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3D 입체시의 해체 신서 - 입체시라는 지각(4)~단안 입체시와 양안 입체시의 유효 범위의 고찰
[칼럼 핵심 요약]
인간은, 현실 세계에서는, 단안 입체시와 양안 입체시를 조합하는 것으로, 입체시를 실시하고 있다고 되어 있다. 미국 코넬대학의 심리학연구소인 James E. Cutting 교수는 자신의 연구논문 중 단안 입체시와 양안 입체시의 유효범위를 정리한 관계 그래프를 나타내고 있다.🌐 원문 링크: 3D立体視の解体新書 - 立体視という知覚(4)～単眼立体視と両眼立体視の有効範囲の考察 (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2011-08-01 ｜ ✍️ 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] > 인간은, 현실 세계에서는, 단안 입체시와 양안 입체시를 조합하는 것으로, 입체시를 실시하고 있다고 되어 있다. 미국 코넬대학의 심리학연구소인 James E. Cutting 교수는 자신의 연구논문 중 단안 입체시와 양안 입체시의 유효범위를 정리한 관계 그래프를 나타내고 있다.
단안 입체시와 양안 입체시의 유효 범위
인간은, 현실 세계에서는, 단안 입체시와 양안 입체시를 조합하는 것으로, 입체시를 실시하고 있다고 되어 있다.
미국 코넬대학의 심리학연구소인 James E. Cutting 교수는 자신의 연구논문 중 단안 입체시와 양안 입체시의 유효범위를 정리한 관계 그래프를 나타내고 있다.
그래프는 로그 스케일이며 원점은 관측자의 위치에 해당합니다. 횡축은 관측자로부터 거리 D1 및 거리 D2 떨어진 2개의 대상물까지의 평균 거리(미터)를 나타내고 있다(단, D1≧D2의 관계).
세로축은 2개의 물체까지의 거리 차이(즉, 2개의 물체 사이의 거리)가 2개의 물체까지의 평균 거리에 대한 비율을 나타낸다. 세로축의 수식은 일견, 알기 어렵지만, 요점은, (D1-D2)÷((D1+D2)÷2)의 의미이다.
그런데, 예를 들면, 지금, 「양안 시차」의 플롯에 주목해 보자. 가로축 2미터에 세로축 0.01을 읽을 수 있다. 이것에는 어떤 의미를 읽을 수 있을까.
예를 들어, 2개의 대상물이 각각 199cm 떨어진 장소(D2)와 201cm 떨어진 장소(D1)에 있었을 때(평균 거리 200cm=2m), 이것의 전후 관계를 판별할 수 있었다고 하면 불과 2cm(=201cm-199cm) 떨어진 것끼리의 전후 관계를 판별할 수 있었다고 한다. 이 감도를 비로 나타내면 0.01(=2cm÷200cm)이 된다. 만약, 2개 대상물의 평균 거리가 200cm일 때, 2개의 대상물끼리의 거리가 1cm일 때 전후 관계를 판별할 수 있었다면 0.005(=1cm÷200cm)를 플롯 할 수 있었을 것이지만, 이 그래프에서는 플롯되지 않았기 때문에, 그러한 판별은 할 수 없었다……라고 하는 것이다.
정리하면, 세로축이 높을수록, 그 거리에서, 약간의 전후 관계를 간파한다……라는 것을 이 그래프는 나타내고 있는 것이다.
단안 입체시와 양안 입체시, 각각의 유효 범위. 녹색… 양안 입체시. 레드…단안 입체시
【참고문헌】CQ 출판 「인터페이스」(2011년 1월호), 「지금 들을 수 없는 3D의 초기본 지식」 가와이 타카시
단안 입체시와 양안 입체시, 각각의 특성
이러한 것에 근거해, 이 그래프를 보면, 여러가지가 보인다.
「차폐」는, 꽤 먼 곳에서도, 그 전후 관계를 명확하게 알기 위해서, 입체 공간을 파악하기 위한 유효한 단서가 된다고 하는 것을 읽을 수 있다.
마찬가지로 '상대적인 크기' '상대적인 밀도'는 감도야말로 '차폐'가 뒤떨어지지만 근장에서 먼 곳까지 안정된 입체공간을 파악할 수 있는 유효한 정보라는 것을 알 수 있다.
「공기 원근」은, 대상물이 가까울 때에는, 공기 원근을 실감할 수 없기 때문에, 거리가 짧을 때에는 입체 시감도는 좋지 않다. 그러나 어느 정도 대상물이 멀어지면 공기 원근의 정보가 유효하게 되어 판단의 정확성도 올라간다. 그러나 일정 거리 이상 떨어지면 흐려지기 때문에 입체시 감도는 급격하게 강하한다.
이 공기 원근과 반대의 특성의 입체시 감도를 나타내는 것이 '운동 시차'이다. 물체까지의 거리가 너무 가까우면 움직이는 물체의 속도가 잡히기 어렵기 때문에 거리가 가까울 때 입체 시감도가 좋지 않습니다. 「개인 공간」의 범위에서는 대상물까지의 거리를 취하면 갈수록 입체 감도는 향상되지만, 「행동 공간」이후의 거리에서는 서서히 입체 감도는 감퇴해 간다. 굉장히 빨리 날고 있어야 하는 비행기도 멀리 있으면 늦게 보이고, 멀리 날아가는 비행기의 전후 관계는 잘 모르겠다… … 라고 하는 것은 현실 세계에서 경험한 적이 있을 것이다.
「혼잡」은 양안 입체시, 「수정체의 초점 조절」은 단안 입체시이지만, 양자는 깊은 연동 관계에 있기 때문에, 닮은 입체시 감도를 나타내고 있다. 다만, 입체감을 정확하게 파악할 수 있는 유효 범위는 「행동 공간」의 10미터 정도까지. 대상물까지의 거리간은 어느 정도 파악할 수 있어도, 2개의 대상물의 전후 관계를 파악하는 감도는 그다지 우수하지 않다는 것을 이 그래프로부터 읽을 수 있다.
「양안 시차」는 근장에서는 고감도이지만, 대상물이 멀어지면 시야에 있어서의 높이가 유효한 입체시 정보가 된다고 하는 것이 흥미롭다.
"시야의 높이"는 입체 시감도가 그다지 좋지 않더라도 원거리가 보이는 모든 범위에서 유효한 정보가 될 수 있음을 읽을 수 있습니다.
이러한 정보를 이해할 수 있으면 입체시 대응 영상을 설계할 때의 지침 등도 보인다.
예를 들면 입체시 영상을 현재의 3DTV나 3D디스플레이로 표시하려고 했을 경우, 양안 시차에 의존하고 있는 현재의 3DTV나 3D디스플레이에서는, 양안 시차가 유효 범위외의 깊이 1km 이상의 표현은 1장판에 그려 나누어 버려도, 유저는 그 거리감의 판별을 할 수 없을 것이라고 상정할 수 있다. 게임 등의 실시간 3D 그래픽스에서는 영상이 움직이기 때문에 이를 입체시로 했을 때는 운동 시차의 유효 범위에도 배려해야 하지만, 이쪽도 유효 범위는 1km 정도까지이므로 "1km 이상의 원경은 그려 나누는 손잡이"는 사용할 수 있을지도……라고 상정할 수 있다.
그리고 1km 이상 떨어진 원경에서 깊이감을 내고 싶다면 공기 원근 등의 도입을 검토하면 좋을지도 모른다……라는 예측도 가능해진다.
(계속)
(트라이Z 니시카와 젠지)