페퍼의 유령(Pepper’s Ghost)과 홀로그램 피라미드(Hologram pyramid)

스마트폰에서 특수한 영상을 플레이하는 동안 화면 위에 놓고 보면 물체가 공중에 떠있는 것처럼 보이는 기구를 본 적이 있나요?

[스마트폰 영상 출처: Super Mario - Pyramid Hologram - Holho]

[스마트폰 영상 출처: Hologram Project by Kiste]

이 기구는 홀로그램 피라미드라고 흔히 불립니다. 다양한 모양과 색이 있지만 가장 중요한 부분은 피라미드 모양의 투명 필름입니다. 그리고 이 피라미드의 4면은 바닥면과 45도를 이루며 비스듬히 서있습니다.

이 기구의 원리를 이해하기 위해 먼저 알아두어야 할 점이 있습니다.
(1) 투명한 필름에 빛이 도달하면 일부는 통과하여 계속 나아가고, 일부는 반사된다.
(2) 필름 표면에서 빛이 반사될 때 입사각과 반사각이 같다는 반사의 법칙을 지킨다. 예를 들어, 필름 표면에 45도로 입사하면 45도의 반사각으로 반사된다.

[참조: 빛의 반사]

이제 왜 투명 피라미드를 이용하면 공중에 뜬 상을 볼 수 있는지 알아봅시다. 3d hologram이라고 검색하면 여러 영상을 찾을 수 있습니다. 영상에는 4 방향으로 같은 그림이 그려져 있습니다.

4개의 그림 중앙에 피라미드의 끝이 오도록 피라미드를 놓습니다. 그림처럼 바닥과 평행하게 시선을 둡니다. 한 그림의 2점을 잡아보세요.(빨강과 초록) 빨간 점에서 출발한 빛 중 바닥에 수직으로 나아간 빛이 반사되어 눈으로 들어옵니다. 초록 점에서 출발한 점도 마찬가지입니다.

우리 뇌는 빛은 꺾이지 않고 항상 직진한다고 생각합니다. 그래서 화면의 물체로부터 출발한 빛이 눈에 들어오면 우리 뇌는 필름 뒤쪽에서 빛이 왔다고 착각합니다. 그래서 필름 뒤에서 물체와 같은 모습의 상(이미지, image)을 봅니다. 상이란 물체는 아닌데, 뇌가 보는, 물체의 모습을 한 것입니다.

지금까지의 이야기를 잘 이해 했다면 "응~? 상을 보는데 45도로 기울어진 투명판 하나면 되지 않아?"라고 생각할 겁니다. 정말로 그렇습니다. 4면이 있는 것의 장점은 모든 방향에서 관찰할 수 있고, 상이 피라미드 안에 갇혀보인다는 것입니다.

지금까지 알아본 원리는 1860년 대에 극장에서 무대에 유령이 있는 것처럼 보이도록 하기 위해 사용되었다고 합니다. 이 기법을 대중화시킨 것이 영국의 과학자 존 헨리 페퍼(John Henry Pepper)입니다. 그래서 이 기법을 페퍼의 유령(Pepper’s Ghost)이라고 부릅니다

이 기법을 사용한 무대의 예는 다음그림과 같습니다. 물체는 무대 아래 숨겨져 있어 관객들은 물체를 볼 수 없습니다. 물체에 빛을 비추면, 물체로부터 출발한 빛이 투명판에서 반사됩니다. 그 결과 관객들은 투명 판 뒤 무대에서 상(유령)을 보게 됩니다, 물체를 비추는 조명을 끄면 유령이 사라집니다.

현대에 들어서는 무대 아래에서 물체에 빛을 비추는 대신 천정에서 영상을 비춥니다. 이 영상은 바닥에 놓인 반사판에 의해 투영판으로 보내거지거나, 직접 투명판에 비추어집니다. 이 영상이 투명판에서 반사되면 관객들은 무대 위에서 영상을 봅니다. 스마트폰 위에 놓은 투명 피라미드를 통해 영상을 보는 것과 거의 같습니다.

페퍼의 유령에 대한 다음 동영상도 참조하기 바랍니다.

(* 비디오 출처:Pepper's Ghost)

위에서 살펴본 투명 피라미드에 '홀로그램'이라는 단어를 붙이는 것은 그리 정확한 것이 아닙니다. 홀로그래피는 물체의 3차원 모습을 기록하였다가 후에 그것을 보여줄 수 있는 기술을 말합니다. 홀로그램은 물체의 모습이 기록된 것을 말합니다. 홀로그래피와 홀로그램의 관계는 영화와 영화 필름과 비슷합니다. 홀로그래피는 빛의 간섭 현상을 이용한 것입니다. 반면, 여기서 설명한 투명 피라미드는 물체의 모습을 기록하지 않우며, 빛의 반사 현상을 이용한 것입니다. 단지 홀로그램처럼 공중에 떠있는 모습을 보여준다는 점에서 홀로그램 피라미드라는 이름을 갖게 된 것입니다.