iPhone의 LiDAR 작동 원리 (그리고 측정에 왜 중요한가)
카메라 렌즈 옆에 있는 작은 검은 점에 대한 실용적인 설명입니다. LiDAR 센서가 어떻게 나노초 단위로 깊이를 측정하는지, 카메라만 사용하는 AR과 무엇이 다른지, 그리고 실제로 판도를 바꾸는 구체적인 작업들을 다룹니다.
Apple은 2020년에 iPhone Pro 모델에, 그리고 2020년 이후 모든 iPad Pro에 LiDAR 센서를 추가했습니다. 후면 카메라 렌즈 옆에 있는 작은 검은색 사각형이 바로 그것입니다. 마케팅에서는 "Lidar 스캐너"라고 부르지만, 기술적으로는다이렉트 비행시간(ToF) 방식의 깊이 센서입니다. 이 글에서는 그것이 실제로 무엇을 하는지, 왜 그것이 있을 때 ARKit이 훨씬 빠르고 정확해지는지, 그리고 그로 인해 어떤 측정 작업이 달라지는지를 설명합니다.
LiDAR란 실제로 무엇인가
LiDAR는 "Light Detection and Ranging"(빛을 이용한 탐지 및 거리 측정)의 약자입니다. 센서는 보이지 않는 적외선 레이저 펄스를 쏜 다음, 그 펄스가 다시 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 이 왕복 시간에 빛의 속도의 절반을 곱하면, 펄스가 부딪힌 대상까지의 거리를 알 수 있습니다.
iPhone의 LiDAR는 격자 패턴으로 576개의 펄스를 동시에 초당 30번 쏩니다. 이를 통해 주변 환경의 576개 지점으로 이루어진 깊이 맵을 초당 30번 갱신하며 얻을 수 있는데, 본질적으로는 3D 깊이 영상 스트림입니다.
도달 범위: 실내에서 약 5미터, 실외에서 3미터(햇빛이 센서를 포화시킵니다). 정확도: 1 m에서 ±1 cm이며, 5 m에서는 ±5 cm까지 커집니다.
LiDAR가 없는 AR은 대신 무엇을 하는가
LiDAR가 없는 iPhone(iPhone Xs부터 일반 iPhone 14, 일반 iPhone 15/16/17)에서는 깊이를 카메라의 움직임과 시차로부터 추정합니다. 휴대폰을 움직이면 공간 속 같은 지점이 카메라 화면 안에서 이동하는데, 이 겉보기 이동량이 그 지점이 얼마나 멀리 있는지를 소프트웨어에 알려줍니다.
이를 "시각-관성 주행 거리 측정"(VIO)이라고 합니다. 여기에는 다음이 필요합니다:
- 장면에 보이는 텍스처(아무것도 없는 흰 벽에는 특징이 없습니다)
- 좋은 조명(카메라 셔터가 선명한 프레임을 포착해야 합니다)
- 움직임(계산이 성립하려면 휴대폰을 움직여야 합니다)
- 실행 후 수렴하기까지 약 3초
영리하고 작동하기는 하지만, 취약합니다. 반사면, 어두운 방, 정지된 휴대폰은 모두 성능을 떨어뜨립니다.
LiDAR가 있으면 무엇이 달라지는가
| 동작 | LiDAR 없음 | LiDAR 있음 |
|---|---|---|
| AR 세션 시작 시간 | 약 3-5초(휴대폰을 움직여 보정) | 약 0.5초(깊이를 직접 읽음) |
| 아무것도 없는 흰 벽에서 작동하나? | 어려움, 텍스처가 필요함 | 예, 레이저는 시각적 텍스처와 무관하게 깊이를 읽습니다 |
| 완전한 어둠 속에서 작동하나? | 아니요(카메라가 볼 수 없음) | 예(레이저 자체가 광원입니다) |
| 3 m에서의 정확도 | ±15-25 mm | ±5-10 mm |
| 환경의 3D 메시를 캡처하나? | 아니요 | 예, Apple의 RoomPlan API가 이를 사용합니다 |
| 가구 / 사물을 자동으로 감지하나? | 아니요 | 예, 소파, 침대, 냉장고, 문, 창문에 태그가 붙습니다 |
이것이 측정 앱에 의미하는 바
구체적인 차이는 세 가지입니다:
- RoomPlan 스캔. Apple의 RoomPlan 프레임워크(Ruler AR이 방 스캔에 사용합니다)는 LiDAR 기기에서만 작동합니다. 걸어 다니며 60-90초 만에 방의 완전한 3D 모델 — 벽, 창문, 문, 가구 — 을 캡처합니다. LiDAR가 없으면 RoomPlan도 없습니다.
- 아무것도 없는 벽을 탭할 때의 정확도. 특징 없는 흰 벽에 카메라를 향하고 탭하여 측정할 때, LiDAR가 없으면 앱은 다른 곳에서 감지한 모서리를 바탕으로 평면의 위치를 추측합니다. LiDAR가 있으면 탭한 바로 그 픽셀의 실제 깊이를 읽습니다. 그 차이는 긴 벽에서 ±2-3 cm의 오차로 나타납니다.
- 속도. 앱을 처음부터 실행하고 곧바로 무언가를 향합니다. LiDAR 없음: AR이 수렴할 때까지 3-5초 기다립니다. LiDAR 있음: 0.5초 만에 읽습니다. 한 번 조사에서 20번 측정하는 시공자에게는 방문 한 번당 60초 이상을 절약하는 셈입니다.
어떤 iPhone에 LiDAR가 있는가
- iPhone 12 Pro / 12 Pro Max
- iPhone 13 Pro / 13 Pro Max
- iPhone 14 Pro / 14 Pro Max
- iPhone 15 Pro / 15 Pro Max
- iPhone 16 Pro / 16 Pro Max
- iPhone 17 Pro / 17 Pro Max
- iPad Pro(4세대, 2020) 및 이후 모델
- iPad Air(M2, 2024) 및 이후 모델
일반(비 Pro) iPhone에는 LiDAR가 없습니다. Apple은 이것이 의도적인 것이며 LiDAR가 "Pro" 차별화 요소임을 시사했습니다. LiDAR가 일반 iPhone에 탑재된다는 발표는 없습니다.
LiDAR가 없다면 여전히 무엇을 할 수 있나?
자동 3D 방 스캔을 제외하면 거의 모든 것이 가능합니다. 카메라 기반 AR 측정은 거리, 높이, 면적, 각도에 대해 여전히 작동합니다. 수동 룸 빌더를 사용하면 둘레를 걸으며 모서리를 탭하는 것만으로 평면도를 만들 수 있으며, LiDAR가 필요하지 않습니다. 그렇게 만들어진 도면은 2D에서는 LiDAR 스캔만큼이나 정확합니다.
Ruler AR 무료 버전은 Xs 이후의 모든 iPhone에서 모든 기능을 제공합니다. LiDAR는 속도와 3D 스캔을 더해 주지만, 핵심 측정 워크플로는 하드웨어에 구애받지 않습니다.
앞으로
Apple의 2024년 특허는 전신 3D 스캔과 AR 피트니스 애플리케이션을 위해 LiDAR를 전면 카메라(TrueDepth 센서)와 결합하려는 작업을 보여줍니다. 측정 측면에서는 더 긴 거리에서의 더 높은 정확도와 어쩌면 실외 LiDAR(현재 햇빛으로 인해 약 3 m로 제한됨)를 기대할 수 있습니다. 지금으로서는, 측정을 생업으로 한다면 Pro 모델은 몇 달의 전문적인 사용만으로 가격 차이를 회수해 줍니다.