안녕하세요!
지난 번 포스팅까지 가상현실(vertual reality, VR)에 대해 가까워지는 시간을 가졌습니다.

정리해보면, 가상현실은 사용자에게 가상의 공간을 제공하는 기술로서 사용자의 양쪽 눈에 알맞은 영상을 각각 투사시켜줌으로써 그 공간을 형성합니다.

이러한 가상의 공간은 사람의 두 눈과 같은 위치에 존재하는(6.5cm 떨어져 있는) 두 대의 (가상)카메라를 이용하여 촬영을 합니다.

많은 분들이 VR 디바이스를 사용해보셨을 겁니다.
혹시 사용하실 때 어지러움 증을 느끼신 적은 없으신가요?
저는 어지러움을 꽤 많이 느끼는 편입니다.

비단 VR 디바이스 뿐만 아니라 안경을 쓰고 관람하는 3D 영화를 보실 때에도 어지러움을 호소하는 분들이 굉장히 많습니다.
그렇다면 왜 안경형 3D 디스플레이를 볼 때는 이런 어지러움증은 왜 생기는 걸까요?
(AR, VR, 혹은 3D 영화와 같이 안경 방식으로 삼차원 영상을 제공하는 장치를 편의상 안경형 3D 디스플레이라고 부르겠습니다.)

이런 증상을 야기시키는 데에는 다양한 원인이 존재합니다.
이번 포스팅에서는 그 중 '초점거리와 수렴거리의 불일치 문제'에 대해서 논해보도록 하겠습니다.

초점거리와 수렴거리의 불일치 문제

초점과 수렴이라는 것이 불일치 하기 때문에 어지러움을 느끼게 된다?
다시 말하면 초점거리와 수렴거리가 일치하면 그런 증상이 완화된다는 뜻인데, 그렇다면 여기서 초점과 수렴은 각각 어떤 걸 의미할까요?

초점

초점은 말 그대로 사람의 눈이 초점을 맺는 것을 말합니다.
여러분이 어떤 물체에 관심을 가지고 보게 되면 그 물체가 선명하게 보이시죠?
여러분의 눈이 그 물체에 초점을 맞추고 있기 때문입니다.

책상에 있는 물건들 중 여러분에게 가까이 있는 물건을 관심있게 보시고 있는 상태에서 상대적으로 더 멀리 있는 물건을 의식하면 멀리 있는 물건은 뚜렷하게 보이지 않는 것을 느끼실 수 있습니다.
멀리 있는 물체에는 여러분 눈이 초점을 맺지 않고 있기 때문이죠.

일반적인 카메라와 똑같다고 보시면 됩니다.
아래 그림처럼 앞에 있는 우유곽에 초점이 맺으면 뒤에 계산기가 흐리게 보이고,
반대로 계산기에 초점을 맺으면 앞에 있는 우유곽이 흐리게 보이듯 말입니다.

수렴

수렴은 사람의 양쪽 눈이 관심영역으로 모이는 현상을 의미합니다.
여러분이 어떤 물체를 보고 있을 때 여러분의 양쪽 눈은 그 물체를 향해 수렴하고 있습니다.
아래 그림처럼 말이죠.

여러분이 일상생활을 할 때 초점거리와 수렴거리는 거의 일치합니다.
즉, 여러분이 관심을 가지고 보고 있는 물체의 위치에 여러분의 각 눈은 초점을 맺고 양쪽 눈은 그 물체를 향해 수렴하는 것이죠.

그런데 VR 디바이스와 같은 안경형 3D 디스플레이를 볼 때에는 초점거리와 수렴거리가 일치하지 않는 현상이 발생하게 됩니다.
그 이유를 살펴보도록 하겠습니다.

가장 먼저 알아야 할 사실은 이겁니다.
'사람의 눈은 빛이 반사되는 면 혹은 실제로 빛을 뿜어내는 광원에 초점을 맺을 수 있다'

어렸을 때 과학시간에 배운 내용이 기억나는군요.

'우리가 초록색 나뭇잎을 초록색으로 보는 이유는 햇빛이 나뭇잎을 맞고, 그 중 초록색 빛이 반사되어 우리 눈에 들어오기 때문이다'

우리가 어떤 물체에 초점을 맺을 수 있는 것은 그 물체가 실제로 빛을 내뿜고 있거나, 어떤 곳에서 오는 빛이 그 물체에 반사되기 때문입니다.

VR 디바이스 혹은 3D 영화를 보는 경우는 어떠할까요?
이해를 돕기 위해 VR 디바이스를 사용하는 모습을 본뜬그림을 그려보았습니다.
(편의상 디스플레이 패널을 좀 더 편하게 보게끔 해주는 렌즈는 생략하였습니다)

앞서 언급드린 것 처럼 사람의 눈은 실제로 빛이 뿜어져나오거나 반사되어 나오는 위치에 초점을 맺게 됩니다.
즉, 그림처럼 VR 디바이스를 사용하게 되는 경우에는 디스플레이 패널에 각 눈이 초점을 맺게 되는 것이죠.

그렇다면 이 때 양쪽 눈은 어디로 수렴하게 될까요?
바로 가상의 물체가 띄워져 있는 곳으로 수렴하게 됩니다.
그곳이 우리의 뇌가 관심있게 보고 싶어하는 위치니까요.

가까이 있는 가상 물체를 찍은 경우에는 가상의 물체가 가까이, 멀리 있는 가상 물체를 찍은 경우에는 가상의 물체가 멀리 있게끔 느껴질 것이고, 우리의 양쪽 눈은 그 가상의 물체가 있는 곳으로 수렴하게 되겠죠.
(가상 물체의 촬영은 이 전포스팅 https://steemit.com/kr-science/@seokil/moon-s-science-world-2-3d 을 참고해주세요!)

여기서 문제가 생기는 것입니다.
가상의 물체는 우리가 어떻게 만드느냐에 따라 눈에서 부터 멀리 있을 수도, 가까이 있을 수도 있습니다.
멀리 날아가는 비행기 영상을 보여주고 싶기도, 가까이로 다가오는 상어를 보여주고 싶기도 하니까요.

그런데!!
멀리 날아가는 비행기에 우리 두 눈이 수렴할 때나 가까이 다가오는 상어에 두 눈이 수렴할 때 모두 우리 각 눈은 디스플레이 패널에 초점을 맺고 있습니다.
이 현상이 오래 지속되다 보니까 사용자들이 어지러움을 호소하게 되는 것이죠.

왼쪽 눈, 오른쪽 눈은 자기들이 초점을 맺고 있는 위치를 참고하여 뇌에게
'디스플레이 패널 위치에 물체가 존재해!' 라고 정보를 주는데,

뇌는 양쪽 눈이 수렴하는 위치를 참고하여
'가상 영상이 위치하는 곳에 그 물체가 실제로 존재하잖아!' 라고 생각을 하는 것이죠.

이 두 신호 사이에 교란이 있기 때문에 사람들이 시각적인 불편함을 느끼게 되는 겁니다.

3D 영화를 볼 때도 마찬가지입니다.

양쪽 눈은 영화 상영 내내 빛이 반사되고 있는 스크린에 초점을 맺고 있는데,
앞으로 튀어나오는 장면을 볼 때는 두 눈의 수렴이 앞쪽으로,
뒤로 멀어지는 장면을 볼 때는 두 눈의 수렴이 뒤쪽으로 쏠리기 때문에 초점과 수렴이 지속적으로 불일치하는 것입니다.

그래서 이 두 요소를 일치시키려는 연구도 진행이 되어왔습니다.
그 방법들에 대해서는 나중에 기회가 되면 올리도록 하겠습니다:)

오늘 포스팅은 이걸로 마치도록 하겠습니다.

궁금하신 점에 대해서는 댓글로 달아주시면 성심성의껏 답변해드리도록 하겠습니다.

그럼 이만:)