[테크 히스토리] 19세기 영국에 살았던 두 명의 '찰스', 21세기 VR(가상현실)을 잉태하다

우리가 머리에 HMD(헤드 마운트 디스플레이)를 쓰고 끝없는 가상 공간을 탐험할 때면, 이 모든 기술이 21세기에 들어서야 비로소 탄생한 최첨단 마법처럼 느껴집니다. 하지만 가상현실(VR)을 구동하는 가장 밑바탕의 원리를 찾아 시간을 거슬러 올라가면, 전기도 없던 19세기 빅토리아 시대의 영국에 도착하게 됩니다.

놀랍게도 현재의 VR 기기를 가능하게 만든 두 개의 거대한 기둥(연산과 시각)은 모두 '찰스(Charles)'라는 이름을 가진 두 천재 과학자에 의해 그 뼈대가 세워졌습니다. 한 명은 VR의 '두뇌'를, 다른 한 명은 VR의 '눈'을 설계했죠. 시대를 너무나도 앞서갔던 두 사람의 찰스 이야기를 지금부터 시작합니다.

1. VR의 '두뇌'를 설계하다: 찰스 배비지 (Charles Babbage)

오큘러스나 비전 프로 같은 기기들이 현실처럼 매끄러운 3D 그래픽을 보여주기 위해서는, 초당 수십 번씩 고해상도 이미지를 그려내고 사용자의 머리 회전(X, Y, Z 좌표)을 실시간으로 계산하는 '극강의 수학적 연산력'이 필요합니다. 이 연산 장치, 즉 '컴퓨터'의 개념을 인류 최초로 창안한 사람이 바로 수학자이자 기계공학자인 찰스 배비지(1791~1871)입니다.

• 계산표의 오류에 분노한 완벽주의자: 산업혁명 시기, 항해나 금융에 쓰이는 수학 계산표는 사람이 직접 손으로 만들다 보니 치명적인 오류가 잦았습니다. 배비지는 "이 지루하고 틀리기 쉬운 계산을 톱니바퀴 기계가 대신하게 하자"며 거대한 자동 계산기인 '차분기관( Difference engine )'을 고안합니다.

실제로 제작한 차분기관

• 현대 컴퓨터 구조의 완성, '해석기관': 그의 상상력은 단순한 계산기에 머물지 않았습니다. 데이터를 저장하는 '스토어(현대의 메모리/RAM)', 연산을 처리하는 '밀(현대의 CPU)', 명령을 내리는 '천공 카드(소프트웨어/코드)'로 구성된 범용 기계인 '해석기관(Analytical Engine)'을 설계합니다.
• VR과의 연결고리: 1830년대에 설계된 이 기계식 구조는 오늘날 VR 헤드셋 안에 들어있는 실리콘 반도체 칩(APU)의 아키텍처와 완벽하게 동일합니다. 찰스 배비지가 논리적 연산을 수행하는 컴퓨터의 뼈대를 세우지 않았다면, 가상 공간을 창조하는 3D 렌더링 엔진 역시 존재할 수 없었을 것입니다.

2. VR의 '눈'을 설계하다: 찰스 휘트스톤 (Charles Wheatstone)

찰스 배비지가 방대한 연산을 처리할 두뇌를 고민하고 있을 때, 동시대의 또 다른 천재인 물리학자 찰스 휘트스톤(1802~1875)은 인간의 '시각적 착각'에 주목하고 있었습니다. 평면(2D) 이미지를 어떻게 하면 완벽한 입체(3D)로 느끼게 할 수 있을까 하는 고민이었죠.

• 양안 시차(Binocular Disparity)의 발견: 사람의 두 눈은 약 6.5cm 떨어져 있어서, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈이 바라보는 사물의 각도가 미세하게 다릅니다. 인간의 뇌는 이 두 개의 약간 다른 이미지를 합성하여 '원근감(깊이)'을 만들어냅니다. 휘트스톤은 이 생물학적 원리를 정확히 간파했습니다.
• 입체경(Stereoscope)의 발명 (1838년): 그는 거울을 이용해 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각기 다른 시점에서 그려진 두 장의 그림을 따로따로 보여주는 장치를 발명합니다. 평면 그림 두 장을 이 기계를 통해 들여다보는 순간, 뇌가 속아 넘어가며 그림이 완벽한 3D 입체 공간으로 튀어나오는 마법이 펼쳐졌습니다.

• VR과의 연결고리: 이 입체경의 원리는 200년이 지난 지금도 모든 VR 헤드셋의 절대적인 표준입니다. VR 기기 안에 두 개의 렌즈와 디스플레이가 분리되어 있는 이유, 그리고 렌즈를 통해 좌안용/우안용 영상을 살짝 다르게 쏘아주어 가상의 입체감을 만들어내는 방식 모두가 찰스 휘트스톤이 1838년에 증명한 원리 그대로입니다.

3. 결론: 19세기의 상상력이 21세기의 기술을 입다

찰스 배비지와 찰스 휘트스톤. 두 사람은 각자의 분야에서 인류의 지평을 넓힌 천재들이었지만, 그들이 살았던 시대에는 전기도, 고해상도 디스플레이도, 정밀한 마이크로프로세서도 없었습니다. 놋쇠를 깎아 만든 톱니바퀴와 거울로 거대한 꿈을 꾸었을 뿐이죠.

하지만 그들이 뿌린 혁신의 씨앗은 200년의 세월을 거쳐 최첨단 IT 기술이라는 비료를 먹고 만개했습니다. 배비지의 '해석기관'은 기가헤르츠 단위로 연산하는 스마트폰 칩셋이 되었고, 휘트스톤의 '입체경'은 4K 해상도를 뿜어내는 마이크로 OLED 디스플레이로 진화했습니다.

오늘날 우리가 방 안에서 편안하게 안경을 쓰고 끝없는 가상현실을 누빌 수 있는 것은, 이 두 명의 '찰스'가 톱니바퀴와 거울을 들고 씨름했던 19세기의 치열한 밤들이 있었기 때문 아닐까요? 과학 발전의 역사는 이처럼 시대를 초월하여 연결되어 있다는 사실이 새삼 경이롭게 다가옵니다.