[3D 비전] 디스패리티(disparity)의 의미

사람은 왜 두 개의 눈을 갖고 있을까? 하나가 다쳤을 때를 대비한 대용품 정도일까? 사람에게 있어서 무언가를 본다는 것은 매우 중요한 일이므로 그것도 하나의 이유가 될 수 있겠지만, 또 다른 중요한 이유가 있다. 

▶ 디스패리티란?

사람의 두 눈은 수평으로 약 65mm 정도 떨어져 있다. 이것은 성인 평균 수치일 뿐이다. 두 눈이 떨어져 있다보니 두 눈으로 바라보는 세상은 살짝 다르다. 오른쪽 눈을 뜬 상태에서 왼쪽 눈을 감아보자. 그리고 이번에는 왼쪽 눈을 뜬 상태에서 오른쪽 눈을 감아보자. 왼쪽 눈만 뜨고 있을 때는 좀 더 왼쪽 방향에 있는 세상이 많이 보이고, 오른쪽 눈만 뜨고 있을 때는 오른쪽 방향에 있는 세상이 좀 더 많이 보인다. 

그림1. 오른쪽 눈과 왼쪽 눈이 보는 세계는 살짝 다르다. 그림 출처: https://www.quora.com/Do-falcons-have-3D-vision

중요한 것은 왼쪽 뷰와 오른쪽 뷰가 차이가 있다는 것이다. 뇌는 이 차이를 이용해서 사물을 입체적으로 본다. 즉, 두 눈이 존재하는 큰 이유중의 하나는 깊이감, 입체감을 느끼기 위해서이다. 물론 눈이 하나만 있어도 여러 단서들로 깊이를 느낄 수 있지만, 두 눈의 망막들에 맺힌 상들의 차이만큼 깊이를 분명하게 느낄 수 있게 해주는 것은 없다. 이것을 디스패리티(disparity)라고 한다. 한국어로는 시차라고도 부른다. 

디스패리티에는 두 가지 종류가 있다. 하나는 crossed disparity, 또 다른 하나는 uncrossed disparity이다. 우선 호롭터 위에 있는 물체를 볼 때 망막에 맺힌 이미지들 사이에는 디스패리티가 존재하지 않는다. 따라서 동일 선상에 있는 것처럼 느껴진다. 그러나 호롭터로부터 멀거나 가까이에 위치한 물체들은 디스패리티를 갖게 된다. 호롭터보다 멀리 위치한 물체를 볼 때는 uncrossed disparity를 갖고, 가까이 위치한 물체를 볼 때는 crossed disparity를 갖는다. uncrossed disparity는 positive disparity로, crossed disparity는 negative disparity로 표현하기도 한다. 그림2를 참고하자. 

그림2. crossed disparity와 uncrossed disparity (http://isle.hanover.edu/Ch07DepthSize/Ch07CrossedUncrssed.html)

이 디스패리티 정보들로 뇌는 물체들의 깊이를 추측한다. 그런데 이 디스패리티들이 너무 커지면 파눔 융합역을 벗어나게 되어 시각적 불편함을 느끼고, 심한 경우에는 두 개의 이미지가 융합되지 않은채 보이는 복시 현상(double vision)이 일어난다. 

▶ 뇌의 어느 부분에서 디스패리티를 다룰까?

뇌 안에 디스패리티에 민감한 뉴런들(세포들)이 분명히 있을 것이다. 두 눈으로 각각 받아들인 정보들이 처음으로 모이게 되는 장소는 V1이므로, V1 또는 V1 이후의 기관에 그러한 뉴런들이 있을 것으로 예상된다. 

디스패리티에 민감한 세포들을 크게 4가지 유형으로 분류할 수 있다고 한다. 큰 디스패리티에는 거의 반응하지 않고 작은 디스패리티에 가장 활발하게 반응하는 세포들을 tuned excitatory라고 부른다. 큰 디스패리티에 활발하게 반응하는 세포들은 tuned inhibitory라고 부른다. 그리고 uncrossed 디스패리티에 반응하는 세포들은 far cell이라고 부르고, crossed 디스패리티에 반응하는 것들은 near cell이라고 부른다. 

<참고자료>

[1] Basic vision, 옥스포드 출판사