[특허로 본 유망 기술] 가상 및 증강현실(VR/AR)

4차산업혁명의 핵심기반 기술로 부상한 가상 및 증강현실(VR/AR) 기술은 향후 스마트폰에 버금가는 비약적 파급이 예상된다. 또 스마트화, 플랫폼화, 서비스화를 통해 제조, 의료, 유통 등 전체 산업 확산으로 우리 삶의 일대 변혁을 가져올 것으로 기대된다. 특허분석 리포트 전문기관 IP타깃(www.iptargets.com)이 발간한 보고서를 중심으로 급격한 성장세를 보이는 가상 및 증강현실 시장을 둘러싼 글로벌 기업들의 특허활동을 분석한다. <편집자>

4차산업혁명 기반기술 ‘가상·증강현실’

4차산업혁명은 ‘초연결·초지능·초실감’ 정보통신기술과 다양한 과학기술의 융합에 기반한 차세대 산업혁명으로, 핵심은 O2O (Online 2 Offline)융합이다. 이러한 O2O 융합의 최종 결정판이 가상·증강현실이다. 가상·증강현실은 사용자와의 접점에 있는 기술로 시간과 공간 그리고 신체적/상황적 제약을 극복하고 언제 어디서나 현실적 경험의 제공이 가능해 사용자에게 초융합적 가치를 제공한다. 이를 통해 온라인과 오프라인의 경계를 허물고 글로벌 사용자들과 디지털 공감과 소통을 통해 4차 산업혁명의 촉진과 확산을 이끌 핵심기술로 부상했다. 

VR 시장은 시장조사기관마다 전망치가 상당한 차이가 난다. Digi-Capital은 VR/AR 시장이 2016년 50억 달러에서 2020년 1,500억 달러로 급격히 성장할것으로 전망했다. 이는 2016년 전망치 대비 10배 이상 급성장한 수치로, 각각 VR시장은 300 억불, AR시장은 900억불 규모를 보일 것으로 내다봤다. 글로벌 시장조사 기관 IDC는 VR/AR 시장이 2016년 33억 달러에서 2020년 848억 달러로 성장할 것으로 내다봤다. KREZO은 HW와 SW를 합친 시장이 2016년 41억 달러에서 2018년 86억 달러로 증가할 것으로 예상했다. 특히 VR/AR 시장과 홀로그램 시장은 인터랙션 기술이 적용되는 2020년 이후 시장이 급증할 전망이다. 


                              VR 및 AR시장 전망(단위 억달러)

현재는 하드웨어 중심의 시장이 형성되어 있지만, 다수의 컨설팅 업체들은 2018년 시장이 역전되면서 VR 콘텐츠 시장 규모가 더 커질  것으로 보고 있다. 시장조사 업체 트랙티카(Tractica)는 VR 관련 하드웨어와 콘텐츠 구매 규모가 2020년에 218억 달러에 달할 것으로 예상했다. VR SW의 적용가능 시장별 예상 규모를 보면, 2025년에 VR은 게임분야 적용 예상액이 116억 달러로 전체의 33%를 차지할 만큼 게임은 VR 산업에서 큰 비중을 차지한다. 골드만삭스는 VR에 대해 언급하는 사람들의 93%가 게이머라는 조사결과도 발표했다. 유통, 교육과 같은 산업적 적용 외 게임, 엔터테인먼트와 같은 문화 분야가 총 예상수입의 절반 이상(54%)을 차지한다. 

글로벌 가상·증강현실 특허 동향 

특허청(2015)이 출원일 기준으로 1980년부터 2015년 8월까지 한국, 일본, 미국 및 유럽에 출원된 특허 데이터를 분석한 결과, 가상현실 특허 출원건수는 총 19,681건이다. 이 가운데 한국이 4,030건, 미국이 11,102건, 일본이 3,353건, 유럽이 1,376건으로 미국이 압도적으로 많고 다음으로는 한국, 일본, 유럽의 순이다. 지난 1980년부터 1995년 사이 구간에서는 특허 출원 건수가 두드러지지 않았으나 1995년을 기점으로 출원건수가 증가해 2012~2013년경 최고점 도달했다. 주요 상위 출원인은 Magic Leap, Osterhout, 소니, 캐논, 마이크로소프트, 삼성전자 등으로 대기업뿐만 아니라 매직 리프, 오스터하우트 같은 벤처기업도 특허출원을 활발하다. 

VR 분야중 여가 및 산업 관련 분야 출원건수가 증가세이다. 2000년경 출원건수가 급증했다가 2000년대 중반까지 출원건수가 감소했다. 2000년대 후반에 다시 출원건수가 이전보다 급증하는 추세를 보이고 있다. 세부기술별 특허출원 동향은 전반적으로 유사한 추세를 보이고 있는데, 게임/스포츠/헬스 분야 및 제조/판매/방송/광고 분야 점유율이 영화/여행/테마파크 분야 및 의료/군사/교육분야 점유율보다 높게 나타났다. 영화/여행/테마파크 및 의료/군사/교육 분야 등 특화  분야에 진출하는 것이 규모가 작은 소기업의 경쟁력을 높은 것으로 분석된다. 

소니, MS, 구글 등 글로벌 ICT기업들은 VR의 각 세부기술 분야에 특허출원을 하고 있는데, 이는 생태계를 장악해 시장을 선점하려는 의도로 분석된다. 매직 리프와 오스터하우트 등은 제조/판매/방송/광고 분야에 주력하고, 소니와 코나미 엔터테인먼트는 게임/스포츠/헬스 분야에 주력한다. 주요 출원인 IP 연혁을 살펴보면, 가상 및 증강현길 이미지를 보여주기 위한 디바이스와 가상 이미지와 실제 이미지를 합성한 합성 이미지에 관련된 특허가 다수 분포한다. 


                             VR 주요 출원인 현황(출처 미래부)

주요 기업 IP 활동(Activity)

삼성전자는 VR 콘텐츠 ‘서비스’와 ‘제품’ 개발 양쪽에 매진하며 소프트웨어와 하드웨어 주도권 경쟁에 돌입했다. 지난 2014년 북미와 한국에 동시에 선보인 음원·라디오 스트리밍 서비스 ‘밀크‘가 대표적인 사례이다. 또 360도 화면 획득이 가능한 카메라 ‘기어360’과 이를 구현할 디스플레이 장치 ‘기어VR’을 연달아 내놓으며 하드웨어 분야에서 입지를 구축했다. 

삼성전자가 추진해온 VR 콘텐츠 서비스 관련 특허 활동은 콘텐츠 획득 장치, 즉 카메라 등 영상 입력장치가 뼈대이다. 지난 2008년부터 다각 촬영을 통한 영상 확보 및 가공 관련 한국특허(KR958,425)를 확보하며 기술 고도화에 주력하던 삼성전자는 결국 전방위 촬영이 가능한 ‘기어360’을 출시했다. 2단으로 구성된 렌즈단을 조절해 360도 영상을 획득할 수 있는 촬영장치 관련 한국특허(공개번호 KR1020160003484)와 사용자 위치에 따라 최적화된 영상을 촬영할 수 있도록 화각을 자동 조절하는 한국특허 ‘영상 촬영 장치 및 의외 촬영 방법’(공개번호 KR1020160111757)이 대표적인 특허기술이다. 사용자가 촬영 범위를 설정해야 하는 기존 촬영 장치와 달리 촬영장치와 피사체 사이 거리를 자동 계산한다. 두 카메라가 촬영한 영상을 바탕으로 피사체의 위치를 판단해 위치와 거리, 이에 따른 화각을 도출해 화각에 따라 두 대의 카메라를 회전하며 영상을 촬영하는 방법이다. 사용자가 촬영 범위를 설정해야 하는 기존 촬영 장치와 달리 이 특허는 촬영장치와 피사체 사이 거리를 자동 계산한다. 두 카메라가 촬영한 영상을 바탕으로 피사체의 위치를 판단해 위치와 거리, 이에 따른 화각을 도출해 화각에 따라 두 대의 카메라를 회전하며 영상을 촬영하는 방법이다. 


         영상 화각 자동 조절 특허(삼성전자)

그동안 VR 시장 활성화에 크게 기여한 Oculus는 해당 분야 특허에서도 두각을 보인다. 다양한 영상 콘텐츠를 사용자 입맛에 맞게 제공하는 출력 장치 관련 기술이 주를 이룬다. 2016년 첫 출시된 소비자용 헤드마운트디스플레이(HMD) 기기 ‘Rift’는 가상현실을 3D로 체험할 수 있도록 사용자가 머리에 기기를 장착하면, 기기는 머리 움직임을 감지해 이에 따라 화면을 동일한 방향으로 움직이도록 구성됐다. 2015년 출원된 ‘헤드마운트디스플레이용 인지 기반 위치 예측’ 특허(공개번호 US 20150234455)가 이 기술 구현에 활용됐다. 

Oculus는 기기가 구현하는 가상현실 화면에 깊이를 입체적으로 표현해 현실감을 더하는 기술이 대표적이다. 특정 물체를 투시해 깊이를 산출, 표시하는 기술인 ‘뎁스맵(Depth map)용 광패턴 관련 특허’(공개번호 US 20160253812)는 물체에 빛을 투사해 깊이를 계산하는 기술이다. 카메라에 반사된 빛 패턴에 따라 물체의 깊이를 획득하고 이를 바탕으로 뎁스맵을 구성, 출력되는 영상에 적용해 현실감을 구현했다. 


     뎁스맵용 광패턴 특허 (Oculus)

삼성전자와 Oculus 등이 하드웨어에 집중하는 반면 세계 최대 음악 스트리밍 서비스 업체 Spotify는 콘텐츠 분석 및 관리를 필두로 한 소프트웨어 기술 개발에 매진한다. 단순히 음원 스트리밍을 제공하는 것뿐 아니라 사용자 선호를 분석해 음악을 추천하고 플레이리스트를 형성하는 등 콘텐츠 분석으로 서비스를 확장하며 이 분야 특허 확보에도 주력했다. 특히 지난 2013년 출원된 ‘콘텐츠 분류 시스템‘ 특허(공개번호 US20130332532)는 다수의 사용자가 저장한 음원 재생목록 내에서 아티스트, 노래 제목 등 공통점을 파악해 사용자 성향을 추적하는 기술이다. Spotify의 음악 추천 서비스는 ‘메타데이터 구축을 통한 음원 간 유사성 파악’ 특허(US 8,073,854)가 중심 기술이다. 이 시스템은 여러 음원 목록에서 메타데이터를 형성, 특정 메타데이터를 지표로 음원간 유사성을 파악해 사용자 선호 성향을 도출하다. 음원 스타일, 유형, 감정, 주제 등 다양한 요소가 비교 지표로 작용한다. 


음원간 유사성 파악 특허 (Spotify)

미래예상 제품·서비스 로드맵

스마트 VR 콘텐츠 서비스는 하드웨어와 소프트웨어 양 영역에서 혁신을 맞이할 것으로 보인다. 삼성전자 기어360과 Oculus Rift 등 VR 기기는 ‘인터랙션 강화＇와 ‘실감 콘텐츠 획득 및 재생‘을 구현하는 방향으로 발전할 것으로 전망이다. 콘텐츠 서비스 역시 데이터마이닝을 통해 사용자 선호를 정교히 겨누는 ‘맞춤형 서비스’로 진화가 예상된다. 


미래예상 제품및 서비스 로드맵 (출처 한국특허전략개발원. 미래유망제품서비스보고서)

주요 플레이어들이 사용자 상황·선호·장소 등에 적합한 맞춤형 콘텐츠 제작을 중심으로 사업을 전개하는 점을 고려할 때, 향후 광고도 개인정보나 상황 기반으로 발전할 전망이다. 콘텐츠 제작 및 출력 제품의 경우는 사용자와의 인터렉션 기능 강화와 실감영상 획득 및 구현 기술을 통해 차세대 미디어 콘텐츠를 구현한다.콘텐츠 관리 및 분석 기술은 사용자 분석과 데이터마이닝을 통해 개인 맞춤형 콘텐츠를 제공하는 방향으로 기술이 개발될 전망이다.