증강현실(Augmented Reality)은 현실 세계에 디지털 정보를 실시간으로 덧입히는 기술입니다. 스마트폰, 태블릿, AR 안경 등의 카메라 및 센서가 장착된 장치를 통해 사용자는 실제 환경과 가상의 콘텐츠(이미지, 텍스트, 오디오 등)를 동시에 보고, 상호작용할 수 있습니다. 교육, 게임, 의료, 소매, 제조 등 다양한 산업에서 몰입감과 정보 전달력을 높이는 도구로 활용되고 있습니다.
■ 증강 현실의 작동 방식
AR은 세 가지 핵심 요소로 구성되어 작동합니다:
입력 장치
카메라 및 센서(GPS, 가속도계, 자이로스코프, 적외선 등)가 주변 환경의 데이터를 수집합니다.
처리 소프트웨어
수집된 데이터를 분석하여 어떤 디지털 정보를 어디에 배치할지 결정합니다.
디스플레이
스마트폰, AR 글래스, 헤드업 디스플레이(HUD), 프로젝터 등을 통해 디지털 정보가 현실에 중첩되어 보입니다.
■ AR의 유형
□ 마커 기반 AR
QR 코드, 로고 등 사전 정의된 마커에 반응
구현이 간단하고 비용이 저렴
예: SnapChat 필터
□ 마커 없는 AR
마커 없이 센서와 AI 기반 인식으로 작동
위치 기반, 사물 인식, 패턴 분석 가능
예: Pokemon Go, 실외 내비게이션
□ 세부 유형
프로젝션 기반 AR: 현실 표면에 정보 투영 (예: 가상 키보드)
중첩 AR: 실제 이미지 위에 정보를 추가 (예: X-ray 영상 중첩)
위치 기반 AR: GPS 정보로 콘텐츠 제공 (예: 건물 스캔)
아웃라인 AR: 물체 윤곽 및 치수 인식 (예: 실내 측량)
■ AR vs VR
항목
증강 현실 (AR)
가상 현실 (VR)
현실과의 관계
현실에 디지털 정보 추가
현실과 완전히 분리된 가상 공간
장치
스마트폰, AR 글래스 등
VR 헤드셋 필수
사용 사례
실내 디자인, 쇼핑, 내비게이션
가상 여행, 몰입형 게임
몰입도
현실 기반 부분적 몰입
전면 몰입형 가상 경험
□ Ansys Optics AR설계 워크플로우
< Augmented Realty 설계 워크플로우 >
■ Ansys 소프트웨어 특징
1. Zemax OpticStudio
: 투사 렌즈를 설계하고 "Export Optical Design to Speos" (.odx) 기능을 사용하여 Zemax에서 Speos로 광학 시스템을 내보냅니다.
2. Lumerical RCWA 또는 FDTD
: 회절 격자 표면을 모델링하여 특정 회절 차수로 빛을 산란시키고, 이를 .json 파일로 저장하여 Speos에서 사용할 수 있도록 합니다.
3. Speos
: Optical Design Exchange (.odx) 기능을 통해 투사 렌즈 모델을 정밀하게 통합하고, .json 파일을 통해 소자 간 결합을 위한 아차원 회절 격자 구조를 포함하여 시스템 수준 분석을 수행합니다. GPU/CPU 연산을 통해 정확한 비순차 광선 추적과 함께 스펙트럼 복사 조도 및 복사 휘도 맵과 같은 광학적 결과를 생성합니다. 인간의 시지각 요소를 반영하여 AR 시스템의 성능을 검증합니다.
■ 시뮬레이션 워크플로우 상세설명
1. 렌즈 설계 단계 (Zemax OpticStudio)
투사 렌즈(Projection Lens) 설계
시야(FOV), 수차(aberration), 색수차 조정 등 수행
최종 설계를 .ODX 파일로 내보내 Speos와 연동 가능
2. 회절 격자 시뮬레이션 (Lumerical RCWA 또는 FDTD)
Grating 구조 파라미터: 주기, 높이, 형상, 재질 설정
빛의 입사각, 파장별 회절 차수 효율 계산
결과를 JSON 포맷으로 저장 (각 파장, 각도, 차수별 회절 효율 포함)
3. 전체 광학 시스템 통합 (Ansys Speos)
Zemax ODX 파일로부터 렌즈 시스템 불러오기
Lumerical JSON 파일로부터 Grating 속성 불러오기
전체 시스템 내에서 광선 추적(Ray Tracing) 수행
Non-Sequential 방식
스펙트럼 기반 복사 조도 및 복사도 계산
GPU 또는 CPU 병렬 처리 기반
4. 출력 분석 및 인간 인식 기반 평가
Observer View Point 설정: 사용자 눈 위치에서의 시야 조정
Radiance & Irradiance Map 시각화
이미지 왜곡, 흐림, 광 손실 확인 가능
Human Vision Lab:
눈의 광학적 성능 기반 인지 가능성 분석
시인성(legibility), 대비(contrast), 선명도(sharpness) 평가
■ 특징 및 장점 요약
Zemax – Lumerical – Speos 통합 워크플로우로 정밀 설계 및 실현 가능성 분석
Sub-wavelength 구조의 RCWA 기반 회절 격자를 실제 렌즈 시스템과 연결해 전체 성능 분석 가능
< Augmented Realty 설계 워크플로우 >
□ 증강 현실(AR)이란?
증강현실(Augmented Reality)은 현실 세계에 디지털 정보를 실시간으로 덧입히는 기술입니다. 스마트폰, 태블릿, AR 안경 등의 카메라 및 센서가 장착된 장치를 통해 사용자는 실제 환경과 가상의 콘텐츠(이미지, 텍스트, 오디오 등)를 동시에 보고, 상호작용할 수 있습니다. 교육, 게임, 의료, 소매, 제조 등 다양한 산업에서 몰입감과 정보 전달력을 높이는 도구로 활용되고 있습니다.
■ 증강 현실의 작동 방식
AR은 세 가지 핵심 요소로 구성되어 작동합니다:
■ AR의 유형
□ 마커 기반 AR
□ 마커 없는 AR
□ 세부 유형
■ AR vs VR
항목
증강 현실 (AR)
가상 현실 (VR)
현실과의 관계
현실에 디지털 정보 추가
현실과 완전히 분리된 가상 공간
장치
스마트폰, AR 글래스 등
VR 헤드셋 필수
사용 사례
실내 디자인, 쇼핑, 내비게이션
가상 여행, 몰입형 게임
몰입도
현실 기반 부분적 몰입
전면 몰입형 가상 경험
□ Ansys Optics AR설계 워크플로우
< Augmented Realty 설계 워크플로우 >
■ Ansys 소프트웨어 특징
1. Zemax OpticStudio
: 투사 렌즈를 설계하고 "Export Optical Design to Speos" (.odx) 기능을 사용하여 Zemax에서 Speos로 광학 시스템을 내보냅니다.
2. Lumerical RCWA 또는 FDTD
: 회절 격자 표면을 모델링하여 특정 회절 차수로 빛을 산란시키고, 이를 .json 파일로 저장하여 Speos에서 사용할 수 있도록 합니다.
3. Speos
: Optical Design Exchange (.odx) 기능을 통해 투사 렌즈 모델을 정밀하게 통합하고, .json 파일을 통해 소자 간 결합을 위한 아차원 회절 격자 구조를 포함하여 시스템 수준 분석을 수행합니다. GPU/CPU 연산을 통해 정확한 비순차 광선 추적과 함께 스펙트럼 복사 조도 및 복사 휘도 맵과 같은 광학적 결과를 생성합니다. 인간의 시지각 요소를 반영하여 AR 시스템의 성능을 검증합니다.
■ 시뮬레이션 워크플로우 상세설명
1. 렌즈 설계 단계 (Zemax OpticStudio)
투사 렌즈(Projection Lens) 설계
시야(FOV), 수차(aberration), 색수차 조정 등 수행
최종 설계를 .ODX 파일로 내보내 Speos와 연동 가능
2. 회절 격자 시뮬레이션 (Lumerical RCWA 또는 FDTD)
Grating 구조 파라미터: 주기, 높이, 형상, 재질 설정
빛의 입사각, 파장별 회절 차수 효율 계산
결과를 JSON 포맷으로 저장 (각 파장, 각도, 차수별 회절 효율 포함)
3. 전체 광학 시스템 통합 (Ansys Speos)
Zemax ODX 파일로부터 렌즈 시스템 불러오기
Lumerical JSON 파일로부터 Grating 속성 불러오기
전체 시스템 내에서 광선 추적(Ray Tracing) 수행
Non-Sequential 방식
스펙트럼 기반 복사 조도 및 복사도 계산
GPU 또는 CPU 병렬 처리 기반
4. 출력 분석 및 인간 인식 기반 평가
Observer View Point 설정: 사용자 눈 위치에서의 시야 조정
Radiance & Irradiance Map 시각화
이미지 왜곡, 흐림, 광 손실 확인 가능
Human Vision Lab:
눈의 광학적 성능 기반 인지 가능성 분석
시인성(legibility), 대비(contrast), 선명도(sharpness) 평가
■ 특징 및 장점 요약
Zemax – Lumerical – Speos 통합 워크플로우로 정밀 설계 및 실현 가능성 분석
Sub-wavelength 구조의 RCWA 기반 회절 격자를 실제 렌즈 시스템과 연결해 전체 성능 분석 가능
GPU 기반 광선 추적을 활용한 고속 시뮬레이션
인간 시각 기반 평가로 실제 사용성 검증 가능
단일 플랫폼에서 나노~매크로 스케일 통합