상 투사를 가능케 하는 재구성 방법과 원리
3. 도 6에 명시됨과 같이, 다량의 프로젝터를 3차원상에서 같은 공간을 바라보게 하고, 각 위치에서 렌더링 한 후, 본 프로젝터와 스모그를 이용해 본 명세서에 명시된 3가지 재구성 (simulated 영상 배분, 투사각 재구성, 돌출 왜곡) 과정을 거친 이미지를 투사해 3차원 입체 영상을 구현하는 영상기기.

   기존 프로젝터에 대한 특허 검색