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빛, 컴퓨터, AI의 접점에 대해서

글. 포스텍 컴퓨터공학과 백승환 교수

돌아보니 나의 연구 여정은 ‘빛을 이해하는 과정’이었다.

함께한 (좌)컴퓨터공학과 24학번 30기 알리미 한예림 (우)무은재학부 25학번 31기 알리미 손승현

학부 시절 컴퓨터공학과에서 공부하며, 나는 시각적인 정보를 컴퓨터로 처리하는 일에 흥미를 느꼈다. 대학원에 진학하면서 이 흥미는 컴퓨터 그래픽스와 컴퓨터 비전 연구로 이어졌고, 그 과정에서 새로운 분야와 마주하게 되었다. 바로 ‘광학’이었다.

컴퓨터 그래픽스와 컴퓨터 비전은 컴퓨터를 활용하여 시각 정보를 다루는 학문이다. 그동안 나는 빛을 컴퓨터 상의 데이터로만 생각했다. 그러나 광학을 배우며 빛의 근본적인 성질을 이해하게 되었고, 이 지식은 내가 진행하던 연구를 완전히 새로운 시각으로 바라보게 했다. 이렇게 나는 계산적 이미징 연구를 시작하게 되었다.

박사과정에서는 ‘인간이 볼 수 없는 빛의 파동적 성질을 이용해 세상을 더 깊게 이해하는 방법’을 탐구했다. 빛이 물체와 상호작용을 하며 만들어내는 간섭, 회절, 편광과 같은 물리 현상을 컴퓨터 그래픽스와 컴퓨터 비전에 접목하는 연구를 수행했다.

AI로 설계한 나노물질을 이용해 구현한 360도 홀로그램

당시에는 생소했던 이 접근법이 지금은 하나의 연구 분야로 자리 잡았고, 많은 연구자들이 함께 발전시켜 나가는 모습을 보며 큰 보람을 느끼고 있다. 또한 박사과정 중 AI 기술이 급속히 발전하면서, AI를 활용해 광학과 컴퓨터 그래픽스, 컴퓨터 비전을 통합적으로 다룰 수 있게 되었다.

박사 후 연구원으로 프린스턴 대학교에 진학한 후에는 이를 발전시켜, 나노 단위에서 빛을 제어하는 메타물질을 이용해 증강현실(AR)과 가상현실(VR) 디스플레이, 그리고 초소형 카메라를 설계하는 연구를 수행했다. 이는 AI, 컴퓨터 그래픽스, 비전, 광학, 나노물질을 융합하는 연구로서, 나노 단위에서의 빛 제어라는 새로운 영역에 도전할 수 있었고 현재 많은 후속 연구가 진행되고 있다.

포스텍으로 돌아온 뒤에는 AI를 이용한 나노물질 설계 연구를 심화했다. 그 결과, 세계 최초로 AI가 설계한 나노물질을 이용해 360도 구조화된 빛을 생성하는 데 성공했다. 이 성과는 차세대 초소형 3D LiDAR, 카메라, AR/VR 디스플레이 등에서 중요한 기반 기술이 될 수 있다. 학부 시절 처음 ‘그래픽스’라는 단어를 접했을 때는 상상도 하지 못했던 연구였다.

최근에는 연구의 범위를 더 확장하고 있다. AI, 컴퓨터 그래픽스, 컴퓨터 비전, 광학을 결합해 GPU를 대체할 수 있는 광컴퓨터와 인간의 한계를 넘어서는 슈퍼휴먼 비전을 가진 로봇을 연구하고 있다.

슈퍼휴먼 비전을 가진 로봇

돌아보면 지난 10여 년의 연구 여정은 끊임없는 도전의 연속이었다. 새로운 분야를 배우고, 전혀 다른 학문을 융합하며, 실패를 거듭하는 과정에서도 매일의 연구가 설레고, 매번 세상을 조금 더 이해하게 되는 기분이 든다. 이런 즐거움을 느끼며 연구할 수 있다는 사실이 큰 행운이라 생각한다.

자유롭게 질문할 수 있는 연구 문화, 실패를 극복하는 끈기, 서로 배우고 격려해 주는 동료들, 그리고 가족들의 끊임없는 지지가 큰 힘이 되었다. 그 모든 것들이 지금의 나를 만들었고, 앞으로의 나를 계속 이끌어줄 것이다. 

연구실 단체사진

앞으로도 새로운 연구 분야를 개척하며 학생들과 함께 성장하고자 한다. 내가 걸어온 길이 다음 세대 연구자들에게 도전의 용기를 줄 수 있기를 바라며, ‘빛을 향한 여정’을 계속 이어가고자 한다. 학과와 학교, 나아가 사회와 인류에 기여하는 연구자가 되는 것이 나의 목표다.

Seung-Hwan Baek

백승환 교수는 POSTECH 컴퓨터공학과 부교수로 인공지능대학원에 공동 소속되어 있다. 그는 POSTECH Computer Graphics Lab의 공동 디렉터, POSTECH Computational Imaging Group의 디렉터로 활동하고 있다. 그의 연구는 컴퓨터 그래픽스, 컴퓨터 비전, AI, 광학의 교차점에 위치하며, 빛, 물질의 외관, 기하 구조 사이의 복잡한 상호작용으로부터 생성되는 고차원 시각 데이터를 포착, 모델링, 분석하는 데 초점을 두고 있다. 이러한 연구는 모바일 카메라, 로봇, 자율주행차, VR/AR 디스플레이, 과학 장비 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 그는 Asiagraphics 젊은 연구자상(Young Researcher Award), 국제기초과학학회(ICBS) 과학 프런티어상(Frontiers of Science Award), 한국과학기술한림원 우수박사학위논문상, SIGGRAPH Asia 박사컨소시엄 선정, Microsoft Research Asia 박사 펠로십, ACCV 최우수 응용논문상 및 최우수 데모상 등을 수상한 바 있다.