HMD
1. 개요
Head Mounted Display, '''HMD'''. '''헤드 마운티드 디스플레이'''. 머리에 착용하는 디스플레이 장치를 말한다. 주로 가상현실 또는 증강현실의 구현을 위한 디스플레이 장치로서 사용되며, 3D 디스플레이 기술과도 접목되기도 한다. 모바일로 지원되는 HMD는 다이브라고 부르기도 한다.
2. 안경형 HMD
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안경처럼 머리에 착용하는 영상출력기구. 일명 안경 모니터. 역사만으로 따지면 꽤 오래된 물건이다.
머리에 장착하는 물건이기 때문에 LCD, OLED 등 가볍고 얇은 디스플레이에 가까운 곳의 사물도 볼 수 있는 렌즈를 덧붙인 선글라스 형태의 모양을 가지고 있다. 컴퓨터를 사용하는 사람이라면 누구나 떠올릴 수 있는 발상이기 때문에 1968년 이반 서덜랜드(GUI 만든 그 사람 맞다)가 최초로 만들기도 했으나, 의외로 상업화 및 시장 보급이 더딘 제품이다. 최초로 상업화한 HMD 는 1994년에 선보였던 제품이다. 이 당시에도 이미 3축 자이로스코프 센서가 달려있었다.
2.1. 2D/3D HMD
2D 및 3D HMD 제품은 시장 초기부터 나온 제품으로, 단순히 디스플레이를 하는 것에만 주력한 제품이다. 액정 하나로는 눈 바로 앞의 액정을 보기 위해 사팔뜨기가 되어야 하기 때문에 초기부터 대부분의 제품이 액정 2개를 각각의 눈에 대응한 형태를 가지고 있다. 상대적으로 기계가 단순하기 때문에 가볍고 작은 것이 특징이며, 외부 연결을 위해 하나의 줄로 본체가 따로 있는 형태가 대부분이다.
2014년까지 나온 2D/3D HMD 제품 중 가장 제조사 크기가 크고 지원도 충실하고 쓸만한 제품은 소니에서 나온 HMZ 시리즈이다. 2011년 11월 처음 나온 HMZ 시리즈는 T1 부터 1280x720 HD 디스플레이를 장착하여 출시되었고, 이 때를 전후해 엡손, 실리콘마이크로디스플레이 등의 회사에서 차례대로 고해상도(960x540 ~ 1920x1080)에 머리에 쓰기 적절한 무게(180g~240g)의 HMD를 내놓으면서 춘추전국시대가 열렸다.
국내에는 2013년에 등장한 소니의 2세대 HMD인 HMZ-T2/WJ가 소니코리아를 통해 정식 수입, 나 혼자 산다에서 데프콘이 뒤집어쓰고 나와서 유명해졌으며, 덕분에 HMD 하면 연관검색어로 "데프콘 게임기"'가 뜬다. 이후 3세대가 등장하면서 2세대는 사라졌고, 3세대는 140만원대에 판매되고 있다. 2014년에는 HMZ-T3W 가 나오면서 T3 에서 받았던 유저피드백을 반영하여 이어폰을 업그레이드하고 머리 장착부분을 개선한다. 그러나 2015년 4월, 소니는 프로젝트 모피어스[1]로 "선택과 집중"을 선언하며 HMZ 시리즈를 끝으로 2D HMD 제품시리즈를 단종한다. 현재까지 나온 HMD 제품 중에서 가장 많이 발전한 제품이기도 하고 본격적인 HMD 로 실용 가능한 수준이기 때문에 3D HMD인 모피어스/오큘러스에 비해 2~3 시간 이상 착용이 가능하다.
다른 회사에서는 2012년에 엡손이 국내에 '''모베리오'''라는 '''안드로이드 기반''' HMD를 출시했다. 하지만 난감한 조작성[2]과 엡손의 부실한 사후지원, 이뭐병스러운 가격, Google Play 미지원 및 최적화된 전용 앱의 부재 등으로 폭망했다. 2세대 모델도 나왔는데, 엡손이 전용 ESD를 만들어서 관리한다고는 하지만 시장 반응은 아오안 내지는 이뭐병이다. 이외에도 2D HMD 시장은 현재 영세한 업체들이 간간히 신제품을 던지기만 할 뿐, 아직까지 본궤도를 탔다고 말하기엔 무리인 상황이다. 또한, HD급 이상의 해상도와 45도 이상의 FOV(Field of Viewing angle)를 만족시키는 기술력을 갖춘 회사는 소니, 그리고 SMD 등 소수에 불과한 것이 현실이다.
2.2. VR HMD
HMD 에 자이로스코프 센서를 달아서 VR(Virtual Reality, 가상현실)를 구현하고자 하는 발상은 HMD 최초의 제품에서도 장착되어 있을 만큼 오래되었으나 2D/3D HMD 와 마찬가지로 기술적, 가격 문제로 인해 2011년도까진 그 어떤 회사도 본격적으로 시장에 뛰어들 엄두를 못 냈고 어트랙션이나 오락실 기계 등지에서만 간간히 쓰이고 있었다.
그런데 2013년, 오큘러스사는 오큘러스 리프트라는 신형 HMD를 공개하는데, 기존의 HMD에 비해 시야각이 매우 커 마치 가상현실 내에 들어간 듯한 기술을 선보였고, 이로 인해 게이밍 VR HMD의 시대가 열리게 된다. 또한 오큘러스 리프트의 기술로는 기존의 HMD보다 저렴한 가격으로 제작이 가능했기에 본격적인 HMD 보급화를 약속하였으나... 예상보다 높은 가격으로 출시되면서 본격적인 보급은 아직 멀었다는 평을 받고 매니아들의 전유물로 남았다. 그러다 2019년에 출시된 오큘러스 퀘스트에 이르러서야 적당한 가격과 고사양 컴퓨터가 필요 없는 독립형 기기의 형태를 갖추어 VR HMD 보급에 물꼬가 트일 가능성이 생겼다.
이때 '''이미 화면과 트래킹 장치가 있는 스마트폰으로 HMD를 구현할 수 없을까'''라는 아이디어를 떠올린 삼성전자 역시 HMD에대한 연구를 2012년부터 스마트폰을 도킹해서 사용하는 HMD를 개발하다가 오큘러스와 합작해서 기어 VR를 내놓게 되고, 최초의 스마트폰 기반 HMD가 된다. 자세한 사항은 기어 VR 문서 참고.
기어VR과 오큘러스VR 이 대중적인 관심을 끌자, 스팀, ASUS 등 타 업체들도 서둘러 VR HMD 시제품을 발표하면서 시장에 진입하려 애쓰고 있다.
2.3. AR HMD
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▲구글 글래스
AR(Augmented Reality, 증강현실)의 구현을 지원하는 HMD 역시 시도되고 있다. 안경 형태로 이른바 ''''스마트 글래스', '스마트 안경'''' 등으로 지칭되고 있다. 눈 전체를 감싸는 형태의 VR을 위한 HMD와 달리 사용자의 눈 가까이에 작은 디스플레이만 적용한 안경형 디스플레이가 HMD의 새로운 시장으로 떠오르고 있다. 기존의 스마트폰이 휴대폰 + PC + 인터넷을 합친 손안의 PC라는 컨셉이었다면 안경형 HMD는 사용자가 바라보는 것에 대한 정보를 표기하는 증강현실을 중심으로 내세우고 있다. 한편, 구글 글래스와 같이 동영상/사진 촬영등으로 인하여 개인의 사생활 침해 문제가 있는 것이 사실이다. 또한 기술 한계상 기술에 집중하면 디자인이 볼품없고 디자인을 좋게 하면 기술을 포기해야 하는 딜레마도 해결해야 할 과제.[3]
후술하는 헬멧 마운티드 디스플레이(Helmet Mounted Display)와 비슷하게, 출력 결과가 HUD와 같은 형태로 눈 앞에 각종 도형·기호·영상을 덧붙여 보여준다.
2015년 1월에는 마이크로소프트가 마이크로소프트 홀로렌즈라는 HMD의 개발을 발표했다. 발표 당시 드디어 MS가 혁신을 일궈냈다는 찬사를 받았다. 항목 참조.
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[Recon Jet]
일반 사용자를 위해서 제작된 안경형 HMD라면 Recon Instrument사는 아웃도어 스포츠 전용 Recon Jet을 출시했다. 2014년 출시 예정이었지만 연기되어 2015년 6월 공식 시판되기 시작했다. Recon Jet은 고글 하단에 탈착형 디스플레이 모듈을 붙여 유저의 고도, 습도, 속도, 네비게이션 기능을 내재하여 아웃도어 스포츠를 즐기면서 자신의 상태를 확인 할 수 있게 되었다.
매직리프는 작동하는 제품이나 구체적인 기술을 공개하지 않았음에도 구글 등의 대기업과 유명 벤처투자사로부터 막대한 자금 투자를 받아 '세계에서 가장 비밀스러운 스타트업'이라고 불리며 AR업계에서 일약 주목을 끌었으나, 막상 공개된 매직리프의 HMD는 기존의 AR기기들보다 나을 것이 없다는 평가를 받았다.
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미군 또한 이런 장비에 관심이 깊어서 마이크로소프트와 협의해 홀로렌즈2에 기반한 보병용 AR장비를 개발하는 IVAS 사업을 시작했다.
2.4. 장점
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사진은 오큘러스 리프트
- 몰입감 : HMD는 다른 디스플레이와는 비교가 불가능한 몰입감을 보유하고 있다. 우선 스테레오스코피 기술을 사용하기에 입체감을 주며, 넓은 시야각을 가지고 있기 현장감이 매우 증대된다. HMD가 가상현실 구현을 위해 개발된것 역시 바로 이런 몰입감 때문이며, 사실상 눈을 거치지 않고 두뇌에 직접 영상을 전달하지 않는 이상 HMD 이상의 몰입감을 제공하는 출력 장치는 없다고 할 수 있다. 이미 VR 포르노 사이트가 여러 곳 등장해 성업중이다.
- 공간: 가정에다 프로젝터, 혹은 대형 TV를 이용한 홈시어터를 구축한다고 하면 어느 정도의 공간이 필요하지만, 만약에 원룸에 살면서 저런 걸 가지고 싶다면? 그리고 가정에다가 아무리 홈시어터를 근사하게 꾸민다고 해도 HMD가 제공하는 만큼의 몰입도를 제공하려면 살벌할만큼 예산이 깨진다. 앉아서 봐도, 누워서 봐도, 엎드려서 봐도 똑같이 보이는 것도 장점.
- 헤드트래킹: 특히나 게임용으로 사용될 때의 장점 관련 센서가 달려있는 기기들의 경우 머리가 돌아가는 걸 그대로 인식하기 때문에 원래는 마우스로 하던 시점조정을 고개로 할 수 있게 된다. 매우 직관적이다! 참고로 오큘러스 리프트와 기어 VR에는 이게 달려 있다.
HMD 의 또다른 장점은 개인의 프라이버시를 보장한다는 것이다. 모니터에 편광필터를 장착하는 수준을 넘어서, 직접 눈 앞에만 디스플레이 시키기 때문에 보안성이 차원을 달리한다. 마치 청각의 사례에서 이어폰을 끼고 난수방송을 듣는 것과 같은 이치. 또한, 작은 화면으로도 수십미터 떨어진 커다란 아이맥스 영화관에서 관람하는 것과 같은 효과를 노릴 수 있다.(이는 프로젝터의 원리와 유사하다) 이 때문에 과거부터 HMD 는 영화같은 동영상을 보는데 가장 효과적인 매체 중 하나로 손꼽혀 왔었다. 또한, 3D TV 와는 차원이 다른 수준으로 몰입감 높은 3D 영상을 보여준다. 이런 3D 대응 제품은 LCD를 2개를 사용하여 양쪽눈에 각기 다른 화면을 보여준다. 최근에 들어서는 오큘러스 및 플레이스테이션 VR로 대변되는 VR 기기들이 차세대 HMD 의 가장 유력한 후보로 손꼽히고 있다. 이들 HMD 들의 차이점은 HMD 에 모션센서 및 트래킹 LED 등을 장착하여 사용자가 직접 머리를 움직이는 것에 반응한 3D 화면을 뿌려준다. 엔터테인먼트 업계에서 가장 유망한 미래기술 중 하나이다.
2.5. 단점
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사진은 닌텐도가 만든 희대의 흑역사 버추얼 보이.[4]
- 1인용: 기계 한 대당 사용 가능한 사람의 수가 1명으로 제한된다. 만약에 둘이서 같은 영화를 보고 싶다면 이 비싼 물건이 두 대 필요하다.
- 무게: 버추얼보이처럼 목디스크 걸리기 딱 좋은 물건들에 비하면 많이 가벼워졌다고는 하지만 2020년 기준으로 500-600g정도이다. 그러니까 대략 두 시간을 사용하기에는 조금 무겁다. 그리고 주변의 빛을 차단하기 위해 물안경처럼 얼굴에 밀착되는 형태이므로 이 정도 무게를 한참 쓰고 있으면 얼굴에 자국이 남는다. 시연장에서 길어야 1-2분 써 보고 괜찮네 하고 덥석 질렀다가 막상 실사용 시에 겪기 좋은 문제이다.
- ppi : 웬만한 고밀도가 아니면 화소가 하나하나 보여 집중도를 떨어뜨릴 수 있다. 기어 VR과 카드보드같은 모바일용 VR이 등장하면서 스마트폰의 해상도 경쟁에 큰 요인이 되었었다. 다만 기어 VR 과 카드보드 둘다 2020년 기준으로 지원이 중단됬다.
- 착용감 : 레전드급으로 거지같은 착용감을 선보였던 버추얼 보이 이후 HMD가 꾸준히 발전하면서 착용감도 발전하고 있지만, 여전히 객관적으로 보면 아쉬운 수준인 경우가 많다. 2020년까지 나온 HMD 중 가성비 영상 감상용인 오큘러스 고도 착용감에서 어느정도 까일 정도다.
- 외부 상호 작용 : 위에서 장점으로 몰입도가 크고 화면 보안성이 극단적으로 뛰어난 것을 제시했다. 하지만 역으로 뒤집어 보면 화면 밖에서 무슨 일이 일어나는지는 인지하지 힘들다[5]는 말이 된다. 물론 HMD 기기를 착용할 때는 보통 혼자 게임을 할 때보다 안정적인 환경에서 하겠지만 시각과 청각을 HMD 기기에만 집중된다면 외부에서 일어나는 예기치 못한 사건[6] 에 대응하기 어렵다.
오큘러스 퀘스트의 경우는 Passthrough+ 기능을 사용해 택배를 받거나 밖을 보는 행동을 HMD 본체를 살짝 두드리는 걸로 가능하다. 카메라를 사용한 트래킹이었기에 가능했던 것이다.
- 멀미 : 당연하지만 멀미현상이 일어날 수 있다. VR HMD에서는 더 심하다. 익숙하지 않거나 원래 멀미가 심한 사람은 5분만 써도 어질어질해진다. 사소해보일 수 있지만 현재 HMD 상용화의 가장 큰 걸림돌 중 하나로 꼽히고 있으며, 이 문제를 해결해보고자 수많은 연구가 시도되고는 있는데...3D멀미 항목을 봐도 알겠지만 이게 근본적인 해결책이 거의 없다는게 문제. 다만 6 자유도를 사용하며 이동 거리 제약이 있는 비트세이버 같은 게임에서는 멀미가 일어나지 않는다. [7]
2010년까지 HMD 제품들의 해상도는 320x240, 640x480 같은 90년대 중반 수준에 계속 머무르다가 2011년에 들어와서야 간신히 1280x720 수준으로 올라와서 그제서야 볼만한 수준이 되었다. 언제까지고 해결될 것같지 않던 HMD 의 해상도 문제는 같은해부터 불어닥친 스마트폰 열풍으로 소형 고해상도 디스플레이가 급속히 성장하면서 간신히 해결되게 된다.
2014년 이후에 들어서는 색 재현력이 높은 AMOLED를 사용한 제품도 속속 등장하여 LCD로는 한계가 큰 암부 표현력도 크게 상승. 렌즈의 광학기술도 점점 진보하여 2016년 이후에 나오는 HMD는 바로 앞의 문서를 읽는 것이 아닌 멀리 떨어진 영화관 화면을 보는 느낌이 되어 눈의 피로도가 크게 줄었다. 허나 머리 위치에 따른 시점 변환이 자동으로 지원된다 하여도 어쨌든 제한된 해상도의 디스플레이를 인간이 볼 수 있는 전 시야각에 걸쳐 보여줘야 하는 것은 피할 수 없다보니 단일 영역에 대해서는 일반적인 평판 디스플레이에 비해 저해상도로 보이는 것은 여전하다. 안구도 몸도 계속 움직일수밖에 없는 본격 VR컨텐츠라면 잘 안 느껴지지만, 시야각 중 일부만 집중 사용하게 되는 텍스트나 2D 동영상 등을 이용할 경우에는 망점이 보이기 때문에 상대적으로 저해상도임을 쉽게 느낄 수 있다. VR용이 아니고 가정용 2D 영화관 대용으로 HMD를 생각하는 사람이라면 반드시 고려해야 할 부분.
2020년 20만원대 보급형 영상 감상용 기기인 오큘러스 고를 예로 들면, 각 눈에 1280*1440해상도, 양눈 2560*1440으로 WQHD해상도 정도로 나온다. 2010년대 초에 비해서는 장족의 발전이다. 하이엔드급인 PIMAX 8K Plus의 경우 시야각 200에 2*3840*2160이라는 괴물급 해상도를 자랑한다. 이정도 초고해상도까진 아니더라도 2020년 기준 HMD의 표준이라 할 수 있는 2*1440*1700급 해상도만 해도 저해상도 HMD의 가장 큰 문제였던 모기장 현상은 사실상 사라졌다.
2.6. 제품목록
- 분류표에 없는 제품목록
- 중국의 DeePoon E2
- 구글 카드보드 계열 제품군
- 폭풍마경
- Go4D VR
- VR BOX
3. 헬멧 마운티드 디스플레이
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Helmet Mounted Display, '''헬멧 마운티드 디스플레이'''. HMD 중에서도 헬멧에 부착되는 형태의 것을 이렇게 부른다. 특히 군용기의 조종사 헬멧에 부착되는 HMD를 이렇게 지칭한다.
헬멧 마운티드 디스플레이는 HUD를 조종사의 헬멧에 부착하는 개념에서 출발한 장비로서, 출력 결과는 정면이 기본적으로 비쳐 보이는 상태에서 거기에 각종 도형·기호·영상을 덧붙여 보여주는 HUD와 같은 형태를 취한다. 따라서 조종사가 앞을 보는 것이 아니라 옆이나 다른 곳을 보고 있는 상황이더라도 현재의 비행상태를 알 수 있게 해준다. 또한 일반적으로, 군용기의 HMD는 HMS의 역할을 겸한다.
군용 HMD 중에서도 특히 HMD의 꽃이라고 할 만한 분야는 항공기용 HMD로, 이것이 있고 없고에 따라 공중전의 판세가 달라진단 말이 나올 지경이다. 공중전 중에 고개를 돌릴 일이 많은 조종사들에겐, 이러한 장비는 사실상 최첨단, 아니 있는 자와 없는 자의 싸움을 안드로메다로 날려버리는 엄청난 장비이다.
하지만 무게가 무겁기 때문에 등장 이후 급기동을 하는 전투기에는 한 동안 쓰이지 않았고[8], 대신 상대적으로 급기동할 일이 없는 헬리콥터용으로 먼저 보급되었다. 니콜라스 케이지가 주연한 영화 아파치에서 한쪽 눈을 가리고 헬리콥터를 조종하는 것을 어색해 하는데, 이 한쪽 눈을 가리고 나머지 한쪽 눈만으로 앞을 바라보는 게 바로 초기형 HMD의 모습이다. 정말 드래곤볼의 스카우터와 비슷하다.
다만 이건 스카우터처럼 숫자만 보여주는 것이 아니라 헬리콥터의 적외선 카메라와 연동되어 야간에는 앞서의 설명과 같이 마치 야간투시경을 쓴 것처럼 눈 앞에 외부 풍경을 조종사가 고개를 돌리는대로 연동하여 보여준다. 당연한 이야기지만 이를 위해 조종사의 헬멧과 헬리콥터의 카메라는 서로 연동된다. 조종사가 고개를 왼쪽으로 돌리면 카메라도 정확히 같은 각도로 왼쪽을 바라보며 영상을 보여준다.
현재는 아예 조종사 헬멧 앞쪽의 바이저(검은 유리처럼 보이는 부분)에 전체적으로 영상이나 화면을 뿌려준다. 그래서 양쪽 눈 모두 뜨고도 HMD를 쓸 수 있다.
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F-15 계열의 HMD인 JHMCS. 미군에서도 사용중인 장비이며, 대한민국 공군의 F-15K도 기본장비중이다.
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F-35의 경우 거대한 LCD 디스플레이와 이 HMD로 모든 조종능력을 커버한다고 한다. 그래서 HUD를 아예 삭제시켰다.
이쪽은 기능이 더욱 대단해서, 위의 F-15의 JHMCS의 기능은 물론, 망원확대한 영상을 바로 눈앞에 뿌려주거나, 기체에 있는 센서들과 연동해서 아래나 뒤 처럼 기체에 막혀서 파일럿의 시야에서 안 보일 위치를 '''투시해서 볼 수 있게 해준다.'''
F-35의 HMD를 보고 있으면 스카우터가 멀지 않은 느낌이다. 애초에 스카우터도 군용품이었던 걸 생각하면, 증강현실이라는 면에서는 어느 정도는 따라잡았다고 볼 수 있을지도?
랜드워리어 계획으로 대표되는 미래보병체계에도 포함된다. 보병 하나 하나에게 전투를 보조해줄 컴퓨터 및 소총의 조준기와 연동되는 HMD를 제공하는 것이다.
4. 관련 문서
[1] 2015년 9월 정식 명칭이 플레이스테이션 VR로 되었다.[2] 본체에 달린 광학 패드로 조작한다.[3] 참고 영상 1분 30초부터.[4] 우스꽝스럽고 불편하게 보일 수 있는데 사실 저건 잘못된 자세이다. 손과 콘트롤러를 거치대 뒤에 두고 기기를 감싸안은 자세가 FM.[5] 눈 전체를 감싸는 VR 한정이지만 AR 또한 기기 작동시에는 평소보다 외부 인지 반응이 둔해진다.[6] 극단적인 예를 들자면 한국인 최초 시각장애인 박사 강영우를 모티브로 한 드라마 눈 먼 새의 노래에서는 대입을 위해 점자책으로 공부를 하는 도중 과외선생의 담뱃불에 불이 옮겨붙어 방으로 번지지만 시각장애인에다 귀도 잘 들리지 않는 강영우는 이를 인지하지 못했다. 술에 취해 잠들어 있던 과외선생이 일어나서 소리를 지르자 불이 난걸 알았고 밖으로 피신하지만 그동안 점자로 필기한 책들이 잿더미로 변하는 것을 알고 절규하는 에피소드가 있다. HMD가 사람을 시각장애인으로 만들어버리는건 아니지만 시각과 청각을 외부와 차단한다는 점에서 이런 류의 사고는 절대 불가능한 일이 아니다.[7] 차멀미나 3D멀미와는 발생원인이 다르기에 차멀미는 나도 VR 멀미는 안나는 사람도 있고 3D 멀미는 나도 VR 멀미는 안나는 사람도 있다. 즉 케바케.[8] 급기동시 원심력에 의해 중력이 강해지는 힘을 받는다. 2kg의 헬멧이라고 해도 급기동으로 중력의 9배에 달하는 원심력을 받으면 2 x 9 = 18kg을 머리에 짊어진 꼴이 되므로 목에 엄청난 부담이 된다.