1.  개요
               2. 3차원 오디오
               3. 3차원 비디오
               4. 결론

 

한세대 정보통신연구원                                    공학박사 기술사 김창환
profeng@hanmail.net                                      http://www.eic.re.kr

1. 개 요
인간의 욕망으로 인해 음악관과 같은 홀에서 현장감 있는 소리를 재생할 수 있는 binaural 녹음 기술이 발달할 뿐만 아니라 나아가 보고 있는 자연계의 정경에 보다 가깝게 재현할 수 있는 영상 시스템을 계속하여 추구하는 인간은 3차원 오디오 및 비디오 그리고 처리기술에 대하여 많은 관심을 갖게 되었다. 3차원 (3D) 오디오는 임의 공간의 음향적인 분위기를 인간의 3차원 오디오 지각능력을 활용하여 가상적으로 체험할 수 있게 하며, 또한 객체 신호들이 실제와 유사한 3차원 공간상에 배치되므로 현장감을 극대화할 수 있다. 사람이 3차원 소리를 지각할 수 있는 것은 주로 3차원 공간상의 임의의 지점에서 발생한 소리에 대한 청취자의 좌, 우 양쪽 귀의 임펄스 응답들의 차이에 의한 것이다.
사람이 실제 눈으로 얻는 정는 입체영상에 의한 시각 정보이므로, 결국 3차원 입체 정보통신 서비스가 구현된다. 이에 따라, 눈과 귀만의 정보가 아닌 입체감과 현실감이라는 느낌의 정보까지 포함한 입체영상 정보를 요구하게 됨에 따라 3DTV, 향기 나는 TV 등과 같은 차세대 실감 3차원 입체 정보통신 시스템 개발에 대한 연구가 선진국을 중심으로 활발히 진행되고 있다.
최근에는 이동수신이 우수한 DMB의 본격적인 사용 서비스가 준비됨에 따라, 사용자에게 서비스될 멀티미디어 컨텐츠에 대한 관심이 고조되고 있다. DMB 시스템을 통하여 사용자에게 현실감을 더해주는 3DAV (3Dimensional Audio-Video) 컨텐츠는 새로운 형태의 멀티미디어 컨텐츠 서비스로 기대된다.
뿐만 아니라 모바일 컨텐츠의 제작 패러다임도 2차원에서 3차원으로 이동하고 있다.

VOD 기술을 활용한 휴대폰에서의 동영상 서비스를 넘어 모바일 3D 엔진을 활용한 게임의 출현, 채팅이나 아바타 서비스 등 모바일 단말기에서 서비스 가능한 컨텐츠가 다양해지고 있다. 휴대기기 성능의 발전으로 PC 수준의 3차원 컨텐츠의 구현이 모바일 기기에서도 가능한 시기가 되었고 머지않아 가상 박물관, 가상 쇼핑몰 등 다양한 가상현실 컨텐츠 서비스 또한 가능하리라 생각된다.

2. 3 차 원 오 디 오
3차원 오디오는 인간의 3차원 오디오 지각 능력을 활용하여 임의 공간의 음향적인 분위기를 가상적으로 체험할 수 있게 하며, 또한 각 오디오 객체 신호들이 가상적인 3차원 공간상에 배치되므로 실제와 유사한 오디오 객체들에 대한 분별력을 가질 수 있게 한다.
3차원 오디오 신호를 처리하기 위해서는 < 그 림 1 >과 같이 3차원 오디오 획득, 3차원 오디오 편집,

3차원 오디오 재생 기술이 필요하다. 3차원 오디오 획득기술은 Dummy Head, 엠비소닉 마이크로폰 등을 이용하여 3차원 오디오 녹음하는 기술을 의미한다. 3차원 오디오 재생기술은 사용자의 재생 환경 (헤드폰 및 스피커배치)에서 최대의 3차원 효과를 즐길 수 있도록 오디오 신호를 처리하는 기술이다.  

1) 3차원 오디오 획득
3차원 오디오를 획득하기 위하여 여러 가지 형태의 마이크로폰 구조가 제안되었다.  가장 대표적인 방법은 사람의 머리를 모델링한 Dummy Head 마이크로폰과 지향성 마이크로폰과 무지향성 마이크로

폰의 조합을 통하여 3차원 오디오를 녹음하는 엠비소닉 (Ambisonic) 마이크로폰을 들 수 있다.
Dummy Head는 3차원 음장의 수음, 재생 및 평가에 이용되고 있다. Dummy Head는 사람의 머리 형상을 한 마네킹의 귀 위치에 마이크를 장착한 것이며, 1983년에 IEC에서는 보청기 측정을 위한 Dummy Head를 심의하여, 몸통을 포함한 계측용 Dummy Head는 HATS (Head and Torso Simulator)라고 명명하였다. Dummy Head는 사람의 머리 형상을 모델링하였기 때문에, Dummy Head가 놓여진 곳의 3차원 오디오 음장 환경을 적절하게 녹음할 수 있다.
엠비소닉 마이크로폰은 파면 합성 기법 (Wave Field Synthesis)을 이용한 3차원 녹음 기법으로써,

마이크로폰 위치에서 녹음한 음장을 재생해 낼 수 있으므로 현장감 있는 입체음향을 얻을 수 있다.

엠비소닉 마이크로폰은 한 개의 무지향성 마이크로폰과 세 개의 지향성 마이크로폰을 조합하여 3차원 음장을 녹음한다.

2) 오디오 재생
3차원 오디오 재생 기술은 3차원 오디오 렌더링 기술, 3차원 오디오 출력 제어기술 및 사용자 상호작용 기술 등의 요소기술로서 구분할 수 있다.
3차원 오디오 렌더링 기술은 각각 객체로서 전달된 오디오 신호들을 함께 전달된 속성에 의해 정확히 3차원 공간상에서 표현될 수 있도록 3차원 오디오 효과 처리를 하는 기술을 의미한다. 3차원 오디오 효과로서는 음원의 3차원 공간상에서의 방향을 처리하는 음상 정위와 공간의 반사 및 잔향 특성을 모사하는 공간감 제어로서 구분할 수 있다. 임의 공간에서의 거리감은 주로 직접음 대 잔향음 비율에

의해 정해지므로 공간감 특성이 잘 묘사되면 거리감도 함께 제어할 수 있다.
3차원 오디오 추력 제어 기술은 3차원 음상 정위 및 공간감 제어 처리가 완료된 3차원 오디오 신호를 사용자에게 정확히 청취할 수 있도록 처리하는 모든 처리를 포함한다.

3) 적용 사례
객체기반 3차원 오디오 방송 시스템은 MPEG-4 표준을 기반으로 대화형 3차원 오디오를 제공하는

시스템이다. 본 시스템은 객체기반의 사용자 제어가 가능한 오디오 컨텐츠를 제작하고 부호화하여 전송하는 송신 기능과 수신된 컨텐츠를 3차원 공간상에서 장면을 구성하여 재생하며, 사용자 제어에

의해 오디오 객체들의 위치 및 특성에 관련된 속성들을 제어하는 단말 기능을 제공한다.



객체기반 3차원 오디오 방송은 Dummy Head나 엠비소닉 기술을 이용하여 획득한 3차원 오디오 신호뿐만 아니라 기존의 모노/스테레오/멀티채널로 녹음한 오디오 신호들을 중요한 객체 단위 및 배경음향으로 분리하여 그 신호 및 속성 정보를 부호화 및 다중화한 후 전송하고, 이를 단말에서 각 객체의 속성에 따라 3차원 공간상에서 전체 음향적 이미지를 합성하여 재생시키며, 필요시 사용자의 제어에 의해 이동/편집/삽입/제거가 가능한 실감형, 대화형 3차원 오디오 방송 서비스를 의미한다.
객체기반 3차원 오디오를 응용할 경우, 실황 방송에서 대표적인 악기들을 객체화하여 전송함으로써, 사용자의 취향에 따라 특정 악기만을 연주 혹은 중지시키거나, 객체에 대해서 음량을 조절할 수 있으며, 악기사이의 거리를 넓혀 명료성을 향상시켜 청취할 수 있다. 또한 영화의 장면에서 화면에 보이지 않는 측면 또는 후방의 소리를 보다 현실감 있게 재생할 수 있으며, 특정 객체의 방향감과 거리감을 강조하여 보다 향상된 현실감을 체험할 수 있으며, 광고 등에서 객체 단위의 3차원 오디오 효과를 활용하여 현장의 느낌을 강조할 수 있다.

가) 해 외
MPEG에서는 디지털 멀티미디어의 부호화에 대한 표준 작업을 진행하고 있으며, 이를 통하여 방송 및 통신 분야에서의 디지털 멀티미디어 서비스의 괄목할 만한 성장이 이루어졌다. 또한 MPEG에서는 방송 기술의 발전 추세에 따라 대화형 방송 및 대화형 멀티미디어 매체의 효과를 최대한 실현시키기 위해 1999년 MPEG-4 표준을 제정하였다. MPEG-4에서는 객체 기반의 오디오 및 비디오 등 멀티미디어 데이터의 부호화 도구 및 이들 객체기반 멀티미디어 데이터를 기반으로 장면합성을 하기 위
한 BIFS (Binary Format for Scene)라는 장면 기술 (Scene Description) 언어를 표준화하였다. 이러한 객체기반의 멀티미디어 데이터를 활용할 경우 원격지에서 서로각 객체에 대한 접근 및 변환이 자유로워지며, 이에 의해 서로간의 데이터 및 정보공유의 느낌을 극대화할 수 있다.
현재까지 3차원 오디오를 위한 요소기술 측면에서는 많은 연구가 이루어져 왔으나, 요소기술을 토대로 한 객체기반 3차원 오디오 시스템과 같은 시스템 관련 연구는 거의 진행되는 것이 없다. 유럽의 경우에 EU IST-1999-20993 프로젝트인 CARROUSO (Creating Assessing and Rendering on Real time Of high quality aUdio-viSual envirOnments in MPEG-4 context)를 통해 임의 공간의 음장 (Sound Field) 신호를 녹음, 부호화, 전송하여 재생하기 위한 연구가 수행되었다. 이 시스템에서

마이크 어레이를 사용한다는 점과 WFS (Wave Field Synthesis) 기반의 재생기술은 방송과 같은 환경에서 적용하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 그러나 최근수년간의 DVD와 고선명 TV 방송의 사용화로 인하여 멀티채널 오디오가 급속히 보급되고 있고, 3차원 오디오를 녹음 및 재생하는 기술의 지속적인 사용화 시도로 3차원 오디오는 새로운 오디오 방송 기술의 하나로 대두되고 있다.

나) 국 내
그동안 실감방송 서비스를 위한 3차원 오디오 기술의 획득에는 인간의 머리형태를 한 Dummy Head가 많이 이용되었지만 크기나 형태상의 제약 때문에 공공장소에서 의 사용에는 한계가 있었다.
최근에 한국전자통신연구원(ETRI)은 멀티채널 3차원마이크로폰을 이용한 입체음향 획득 및 재생 기술을 개발하여 스테레오 휴대폰이나 PDA, 노트북 등에서 최적의 입체음향을 제공하게 되었다. 이 기술은 정보통신부가 주관하는 대형국책기술개발사업인 지능형 통합정보방송(SmarTV) 기술 개발 사업 중 3차원 AV 기반기술 개발 세부과제의 일환으로 수행됐다.
이 기술은 ▶ 멀티채널 3차원 마이크로폰을 이용한 3차원 오디오 획득기술 ▶ 구체 위의 특정 위치에 마이크를 배치하여 3차원 오디오 신호를 획득하는 기술 ▶ 구체 마이크 시뮬레이션 기술 ▶ 3차원 오디오 재생기술 ▶ 다양한 재생환경에 적응 가능한 크로스 토크 제거 기술 등으로 구성되어 있다.
단기적으로 모바일 기기를 대상으로 한 3D 콘텐츠 사업자나 모바일 게임 또는 PC 게임 사업자 등이 활용할 수 있다. 장기적으로는 실감방송이 도래할 경우를 대비해 고품질 입체음향 서비스에 대한 사업화에 유용하게 적용될 수 있을 것으로 예상된다.
ETRI는 이 기술을 적용한 IP기반 객체기반 3차원 오디오 방송 시스템 테스트베드 (MPEG-4 시스템 적용, MPEG-4 AAC 부호화, 실시간프로토콜(RTP) 스트리밍 적용, MPEG-4 플레이어 적용)를 올해 말까지 개발 완료할 예정이다.
종전에는 스피커를 이용하여 재생할 경우 좌우 스피커간의 간섭에 의하여 3차원 음장을 정확하게

표현하기 힘들었다. 그러나 스테레오 스피커만으로 3차원 음향효과를 내는 음원 칩이 업계에서 개발했다. 포인칩스(http://www.pointchips.com)는 3D 음향 효과용 칩인 ‘PP330’ 개발을 완료하고 양산에 착수, 2004년 10월부터 공급에 들어간다고 밝혔다. 이에 따라 휴대폰 등 소형 기기에서도 5.1 채널과 유사한 음향을 효과적으로 구현할 수 있게 됐으며 상당한 수입대체효과가 기대된다.
‘올 사운드’(ALL SOUND)라는 브랜드 명을 가진 PP330 칩은 휴대폰이나 TV, 음향기기, 휴대 게임기 등 각종 전자제품의 스테레오 스피커와 결합, 3D인 입체음향 효과를 하드웨어로 구현할 수 있다. 특히 PP330은 어떤 종류의 음원이라도 3차원 입체 음향 효과를 만들어 주는 것이 특징으로 포인칩스가 특허 출원중인 알고리즘을 채용, 해외 경쟁 칩 대비 핀 수 및 외장 부품을 크게 줄였다. 또 휴대형 기기
에 사용이 적합하도록 소형 패키지를 지원하고 파워 절감 모드시 1[μA] 이하의 전력을 소비하고 동작 시에도 D 클래스 방식의 앰프를 채용해 효율을 최대화했다.

3. 3 차 원 비 디 오
1) 원 리
인간이 3차원적으로 느낀다는 것은 눈이 사물을 인식할 때의 생리적인 현상과 두뇌의 상호 작용으로 묘사된다. 3차원 영상을 느끼는 가장 중요한 요소는 시차이다. 시차는 운동 (Moving)과 양안 (Binocular)으로 나누어지는 데 Moving은 사물을 보는 시점을 점진적으로 옮겨가면서 변화하는 시차를 의미하며, Binocular는 양쪽눈의 거리에 의해서 형성되는 상의 차이로 생기는 공간적인 시차를 말한다. 이와같은 특성을 이용하여 가장 간단한 3차원 영상을 표현하기 위해서는 두 대의 카메라를 마치 우리 눈의 양안과 같은 간격으로 배치해 놓고 화면을 촬영한 다음 각각을 대응하는 눈에 비춰주면 된다. 이것은 마치 스테레오 음악을 양쪽 귀에 들려주는 것과 같은 효과를 나타낸다. 이 때 특히 중요한 것은 색상이나 밝기 등을 달리해 주거나 시간적으로 교대로 비춰주면 더욱 더 큰 효과를 낼 수 있는 것이다.  이방법은 안경을 통해 보여주는 여러 제품을 통해 이미 널리 보급되어 있다. 이처럼 두 대의 카메라를 사용하여 인간의 시각 특성과 가장 가까운 방식으로 입체감을 표현하는 방식은 우리가 한 곳에 서서 고정된 위치에서 보는 것과 같은 효과를 나타내므로 단순히 영상이 깊이 입체감만 나타낸다. 또한 이 방식은 안경을 사용하여 보아야 하기 때문에 불편할뿐더러 눈의 피로감도 증가한다는 단점을 가지고 있다.
이처럼 시선을 고정시킴으로서 발생되는 불편함을 해소하기 위해 눈동자의 움직임에 따라 화면도 실시간으로 움직여주고 영상을 이동해가면서 촬영하는 방식이 다지점 영상 방식이다. 이처럼 다지점 방식은 우리가 움직이는 것과 비슷한 효과를 내는 방식으로 가장 불편함이 적은 방식이라 할 수 있다. 특히 시점을 증가시키면 시킬수록 화면이 실제 입체화면과 가장 가깝게 된다.

2) 표현 방법
가) 광학판식
입체 영상의 불편함을 해소시키기 위한 것이, 카메라를 두 대 이상 사용하거나 위치를 이동하여 가면서 영상을 촬영하여 표시하는 다시야 또는 다시점(Multiview) 영상 방식이다.
다시야 영상 방식은 우리 두 눈을 움직여 가면서 물체를 보는 것과 같은 효과를 재생하므로 시청에 불편함이 줄어들게 된다. 특히 시점의 수가 많아지게 되면 이웃하는 시점 간에 있어 영상의 연속성이

증가되며, 궁극적으로는 현실에서 대상체를 바라보는 것과 같은 완전 연속적인 3차원 영상이 형성된다.  현재 가장 많이 연구되고 있는 방식은 광학판식이다. 광학판식은 프로젝터에 의해 영상을 광학판에 투사하는 투사식과 광학판 밑에 영상을 배열해 놓은 접촉식이 있으며, 입체와 다시야 영상의 표시가 가능한 접촉식의 대표적인 것은 렌티큘라(Lenticular) 방식이다. 렌티큘라 방식의 문제점은 조명광의 효율이 낮고 한 사람이상은 시청이 어렵다는 데 있다. 렌티큘라판에 의해 형성되는 시역은 판 상의 각원주형 렌즈로부터의 좌우 눈에 해당하는 상이 각각 따로 판의 전면 공간에 분포되지만, 실제 입체 또는 다시야 영상의 시청은 판의 중앙 부위에서만 가능하여 한 사람 이상의 시청은 어렵다. 그래서 다시점상을 표현하기 위해 다시점 렌티큘라에 대한 연구가 진행되면서 이러한 문제를 해결하고 있다. 또한 렌티큘라 판은 대량생산이 가능하고 천연색 영상의 표시가 가능하다는 데에 있다.

나) 홀로그래피 (Holographic)식

A) 등장 배경
3차원 영상 서비스를 하기 위해서는 장기적으로 볼 때 각 저장장치의 개발 방향은 다량의 정보를 serial 방식이 아닌 parallel 방식으로 한꺼번에 읽고 기록하는 형태가 될 것으로 예견된다. 이를 위한 유력한 기술이 탐침형으로서 여러 개의 탐침을 제작하여 동시에 기록/재생하는 형태가 가능할 것으로 보인다.  그리고 점차 미세해지는 매체 및 디스크 드라이브 헤드 등의 제작을 위하여 전자소자와 구동장치 (actuator)가 직접 동작하는 형태로 될 것이며, 이는 미세가전기술 (MEMS: Micro Electronic Mechanical System)로써 구현될 것이다. 이와 같은 측면에서 21세기에 들어 새롭게 등장할 것으로 예상되는 차세대의 광 저장장치는 3차원 입체형 홀로그래피 저장장치 (Holographic Memory)이다.

B) 구현 기술
현재까지 알려진 가장 뛰어난 3차원 영상의 촬영 및 재생 방법은 홀로그래피(holography)가 유일하다. 지금까지의 3차원 영상 방식에서 이용하는 대상체를 다른 시점에서 본 단면 영상을 합성하는 것과는 달리, 홀로그래피는 대상체의 체적형상 (Volume Image)을 직접 기록하는 것이다.
페이지 단위의 image 정보를 포함하는 신호 레이저 빔 (Signal Beam)과 기준 빔(Reference Beam)을 상호 간섭 시켜서 발생하는 간섭무늬 (Interference Fringe)를 입체형의 결정체에 기록하는 데 재생 시에는 기준 빔을 투사하여 기록된 간섭무늬 를 역으로 읽는다.
이 방식은 다른 정보저장장치와 같이 bit 신호를 기록하는 것이 아니고 페이지 단위의 image를 그대로 저장하므로 접속속도, 데이터 전송속도 등에 대하여 수[Gbps] 수준의 속도가 가능하며 기록용량에 있어서도 이론적으로는 tera byte가 가능한 것으로 알려져 있다. 디스크보다 부피가 작고 외부의 충격이나 전자기장 등의 간섭에도 반응하지 않으므로 기록의 보관 능력이 탁월하다. 그러나 이 방식은 광학판 방식보다 더 많은 정보량을 포함하고 있기 때문에 현재로서는 취급이 어렵다.



현재에는 IBM에서 실험적인 holography 기록방식의 성공적인 결과를 발표할 수준이며 상용화에는 아직 넘어야 할 과제가 많이 있다. 가장 난제로 알려져 있는 기술적인 문제는 적당한 hologram 기록을 위한 결정체가 개발되지 않았다는 것인데, 비선형 광학소재인 LiNbO3의 단결정을 성장하는 것이 매우 어려우며 엄청난 비용이 소모되기 때문이다. 최근에는 유기물을 이용한 holography 기술에 대한 연구가 수행되고 있기도 한다.

 

3) 활용 분야
가) 3차원 CAD

A) 개 념
3차원의 물체를 취급할 수 있는 컴퓨터 지원 설계(CAD)이며 3차원 모델링에는 물체를 선분(능선)으로 표시하는 선화(線畵) 모델링(wire frame modeling), 면의 조합으로 표시하는 표면 모델링(surface modeling), 표면과 알맹이의 정보를 취급하는 입체 모델링(solid modeling)의 3종류가 있다.
처리 속도와 용도에 따라 이 3종류를 적절히 활용하는데 3차원 CAD에서 문제가 되는 것은 모델링의 순서가 방대하고 복잡해지는 것이다. 단순한 입체를 조합해서 입력하는 방법과 2차원의 단면을 이동시켜 입력하는 방법을 사용하기도 한다.
3차원 CAD는 공업 및 건축 설계에서는 필수적이지만 제도 기능은 우수하지 못하여 제도 분야에서는 2차원 CAD, 2·5차원 CAD도 이용된다.

B) 적용 기술
3차원 CAD 형상의 모델을 위하여 매크로 파라메트릭 기술이 사용되는 데, 이 기술은 데이터베이스의 복구에 로그파일을 이용하는 것과 같이 CAD 시스템의 설계 과정을 표현하는 매크로를 사용하여 부품 모델의 재생성을 가능하도록 하는 기술이다. 설계 의도를 담고 있는 모델링 이력은 설계자들이 설계 작업을 하면서 사용한 명령어에 잘 나타나 있으므로, 모델링 명령어의 이력에 관한 정보를 갖고 있는 명령어 집합인 매트로 파일을 교환함으로써 이 기종 CAD 시스템 간에 형상 모델의 교환을 할 수 있게 된다.  이러한 표준 모델링 명령어 집합을 이용하여, CATIA (Computer-Graphics Aided Three-Dimensional Interactive Application) CAD 시스템에서 모델링한 모델을 다른 CAD 시스템으로 교환하기 위해서는 CATIA 모델링 명령어로 이루어진 매크로 파일을 표준 모델링 명령어로 이루어진 표준 매크로 파일로 매핑하여 바꾸어 주는 전처리기와 표준 매크로 파일을 Pro/E 모델링 명령어로 이루어진 매크로 파일로 매핑하여 변환하는 후처리기가 필요하다.

C) 기술 동향
개발된 매크로 파라메트릭 기술은 조립품 제조업체의 편집설계에 활용될 수 있다. 부품 제조업체에서는 하나의 CAD 시스템으로 모델을 생성하고 이를 전자카탈로 그에 활용하여 다양한 조립품 제조업체의 CAD 시스템에 활용할 수 가 있다. 조립품 제조업체의 설계자들은 부품의 사양 정보로서 부품 모델을 선정하고, 설계자가 사용하는 상용 CAD 시스템에 선정된 부품 모델의 3차원 CAD 모델을 원하는 위치에 삽입함으로써 설계를 완료할 수 있다. 그 효과로는 3차원 CAD 형상 모델은 그 제작이 복잡하고, 많은 비용이 들기 때문에 재사용이 필수적이며, 부품 제조업체에서 다양한 CAD 시스템을 사용하는 조립품 제조업체에 대응하기에는 비용이 많이 든다. 이를 매크로 파라메트릭 기술을 통해 하나의 모델을 생성하여, 다양한 CAD 시스템으로 변환이 가능하다.
최근에 ETRI에서는 2D 기반의 GIS 데이터와 3D 기반의 CAD 데이터를 통합 저장하고 관리할 수 있는 ‘3차원 시설물 관리 기술’을 제시하여 전기·설비·건축 도면같은 CAD 데이터와 상하수도·전력·통신·가스 등에 관한 GIS 데이터가 제각각인 기존의 시설물 관리 시스템을 통합 관리할 수 있게 되었다.
특히 이 기술은 다양한 GIS 시스템과 3차원 CAD 기술의 실질적인 통합으로 대규모의 시설물을 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다. 또 이 기술은 시설물의 3차원 모델링 및 네비게이션 기능도 지원한다.  이 기술은 GIS 시스템과 CAD 도면을 단순하게 링크시키는 것이 아니라 두 시스템의 데이터를 추출해서 통합 데이터로 구축하기 때문에 광범위한 지역에 걸쳐있는 대규모 시설물을 보다 체계적이고 효율적으로 관리할 수 있다.  활용 분야로는 화재 예방, 방범, 보안 등의 재난 관리가 필요한

▶지하철, 지하상가, 지하 공동구 등 지하시설 ▶교량, 터널, 공항, 댐 등 공공 시설물 ▶접근이
곤란한 상수도, 전기, 통신, 가스 등의 지하 매설물 등이 있다.
ETRI는 앞으로 GIS와 CAD를 연계한 3차원 시설물 관리 기술을 활용해 시설물 유지보수 및 정확한 의사결정을 지원하는 다양한 기능을 개발할 계획이다. 또 LBS를 연계해 옥내·외 시설물관리 및 공항,

철도, 도로, 상하수도 등 SOC 사업에도 실제 적용할 예정이다.

나) 3차원 의료영상
A) 개 념
3차원 영상기술은 다량의 2차원 이미지들을 가공하여 3차원 영상을 제공하는 기술이다. 특히 의료

영상분야에서 CT나 MRI과 같은 기기에서 얻은 환자의 2차원 단면 데이터를 가공하여 의료인이 원하는 3차원 영상으로 가공하여 진단에 필요한 영상으로 출력한다.

http://www.infinitt.com/kr/pro/pro_3_1_over1.html
< 그 림 8 > 3차원 의료 영상 기술의 예

B) 기술 동향
■ 해 외
전 세계적으로 생체신호처리 관련 영상 분야에 대한 국가적 관심이 고조되고 있다. 미국 시카고 대학은 엑스선 영상을 이용한 폐암조기진단 SW를 개발해 상용화하였고 수술 시뮬레이션을 위한 3차원 SW는 다수의 대학과 산업체에서 개발 완료되었다.
한편, 맥박이 뛰는 심장의 모습을 3차원 영상으로 생생하게 살펴볼 수 있는 기술이 개발됐다. 이 기술은 필립스 라이브 3D 에코 머신 이라는 기계장치를 활용하는데 마치 잠수함이 항해하면서 사용하는 방법처럼 초음파를 동원한다. 손에 쥐고 있는 스캐너를 통해 고주파의 음파가 검진이 필요한 인체 내 부분으로 보내지며, 음파는 내부 장기, 뼈, 조직에 대한 정보를 다시 스캐너에 전송한다. 음파는
컴퓨터 처리과정을 거쳐 데이터로 바뀐 뒤 3차원 영상으로 재구성된다. 영국 런던의 킹스칼리지 병원에서 이미 테스트해 본 이 기술은 심장 내부를 살펴보기 위해 굳이 수술할 필요 없이 심장의 3차원 이미지를 파악할 수 있어 심장관련 질병 진단에 큰 도움이 될 것이다.
■ 국 내
국내에서는 한국과학기술원(KAIST)은 척추수술 시뮬레이션을 위한 3차원 영상합성 SW를 개발했으며 이화여대는 심장운동의 가시화를 위한 3차원 동영상 합성SW를 개발했다. ETRI는 손목의 엑스선 영상처리를 통한 골밀도 측정개발 기술을 개발, 상용화되고 있다.
한편, 최근에 사이버 상에서 차량 탑승객의 충돌이나 환자 수술을 시뮬레이션할 수 있는 한국인의 표준 인체 모델 디지털 코리안’이 처음 구축됐다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)은 정보통신부가 지원하는 디지털 인체모델 데이터베이스 구축사업’의 일환으로 한국인 3차원 표준 골격계 시스템을 개발했다. 이번 디지털코리안’개발에는 가톨릭 의과대학 응용해부연구소와 포스데이타, 칸티바이오가 참
여했다. 현재 인터넷 (http://digitalman.kisti.re.kr)을 통해 자동차 업계나 의료계 등을 대상으로 이 서비스를 제공하고 있다.
이번에 완성한 ‘디지털 코리안’은 한국인 남녀 시신 100구의 전신을 1㎜간격으로 CT 촬영한 뒤 KISTI의 고성능 슈퍼컴퓨터를 이용, 3차원 평균 영상으로 재구성했다. 뿐만 아니라 골격 형상뿐만 아니라 인체의 기계적인 움직임이나 물리적인 특성까지 반영시켜 DB화했다. 이번 모델 개발로 차량의 안전성 테스트를 비롯한 의료기구나 스포츠기구 개발 등 실제 사람이 하기 어려운 분야의 3차원으로

시뮬레이션이 가능할 것으로 보고 있다.

다) 3차원 모바일
A) 엔진 구조
모바일 3D 엔진 구조의 기본적인 구조는 기존 PC 등에서 구현되어 있는 다른 3D엔진과 같다. 기본적으로 정점 (vertex)과 삼각형 (face)의 집합을 나타내는 데이터들이 그래픽 파이프를 통과하면서 각종 계산과 처리를 거친 후 화면 위의 여러픽셀 (pixel)로 나타나게 되는 과정을 구현하여 주는 것이 바로 3D 엔진이다. 이러한 그래픽 라이브러리에는 위의 기본적인 기능 이외에도 많은 추가 기능이 들어가
있으며, 각종 하드웨어 가속장치를 구동하기 위한 드라이버와 이를 동작시키기 위한 인터페이스가 이미 구현되어 있다.
모바일 환경의 경우 대부분의 3D 가속을 하기 위한 전용 하드웨어는 제공되지 않는다. 그래픽 처리는 CPU의 메모리 일부분을 LCD 드라이버에 연결하여 화면에 출력시켜주는 것이 대부분이며, 출력되는 화소의 수도 PDA의 경우 320x240 크기가 일반적이고, 더 해상도가 낮은 경우도 많다. 또 LCD 화면의 크기 역시 3.8 인치 내외의 것들이 사용된다. 출력되는 색의 수 역시 8bit, 16bit, 24bit 등이 하드웨어에
따라 고정되어 지원된다. 이러한 제한된 환경은 3D 엔진 자체의 성능에 상당한 제약을 준다.



모바일 3D 엔진은 기본적으로 같은 세 개의 모듈로 구성된다. 이 중 Transform Pipe와 Rasterizer 부분은 PC나 workstation에서는 전용 하드웨어 가속장치로 구현되는 부분이다. 모바일 환경의 경우 따로 하드웨어 가속장치가 제공되지 않기에, 이 부분 역시 소프트웨어로 구현되어야 한다. 전체 엔진의 성능에서 이 부분이 차지하는 비중이 크기 때문에 이 부분의 성능을 개선하는 것이 전체 엔진 성능에 절대적인 영향을 미치게 된다. 전처리에 해당되는 부분은 기존의 PC나 workstation에 서 사용되는 내용과 크게 다르지 않다. 이 모듈에서는 3D 데이터에 대한 sorting과 objecting culling 등을 수행한다. 그러면 모바일 3D 엔진에 대한 모듈에 대한 자세한 내용은 다음과 같다.

■ 전처리
전처리에 해당하는 부분은 화면 그래프나 혹은 다른 데이터 구조를 사용하여 주어진 3D 데이터 구조를 순환하면서 그래픽 파이프에서 처리할 수 있는 정점 및 삼각형 정보 형태로 가공한다. 이 부분은 사용되는 3D 데이터를 저장하는 데이터 구조와 적용되는 기하 알고리즘에 의하여 성능이 좌우된다.

■ Transform Pipe
PC그래픽 카드의 T&L 부분에 해당하는 부분으로 주어진 정점들의 화면상에서의 좌표를 계산하고,   보이지 않는 face나 vertex를 제거하고, 화면 모서리에서 짤린 삼각형을 재구성하는 역할을 수행한다. 광원을 사용하는 경우 각 face의 법선벡터에 대한 광원의 효과를 계산하여 각 정점의 색상을 계산한다.

■ Rasterizer
모바일 3D에서 제일 많은 시간을 소비하는 부분으로 Transform Pipe에서 계산된 삼각형 정점들의 색상과 화면상의 좌표를 사용하여 실제 그림이 출력되는 화면 픽셀의 색상을 계산하여 pixel buffer에 저장하는 역할을 담당한다. Rasterizer는 화면 위의 출력되는 모든 픽셀에 대한 계산을 적어도 한번은 수행한다. 전체 화면을 3D 객체가 덮고 있고 그 3D 객체 뒤쪽으로 다른 면이 없는 경우라면, 전체 화면을 계산하기 위하여 필요한 시간은 한 픽셀의 색상 값을 계산하는 데 걸리는 시간 곱하기 전체 화면 크기만큼이 된다. 이 때 3차원 환경에서 물체들 간에 서로 가리고 가려지는 관계가 발생할 경우에
는, 픽셀 값을 계산하는 도중에 이미 다른 삼각형에 의해 픽셀 값을 계산한 픽셀에대해 픽셀 값을 다시 계산해야 하는 경우에 생긴다. 이 경우 실제 픽셀 값은 카메라로부터의 거리 정보 (화면 깊이 정보)가 가장 가까운 삼각형의 값으로 채워진다.
이렇게 될 경우 중복되어 계산되는 픽셀로 인한 계산시간 증가가 발생한다.

B) 개발 동향
최근 국내 한 벤처기업인 리코시스가 최근 중국 차이나유니콤에 3D그래픽엔진을 공급키로 하는 계약을 맺고 퀄컴의 베이스밴드칩 MSM6100 이상을 사용하는 최신형 휴대폰에 자사 D그래픽엔진인 M3D’를 탑재할 예정이다. 이에 따라 리코시스는 전 세계적으로도 초기 시장인 모바일용 3D그래픽엔진 분
야에서 국내 SK텔레콤에 이어, 중국 차이나유니콤을 차지해 시장 선점을 위한 유리한 고지를 차지했다.  리코시스의 차이나유니콤 입성은 특히 국내 모바일게임개발업체들의 중국 시장 공략에 순풍으로 작용할 전망이다. 리코시스의 M3D를 사용하는 모바일게임을 개발할 경우 국내뿐만 아니라 중국 시장도 동시 공략이 가능해지기 때문이다.
이미 웹이엔지코리아·메타미디어·아이비에스넷 등 국내 모바일 3D게임개발업체들은 게임 개발을 완료하여 리코시스와 함께 중국 시장 진출이 시작될 예정이다.
세계적인 모바일 테스트베드로 주목받고 있는 한국에서 잇따라 유망 기술들이 터져 나오고 있는 것은 향후 국내용이 아닌 해외시장용 대박’기술의 생산이란 점에서 큰 의미를 가진다.
뿐만 아니라 　모바일 솔루션·콘텐츠 전문업체 와우포엠은 자체 개발한 모바일 3D엔진 NF3D’가 모바일 3D 국제표준화 컨소시엄인 크로노스그룹의 오픈GL ES’의 적합성 테스트를 통과했다. 국산 3D엔진이 이 테스트를 통과한 것은 이번이 처음이다. 국내 표준 통합플랫폼인 위피(WIPI)를 기반으로 하고 있다는 점도 최초의 일이다. 이에 앞서 와우포엠은 2004년 1월 크로노스그룹에 정식 가입, 모바일 3D
규격 세계표준화에 앞장서 왔다.
모바일 솔루션업체 솔빅스테크놀로지는 최근 산업자원부가 주관하는 국책과제 개발사업에 자사 적응형 실시간 스트림 방송을 위한 개인화 방송시스템 구축 프로젝트’가 선정됐다. 이 프로젝트에 투입될 로솔루션은 향후 보편화될 고화질 인터넷방송과 위성·지상파DMB의 개인화 방송에 효율적으로 활용될 수 있는 핵심기술이다. 이를 이용하면 그동안 대역폭의 제한으로 높은 사양의 장비와 고비용 지출이 불가피했던 개인화 방송서비스에 획기적인 전기를 가져다 줄 것으로 예상된다.

4) 향후 전망
3차원 영상정보기술은 3차원 TV와 영화에 응용될 수 있으며 3차원 CAD, 3차원 영상기기를 이용한 원격진료, 3차원 비젼을 가진 로봇, 3차원으로 구현한 전시관, 비디오 콘텐츠, 군사용 장비, 항공장비, 3차원 영상통신, 3차원 게임, 가상 현실등 그 응용 분야가 기존의 2차원 영상 기기를 모두 대체할 정도로 막대한 시장에 응용 될 수 있을 것으로 보인다.
국외의 경우 3차원 게임, 교육, 의료, 컴퓨터, 시뮬레이터 및 각종 관련 산업에서 기존의 2차원 멀티미디어 정보단말기를 대신할 차세대 3차원 입체 멀티미디어 시장으로 자리를 잡았고 과학기술 분야에서도 이에 대한 연구수요가 폭발적으로 증가하고 있다.


3차원 디스플레이를 비롯한 3차원 정보 단말기 산업의 경우 21세기의 새로운 총아로 수요가 2005년경 약 4조 달러가 될 것으로 예상되는 멀티미디어 관련 산업의 핵심 분야로 전망되고 있다. 이중 세계 3DTV 수상기 시장은 2005년에 20억불에 이를 것으로 전망되고, 이에 따라 3DTV 수상기 및 기타 3DTV 방송 사업을 포함한 전체 시장 규모는 2005년경 30억 달러에 이를 것으로 전망되고 있다. 한편, 3차원 디스플레이와 관련된 게임 시장은 1987년부터 매년 25% 수준으로 증가하고 있기 때문에 산술적으로 2005년의 시장 규모는 약 5,200억 달러로 추정되고 여기서 10%만 3차원 디스플레이 구현기술과 관련이 있다고 가정해도 약 520억불 정도의 시장을 추정할 수 있다.

4. 결 론
21세기는 정보통신기술 발전이 국가 경쟁력을 좌우하는 정보통신 시대’다. 우리는 차세대 이동통신 기술을 beyond 3G’ 또는 ‘4G’라고 말한다. 이 기술은 이동중 100[Mbps], 정지 중 1[Gbps] 수준으로 엄청나게 빠른 속도를 제공하게 될 것 이다. 4G가 제공할 서비스에 대한 모습이 아직 확실하게 정해지지 않았지만, 3G에서 이루지 못한 대용량의 3차원 오디오 및 영상, 모바일 가상현실까지도 가능할 것
으로 예상된다. 이제 3차원 오디오 및 비디오 서비스는 이동통신에서 한 분야로 대두되고 있다.