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3D 입체시의 해체 신서 - 입체시라는 지각(1)~단안 입체시(1)
[칼럼 핵심 요약]
잠시 동안 열었던 책 연재이지만, 약 1년 만에 재개를 하게 되었다. 본 연재에서 마지막으로 다룬 테마는 프로시절 기술이었다. 그 중에서도 그래픽스와 관련된 프로시저 기술을 소개했지만, 화제의 중심은 '3D'에는 없었다. 이번부터는, 테마를 「3D」에 되돌리고 싶다. 그러나, 이른바 3D(컴퓨터) 그래픽스와는 조금 이질의 기술을 소개해 가고 싶다. 그것은 '입체시'의 '3D'다.🌐 원문 링크: 3D立体視の解体新書 - 立体視という知覚(1)～単眼立体視(1) (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2011-07-13 ｜ ✍️ 저자: 西川善司 (니시카와 젠지 / Zenji Nishikawa)
NOTE
💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)
- 본 칼럼에서 다루는 핵심 렌더링 기법은 현대 실시간 렌더링 엔진(DirectX 12, Vulkan, Unreal Engine, Unity)의 기초 이론을 구성하고 있으며, 최신 하드웨어 가속 기법 및 컴퓨트 셰이더와 결합하여 고도화되었습니다.
📖 본문 해설
[원문 리드문] > 한동안 펼쳐진 책 연재이지만, 약 1년 만에 재개를 하게 되었다. 본 연재에서 마지막으로 다룬 테마는 프로시절 기술이었다. 그 중에서도 그래픽스와 관련된 프로시저 기술을 소개했지만, 화제의 중심은 '3D'에는 없었다. 이번부터는, 테마를 「3D」에 되돌리고 싶다. 그러나, 이른바 3D(컴퓨터) 그래픽스와는 조금 이질의 기술을 소개해 가고 싶다. 그것은 '입체시'의 '3D'다.
잠시 동안 열었던 책 연재이지만, 약 1년 만에 재개를 하게 되었다.
본 연재에서 마지막으로 다룬 테마는 프로시절 기술이었다. 그 중에서도 그래픽스와 관련된 프로시저 기술을 소개했지만, 화제의 중심은 '3D'에는 없었다. 이번부터는, 테마를 「3D」에 되돌리고 싶다.
그러나, 이른바 3D(컴퓨터) 그래픽스와는 조금 이질의 기술을 소개해 가고 싶다.
그것은 '입체시'의 '3D'다.
입체시는, 3D(컴퓨터) 그래픽스와는 무관하지 않고, 게다가 가까운 장래, 많은 기술자에게 깊은 관계를 가져올 가능성이 있기 때문에, 본 연재로 다루는 가치가 있다고 판단했다.
다시, 교제해 주시면 다행이다.
또한, 컴퓨터 그래픽스(CG)로서의 「3D」와, 입체시로서의 「3D」를 구별하기 위해서 본고에서는 최대한 「3D」와 「입체시」를 구별해 취급해 나가기로 한다.
단체로 「3D」라고 적은 경우는 「입체적인 것」이라고 하는 막연한 이미지를 가리키는 것으로 하고, 시각으로서 얻을 수 있는 「3D」를 가리키는 경우는 「입체시」(영기에서는 Stereoscopic 3D)라고 적기로 한다. 또, 3D 그래픽스라고 기재한 경우는, 본 연재로 오랫동안 취급해 온 「3D(컴퓨터) 그래픽스」를 가리키는 것으로 한다.
인간의 입체 지각에 대해
인간이 사는 현실 세계는 3차원 세계, 입체 세계라고 불리지만, 그 '3차원 세계의 인지'에 있어서 인간에게 있어서 중대한 비율을 차지하고 있는 것이 시각이다.
이번부터 다루어지는 「입체시」는, 「입체감을 얻을 수 있는 시각」이며, 이것은 「시각으로서 입체 정보를 얻기 위한 수단」에 상당한다.
일반적으로 입체시라고 하면 "양눈으로 보면 얻을 수 있다"고 한마디로 설명되는 경우가 많지만, 엄밀하게는 인간이 현실 세계에서 하고 있는 입체시는 좀 더 복잡한 정보처리가 되고 있다.
현재까지의 다양한 연구자들의 과거 문헌에 해당하면, 인간의 입체시는, 한 눈만으로 행해지는 입체시와, 두 눈으로 행해지는 입체시의 2개로 대별된다고 설명되고 있다.
본고에서는 전자를 「단안 입체시」, 후자를 「양안 입체시」라고 부르기로 하고, 화제를 디지털 차원으로 날리기 전에, 우선은 「인간의 입체 정보 지각」에 대해 보고 싶다.
덧붙여 이러한 화제는 중반 인지학 근거이지만, 이것을 이해하면 3D 그래픽스의 콘텐츠 작성에 있어서의 지침이나, 현재 주류의 3D디스플레이(3DTV)가 안고 있는 과제 등도 잘 이해할 수 있게 되기 때문에, 굳이 이 테마를 다루기로 했다.
단안 입체시
한쪽 눈이 부자유하거나 양안으로 극단적인 시력차가 있어도 실생활에서 부자유없는 입체시를 할 수 있는 것은 이 단안 입체시가 강력한 단서가 되고 있다고 한다.
결론에서 말하면, 단안 입체시는 2D 시각 정보만으로 판별할 수 있는 입체시에 상당한다.
미국 코넬대학의 심리학연구소인 James E. Cutting 교수는 단안으로 지각할 수 있는 입체정보로서 다음과 같은 것을 들고 있다.
・운동 시차(Motion Parallax,Motion Perspective)
관측자가 움직이면서 바라 보거나 움직이는 물체 (객체)를 관찰 할 때 발생하는 시차 정보는 입체 시에 유효한 정보가됩니다.
또한, 운동 시차는 연속적으로 지각함으로써 처음으로 입체 정보로서 지각되기 때문에, 즉 시간 방향의 입체 시(시간 적분적인 입체 시)라고 할 수 있다.
운동 시차. 소위 시간 적분적인 입체시
· 수정체의 초점 조절 (Accommodation)
인간은 물체를 제대로 보고 싶을 때 무의식에 초점을 맞추지만, 이것은 안구의 수정체의 두께를 모양체근을 구사하여 수정체의 두께를 바꾸어 초점거리를 조절하는 것으로 실시하고 있다.
먼 곳을 볼 때 수정체를 얇게하여 초점 거리를 늘려 망막에 적절한 이미지를 안내합니다. 반대로 근방의 것을 볼 때에는 수정체를 두껍게 하여 초점 거리를 줄여 결상시킨다.
인간의 안구를 디지털 카메라로 비유하면, 수정체는 촬영 렌즈, CCD(CMOS) 이미지 센서는 망막에 상당하고, 모양체근은 포커스 구동 모터와 같은 이미지다(인간의 눈에 줌 기능은 없다).
경험적으로, 이 섬모체근의 구동 상태와 수정체의 초점 거리의 상태로부터, 지금 보고 있는 것까지의 거리감을 인간은 산출할 수 있어, 이것은 틀림없는 입체시라고 말할 수 있다.
인간의 안구 구조
수정체의 초점 조절. 수정체의 크기를 바꾸는 것으로 눈의 초점을 바꾸고 있다. 이 경험으로부터 원근의 판단을 할 수 있다
· 시야의 높이 (Height in Visual Field)
중력하의 지상에서 땅에 발을 붙여 생활하고 있는 인간은, 필연적으로 시야의 상측이 원경이 되고, 하측이 근경이 된다.
이 경험칙을 바탕으로 원근의 판별을 할 수 있다고 한다.
역립하고 있을 때 등, 천지 역전하고 있는 경우에는, 단순히 역법칙이 성립될 것인데, 통상의 인간은 그러한 천지 역전 시야에서의 실생활 경험이 부족하기 때문에, 익숙하지 않다. 게임 등에 있어서 무중력의 우주 장면에서 천지 역전한 게임 세계가 계속되면 플레이어가 불쾌해지는 것은 이 때문이라고 생각된다.
시야의 높이. 원경은 위로, 근경은 아래로 온다는 경험칙
・공기 원근(AERIAL PERSPECTIVE)
시야는 빛의 모음이며, 지금 보고 있는 시야를 구성하는 각 빛(영상으로 대체하면 픽셀에 상당)은, 각각 개별의 거리를 여행해 눈에 도달하고 있다.
지구상에는 공기가 있어, 그 지구상에서 보는 시야를 구성하고 있는 빛은, 눈에 도달하기 전에 공기중을 여행해 눈에 도달하고 있다.
즉, 근경(의 빛)은 눈에 닿을 때까지 그다지 공기 속을 여행하고 있지 않지만, 원경(의 빛)은 그 멀리 분만큼 공기 속을 여행하고 있다.
공기는 빛을 산란시키는 특성이 있고, 빛의 입장에서 하면, 공기 속을 돌진하면 진행할수록 빛은 산란하고 그 광량은 감퇴한다.
즉, 원경일수록 색의 선명도(채도)는 감퇴하고, 명도도 감쇠한다.
이것은 외형으로는 원경만큼 색미가 상실되어 한색에 들러가게 된다.
이 경험칙에 근거해, 시야의 색미나 명도로부터 원근을 판별할 수 있다.
공기 원근. 원경만큼 색미가 떨어진다
・차폐(Occlusion)
3D 공간에 존재하는 복수의 오브젝트가 시야에 들어온 경우, 어떤 오브 셰크트가 타인을 차폐하고 있는 경우, 숨기고 있는 것이 숨겨져 있는 것보다 전에 존재한다는 것을 인간은 지각한다.
매우 심플한 지각이지만, 이것도 선명한 단안 입체 시각이다.
차폐. 전후 관계의 판별에 유효
(계속)
(트라이Z 니시카와 젠지)