HUD(Head(s) Up Display) 헤드업 디스플레이 설명과 적용된 모델

항공기, 자동차 등의 앞 유리창에 정보를 표시해 주는증강현실 장치이다.

최초로 개발된 것은 항공기에 적용하기 위해서였다. 항공기의 조종석에 있는 속도계, 고도계, 자세지시계 등 빼곡한 아날로그 계기판들은 조종사가 그냥 보기에도 벅찰 정도로 복잡했는데, 고개를 들었다 내렸다 하면서 계기를 챙겨보며 이착륙을 하거나 (군용기의 경우) 정신없이 전투를 벌이기는 대단히 어려운 일이었다.

그래서 조종사가 계기판을 보기 위해 고개를 숙이지 않고 고개를 든 채로 볼 수 있게 해주는 디스플레이라는 의미로 'Head(s) Up Display'라는 명칭이 붙었다.

그 이전까지는 군용기의 경우 조종석에 HUD 비슷한 것이 달려있어도 단순히 동그라미만 그려진 조준경이거나, 좀 발전해서 간단한 도형으로 레이더로 조준한 표적이 미사일 사거리에 들어왔는지만 알려주는 수준이었다. 뭘 조준할 일이 없는 민간 항공기에는 당연히 그런 것조차도 있을 리가 없었다.

그러나 현대의 HUD는 도형과 숫자, 글자로 조종사에게 현재 속도, 고도, 방향, 자세 같은 다양한 정보들을 알려준다. 군용기들은 여기에 더해 표적의 방향, 거리나 표적이 미사일의 사정거리 이내에 들어왔는지의 여부, 혹은 지금 기관포를 쏘거나 항공 폭탄을 투하하면 그것들이 어떠한 경로로 날아갈지를 알려주는 무장 조준을 돕는 역할을 한다.

HUD는 최초에는 민용기에도 적용하기 위해 개발되었으나 실용화한 것은 군용기가 먼저로, A-7 콜세어의 개량모델인 A-7D, 혹은 스웨덴의 사브 37 비겐이 HUD를 최초로 사용한 것으로 알려져 있다. 의외로 전투기가 아니라 공격기에 먼저 쓰였는데, 저고도로 고속비행하는 공격기는 조종사가 잠깐 계기판을 보는 아하는 사이에 지면에 충돌할 위험이 높기 때문. 이외에도 폭탄의 착탄지점을 예상해 주는 것, 조준용 카메라가 보고 있는 방향을 알려주는 것 등등의 역할도 있다. 70년대 초, 중 이후로 현재는 거의 대부분의 군용기가 HUD를 달고 있다.

반면 민간항공기는 HUD의 도입이 늦었는데 아무래도 상대적으로 급격한 공중전이나 저고도 비행을 할 일이 적고, 대개의 경우 조종사와 부조종사 두 명이 타서 업무를 분담하기 때문이다. 하나 있으면 편한 건 확실하기 때문에 점차 이것을 다는 추세. 예시로 올라와 있는 사진도 민간 항공기인 B737-800 HUD다. 영상

원리는 의외로 심플하다. 조종사 앞에 작은 유리판을 비스듬하게 대고 그 밑에 홀로그램을 쏘아주는 디스플레이어를 두는 것. 창가에 얼굴을 들이대면 못생긴 내 얼굴과 창 밖의 풍경이 겹쳐 보이듯 디스플레이어의 도형과 글자들이 창 밖의 배경과 함께 겹쳐 보이게 된다.

F-14와 같은 일부 항공기는 아예 HUD용 유리판 없이 전방의 방풍창에 직접 화면을 띄우기도 한다.

현재는 HUD 기술이 매우 발전하여 단순히 도형, 기호를 띄우는 수준을 넘어 영상을 띄우는 것이 가능하다.

전투기에 탑재된 적외선 카메라(FLIR)로 찍은 화면을 그대로 HUD에 뿌려주는 것. 그러면 깜깜한 밤중에 마치 HUD 쪽만 외부로 창이 뚫린 것처럼 전방의 모습이 실제와 동일하게 겹쳐 보인다. 이러면 조종석의 모니터 화면을 보며 전방을 확인하는 것보다 훨씬 유리하다.

HUD에서 좀 더 발전한 것이 HMD(Helmet Mounted Display). 아예 시야가 움직이면 화면도 따라서 움직이도록 헬멧에 화면을 달았다. F-35는 아예 HUD를 없애버리고 HMD만을 사용한다.

전방시야 확보는 운전자에게 있어 가장 중요한 덕목 중 하나다.  자율주행 차량이 아닌 이상 앞을 보고 주변을 파악하며 운전을 해야 하기 때문이다.  하지만 그렇다고 해서 마냥 앞만 보고 달릴 수는 없다 .  사이드 미러와 룸미러를 살피며 주변에 어떤 차량이 있는지 등을 알아야 하기 때문이다 .
   

 

특히 현재 속도가 얼마나 되는지 ,  엔진 회전수나 연비가 어떤지 ,  그리고 어디로 가야 하는지 알기 위해 계기판과 내비게이션까지 함께 살펴봐야 해서 정신없는 운전이 되기 십상이다.  게다가 야간 운전 중에는 낮보다 시야 확보가 어렵기 때문에 전방을 유심히 살펴야 하는데 ,  앞서 이야기한 것처럼 이것 저곳을 살피다 보면 순간적으로 앞을 제대로 못 보는 경우가 생길 수도 있다.
 
일반 운전자 입장에서도 번거로운 것이 시야 확보인데 ,  면허를 갓 취득한 초보운전자나 오랫동안 숙성된 면허증을 가진 장롱면허자들은 더더욱 어려울 것이다.  다행히 요즘 출시된 차량들에는  HUD라는 기능을 사용할 수 있는 차량들이 많아 ,  시야 확보에 대한 번거로움을 줄일 수 있게 되었다.
  

 

 

HUD 란, Head Up Display의 약자이며 우리말로 전방 시현 기라 부른다.  본래 전투기에 적용되었던 기능으로 ,  복잡한 상황에서도 전방 시야 확보를 위해 고개를 든 채 조종 계기판 정보를 볼 수 있다는 의미에서 붙여진 이름이다.  초창기에는 단순한 조준경 이미지 혹은 레이더 정도가 표시되었지만 ,  요즘은 더욱 복잡한 정보들이 종합적으로 표시된다.
 
HUD 가 처음 도입된 것은  1940 년대 초,  영국의 레이더 제조사  TRE에 의해 처음 개발되었다.  야간 비행 시 전투기 조종사가 설명만 듣고 조종해야 하는 어려움이 있었는데 ,  이를 보완해 줄 각종 표시들을 빔으로 투사해 표시해 주는데 성공했다 .
 
1950 년대에는 장치의 소형화와 다양한 정보를 표시해주는 과정을 거쳤으며 심지어 미사일 조준 및 투하를 보조해 주는데도 활용되었다.  시간이 흘러  1980 년대 말 미국 세단 모델에 이  HUD 가 처음 도입되어 자동차 기능의 새로운 지평을 열었다.

이후  2000 년대에 독일 ,  일본에서 도입하기 시작했고 우리나라는 현대기아차를 중심으로  2010 년대 이후 하나 둘 적용되었다.
   

현재  HUD는 두 종류가 널리 사용되고 있으며 한 종류가 출시될 예정이다.  이미 널리 사용되고 있는 방식은 윈드실드 HUD와 컴바이너 HUD이고 ,   나머지 하나는  AR HUD로 차세대  HUD 로 보면 되겠다.
   

컴바이너 HUD 1

 

컴바이너 HUD2

 

HUD의 원리는 타입에 따라 나뉜다.  우선 컴바이너  HUD는 두 가지 타입으로 나눠볼 수 있는데 위 그림과 같이 첫 번째의 경우  PGU(Picture Generation Unit) 에서 디스플레이 빛 정보를  HUD  디스플레이에 직접 투사하며 두 번째 유형의 경우 컴바이너  HUD 는  PGU 에서 한차례 반사를 거쳐  HUD  디스플레이에 비춘다 .
 

윈드실드 HUD

 

그리고 윈드실드에 직접 투영하는 윈드실드 HUD 는 두 차례 반사를 거쳐 운전자가 볼 수 있도록 투영하는데 ,  그중 비구면 거울 (Aspheric mirror) 은 더 넓게 볼 수 있도록 해준다.  덕분에 컴바이너  HUD 보다 가상 이미지가 보이는 거리가 더 멀어져서 주변 풍경과 울려 이질감 없는 환경을 조성한다.
 
이러한 과정 덕분에 속도,  내비게이션 정보,  라디오 정보 등이 운전자 전방 시야 내에 표시되며 낮과 밤을 가리지 않고 잘 보이게 되어 운전자의 운전 집중력을 높이는 등 교통안전에 도움을 준다.
   

 

 

그밖에  AR HUD는 전방의 차량,  도로,  보행자 등에 직접 정보 ( 이미지 )를 덧씌워 보여주는 증강현실 제품으로 , 2020 년 경 본격적으로 적용될 예정이다.
  

HUD 기술이 갓 적용될 무렵 ,  각 브랜드의 상위 모델에만 적용될 만큼 귀한 기능이었다.  하지만 점차 보급화가 진행되면서 소형 ~ 대형까지 널리 적용되는 상황에 이르렀다.  다만 기본 탑재가 아닌 옵션이며 대체로 상위 트림에 적용되어 있다는 점 참고하자.
   

현재  HUD 가 적용된 모델들을 살펴보면 윈드실드 HUD로 팰리세이드 ,  그랜저 ,  싼타페 ,   쏘나타 등이 있으며 컴바이너  HUD 로 코나 ,  벨로스터 등이 있다.
 
모두 상위 트림 선택 시 구매 가능한 옵션에 포진해 있지만 플래그십 모델급에 적용되던 기능들이 소형 모델까지 이용할 수 있다는 점에서 소비자들의 선택의 폭이 넓어졌다고 볼 수 있다 .

기술의 발전은 단순히 운전자를 편리하게 해주는 것으로 끝나지 않고 안전까지 담당하는 경지에 이르렀다.  아직 완전 자율 주행만큼의 편리함에 도달하지는 못했지만 운전자가 신경 써야 하는 짐을 하나하나 덜어내주고 있다는 점에서 앞으로 어떤 기술이 등장할지 기대가 되기도 한다.
 

 

특히 다양한 정보를 선명하게 표시해 주는  HUD에서 한걸음 더 나아가 증강현실 HUD로 운전자의 판단까지 돕는 기능이 대중화된다면 지금보다 더 사고가 줄어들 것으로 기대된다.  또한 첨단 안전 / 편의 기능들이 점차 기본 옵션으로 적용되고 있는 현재,  앞으로  HUD 도 기본 적용 항목이 될지 궁금해진다.