모바일용 AR 게임 ‘포켓몬고’는 2016년 출시 이후 전 세계적으로 선풍적인 인기를 끌며 AR 기술의 대중화를 이뤘다. 스마트폰 카메라로 주변을 비추며 화면에 나타나는 포켓몬을 잡는 방식으로 오랜 기간 인기를 누렸다. AR은 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 글라스 등 다양한 하드웨어의 발전과 더불어 위치기반서비스, 게임, 교육용 콘텐츠 등으로 활용 범위가 점차 확대되는 추세다.

AR은 현실 세계와 완전히 다른 디지털 세계에서 새로운 경험을 하게 해주는 가상현실^VR과 달리 현실의 이미지나 배경에 3차원의 가상 이미지를 겹쳐서 보여주는 기술이다. 보다 실감나고 몰입도 높은 콘텐츠를 즐기기 위해 AR 글라스 등 AR 기기를 활용하기도 한다. 특히 안경 형태의 기기를 사용하면 이미지가 훨씬 크고 가깝게 보이기 때문에 사용자가 AR 영상과 상호작용하기에도 유리한 측면이 있다.

AR 디스플레이 기술은 전 세계적으로 각광받는 미래 원천기술로 선진국을 중심으로 과감한 투자가 이뤄지고 있다. 반면 우리나라의 AR 기술은 초기 단계에 머물러 있다. 그렇기에 국제 경쟁력을 갖춘 산업생태계 촉진을 위해 창의적이고 혁신적인 기술개발이 절실한 시점이라 할 수 있다.

김휘 고려대학교 세종캠퍼스 전자 및 정보공학과 교수는 평소 우리나라의 과학기술 R&D 전략이 ‘패스트 팔로어^{fast follower}’에서 ‘퍼스트 무버^{first mover}’로 전환할 필요가 있다는 문제의식을 갖고 있는 학자로 ‘알키미스트 프로젝트’와 같은 도전 혁신형 R&D 사업이 추진된다는 소식에 환호했다. 김 교수는 알키미스트 프로젝트 공고를 본 뒤 초실감 메타버스 시각화 연구를 목표로 소재와 소자 개발에 능통한 정준호 한국기계연구원 책임연구원을 비롯해 여러 연구자들과 팀을 조직했다.

AR 기술은 실제 존재하는 사물이나 환경에 가상의 정보를 이질감 없이 덧대어 보여주는 데 목표를 두고 있다. 3D 공간에서 디지털 정보와 상호작용할 수 있게 해주는 공간 컴퓨팅 기술과 AR 디스플레이 기술을 통해 융합현실주의적 경험이 가능해지는 것이다. 하지만 기존의 AR 기기는 기술력의 한계로 사용자가 시각적 피로감과 몰입감 부족을 느끼게 된다는 점이 문제로 지적돼왔다.

연구진은 이를 해결하기 위한 핵심 기술이 바로 AR 글라스 기술이라고 봤다. 이 같은 판단으로 홀로그램 3D 디스플레이 기술과 적응시각전환기술을 사용해 자연스러운 고화질 3D AR을 구현하는 것을 목표로 삼았다. 공간상 특정한 평면에서 가상 정보를 구현하려면 사용자의 초점에 따라 피로감이나 어지러움 없이 홀로그래픽 AR 디스플레이를 구현할 수 있어야 한다. 연구진은 사용자의 초점에 따라 가상 정보를 자연스럽게 구현할 수 있도록 공간상 빛의 분포를 제어할 수 있는 광변조 기술과 홀로그램 계산 방법을 활용하는 접근 방식을 취했다. 이러한 기술 연구에는 광학, 나노공정 기술, 인공지능 기술, 첨단 센싱 기술 등이 모두 필요한 만큼 주관 기관인 고려대 세종캠퍼스 외에 이들 분야에 고도의 전문성을 지닌 9개 기관(서울대·포항공대·한국과학기술원 ·경북대·한국기계연구원·한국전자기술 연구원·㈜에임퓨처·㈜딥인사이트 등의 연구기관과 멤버십 기업인 삼성디스플레이)이 프로젝트에 참여하고 있다.

연구진은 ‘초경계 무한메타버스를 위한 융합현실주의적 적응시각전환기술’ 개발을 목표로 1~2단계의 선행 연구를 마쳤으며, 2024년부터 2028년까지 5년간 3단계 연구수행을 통해 요소별 핵심 기술이 결합된 종합적인 기술 플랫폼을 구축할 계획이다.

연구진은 3단계 과제의 시작점이라 할 수 있는 1차 연도 연구를 수행했을 뿐이지만 이미 상당한 성과를 냈다. 공간상에 3차원 AR 이미지를 만들어낼 수 있는 홀로그램 패턴을 설계하는 ‘홀로그램 생성 기술’에 대해 차별화된 기술력을 갖췄으며, 이를 실제로 공간에 구현하기 위해 공간 광파를 제어하는 ‘복소 공간 광변조 기술’에 대한 원천적인 아이디어와 특허를 보유하고 있다. 또한 대면적 도파로(빛을 내부 전반사 통해 전파하는 광학 구조체)를 통해 초소형 폼팩터를 갖는 ‘초소형 폼팩터 홀로그램 글라스 기술’ 개발에 필요한 전산 시뮬레이션 툴인 자체 물리엔진도 확보했다.

멤버십 기업과의 협업도 프로젝트 수행에 긍정적으로 작용하고 있다. 3단계 1차 연도 과제 시작 시점부터 삼성디스플레이와 더불어 AI 반도체용 신경망처리장치^NPU 설계자산 개발사인 에임퓨처, AI 기반 3D 카메라 솔루션 개발사 딥인사이트가 멤버십 기업으로 참여했다. 이들 기업과 워크숍 등을 통해 주기적으로 기술개발 현황과 방향성에 대한 의견을 공유하고 있다. 멤버십 기업뿐만 아니라 프로젝트에 관심이 있는 기업들도 함께 참여해 연구에 깊이를 더하고 있다. 연구개발 단계부터 기업들과 의견을 주고받으며 제품을 양산할 때 발생할 수 있는 문제점이나 시장의 요구사항을 반영함으로써 기술의 사업화 과정을 단축할 수 있을 것으로 기대된다. 연구진은 4대 핵심 기술 영역에서 3극 특허(미국·유럽·일본 특허청에 동시 출원 및 등록된 특허)를 비롯해 주요 핵심 원천기술을 선점하고, 이를 한데 결합한 기술 플랫폼을 구축할 계획이다. 핵심 기술을 통합해 넓은 시야각의 홀로그래픽 3D 영상을 구현할 수 있는 AR 글라스를 개발하는 것이 궁극적인 목표다. 이러한 기술이 현실화될 경우 현실과 가상의 경계가 허물어지는 융합 현실 환경이 구현될 수 있다.