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1. 개요
Head Mounted Display, HMD. 헤드 마운티드 디스플레이. 머리에 착용하는 디스플레이 장치를 말한다. 주로 가상현실 또는 증강현실의 구현을 위한 디스플레이 장치로서 사용되며, 3D 디스플레이 기술과도 접목되기도 한다. 모바일로 지원되는 HMD는 다이브라고 부르기도 한다.2. 안경형 HMD
안경처럼 머리에 착용하는 영상출력기구. 일명 안경 모니터. 역사만으로 따지면 꽤 오래된 물건이다.
머리에 장착하는 물건이기 때문에 LCD, OLED 등 가볍고 얇은 디스플레이에 가까운 곳의 사물도 볼 수 있는 렌즈를 덧붙인 선글라스 형태의 모양을 가지고 있다. 컴퓨터를 사용하는 사람이라면 누구나 떠올릴 수 있는 발상이기 때문에 1968년 이반 서덜랜드(GUI 만든 그 사람 맞다)가 최초로 만들기도 했으나, 의외로 상업화 및 시장 보급이 더딘 제품이다. 최초로 상업화한 HMD는 1994년에 선보였던 제품이다. 이 당시에도 이미 3축 자이로스코프 센서가 달려있었다.
2.1. 2D/3D HMD
HMD의 간략한 역사
2D 및 3D HMD 제품은 2000년대 초반부터 소니, 올림푸스 등의 전자업체를 통해 등장 하기 시작한 제품으로, 단순히 1인용 디스플레이 기능에 주력했다. 초기부터 대부분의 제품이 LCD 2개를 각각의 눈에 대응한 형태를 가지고 있다. 상대적으로 기계가 단순하기 때문에 가볍고 작은 것이 특징이며, 외부 연결을 위해 하나의 줄로 본체가 따로 있는 형태가 대부분이다.
2014년까지 나온 2D/3D HMD 제품 중 가장 제조사 크기가 크고 지원도 충실하고 쓸만한 제품은 소니에서 나온 HMZ 시리즈이다. 2011년 11월 처음 나온 HMZ 시리즈는 T1 부터 1280x720 HD 디스플레이를 장착하여 출시되었고, 이 때를 전후해 자이스, EPSON, 실리콘마이크로디스플레이 등의 회사에서 차례대로 고해상도(960x540 ~ 1920x1080)에 머리에 쓰기 적절한 무게(180g~240g)의 HMD를 내놓으면서 춘추전국시대가 열렸다.
국내에는 2013년에 등장한 소니의 2세대 HMD인 HMZ-T2가 소니코리아를 통해 정식 수입, 나 혼자 산다에서 데프콘이 뒤집어쓰고 나와서 유명해졌으며, 덕분에 HMD 하면 연관검색어로 "데프콘 게임기"'가 뜬다. 이후 3세대 T3가 140만원대에 판매되기도 했다. 그러나 2015년 4월, 소니는 프로젝트 모피어스[1]로 "선택과 집중"을 선언하며 HMZ 시리즈를 끝으로 2D HMD 제품시리즈를 단종한다. 현재까지 나온 HMD 제품 중에서 가장 많이 발전한 제품이기도 하고 본격적인 HMD 로 실용 가능한 수준이기 때문에 VR HMD인 모피어스/오큘러스에 비해 2~3 시간 이상 착용이 가능하다.
2012년에 엡손이 국내에 모베리오라는 안드로이드 기반 HMD를 출시했다. 하지만 난감한 조작성[2]과 엡손의 부실한 사후지원, 과도한 가격, Google Play 미지원 및 최적화된 전용 앱의 부재 등으로 폭망했다. 2세대 모델도 나왔는데, 엡손이 전용 ESD를 만들어서 관리한다고는 하지만 시장의 반응은 차가웠다. 모베리오 시리즈는 이후에도 엡손에서 AR 스마트안경 형태의 후속작 제품군으로 출시되고 있다.
2010년대 중반 이후 기존 HMD의 기능을 포함한 VR HMD가 시장의 대세가 되면서 이 분야의 제품군은 사실상 사장되었다.
2.2. VR HMD
HMD 에 자이로스코프 센서를 달아서 가상현실(Virtual Reality)을 구현하고자 하는 발상은 HMD 초기 제품에서도 장착되어 있을 만큼 오래되었으나 2D/3D HMD 와 마찬가지로 기술적, 가격 문제로 인해 2011년도까진 그 어떤 회사도 본격적으로 시장에 뛰어들 엄두를 못 냈고 어트랙션이나 오락실 기계 등지에서만 간간히 쓰이고 있었다.2011년, 1992년생 팔머 럭키(Palmer Luckey)는 기존 HMD장치들의 기술적, 비용적 한계를 극복하기 위해 모바일용 LCD, 자이로 센서를 활용한 헤드 트래킹, 어안 렌더링과 어안 렌즈를 통한 시야 확장 등의 핵심적인 아이디어를 결합한 VR 헤드셋의 시제품을 개발해 온라인 가상현실 포럼에 소개했다. 이러한 기여로 인해 그는 죽었던 VR을 부활시킨 사람이라는 평가를 받는다.
2012년 팔머 럭키의 아이디어에 감명을 받은 존 카맥이 합류하여 오큘러스사가 출범했고 밸브등 게임업계 거물들의 투자를 유치한다. 2013년 오큘러스사는 오큘러스 리프트 DK(Oculus Rift Development Kit)를 공개했고, 모든 면에서 기존에 비해 한층 진보된 기술을 선보인 VR HMD라는 평가를 받으며 게이밍 VR HMD의 시대가 열리게 된다.
오큘러스사는 2014년 20억 달러에 페이스북에 인수되는 등 화제를 낳았고, 기존의 HMD보다 저렴한 가격으로 제작이 가능했기에 본격적인 HMD 보급을 약속하였으나... 실제 2016년 출시된 오큘러스 리프트 CV1은 599달러라는 예상보다 높은 가격으로 출시되면서 본격적인 보급은 아직 멀었다는 평을 받고 매니아들의 전유물로 남았다. 그러다 2019년에 출시된 오큘러스 퀘스트에 이르러서야 적당한 가격과 고사양 컴퓨터가 필요 없는 독립형 기기의 형태를 갖추어 VR HMD 보급에 물꼬가 트일 가능성이 생겼다.
삼성전자는 2012년부터 화면과 트래킹 센서가 있는 스마트폰을 도킹해서 사용하는 HMD를 개발하다가 오큘러스와 합작해서 2014년 12월 기어 VR를 내놓게 되고, 최초의 스마트폰 기반 HMD가 된다. 자세한 사항은 기어 VR 문서 참고.
오큘러스VR이 관심을 끌자, 소니, 스팀, ASUS 등 타 업체들도 서둘러 VR HMD 시제품을 발표하는 등 VR 산업 진출을 시도했다. 그러나 VR 산업이 생각보다 성장이 더디자 구글과 MS를 포함해서 발을 담갔던 기업 대부분이 철수했고, 2020년 이후에는 페이스북과 밸브가 남아서 시장을 주도하고 있다.
2.3. AR HMD
▲구글 글래스
AR(Augmented Reality, 증강현실)의 구현을 지원하는 HMD 역시 시도되고 있다. 안경 형태로 이른바 'AR 글래스', '스마트 글래스', '스마트 안경' 등으로 지칭되고 있다. 눈 전체를 감싸는 형태의 VR을 위한 HMD와 달리 사용자의 눈 가까이에 작은 디스플레이만 적용한 안경형 디스플레이가 HMD의 새로운 시장으로 떠오르고 있다. 기존의 스마트폰이 휴대폰 + PC + 인터넷을 합친 손안의 PC라는 컨셉이었다면 안경형 HMD는 사용자가 바라보는 것에 대한 정보를 표기하는 증강현실을 중심으로 내세우고 있다. 한편, 구글 글래스와 같이 동영상/사진 촬영등으로 인하여 개인의 사생활 침해 문제가 있는 것이 사실이다. 또한 기술 한계상 기술에 집중하면 디자인이 볼품없고 디자인을 좋게 하면 기술을 포기해야 하는 딜레마도 해결해야 할 과제.[3]
후술하는 헬멧 마운티드 디스플레이(Helmet Mounted Display)와 비슷하게, 출력 결과가 HUD와 같은 형태로 눈 앞에 각종 도형·기호·영상을 덧붙여 보여준다.
2015년 1월에는 마이크로소프트가 마이크로소프트 홀로렌즈라는 HMD의 개발을 발표했다. 발표 당시 드디어 MS가 혁신을 일궈냈다는 찬사를 받았다. 항목 참조.
[Recon Jet]
일반 사용자를 위해서 제작된 안경형 HMD라면 Recon Instrument사는 아웃도어 스포츠 전용 Recon Jet을 출시했다. 2014년 출시 예정이었지만 연기되어 2015년 6월 공식 시판되기 시작했다. Recon Jet은 고글 하단에 탈착형 디스플레이 모듈을 붙여 유저의 고도, 습도, 속도, 네비게이션 기능을 내재하여 아웃도어 스포츠를 즐기면서 자신의 상태를 확인 할 수 있게 되었다.
매직리프는 작동하는 제품이나 구체적인 기술을 공개하지 않았음에도 구글 등의 대기업과 유명 벤처투자사로부터 막대한 자금 투자를 받아 '세계에서 가장 비밀스러운 스타트업'이라고 불리며 AR업계에서 일약 주목을 끌었으나, 막상 공개된 매직리프의 HMD는 기존의 AR기기들보다 나을 것이 없다는 평가를 받았다.
미군 또한 이런 장비에 관심이 깊어서 마이크로소프트와 협의해 홀로렌즈 2에 기반한 보병용 AR장비를 개발하는 IVAS 사업을 시작했다.
2.4. 장점
사진은 오큘러스 리프트
- 몰입감 : HMD는 다른 디스플레이와는 비교가 불가능한 몰입감을 보유하고 있다. 3D TV 와는 차원이 다른 수준으로 높은 입체감을 보여주며, 넓은 시야각을 가지고 있어 현장감이 매우 증대된다. HMD가 가상현실 구현을 위해 개발된 것 역시 이런 몰입감 때문이며, 사실상 눈을 거치지 않고 두뇌에 직접 영상을 전달하지 않는 이상 HMD 이상의 몰입감을 제공하는 출력 장치는 없다.
- 대화면: 가정에서 프로젝터나 대형 TV를 이용한 홈시어터를 구축한다고 하면 어느 정도의 공간과 많은 예산이 필요하다. HMD의 경우 작은 공간에서 작은 장비 한대로도 수십미터 규모의 영화관에서 관람하는 효과를 구현할 수 있다.
- 헤드트래킹: 특히 게임용으로 사용될 때의 장점으로, 관련 센서가 달려있는 기기들의 경우 머리의 회전방향을 그대로 인식하여 시점을 조정하기 때문에 매우 직관적인 사용이 가능해지며 현장감이 증대된다.
- 프라이버시: 화면이 사용자의 눈 앞에서만 디스플레이 되기 때문에 보안과 개인의 프라이버시가 보장된다. 반면에 사용자도 주변 상황을 볼 수 없다는 위험이 있었으나 기기에 카메라가 장착되어 착용 상태에서도 외부를 볼 수 있는 패스스루(Passthrough) 기능을 지원하는 경우가 많아졌다.
2.5. 단점
사진은 닌텐도가 만든 희대의 흑역사 버추얼 보이.[4]
| AVGN 버추얼보이 편 |
- 1인용: 기계 한 대당 사용 가능한 사람의 수가 1명으로 제한된다. 만약에 둘이서 같은 영화를 보고 싶다면 이 비싼 물건이 두 대 필요하다.
- 무게: 버추얼보이처럼 목디스크 걸리기 딱 좋은 물건들에 비하면 많이 가벼워졌다고는 하지만 2020년 기준으로 500-600g정도이다. 그러니까 대략 두 시간을 사용하기에는 조금 무겁다. 그리고 주변의 빛을 차단하기 위해 물안경처럼 얼굴에 밀착되는 형태이므로 이 정도 무게를 한참 쓰고 있으면 얼굴에 자국이 남는다. 시연장에서 길어야 1-2분 써 보고 괜찮네 하고 덥석 질렀다가 막상 실사용 시에 겪기 좋은 문제이다.
- ppi : 웬만한 고밀도가 아니면 화소가 하나하나 보여 집중도를 떨어뜨릴 수 있다. 기어 VR과 카드보드같은 모바일용 VR이 등장하면서 스마트폰의 해상도 경쟁에 큰 요인이 되었었다. 다만 기어 VR 과 카드보드 둘다 2020년 기준으로 지원이 중단됐다.
- 착용감 : 레전드급으로 거지같은 착용감을 선보였던 버추얼 보이 이후 HMD가 꾸준히 발전하면서 착용감도 발전하고 있지만, 여전히 객관적으로 보면 아쉬운 수준인 경우가 많다. 구조상 헬멧처럼 머리를 감싸는 형태일 수밖에 없기 때문. 2020년까지 나온 HMD 중 가성비 영상 감상용인 오큘러스 고도 착용감에서 어느정도 까일 정도다.
- 피로감 : 최대 단점으로 다른 단점은 1인 가구라서 문제가 안되더라도 장시간 서서 플레이, vr이 아니더라도 장시간 착용해야 하므로 다리가 아프고 눈의 피로로 인해 오래 착용하기 어렵다. 이를 완화하기 위해 카메라 높이 설정을 좀 낮춘 뒤 바 의자에 앉아서 플레이하는 방식을 쓰기도 하며, 눕기 모드(lying down mode)를 지원하는 경우도 있다.
- 외부 상호 작용 : 위에서 장점으로 몰입도가 크고 화면 보안성이 극단적으로 뛰어난 것을 제시했다. 하지만 역으로 뒤집어 보면 화면 밖에서 무슨 일이 일어나는지는 인지하기 힘들다[5]는 말이 된다. 물론 HMD 기기를 착용할 때는 보통 혼자 게임을 할 때보다 안정적인 환경에서 하겠지만 시각과 청각을 HMD 기기에만 집중된다면 외부에서 일어나는 예기치 못한 사건[6] 에 대응하기 어렵다.
- 멀미 : 당연하지만 멀미현상이 일어날 수 있다. VR HMD에서는 더 심하다. 익숙하지 않거나 원래 멀미가 심한 사람은 5분만 써도 어질어질해진다. 사소해보일 수 있지만 현재 HMD 상용화의 가장 큰 걸림돌 중 하나로 꼽히고 있으며, 이 문제를 해결해보고자 수많은 연구가 시도되고는 있는데...3D멀미 항목을 봐도 알겠지만 이게 근본적인 해결책이 거의 없다는게 문제. 다만 6 자유도를 사용하며 이동 거리 제약이 있는 비트세이버 같은 게임에서는 멀미가 일어나지 않는다.
남의 차 얻어타는 것만으로 멀미가 나는 사람은 깡으로 버티거나 그냥 쓰는걸 깔끔하게 포기하는게 속이 편할 것이다.[7]
오큘러스 퀘스트의 경우는 Passthrough+ 기능을 사용해 택배를 받거나 밖을 보는 행동을 HMD 본체를 살짝 두드리는 걸로 가능하다. 카메라를 사용한 트래킹이었기에 가능했던 것이다.
| 깜놀주의 | |
HMD의 단점은 디스플레이의 발전이 생각보다 굉장히 느렸던 점이다. 2010년까지만 해도 LCD의 기술적 발전이 엄청나게 느려서 해상도나 색감이 엄청나게 구렸다. 이를 극단적으로 보여주는 제품 중 하나로 닌텐도의 흑역사 버추얼 보이가 있다. 세계적으로 기술이 굉장히 미비했던 1995년도에 저렴한 가격으로 발매되었기 때문에 무려 160x144라는 해상도에 시뻘건 화면으로 인해 게임 실행한 지 5분도 안 돼서 눈의 피로를 불러와 두통을 유발시켰기 때문에 장시간 게임이 불가능하였다. 게다가 무려 760g을 자랑하는 무게와 덩치에 머리에 고정시켜주는 끈 같은 것도 없어서 도저히 얼굴에 매단 채로 플레이 할 수 없어서 기계를 거치대위에 올리고 하는 우스꽝스러운 HMD 아닌 HMD가 되었다. 이런 수고를 들여가며 하게 되는 게임이 본격 VR형태라거나 1인칭 시점 위주였으면 그나마 보람이 있었을 텐데, 정작 버추얼 보이용으로 나온 게임들은 태반이 일반 콘솔로 즐겨도 아무런 차이가 없을 만한 평범한 3인칭 시점을 사용하였다. 당시의 부족한 HMD관련 노하우를 잘 보여준 사례이다.
2010년까지 HMD 제품들의 해상도는 320x240, 640x480 같은 90년대 중반 수준에 계속 머무르다가 2011년에 들어와서야 간신히 1280x720 수준으로 올라와서 그제서야 볼만한 수준이 되었다. 언제까지고 해결될 것같지 않던 HMD 의 해상도 문제는 같은해부터 불어닥친 스마트폰 열풍으로 소형 고해상도 디스플레이가 급속히 성장하면서 간신히 해결되게 된다.
2014년 이후에 들어서는 색 재현력이 높은 AMOLED를 사용한 제품도 속속 등장하여 LCD로는 한계가 큰 암부 표현력도 크게 상승. 렌즈의 광학기술도 점점 진보하여 2016년 이후에 나오는 HMD는 바로 앞의 문서를 읽는 것이 아닌 멀리 떨어진 영화관 화면을 보는 느낌이 되어 눈의 피로도가 크게 줄었다. 허나 머리 위치에 따른 시점 변환이 자동으로 지원된다 하여도 어쨌든 제한된 해상도의 디스플레이를 인간이 볼 수 있는 전 시야각에 걸쳐 보여줘야 하는 것은 피할 수 없다보니 단일 영역에 대해서는 일반적인 평판 디스플레이에 비해 저해상도로 보이는 것은 여전하다. 안구도 몸도 계속 움직일수밖에 없는 본격 VR컨텐츠라면 잘 안 느껴지지만, 시야각 중 일부만 집중 사용하게 되는 텍스트나 2D 동영상 등을 이용할 경우에는 망점이 보이기 때문에 상대적으로 저해상도임을 쉽게 느낄 수 있다. VR용이 아니고 가정용 2D 영화관 대용으로 HMD를 생각하는 사람이라면 반드시 고려해야 할 부분.
2020년 20만원대 보급형 영상 감상용 기기인 오큘러스 고를 예로 들면, 각 눈에 1280*1440해상도, 양눈 2560*1440으로 WQHD해상도 정도로 나온다. 2010년대 초에 비해서는 장족의 발전이다. 하이엔드급인 PIMAX 8K Plus의 경우 시야각 200에 2*3840*2160이라는 괴물급 해상도를 자랑한다. 이정도 초고해상도까진 아니더라도 2020년 기준 HMD의 표준이라 할 수 있는 2*1440*1700급 해상도만 해도 저해상도 HMD의 가장 큰 문제였던 모기장 현상은 사실상 사라졌다.
2.6. 제품목록
| HMD | ||
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| 기타 | XTAL VR | |
| 독립형 | ||
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| | VIVE Focus 시리즈 · VIVE XR Elite | |
| | Mirage Solo | |
| | PICO 4 · PICO 4 Pro(중국 내수용) · PICO 4 Ultra | |
| | Apple Vision Pro | |
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| 게임 콘솔 | ||
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| | | |
| 모바일 | ||
| | HTC VIVE Flow | |
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| | Pico/모바일 | |
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| *표시는 3DoF, 그 외는 6DoF | ||
| SONY HMZ 시리즈 · EPSON 모베리오 | }}}}}}}}} | |
- 분류표에 없는 제품목록
- 중국의 DeePoon E2
- 구글 카드보드 계열 제품군
- 폭풍마경
- Go4D VR
- VR BOX
HMD는 분명 높은 수요와 장래성이 있었으나 2010년까진 도저히 못쓸만한 성능이었기 때문에 민간용으로는 거의 수요가 없고 군수산업이나 시뮬레이션 등이 필요한 산업체 등지에서나 극히 일부 사용되었다. 하지만 2011년 이후에 들어와서 디스플레이 수준이 크게 나아지면서 소비자들의 높은 관심을 받고 있으며, 최근에는 엄청난 가성비의 무선 기기인 오큘러스 퀘스트 2, 해상도 깡패인 파이맥스와 Valve Index가 인기가 많다.
3. 관련 문서
[1] 2015년 9월 정식 명칭이 플레이스테이션 VR로 되었다.[2] 본체에 달린 광학 패드로 조작한다.[3] 참고 영상 1분 30초부터.[4] 우스꽝스럽고 불편하게 보일 수 있는데 사실 저건 잘못된 자세이다. 손과 콘트롤러를 거치대 뒤에 두고 기기를 감싸안은 자세가 FM.[5] 눈 전체를 감싸는 VR 한정이지만 AR 또한 기기 작동시에는 평소보다 외부 인지 반응이 둔해진다.[6] 극단적인 예를 들자면 한국인 최초 시각장애인 박사 강영우를 모티브로 한 드라마 눈 먼 새의 노래에서는 대입을 위해 점자책으로 공부를 하는 도중 과외선생의 담뱃불에 불이 옮겨붙어 방으로 번지지만 시각장애인에다 귀도 잘 들리지 않는 강영우는 이를 인지하지 못했다. 술에 취해 잠들어 있던 과외선생이 일어나서 소리를 지르자 불이 난걸 알았고 밖으로 피신하지만 그동안 점자로 필기한 책들이 잿더미로 변하는 것을 알고 절규하는 에피소드가 있다. HMD가 사람을 시각장애인으로 만들어버리는건 아니지만 시각과 청각을 외부와 차단한다는 점에서 이런 류의 사고는 절대 불가능한 일이 아니다.[7] 차멀미나 3D멀미와는 발생원인이 다르기에 차멀미는 나도 VR 멀미는 안나는 사람도 있고 3D 멀미는 나도 VR 멀미는 안나는 사람도 있다. 즉 케바케.