메타, 현실과 구별할 수 없는 수준의 VR 헤드셋 시제품 공개

메타(Meta)는 VR하드웨어의 궁극적인 목표는 '현실과 구별할 수 없는' 시각적 완성도를 가진 편안하고 콤팩트한 헤드셋을 만드는 것이라고 말한다. 오늘 그 목표를 향해 한걸음 나아 간 최신 VR헤드셋 프로토타입을 공개했다.

메타는 확장현실(XR)구현에 수백억 달러를 쏟아붓고 있으며, 그중 상당 부분은 가상현실 연구실(Reality Labs Research)의 장기 연구개발(R&D)에 투입될 것이라는 사실을 숨기지 않고 있다. 실제 투자 성과로 이어지는지를 보여주기 위해 언론 기자단을 초청하여 VR 하드웨어 연구개발 최신 성과를 선보였다.

우선, 메타 최고경영자(CEO)인 마크 저커버그(Mark Zuckerberg)는 가상현실 연구실 수석 연구책임자인 마이클 애브라시(Michael Abrash)와 함께 메타는 궁극적으로 인간의 눈으로 "진짜"로 받아들여지는 모든 시각적 요건을 충족하는 VR 하드웨어를 구축하는 것을 목표로 한다고 말했다.

오늘 현재 VR 헤드셋은 매우 몰입하게 하지만 보고 있는 것이 ‘가상’이라는 것을 알 수 있다.

메타 가상현실 연구실은 ‘시각적 튜링 테스트(Virtual Turing Test)’라는 용어를 사용해 우리 시각으로 헤드셋 안에 펼쳐지는 것이 ‘실제로 진짜’(actually real)이라고 확신시켜 주는 수준을 나타내 준다. 이 개념은 인간과 인공지능의 차이를 구별 지어 주는 지점을 나타내는 유사한 개념에서 차용되었다.

헤드셋 안에 있는 것이 실제로 진짜라는 것을 우리 시각 시스템으로 완전히 확신하기 위해선 "시각 튜링 테스트"를 통과할 수 있는 헤드셋이 필요하다고 말한다.


저커버그와 애브라쉬는 시각 튜링 테스트를 통과하려면 VR 헤드셋이 극복해야 하는 4가지 주요 과제인 가변성, 디스토션(distortion, 일그러짐), 망막 해상도 및 HDR을 개략적으로 설명했다.

그 의미는 다음과 같다.

가변성(varifocal): 눈의 필수 초점 기능(버전스 및 적응)을 모두 갖춘 가상 장면의 임의의 깊이에 초점을 맞추는 능력을 말한다.

디스토션(distortion, 일그러짐): 렌즈는 본질적으로 렌즈를 통과하는 빛을 왜곡하여 종종 색 분리나 동공 수영과 같은 인공물을 만들어 렌즈의 존재를 분명히 한다.

망막 해상도: 디스플레이상 인간의 눈의 해상도를 만족시키거나 상회하는 충분한 해상도를 가지고 있기 때문에 기본적인 픽셀의 흔적은 없다.

하이 다이내믹 레인지(HDR): 현실에서 경험하는 어둠과 밝기의 범위를 나타낸다.(현재의 디스플레이는 거의 따라갈 수 없다).

가상현실 연구실 디스플레이 시스템 연구팀은 이 과제들에 대한 잠재적 해결책으로 개념 증명이 가능한 프로토타입을 제작했다.


가변성을 설명하기 위해 연구팀은 'Half 돔'이라는 일련의 프로토타입을 개발했다. 이 프로토타입으로 우선 기계적으로 움직이는 디스플레이를 사용해 디스플레이와 렌즈 사이의 거리를 변화시켜, 화상의 초점 깊이를 변화시키는 가변적인 디자인을 연구했다. 이후 연구팀은 솔리드 스테이트 전자 시스템으로 옮겨갔고, 결과적으로 훨씬 더 작고, 안정적이고, 조용한 가변 광학 장치를 만들어 냈다.


애브러쉬는 디스토션에 대해서 ‘렌즈 설계에 특화된 디스토션 보정 알고리즘으로 그 렌즈 설계를 실험하는 것은 번거로운 과정이다’고 설명하면서 "새로운 렌즈는 빨리 만들어질 수 없으며, 한번 만들어지면 아직까지는 헤드셋에 주의해서 결합되야야 한다"고 말했다.

디스플레이 연구팀은 이 문제 해결에 적극 대처하는 차원에서 '디스토션 시뮬레이터'를 구축했는데, 이 '디스토션 시뮬레이터'는 3DTV를 사용하여 실제로 VR헤드셋을 모방해서 렌즈(및 이에 대응하는 왜곡 보정 알고리즘)를 소프트웨어 내에서 시뮬레이션한다.

이런 방식으로 연구팀은 보다 신속하게 반복적인 과정을 거칠 수 있게 되었다. 여기서 중요한 과제는 눈동자가 렌즈의 바로 중앙을 보고 있을 때 보이는 것을 수정하는 것이 아니라 눈동자가 움직임에 따라 렌즈 디스토션을 적극적으로 수정하는 일이다.


메타는 망막 해상도 면에서 이전에는 볼 수 없었던 버터스코치(Butterscotch)라고 불리는 헤드셋 프로토타입을 공개했다. 이 프로토타입을 1도당 60픽셀의 망막 해상도를 달성하여 20/20의 시야를 확보했다고 한다. 이를 위해 픽셀 밀도가 매우 높은 디스플레이를 사용하여 픽셀을 더 작은 영역에 집중시키기 위해 시야를 Quest 2의 절반 크기로 줄였다. 메타는 또한 향상된 해상도를 "완전하게" 해결할 수 있는 "하이브리드 렌즈"를 개발했으며, 오리지널 리프트, 퀘스트 2, 그리고 버터스코치 프로토타입의 비교되는 차이점을 서로 확인했다고 밝혔다.

바조(Varjo)의 VR-3 헤드셋과 같이 망막 해상도 수준의 헤드셋은 현재 이미 출시되어 있지만, 화면 중앙의 작은 영역(27°×27°)에만 한정되어 60 PPD를 넘어선다. 그 밖의 영역에서는 30 PPD 이하로 떨어진다. 표면상으로는 메타의 버터스코치 프로토타입은 시야 전체에 걸쳐 60개의 PPD를 가지고 있지만, 렌즈 가장자리는 해상도가 어느 정도까지 떨어지는 지에 대해선 설명하지 않았다.


저커버그와 애브래쉬는 4가지 도전적 과제 중 하이 다이내믹 레인지(HDR)이 가장 중요하다고 강조했다.

디스플레이연구팀은 하이 다이내믹 레인지는 VR 체험에 미치는 영향을 보여주기 위해 스타버스트(Starburst)라고 불리는 또 다른 프로토타입을 만들었다. 메타에 따르면, 그것은 20,000 니트에 달하는 최초의 VR 헤드셋 프로토타입('우리가 아는 한')이다.

하이 다이내믹 레인지의 목적은 실제로 매우 밝은 물체에 사실적인 밝기를 주는 것이다. 예를 들어, 구름 한 점 없는 날에는 화재, 폭발, 불꽃놀이, 심지어 창문에서 반사되는 밝은 빛까지.이 모든 것들이 현실에서 '팝(pop)'하는 것처럼 보인다. 왜냐하면 그것들은 둘러싼 주변의 세상보다 훨씬 더 밝기 때문이다. 메타는 VR에서 밝기의 '팝'을 복제할 수 있는 것이 시각적 튜링 테스트를 통과하기 위해 필수적이라고 말한다.

참고로 퀘스트2의 디스플레이는 최대 100니트로, 하이엔드 HDR TV는 약 2,000니트에 이른다. 이는 스타버스트 시제품이 HDR TV의 10배 밝기 범위를 만들어 낼 수 있다는 것을 의미한다.

그리고 소니의 곧 출시될 플레이스테이션 VR2가 최초의 상용 HDR VR 헤드셋이 될 것으로 예상되지만, 하이 다이내믹 레인지 개념이 정확히 정립되지 않았기 때문에 2,000니트는 고사하고 1,000니트가 될지는 알 수 없다.


메타의 많은 VR 헤드셋 시제품은 이런 기본 아이디어를 반영시키기 위해 무게와 사이즈도 크게 다운사이즈 되었지만, VR 헤드셋 폼 팩터를 대폭 축소하는 데에도 노력한다. 이렇게 해서홀로그래픽 접이식 광학 연구를 실시해 홀로케이크2라고 불리는 실제 작동형 VR 헤드셋을 만들어냈다.

이 인상적인 콤팩트 프로토타입은 현대 VR 헤드셋에서 가장 중요한 두 가지 사이즈 제약 조건인 광로 길이와 렌즈 폭에 영향을 주었다.

VR 헤드셋의 렌즈가 제대로 기능하려면 렌즈가 디스플레이로부터 일정한 거리를 두어야 한다. 더 가까이 접근하면 이미지의 초점을 제대로 맞출 수 없다. 하지만 '팬케이크' 광학('접힌' 광학으로도 알려져 있음)을 사용하면, 마침내 눈에 더 가까이 닿기 전에 빛을 앞뒤로 튕겨내기 위해 편광을 사용하여 스스로 경로를 '접힘'으로써 렌즈와 디스플레이 사이의 거리를 효과적으로 줄일 수 있다.

거리를 좁히면, 렌즈의 두께가 실제로 어느 정도 디스플레이를 눈에 붙일 수 있는지를 알 수 있다. 그런 목적으로 홀로케이크 2의 시제품은 기존의 렌즈보다 상당히 얇은 홀로그래픽 렌즈를 사용한다.

홀로그래픽 렌즈는 기본적으로 전통적인 렌즈의 홀로그램이 내장된 얇은 홀로그램 필름이다. 이는 얇아도 두꺼운 렌즈와 비슷하게 빛을 조작할 수 있다.

홀로그래픽 렌즈와 팬케이크 광학(즉 홀로케이크)의 조합은 홀로케이크 2를 매우 컴팩트하게 만드는 중요한 열쇠다.

“홀로그래픽 렌즈의 개발은, VR디스플레이 시스템의 현저한 진보를 나타내는 폼 팩터를 줄이기 위한 새로운 접근법이었다. 홀로그래픽 광학을 활용한 완전한 기능을 갖춘 헤드셋을 시도하는 것은 이번이 처음이며 헤드셋의 추가 소형화가 가능할 것으로 믿는다."고 메타는 밝혔다.

그러나 이것은 PC 테더 헤드셋으로 메타가 원하는 독립형 폼팩터에 도달하기 위해서는 추가 대용량(컴퓨터와 배터리)이 필요하다. 메타는 불행하게도 ‘홀로케이크 2는 홀로그램 광학이 잘 작동하기 위해서는 레이저 광원이 필요하며, 실제 제품에 구현될 수 있는 크기나 비용에는 아직 미치지 못한다’고 밝혔다.




VR 하드웨어의 미래가 어디로 향할지에 대한 흥미롭게 보고 있지만, 메타의 새로운 VR 헤드셋인 프로젝트 캄브리아(Project Cambria)는 이 모든 것을 하나로 묶는 전환점이 될 수 있을지?

불행하게도 그렇지 않은 것 같다. 메타는 여기서 보여주는 대부분의 기술들이 최고 수준의 단계까지는 이르지 못했다고 말한다. 그리고 프로젝트 캄브리아가 올해 중 출시될 것으로 예상되지만 메타가 이 모든 기술을 제품화할 시간이 중분하지 않다. 캄브리아는 Quest보다 조금 더 콤팩트하게 만들기 위해 (홀로그래픽이 아닌) 접힌 광학을 사용할 것 같지만, 홀로케 2와 같은 제품이 시장에 나오려면 아직 시간이 더 걸릴 것이다.


이진충 글로벌이코노믹 명예기자 jin2000kr@g-enews.com