오즈라엘

들어가기에 앞서 : 이 글은 2012년도에 작성한 글입니다 :)

들어가며

 현재 전 세계적으로 3D 입체 영상의 붐이 일고 있고, 게임업계도 이에 편승하여 입체 영상을 지원하는 게임들을 발매하고 있습니다. UBI 소프트는 2012년에는 절반 이상의 타이틀이 정식으로 입체 3D를 지원할 것이라고 발표하기도 하였습니다. 실제로도 스타크래프트 2, 크라이시스 2, 베틀필드 3 등 최근 출시작들은 거의 다 입체 3D를 지원하고 있지요. 곧 있으면 나올 디아블로 3도 입체 영상을 지원하는 것으로 알려져 있습니다. PC 뿐안 아니라 엑박,플스 등 콘솔 게임기도 3D 입체 영상을 지원하지요. 닌텐도는 3DTV 보급률이 20%를 넘었을 시 콘솔에서 입체 3D를 지원할 예정이라고 발표하였지만, 휴대기기에서는 닌텐도 3DS를 발표할 만큼 적극적인 관심을 보이고 있지요. 또한 게임기 뿐만 아니라 LG,HTC,샤프 등에서 입체 3D를 지원하는 스마트폰을 출시하며 각종 게임들과 연계하고 있지요. 노트북도 지원 모델들이 본격적으로 출시되기 시작했습니다. 이토록, 입체 3D 게임은 거실뿐만아니라 모바일까지 그 영역을 확대해 나가고 있습니다.

하지만 이에 비해서 모든 게이머가 입체 3D ( 이하 Stereo 3D 혹은 S3D라 일컫겠습니다) 게임을 선호하지는 않지요. KOCCA의 보고서를 보면 29%만이 S3D 게임을 선호하고 있습니다. S3D가 전혀 필요 없어보이는 TV쇼보다 그나마 높은 수준정도밖에 되지 않지요. 

휴면 팩터

왜 그런 것일까요? 안경을 끼고 시청해야 하는 불편함도 있겠지만은 멀미나 피로감 등에 그 주된 원인이 있다 볼 수 있겠습니다. 영화는 길어봐야 2시간의 러닝타임을 가지고 있고 어느정도 그러한 피로감을 감수할만 하겠지만, 게임은 그렇지가 않지요. (원래 권장은 2시간입니다만;;) 장시간동안 피로감과 멀미 등의 휴먼 팩터에 노출되기 때문에 사용자들은 거부감이 들 수 밖에 없게 되는 것입니다. 이러한 휴먼 팩터들은 아직도 활발히 연구가 되고 있고, 게임 개발자들 또한 이를 이해하고 다루어야 할 것입니다.


동요병

 흔히 멀미라 불리우는 동요병(motion sickness)은 흔들림이나 회전에 의해 불쾌감, 구토, 식은땀 등을 동반합니다. 이 동요병은 S3D 영상의 휴먼 팩터 중 하나지요. 
 우리는 그동안 학교에서 배운 멀미의 원리는 내이과잉자극설(over stimulation theory)이라고 합니다. 전정 감각이 신체의 평형감각에 중요한데, 열차 및 자동차의 진동에 의한 가속도가 달팽이관이 있는 내이를 무리하게 자극한다는 것이죠. 


감각불일치설
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 하지만, 가만히 앉아서 게임을 하는데도 멀미를 느끼게 됩니다. 이러한 영상 멀미는 감각불일치설(sensory conflict theory)로 설명이 되고 있습니다. 신체는 평소에 자신의 위치나 움직임 등을 다양한 감각 정보로 취득합니다. 하지만, 영상만 보면 신체정보와 눈으로 입력되는 패턴이 일치하지 않게 되지요. 이러한 정보들을 짜집기하면서 동요병이 발생을 하게 되는 것입니다. 특히 FPS 등 움직임이 급격한 게임이 감각불일치로 인한 영상 멀미가 쉽게 일어나지요. 이러한 영상 멀미가 있는 상태에서 S3D로 게임을 즐기게 되면 안정피로(asthenopia)가 더해져서 그 부작용은 더더욱 커지게 됩니다.


안정피로

지속적인 시각 작업이나 집중을 하게되면 피로해지고 눈이 침침해지며 통증, 두통, 어깨결림을 수반하게 되고 심하면 구토 증세까지 보이기도 합니다. 이러한 현상을 안정피로라고 합니다. 극도로 정신이 긴장하여 발생하는 것은 신경성 안정피로(nervous asthenopia)로 분류됩니다. 게임에 너무 몰입해도 발생할 수 있는 현상이지요. 수정체의 과부하나 초점 조절로 인하여 생기는 것은 조절성 안정피로(accommidative asthenopia)로 분류됩니다. 기본적으로 신경성 안정피로가 발생하는 게임을 S3D로 영상을 보게되면 조절성 안정피로가 더해지는 것이지요.


폭주와 초첨의 불일치

사람이 사물을 바라볼 때는 두 눈의 주시선이 무한히 평행히 뻗어나가는 것이 아니라 한 지점에서 교차를 하게 됩니다. 그 교차점이 주시의 대상이 되는 것이고, 이러한 능력을 폭주 혹은 수렴이라 부릅니다. 그리고 눈의 수정체를 조절하여 초점을 맞추는 대상이 폭주 대상과 일치하게 됩니다.
 하지만 S3D 영상을 보게되면 이 폭주 대상과 초점 대상이 어긋나게 됩니다. 사람의 물리적인 초점은 모니터 스크린에 맺히게 되지만 폭주 대상은 모니터의 위치가 아닌 입체 공간의 어딘가가 되는 것이죠. 이러한 증상을 폭주와 초점의 불일치(Vergence-accommodation mismatch)라 부르는데, 이러한 불일치를 조절하게 되면서 조절성 안정피로가 일어나게 되는 것입니다. 

영상 왜곡

이러한 영상멀미나 안정피로등은 개인차가 큽니다. FPS를 해도 어떤 사람은 멀미를 일으키지만 어떤 사람은 하루 종일 해도 멀미가 일어나지 않기도 하지요. S3D 영상은 그 개인차가 더 심하게 나타납니다. 영상 왜곡까지 더해지면 그 후폭풍은 감당하기 힘든 수준이 되지요. 이러한 휴먼 팩터들은 게임 뿐 아니라 모든 장르의 S3D 시장 발전의 저해 요소가 되고 있습니다. 그렇기때문에 앞서 말씀드렸다시피 활발한 연구가 이루어지고 있고 표준 규약 또한 만들어지고 있지요. 특히 영화나 에니메이션 등 영상 컨텐츠는 영상의 깊이감을 많은 사람들이 평균적으로 수용 가능한 값으로 설정하고 있습니다.
 하지만 게임은 이러한 점이 다소 자유롭습니다. 사용자가 영상의 깊이감을 조절을 할 수 있기 때문이지요. 사용자는 자신의 팩터에 맞게 깊이감을 조절하여 멀미나 피로를 최소화 하여 게임을 즐길 수 있습니다. 그렇기때문에 개발자는 이러한 사용자의 조절을 반드시 지원 해 주어야 할 것입니다.

이 휴먼 팩터는 영상 왜곡과 합쳐지면 더 많은 부작용을일으키게 된다고 말씀 드렸었는데요, 이번에는 그 영상 왜곡에 대하여 말씀 드리고자 합니다.

아시다시피 입체 영상은 좌안의 영상과 우안의 영상을 따로 만들어 내서 각각의 눈의 망막에 각각의 영상을 보여 주는 방법으로 구현되지요. (보여주는 방법은 이 글에서는 다루지 않겠습니다. 무안경 방식은 이 글을 참고하세요.)

이 좌안 우안을 신경쓰지 않고 만들다보면 많은 영상 왜곡(Image Distortion) 현상이 일어나기도 합니다. 이러한 왜곡은 심하게는 좌우 영상이 합쳐지지 않고 깨져보이는 지경까지도 이르게 됩니다. 이 글에서는 몇 가지의 영상 왜곡에 대해 다루어 보도록 하겠습니다. 


예측 불가능한 제시 조건에 의한 왜곡

모니터(스크린)의 크기, 시청자의 위치, 시청 각도 등 예측 할 수 없는 제시 조건에 의한 왜곡들도 발생을 합니다. 컨텐츠 제작시 예측했던 스크린의 크기나 시청 거리에서 어긋나게 되면, 상의 깊이감이 변하거나 폭이 왜곡 되는 것이죠. 
3D 영화관의 경우 극장마다 상영관마다 스크린의 크기가 다릅니다. 상영관마다 입체 영상의 폭이 다르게 느껴진다는 것이지요. 또한 같은 오브젝트라도 앞좌석에서 보는 깊이감과 뒷좌석에서 보는 깊이감이 다르게 느껴지게 됩니다.

또한, 정면이 아닌 측면에서 관람하게 되면 상이 정면을 향하는 것이 아니라 관찰자가 있는 측면을 향해 있는 것 처럼 느껴지게 됩니다. 영화 상영관 내에서도 좌석의 위치에 따라서도 보여지는 상이 왜곡 될 수 있는 것이죠. 이러한 현상을 전단왜곡(shear distortion)이라 부릅니다.

 흔히들 영화에 따른 영화관의 명당이 있다고들 하는데, 괜히 나온 말이 아니라 이러한 이유들 때문에 정말 명당이 존재하는 것이죠. 영화의 경우는 영화관의 크기 차이가 그렇게 다이나믹 하지는 않습니다. 시야 각도 허용할 만한 수준 내에서 구성이 되도록 자리가 배치되어 있지요. 
 하지만 이러한 왜곡 현상은 게임에서는 심하게 나타납니다. 게임을 즐기는 유저의 모니터 크기는 천차만별입니다. 방에서 22인치 모니터로 게임을 즐길 수 도 있고, 거실에서 55인치 대형 3DTV로 게임을 즐길 수도 있는 것이죠. 시야각 또한 마찬가지입니다. 혼자 게임을 즐긴다면 당연히 정면의 시야각으로 즐기게 되겠지만, 여러명이 모여서 게임을 하고 구경도 하고 한다면 시야각은 다양해지게 될 것입니다. 
 하지만 사실 게임을 제작하면서 이러한 유저들의 모든 시청 스펙을 예측하기란 불가능하지요. 다만, 평균적인 구성을 예측하고 그에 맞는 기본 환경 설정이 되어있어야 할 것입니다.


망막경합 (Retinal Rivalry)

앞서 말씀 드렸듯이 좌우 영상을 좌우 망막에 각각 따로 받아들이고 뇌가 이를 합성하여 입체정보로 만들어 내면서 입체영상이 만들어지게 됩니다. 그런데, 좌측 영상에는 있는 물체가 우측 영상에는 존재하지 않거나 좌측과 우측의 모습이 과도하게 다르다면, 뇌는 이 물체에 대해 제대로 지각하지 못하게 됩니다. 물체가 깜빡이게 보이거나 엉뚱한 깊이에 있게 느껴지게 되지요. 이러한 상황을 망막경합 (Retinal rivalry)  또는 양안경합 (Binocular rivalry) 이라 부릅니다. 예를 들어 아래 이미지에서는 여성과 석상이 망막경합을 일으킵니다.

이러한 현상은 소위 적청안경이라 불리우는 애너글리프 방식에서는 쉽게 일어날 수 있습니다. 애너글리프 안경의 색깔에 가까운 색으로 이루어진 오브젝트는 한 쪽의 눈에만 전달될 수 있는 것이죠. 만일 게임을 적청안경으로 시연해야 하는 상황이라면, 오브젝트의 색은 완전 적색이나 완전 청색 등은 최대한 피해야 할 것입니다.(근데 그런 시연 상황이면 그냥 입체영상으로 보여주지 말아요)


키스톤 왜곡(Keystone Distortion)

오브젝트가 카메라에 상당히 가까이 있을 시, 그 상의 좌측 영상과 우측 영상의 높이 차가 발생하기도 합니다. 이러한 경우는 두 이미지를 뇌가 하나의 상으로 합치는데 어려움이 따르게 됩니다. 이러한 상황을 키스톤 왜곡이라 부릅니다. 

 특히, FOV가 과도하게 설정 되어 있는 경우는 이러한 왜곡이 심하게 발생하게 됩니다.


윈도우 위반 (Window Violation)

좌측 영상의 카메라와 우측 영상의 카메라는 각각의 뷰 프러스텀을 가지게 됩니다. 그러다보니 좌우 카메라의 프러스텀이 공통적으로 속하지 않는 영역이 존재하게 되지요. 

 그 부분은 투영된 영상으로 치면 화면의 좌우 각각의 끝부분이 이에 해당합니다. 그래서 화면의 좌우 끝에서는 망막 경합이 일어나게 됩니다. 다음 이미지를 보면 좌측 영상에는 있는 A1 파란 점과 I1 주황색 점이 우측 영상에는 존재하지 않습니다. 

이러한 현상을  윈도우 위반(Window Violation)  또는 프레임 위반(Frame Violation)이라 부릅니다. 극장같은 큰 상영관에서는 이러한 현상이 있다 하더라도 보통은 이를 알아채지 못하고 넘어가게 됩니다. 하지만 커봤자 40인치 정도인 모니터에서 즐기게 되는 게임은 이러한 윈도우 위반이 쉽게 인지됩니다. 
 nVidia 3D Vision, iZ3D, DDD 등의 입체 영상 미들웨어들은 윈도우 위반을 해결하는 방법을 제공해주기도 합니다. 보통은 프러스템이 겹치지 않는 영상의 끝부분은 잘라내는 극악의 방법이지요. 하지만 이러한 방식은 화면 밖으로 튀어나오는 오브젝트까지 완벽히 커버하지는 못합니다. 그렇기 때문에 화면 안에 완전히 투영되지 못하는 큰 오브젝트가 화면 밖으로 튀어나오면 윈도우 바이얼레이션 문제가 발생을 합니다. 
 컷씬을 제작하다보면 입체 영상에서 극적인 장면을 연출하기 위해 오브젝트를 화면 밖으로 튀어나오게 하고싶은 경우가 있을것입니다. 그러한 경우는 오브젝트를 반드시 화면 가운데 위치시켜야 하고, 화면 영역을 벗어날 정도로 큰 오브젝트는 금지하여야 할 것입니다. 


마치며

이 글에서 설명 드린 왜곡 외에도 수 많은 입체 영상 왜곡 현상들이 존재합니다. 영화나 에니메이션은 이러한 왜곡 현상들을 발생시키지 않기 위해 많은 노력을 하면서 제작을 하고 있습니다. 항상 고정된 영상의 컨텐츠이기 때문에 왜곡 현상을 거의 없앨 수 있지요. 
 하지만 게임은 실시간으로 영상을 만들어 내는 컨텐츠이기 때문에 모든 왜곡 현상을 막는다는 것은 불가능에 가까울 것입니다. 다만, 이러한 왜곡 현상에 대해 잘 숙지하고 최대한 예방할 수 있는 방향으로 개발을 해야 할 것입니다. 
 이전 글에도 말씀드렸지만, 게임은 휴먼 팩터에 대한 영향이 크고 입체영상으로 즐기는 것에 대한 부담이 큰 컨텐츠입니다. 그러한 부담을 유저가 조금이라도 덜 느끼고 장시간 쾌적하게 즐길 수 있도록 제작을 해야 할 것입니다.