Apple의 AR 헤드셋, 무선 충전 및 초음파 위치 추적 기능 지원할 전망

Apple이 증강 현실(이하 ‘AR’) 또는 가상 현실(이하 ‘VR’) 헤드셋을 오랜 시간에 걸쳐 개발 중이라는 사실은 다수의 루머와 Apple이 출원한 여러 특허를 통해 익히 알려져 왔습니다. 미국 특허상표청(USPTO)이 공개한 최근 출원 특허 목록을 살펴보면, 세간의 큰 기대를 모으고 있는 Apple의 AR/VR 헤드셋 개발이 꾸준히 진행 중임을 알 수 있습니다.


<무선 충전>

출원 특허 목록 중 가장 먼저 보이는 ‘디스플레이 시스템’은 무선 헤드셋이 어떤 방식으로 배터리를 무선으로 충전할 것인지 보여줍니다. Apple은 헤드셋 사용자의 머리 뒷부분을 따라 감겨 있는 헤드밴드에 내장된 무선 충전 코일을 사용하여, 헤드셋을 착용하는 동안에 무선 충전을 진행하는 방안을 제안합니다.

미사용 시 충전 방법으로는 두 가지 방식이 제안됩니다. 첫 번째 방식은 헤드셋 모양에 맞게 설계된 거치대에 헤드셋을 올려놓음으로써, 헤드셋 코일이 거치대의 전원 공급 장치를 따라 배열되도록 합니다. 헤드셋 밴드에는 자석과 같은 구성 요소도 포함됨으로써, 헤드셋 코일이 거치대와 견고하게 밀착되도록 할 수도 있습니다.




또 다른 충전 방식으로는 스탠드를 사용하는 방안도 나왔습니다. 밴드 구성 요소를 통해 헤드셋이 효율적으로 스탠드에 고정되며, 스탠드 하단부는 헤드셋에서 중량을 많이 차지하는 부분을 지지합니다. 전원 공급은 헤드밴드와 스탠드 양쪽의 충전 코일이 서로 맞닿는 부분을 통해 이루어집니다.

독립 헤드셋 또는 호스트 기기와의 무선 전송을 사용하는 헤드셋의 경우, 무선 충전 방식이 전원 공급에 효율적일 것이며 사용자가 세션과 세션 사이에 충전을 위해 플러그를 연결할 필요가 없게 됩니다.


<지지 구조>

대부분의 헤드셋은 렌즈 거리와 헤드밴드 조절은 지원하지만, 헤드셋 자체의 구조에 있어서는 사용자들이 머리 형태가 유사하다고 상정하며 빌트인 쿠션을 통해 개인별로 상이한 착용감 문제를 보완하려는 것이 보통입니다. 이번에 Apple은 ‘조절 가능한 지지 구조를 갖춘 전자 기기’ 특허를 출원하면서, 각 사용자가 서로 다른 두상(頭像) 및 얼굴 구조를 하고 있으므로 여기에 맞게 헤드셋의 폼 팩터도 변경할 필요가 있음을 시사했습니다.




Apple이 제안하는 지지 구조는 사용자의 이마, 뺨, 관자놀이에 헤드셋이 밀착되며 각 부분이 사용자의 얼굴 구조에 맞게 확장 또는 수축할 수 있도록 만드는 방안입니다. 이를 구현하기 위해 망원 레이어, 탄성이 있는 신소재, 부풀릴 수 있는 구조물 등이 사용됩니다. 딱 맞는 착용감을 선사하기 위해, 일부 영역에 케이블을 활용할 수도 있습니다. 예를 들면, 이마 부분에 압력이 가해지면 케이블이 관자놀이 부분을 끌어당겨 헤드셋을 얼굴에 밀착시키는 형태로 착용감을 향상합니다. 


<초음파 센서>

VR을 사용하는 데 가장 큰 걸림돌 중 하나는 사용자가 주변 환경에 신경을 써야 한다는 점입니다. 보이지는 않지만 실제로 존재하는 주변 물체의 위치를 파악하는 것은, 반대로 실존하지는 않지만 디지털 표현으로 구현된 가상의 물체를 기억하는 것만큼 중요하기 때문입니다.




일부 시스템은 사용자에게 주변 영역의 모습을 덧씌워서 보여주거나 근처에 놓인 사물을 감지할 수 있습니다. 사물 인식은 AR 기반 시스템에 필수적으로 포함되어야 하며, 또한 유용한 기능입니다. 하지만 카메라 기반 시스템이 항상 충분한 정확도를 나타내는 것은 아니라서, 멀리 떨어진 사물은 감지하지 못하거나 거울과 같은 물체는 올바르게 인식하지 못하는 경우가 있습니다. Apple의 이번 ‘초음파 센서’ 특허는 초음파 신호를 주변 환경을 향해 투사함으로써 사물 인식 기능을 수행하도록 하는 기능을 골자로 합니다. 다중 센서를 사용하여 서로 다른 시야를 커버함과 동시에 잠재적으로 주변 영역의 모습을 세밀하게 그려낼 수도 있습니다.

해당 시스템은 처음 투사한 초음파로 범위 내의 사물을 감지합니다. 여기서 수집한 정보를 기반으로, 감지된 미확인 물체를 정확하게 이미지로 구현하기 위해 두 번째 신호를 어떻게 구성할 것인지 결정합니다. 결정이 내려지면 두 번째 초음파 신호를 투사합니다.

이 시스템에는 이론적으로 다양한 장점이 존재합니다. 확장 범위가 픽셀 수가 아닌 신호 볼륨에 의해 제한되며, 거울을 평평하고 견고한 사물로 올바르게 인식할 수 있습니다. 초음파 시스템은 현실 세계의 모습을 봐야 할 필요가 생겼을 때, 카메라 기반 기기와 나란히 유용하게 활용할 수 있습니다.


<렌즈>

사용자의 눈앞에 아주 가까이 표출되는 디스플레이에 집중할 수 있도록 돕는 렌즈는 VR 또는 AR 헤드셋의 핵심 구성 요소라고 할 수 있습니다. 스크린이 시야에서 더 멀리 보이도록 함으로써, 렌즈 역시 실제로는 가까이 있는 물체가 사용자의 눈에는 멀리 떨어져 있는 것처럼 보이게 하는 식으로 가상 이미지의 심도를 조절하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 

일반적으로 VR 헤드셋은 사용자의 눈과 디스플레이 사이에 렌즈를 배치하는 구조를 채택하며 이미지를 보다 선명하게 사용자에게 비추기 위한 조절 기능이 제공됩니다. 하지만 이러한 구조는 빌트인 디스플레이와 렌즈가 정밀하게 배열된 헤드셋을 제작하는 데 어려움을 유발합니다.




‘렌즈 구성 요소에 디스플레이를 부착한 전자 기기’라는 명칭의 특허에서 Apple은 투명 접착제 또는 겔 형태의 렌즈를 활용하여 렌즈 구성 요소가 디스플레이와 직접 접촉하도록 설계하는 방안을 소개합니다. 렌즈와 디스플레이가 직접 닿도록 하면, 디스플레이 전면의 공기층을 없애버림으로써 디스플레이 품질을 저해하는 먼지나 기타 이물질을 차단할 수 있다고 합니다.

디스플레이의 왼쪽과 오른쪽에 분리된 각각의 렌즈 구성 요소를 부착하여 동공 간 거리를 조정하고 정렬도 개선할 수 있습니다. 메인 렌즈를 디스플레이에 부착하는 설계 방식은 헤드셋 그 자체의 구조도 덜 복잡하게 만들 수 있다고 설명하며, 제품 제작 비용 절감 효과도 기대할 수 있다고 합니다.


<험난한 AR/VR 개발의 길>

Apple은 몇 년 전부터 AR 글래스 개발도 진행해 왔는데, 예상 출시 시점은 분석가마다 제각각이어서 짧게는 올해 안에, 길게는 2023년은 되어야 선보이리라 전망합니다. 이처럼 AR/VR 기술을 실생활에서 접하려면 아직 멀고 먼 길이 예상됩니다만, Apple이 AR/VR 헤드셋 개발을 위해 적극적으로 특허를 출원 중인 것을 보면 적어도 개발 프로세스가 활발하게 진행 중임을 알 수 있습니다.

본 기사에서 소개한 특허 정보 이외에도 Apple은 최근에 AR 헤드셋을 사용한 주변 기기 자동 잠금 해제, 실물 및 가상 물체 간 현실감 있는 상호 작용을 위한 심도 기반 터치 감지, 외부 마커의 도움 없이 방향 및 동작 감지, 조절 가능한 광학 레이어를 사용해 카메라 및 기타 센서 가리기 등 여러 특허를 출원했습니다. 다만, Apple이 특허 출원한 신기술이 곧바로 실제 제품 및 서비스로 구현되리라 보장하는 것은 아님을 유념해야 합니다.




출처: https://appleinsider.com/articles/20/03/12/apples-ar-headset-may-recharge-wirelessly-use-ultrasonic-position-location