안녕하세요. ㈜래디언트솔루션입니다.
오늘은 Ansys Zemax와 Speos를 활용한 VR 렌즈 시뮬레이션 사례를 소개해드리겠습니다.
먼저 VR (가상현실)은 Virtual Reality의 약자로 ‘가상의 공간을 직접 체험한다’.라는 뜻을 가지고 있습니다.
최근에는 다양한 게임과 영상 콘텐츠, 영화 소재 등 다양한 방식으로 발전하며 사람들에게 친숙한 단어가 되었는데요!
아직 VR기술이 대중화되지는 않았지만 현재까지도 VR기술 개발에 대한 경쟁이 꾸준히 지속되고 있습니다.
시장 전문 채널 마켓워치에 따르면 전 세계 AR·VR 렌즈 시장 가치는 2020년 3억 3,300만 달러(약 4,098억원)에서
2027년까지 8억 6,750만 달러(1조 674억원)로 커질 것으로 전망되며,
연평균 성장률은 14.7%에 달하는 것으로 나타나기도 했죠.
또한 최근 3대 국가 첨단 전략 산업으로 반도체, 이차전지와 함께 디스플레이가 선정되었는데요.
디스플레이 시장의 확대로 광학 산업의 부흥을 기대하고 있습니다.
이제는 단순 렌즈의 영역에서 벗어나 XR, 자율주행, 우주항공 산업으로 범위가 확대되고 있습니다.
그래서 많은 분들이 Ansys Optics Solution을 활용한 VR Lens 시뮬레이션 사례에 대해 궁금해 하실 것 같아
저희 광학소프트웨어팀이 Zemax를 이용한 렌즈 모델링과 Ansys Speos를 이용한 시각화 시뮬레이션 과정을 통해
간단한 VR 렌즈 설계를 직접 진행해 보았습니다.
보통 VR Lens 를 만드는 과정은 광학 시스템을 설계한 후 시제품을 제작하고 성능 테스트를 거치고
또다시 수정하는 반복된 과정을 거치게 되는데요.
이러한 목업 진행에는 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있습니다.
하지만 Ansys 시뮬레이션 소프트웨어를 통해 렌즈를 설계하고 시뮬레이션을 하여 실제로 시제품을 만들지 않고도
제품의 성능을 미리 예측하여 시간과 비용을 절감할 수 있는 장점이 있습니다.
더욱 더 생산적이고 효과적인 방법으로 시각적으로 편안한 좋은 성능의 광학 제품을 만들 수 있게 되죠.
가상현실(VR) 디스플레이는 어떤 원리로 작동될까?
▲ 출처: 삼성디스플레이 뉴스룸
VR은 디스플레이를 렌즈의 초점거리보다 가까운 거리에 고정시키고 실제 디스플레이 깊이 보다
이미지가 더 멀리 있는 것처럼 느끼게 하는 방식입니다.
디스플레이에 양안 시차가 있는 이미지가 재생되어 사람의 눈으로 들어오게 되고
이때 우리 뇌는 그 이미지들을 하나로 합성하게 되면서 양안 시차에 의한 3D 입체감을 느낄 수도 있습니다.
양안 시차에 대해 조금 더 쉽게 설명을 드리면 손가락 하나를 눈 앞에 두고 한쪽 눈 감았다 떴다 해보면
분명 손가락은 같은 위치에 있는데 각각 다르게 보이는 것을 느낄 수 있을 겁니다.
이것은 사람의 눈 사이의 거리로 인해 손가락을 바라보는 양 쪽 눈의 위치와 각도 등이 미세하게 다르기 때문인데요.
이렇게 두 눈에 들어온 영상의 미세한 차이 때문에 발생하는 현상을
우리 뇌에서는 ‘깊이’라고 인지하게 되고 이 때문에 입체 감을 느끼게 됩니다.
VR lens type
(A) Single convex lens (B) Lenslet array (C) Pancake optics (Folding type)
- Conventional type
Ansys Optics 툴을 사용한 VR 시뮬레이션 워크플로우를 알아보기 위해
간단하게 볼록렌즈 한 장을 이용한 Conventional 방식의 VR 시스템을 구현하였습니다.
저희는 간단하게 볼록렌즈 한 장으로 VR 시스템을 구현하였지만
실제 시장에서는 초점거리를 줄이기 위해 프레넬 렌즈를 사용해 더 가볍고 컴팩트한 VR 헤드셋을 보실 수가 있고,
더 나아가 광 경로를 앞뒤로 반사하여 접는 팬 케이크 방식을 사용해
렌즈와 디스플레이 사이 간격을 좁혀 더 얇은 프리미엄 제품도 찾아보실 수 있습니다.
▲ 구글 카드보드 (Google cardboard)
본 데모에서는 2016년 구글에서 출시한 카드보드 DIY 조립식 VR HMD를 참고하여
그 렌즈를 만들어 보는 식으로 프로세스를 진행하였습니다.
디스플레이가 모바일 스마트폰으로 대체되는 구글 카드보드의 형태를 그대로 따랐으며, 스케일도 유사하게 만들었습니다.
Ansys Optics VR workflow
Zemax OpticStudio에서 최적화 기능을 통해 렌즈를 모델링하고 그 다음 SPEOS에서 Human eye sensor를 이용하여
이 렌즈를 통해 디스플레이를 관찰할 때 관찰자가 보는 이미지를 시뮬레이션하는 방식으로 진행하였습니다.
1. Zemax OpticStudio - Lens modeling
Zemax OpticStudio에서 허상을 Object로 모바일 폰으로 대체되는 디스플레이를 Image로 하여
최적화 기능을 통해 Single Convex lens를 모델링 하였습니다. 눈의 위치 기준 1미터 떨어진 곳에 허상이 형성되게 됩니다.
2. SPEOS – Simulation
ZEMAX에서 모델링한 렌즈를 Speos에 불러와 시각화 시뮬레이션 진행하였습니다.
Zemax에서 설계한 렌즈를 Speos에 불러오는 두 가지 방법이 있습니다.
1) Zemax에서 STEP으로 Export 후 SPEOS에서 import
2) SPEOS에서 Zemax import 기능 사용
저희는 첫 번째 방법으로 Zemax lens를 Speos로 불러왔습니다.
Speos에서 Display source를 사용하여 jpg 파일을 광원으로 사용하였고,
관측자의 시야 각, 심도를 고려할 수 있는 Human eye sensor를 사용하여 시뮬레이션 하였습니다.
3. Simulation 결과
JPG 이미지 파일이 시스템을 통해 센서까지 이 시뮬레이션을 통해 좌안, 우안에서 보여지는 이미지입니다.
Speos Photometric Calc을 통해서 좌안, 우안 각각의 시뮬레이션한 결과를 Merge한 이미지도 얻을 수 있었습니다.
Ansys VR Lab에서는 위와 같은 양안의 서로 다른 결과를 입력하여 합성된 시뮬레이션 결과를 도출하고,
3d tv, 3d monitor, Powerwall 등과 같은 3D 디스플레이 화면과 입체 안경을 통해
사람의 양쪽 눈으로 들어오는 각각 다른 시각 정보가 합쳐진 입체적인 시각 효과를 구현할 수도 있습니다.
오늘은 Ansys Zemax와 speos를 활용한 VR렌즈 시뮬레이션 사례에 대해 소개해드렸는데요.
㈜래디언트솔루션은 광학 이론, 설계, 해석, 측정 평가, 생산라인 검사 자문까지 End-to-End Service가 가능한
광학 전문 ANSYS 채널 파트너로서 광학 설계, 측정, 검사 시스템 개발, 암실 구축까지
당사의 기술력을 기반으로 한 고객 맞춤형 광학 Full Service 제공하고 있습니다.
AR/VR 솔루션에 대한 자세한 사양 및 기술 지원 정보는 이메일 radiant@radiantsolution.co.kr,
또는 02-2065-0726으로 연락 주시면 자세히 안내받으실 수 있습니다.
감사합니다.
안녕하세요. ㈜래디언트솔루션입니다.
오늘은 Ansys Zemax와 Speos를 활용한 VR 렌즈 시뮬레이션 사례를 소개해드리겠습니다.
먼저 VR (가상현실)은 Virtual Reality의 약자로 ‘가상의 공간을 직접 체험한다’.라는 뜻을 가지고 있습니다.
최근에는 다양한 게임과 영상 콘텐츠, 영화 소재 등 다양한 방식으로 발전하며 사람들에게 친숙한 단어가 되었는데요!
아직 VR기술이 대중화되지는 않았지만 현재까지도 VR기술 개발에 대한 경쟁이 꾸준히 지속되고 있습니다.
시장 전문 채널 마켓워치에 따르면 전 세계 AR·VR 렌즈 시장 가치는 2020년 3억 3,300만 달러(약 4,098억원)에서
2027년까지 8억 6,750만 달러(1조 674억원)로 커질 것으로 전망되며,
연평균 성장률은 14.7%에 달하는 것으로 나타나기도 했죠.
또한 최근 3대 국가 첨단 전략 산업으로 반도체, 이차전지와 함께 디스플레이가 선정되었는데요.
디스플레이 시장의 확대로 광학 산업의 부흥을 기대하고 있습니다.
이제는 단순 렌즈의 영역에서 벗어나 XR, 자율주행, 우주항공 산업으로 범위가 확대되고 있습니다.
그래서 많은 분들이 Ansys Optics Solution을 활용한 VR Lens 시뮬레이션 사례에 대해 궁금해 하실 것 같아
저희 광학소프트웨어팀이 Zemax를 이용한 렌즈 모델링과 Ansys Speos를 이용한 시각화 시뮬레이션 과정을 통해
간단한 VR 렌즈 설계를 직접 진행해 보았습니다.
보통 VR Lens 를 만드는 과정은 광학 시스템을 설계한 후 시제품을 제작하고 성능 테스트를 거치고
또다시 수정하는 반복된 과정을 거치게 되는데요.
이러한 목업 진행에는 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있습니다.
하지만 Ansys 시뮬레이션 소프트웨어를 통해 렌즈를 설계하고 시뮬레이션을 하여 실제로 시제품을 만들지 않고도
제품의 성능을 미리 예측하여 시간과 비용을 절감할 수 있는 장점이 있습니다.
더욱 더 생산적이고 효과적인 방법으로 시각적으로 편안한 좋은 성능의 광학 제품을 만들 수 있게 되죠.
가상현실(VR) 디스플레이는 어떤 원리로 작동될까?
▲ 출처: 삼성디스플레이 뉴스룸
VR은 디스플레이를 렌즈의 초점거리보다 가까운 거리에 고정시키고 실제 디스플레이 깊이 보다
이미지가 더 멀리 있는 것처럼 느끼게 하는 방식입니다.
디스플레이에 양안 시차가 있는 이미지가 재생되어 사람의 눈으로 들어오게 되고
이때 우리 뇌는 그 이미지들을 하나로 합성하게 되면서 양안 시차에 의한 3D 입체감을 느낄 수도 있습니다.
양안 시차에 대해 조금 더 쉽게 설명을 드리면 손가락 하나를 눈 앞에 두고 한쪽 눈 감았다 떴다 해보면
분명 손가락은 같은 위치에 있는데 각각 다르게 보이는 것을 느낄 수 있을 겁니다.
이것은 사람의 눈 사이의 거리로 인해 손가락을 바라보는 양 쪽 눈의 위치와 각도 등이 미세하게 다르기 때문인데요.
이렇게 두 눈에 들어온 영상의 미세한 차이 때문에 발생하는 현상을
우리 뇌에서는 ‘깊이’라고 인지하게 되고 이 때문에 입체 감을 느끼게 됩니다.
VR lens type
(A) Single convex lens (B) Lenslet array (C) Pancake optics (Folding type)
- Conventional type
Ansys Optics 툴을 사용한 VR 시뮬레이션 워크플로우를 알아보기 위해
간단하게 볼록렌즈 한 장을 이용한 Conventional 방식의 VR 시스템을 구현하였습니다.
저희는 간단하게 볼록렌즈 한 장으로 VR 시스템을 구현하였지만
실제 시장에서는 초점거리를 줄이기 위해 프레넬 렌즈를 사용해 더 가볍고 컴팩트한 VR 헤드셋을 보실 수가 있고,
더 나아가 광 경로를 앞뒤로 반사하여 접는 팬 케이크 방식을 사용해
렌즈와 디스플레이 사이 간격을 좁혀 더 얇은 프리미엄 제품도 찾아보실 수 있습니다.
▲ 구글 카드보드 (Google cardboard)
본 데모에서는 2016년 구글에서 출시한 카드보드 DIY 조립식 VR HMD를 참고하여
그 렌즈를 만들어 보는 식으로 프로세스를 진행하였습니다.
디스플레이가 모바일 스마트폰으로 대체되는 구글 카드보드의 형태를 그대로 따랐으며, 스케일도 유사하게 만들었습니다.
Ansys Optics VR workflow
Zemax OpticStudio에서 최적화 기능을 통해 렌즈를 모델링하고 그 다음 SPEOS에서 Human eye sensor를 이용하여
이 렌즈를 통해 디스플레이를 관찰할 때 관찰자가 보는 이미지를 시뮬레이션하는 방식으로 진행하였습니다.
1. Zemax OpticStudio - Lens modeling
Zemax OpticStudio에서 허상을 Object로 모바일 폰으로 대체되는 디스플레이를 Image로 하여
최적화 기능을 통해 Single Convex lens를 모델링 하였습니다. 눈의 위치 기준 1미터 떨어진 곳에 허상이 형성되게 됩니다.
2. SPEOS – Simulation
ZEMAX에서 모델링한 렌즈를 Speos에 불러와 시각화 시뮬레이션 진행하였습니다.
Zemax에서 설계한 렌즈를 Speos에 불러오는 두 가지 방법이 있습니다.
1) Zemax에서 STEP으로 Export 후 SPEOS에서 import
2) SPEOS에서 Zemax import 기능 사용
저희는 첫 번째 방법으로 Zemax lens를 Speos로 불러왔습니다.
Speos에서 Display source를 사용하여 jpg 파일을 광원으로 사용하였고,
관측자의 시야 각, 심도를 고려할 수 있는 Human eye sensor를 사용하여 시뮬레이션 하였습니다.
3. Simulation 결과
JPG 이미지 파일이 시스템을 통해 센서까지 이 시뮬레이션을 통해 좌안, 우안에서 보여지는 이미지입니다.
Speos Photometric Calc을 통해서 좌안, 우안 각각의 시뮬레이션한 결과를 Merge한 이미지도 얻을 수 있었습니다.
3d tv, 3d monitor, Powerwall 등과 같은 3D 디스플레이 화면과 입체 안경을 통해
사람의 양쪽 눈으로 들어오는 각각 다른 시각 정보가 합쳐진 입체적인 시각 효과를 구현할 수도 있습니다.
오늘은 Ansys Zemax와 speos를 활용한 VR렌즈 시뮬레이션 사례에 대해 소개해드렸는데요.
㈜래디언트솔루션은 광학 이론, 설계, 해석, 측정 평가, 생산라인 검사 자문까지 End-to-End Service가 가능한
광학 전문 ANSYS 채널 파트너로서 광학 설계, 측정, 검사 시스템 개발, 암실 구축까지
당사의 기술력을 기반으로 한 고객 맞춤형 광학 Full Service 제공하고 있습니다.
AR/VR 솔루션에 대한 자세한 사양 및 기술 지원 정보는 이메일 radiant@radiantsolution.co.kr,
또는 02-2065-0726으로 연락 주시면 자세히 안내받으실 수 있습니다.
감사합니다.