가상현실(Virtual Reality)은 1938년 프랑스 극작가 앙토넹 아르토(Antonin Artaud)가 처음 사용한 후 1950년대부터 연구가 시작됐다. 이후 1968년 미국 유타대의 이반 서덜랜드(Ivan Edward Sutherland)가 헤드 마운트 디스플레이(HMD)에 관심을 가졌다.

1985년 VPL연구소가 VR 고글과 장갑을 개발해 처음 판매했다. 본격적인 VR 시대가 열린 셈이다. 2012년 VR 게임용 장치인 오큘러스 리프트(Oculus Rift) 개발되었다. VR에 대한 시장이 열렸지만 대중화에는 성공하지 못했다.

VR은 증강현실(Argumented Reality), 확장현실(Extended Reality), 혼합현실(Mixed Reality) 등으로 다양해졌다. 게임이나 일반 용도 뿐 아니라 군사용으로 활용되며 기술에 대한 관심이 고조됐다.

◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개

한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.

더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.

주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간 R&D 역량 발굴-과제 기획 △국방 R&D 민관군 협력 기반 마련 등이다.

이번에 소개할 기술은 AI-로봇 연구소, 인공지능연구단 김성규 책임연구원(kkk@kist.re.kr)이 수행한 '초점 심도 확장 기반 XR HMD'이다.

◇ 어느 깊이를 보더라도 선명한 가상 정보를 제공하는 기술 개발... 광학 기술에 대한 국제 특허 3건 출원 및 등록

군용 XR(AR/VR/MR) 글래스에서 현재 고정된 가상 영상 깊이로 가상 깊이로부터 가깝거나 먼 주시 깊이에서 가상 정보가 흐려지는 문제를 해결해 어느 깊이를 보더라도 항상 선명한 가상 정보를 제공하는 기술을 소개하고자 한다.

▲ 초점 심도 확장 AR 광학계 사진 [출처=한국과학기술연구원]

군용으로 사용하는 XR 글래스의 경우, 실제 전투에서 외부 환경과 가상정보를 함께 병사가 볼 수 있어야 한다. 고정된 가상 영상의 깊이에서는 이보다 가깝거나 멀어지는 곳을 주시하면 가상 정보가 흐려지는 문제점이 발생한다.

상시적으로 착용할 수 없다. 또한 VR 또는 MR 글래스는 주로 가상 전투 훈련에 활용이 가능하다. 하지만 사용자의 주시 깊이가 가상 영상 깊이에서 멀어지면 흐려져 장기간 착용해 활용할 수 없다.

더 나아가 눈의 피로 현상까지 발생할 수 있다. 따라서 XR 글래스에서 다양한 깊이를 착용자가 주시할 경우에도 항상 선명한 가상정보를 제공하는 광학적 기술의 개발이 필요하다.

▲ 초점 심도 확장 시뮬레이션 결과 [출처=한국과학기술연구원]

초점 심도 확장 기술을 개발해 병사가 일반적으로 주시하는 깊이인 0.3m에서 무한대의 깊이 영역에 항상 선명하게 가상 정보를 제공하는 광학 기술에 대한 국제 특허 3건을 출원 및 등록했다.

특허 내용을 검증하는 연구 결과를 획득해 Springer Nature의 Scientific Reports에 논문을 발표했다. (https://doi.org/10.1038/s41598-023-35819-9)

현재 초점 심도 확장 기술을 폭넓게 활용할 수 있게 하는 안구 추적 기반 시스템 기술은 개발하고 있다.

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