가상 현실 스트리밍

가상 현실 스트리밍에서 데이터 압축 및 인코딩은 방대한 양의 입체 영상과 공간 음향 데이터를 효율적으로 전송하기 위한 핵심 기술이다. 고해상도의 360도 영상을 실시간으로 전송하려면 초당 기가비트 수준의 원본 데이터를 처리해야 하는데, 이는 현재의 네트워크 대역폭으로는 불가능하다. 따라서, 손실 압축과 손실 없는 압축 기술을 조합하여 데이터 양을 대폭 줄이는 과정이 필수적이다. 일반적으로 H.264/AVC, H.265/HEVC, 그리고 최근에는 H.266/VVC 같은 비디오 코덱이 널리 사용되며, 이들은 공간적 중복성과 시간적 중복성을 제거하여 압축 효율을 극대화한다.

인코딩 과정에서는 사용자의 시점과 주의를 집중하는 영역인 포비아틱 렌더링 기법이 중요하게 적용된다. 이 기술은 사용자가 응시하는 중심 시야 부분은 고품질로, 주변 시야는 상대적으로 낮은 품질로 인코딩하는 방식이다. 이를 통해 전송해야 할 총 데이터량을 획기적으로 줄이면서도 주관적인 화질 저하를 최소화할 수 있다. 음향 데이터의 경우, 객체 기반 오디오나 음장 오디오 형식으로 인코딩되어 청취자의 머리 움직임에 따라 실시간으로 변화하는 3차원 공간감을 제공한다.

데이터는 전송 전에 적절한 컨테이너 포맷으로 패키징된다. 주요 포맷으로는 MPEG-DASH나 HLS와 같은 적응형 스트리밍 프로토콜과 호환되는 MP4 또는 WebM이 사용된다. 인코딩 파라미터는 네트워크 상태에 실시간으로 적응하도록 설계되며, 이는 동적 적응 스트리밍의 기반이 된다.

이러한 압축 및 인코딩 기술의 발전은 네트워크 부하를 경감시키고, 보다 접근성 높은 고품질 가상 현실 경험을 가능하게 하는 동력이다.

가상 현실 스트리밍은 높은 데이터 처리량과 엄격한 지연 시간 요구사항을 충족하기 위해 특수화된 네트워크 프로토콜을 사용한다. 기존의 TCP는 패킷 손실 시 재전송을 보장하지만, 이로 인한 지연은 실시간성에 치명적일 수 있어, 가상 현실 환경에는 적합하지 않다. 따라서 UDP 기반의 프로토콜이 선호되며, 여기에 신뢰성과 혼잡 제어 메커니즘을 추가한 프로토콜들이 개발되었다. 예를 들어, QUIC 프로토콜은 TCP와 TLS의 핸드셰이크 지연을 줄이고, 멀티플렉싱을 지원하여 패킷 손실 시 전체 스트림의 지연을 최소화하는 데 유리하다.

실시간 통신을 위한 WebRTC도 중요한 표준이다. WebRTC는 브라우저 간 P2P 오디오, 비디오 및 데이터 스트리밍을 가능하게 하며, SRTP를 사용하여 미디어를 암호화 전송한다. 특히 가상 현실 스트리밍에서 사용자의 헤드 트래킹 데이터와 같은 중요 제어 신호는 신뢰성 있는 채널을 통해, 반면 고해상도 비디오 프레임은 저지연을 우선하는 채널을 통해 전송하는 등 데이터 유형별로 차별화된 프로토콜 정책이 적용된다.

또한, 네트워크 상태에 동적으로 적응하기 위해 대역폭 예측 알고리즘과 혼잡 제어 알고리즘이 프로토콜 스택에 통합된다. 이러한 알고리즘은 네트워크 지연과 패킷 손실률을 실시간으로 모니터링하여 비디오의 인코딩 비트레이트와 해상도를 조정하도록 스트리밍 서버에 피드백을 제공한다. 결과적으로, 가상 현실 스트리밍의 네트워크 프로토콜은 단순한 데이터 전송을 넘어, 끊김 없는 몰입형 경험을 보장하기 위한 종합적인 품질 관리 체계의 핵심 구성 요소 역할을 한다.

가상 현실 스트리밍에서 렌더링은 서버 또는 클라이언트 장치에서 3차원 그래픽 장면을 생성하는 과정을 의미한다. 클라우드 기반 스트리밍에서는 주로 원격 서버에서 고품질의 장면을 렌더링하고, 그 결과인 비디오 프레임을 압축하여 사용자에게 전송한다. 반면, 하이브리드 또는 클라이언트 기반 방식에서는 일부 렌더링 작업을 HMD나 연결된 장치에서 수행하여 네트워크 부하를 줄인다. 렌더링 엔진은 사용자의 헤드 트래킹 데이터를 실시간으로 반영하여 시점을 지속적으로 업데이트해야 하며, 이를 위해 매우 높은 프레임 속도(일반적으로 90fps 이상)를 유지하는 것이 필수적이다.

생성된 영상은 사용자의 HMD에 표시된다. 대부분의 현대적 HMD는 스테레오스코픽 디스플레이를 채용하여 양안에 서로 다른 영상을 제공함으로써 입체감을 구현한다. 디스플레이 기술은 주로 LCD 또는 OLED 패널을 사용하며, 높은 해상도와 빠른 응답 속도, 높은 재생률을 요구한다. 또한, 시야각을 넓게 유지하면서도 선명도를 높이기 위해 특수한 광학 렌즈 시스템이 사용된다.

사용자 경험을 최적화하기 위해 여러 고급 렌더링 기법이 적용된다. 주요 기법은 다음과 같다.

마지막으로, 렌더링 파이프라인과 디스플레이 시스템은 고주사율과 저지연 모드와 같은 기술을 통해 운동병증을 최소화하고 자연스러운 상호작용을 보장하도록 설계된다. 이 모든 과정은 최종 사용자에게 원격으로 생성된 가상 환경이 현장에서 렌더링된 것과 유사한 높은 수준의 몰입감을 전달하는 것을 목표로 한다.

클라우드 기반 스트리밍은 모든 렌더링 작업을 원격 서버에서 처리하고, 생성된 가상 현실 영상을 비디오 스트림 형태로 사용자 HMD에 전송하는 방식이다. 이 방식에서는 사용자 측의 장치가 고사양 GPU를 갖출 필요가 없으며, 주요 역할은 입력 신호(예: 헤드 트래킹, 컨트롤러 입력)를 서버로 전송하고, 서버에서 실시간으로 생성된 압축 비디오 스트림을 수신하여 디코딩하고 표시하는 것이다. 따라서 비교적 가벼운 스탠드얼론 HMD나 심지어 스마트폰을 이용한 모바일 VR에서도 고품질의 고사양 VR 콘텐츠를 경험할 수 있는 가능성을 열어준다.

이 방식의 핵심 인프라는 클라우드 게이밍 서비스와 유사한 대규모 데이터 센터이다. 각 서버 인스턴스는 개별 사용자에게 전용으로 할당되어, 해당 사용자의 입력에 반응하여 실시간 렌더링을 수행한다. 이후 생성된 프레임은 H.264/H.265(HEVC) 또는 AV1 같은 고효율 비디오 코덱으로 초고속 압축(인코딩)되어 네트워크를 통해 전송된다. 서비스 제공업체는 엔비디아의 GeForce Now, 구글의 Stadia(서비스 종료), 마이크로소프트의 Xbox Cloud Gaming 등이 있으며, 이들의 기술을 VR 영역에 적용하는 연구와 서비스가 진행 중이다.

클라우드 기반 스트리밍의 주요 장점과 단점은 다음과 같이 정리할 수 있다.

따라서 이 방식의 실용화를 위해서는 5G 및 광대역 네트워크의 보급과 함께, 엣지 컴퓨팅 기술을 결합하여 데이터 센터와 사용자 사이의 물리적 거리와 지연 시간을 최소화하는 노력이 병행되어야 한다.

엣지 컴퓨팅은 클라우드 컴퓨팅의 중앙 집중식 처리 방식에서 벗어나, 데이터 생성원(예: 가상 현실 헤드셋)과 물리적으로 가까운 네트워크의 가장자리(Edge)에 컴퓨팅 자원을 분산 배치하는 패러다임이다. 가상 현실 스트리밍에서 엣지 컴퓨팅을 활용하는 핵심 목적은 지연 시간을 획기적으로 줄이고 네트워크 부하를 분산시키는 것이다. 중앙 클라우드 데이터센터까지 모든 데이터를 왕복할 필요 없이, 엣지 서버에서 실시간 렌더링이나 복잡한 데이터 처리를 수행하여 최종 사용자에게 더 빠른 응답을 제공한다.

구체적인 적용 방식은 다음과 같다. 사용자의 VR 헤드셋은 헤드 트래킹 및 컨트롤러 입력 데이터만 근처의 엣지 서버로 전송한다. 엣지 서버는 이 입력 데이터를 수신하여 해당 사용자 시점의 고품질 가상 현실 영상을 실시간으로 렌더링한 후, 압축하여 사용자 장치로 다시 스트리밍한다. 이 방식은 사용자 장치의 로컬 연산 부하를 크게 덜어주면서도, 중앙 클라우드까지의 거리에 따른 지연을 피할 수 있다. 특히 다수의 사용자가 동일한 가상 공간을 공유하는 멀티플레이어 환경에서, 엣지 서버가 지역별로 분산되어 각 사용자 그룹의 데이터를 효율적으로 처리할 수 있다.

엣지 컴퓨팅 기반 스트리밍의 장점과 고려사항은 아래 표와 같다.

결론적으로, 엣지 컴퓨팅은 고품질 실시간 스트리밍을 요구하는 가상 현실 응용 분야에서 클라우드 기반 스트리밍의 한계를 보완하는 핵심 기술로 주목받고 있다. 특히 증강 현실, 원격 협업, 대규모 메타버스 서비스와 같은 미래 지향적 응용 프로그램의 실용화를 가능하게 하는 기반 인프라로 평가된다.

P2P(피어투피어) 스트리밍은 중앙 서버를 거치지 않고 사용자 기기들 간에 직접 데이터를 교환하는 방식으로 가상 현실 콘텐츠를 전송합니다. 이 방식은 전통적인 클라이언트-서버 모델과 달리, 각 참여 노드(peer)가 콘텐츠의 일부를 받으면서 동시에 다른 노드에게 전송하는 역할을 수행합니다. 이를 통해 단일 서버에 집중되는 트래픽 부하와 대역폭 비용을 분산시키는 효과를 얻을 수 있습니다.

P2P 스트리밍의 작동 원리는 일반적으로 토렌트 프로토콜과 유사합니다. 가상 현실 환경의 시각적 데이터는 작은 조각(chunk)으로 분할되어 네트워크에 참여하는 여러 노드들 사이에 분산 저장됩니다. 사용자가 HMD를 통해 특정 시점을 바라볼 때, 필요한 데이터 조각을 중앙 서버뿐만 아니라 주변의 다른 피어 노드들로부터 병렬로 수신합니다. 이 구조는 지리적으로 가까운 노드 간 데이터 교환을 촉진하여 전송 지연을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

그러나 가상 현실 스트리밍에 P2P 방식을 적용할 때는 몇 가지 기술적 난제가 존재합니다. 가장 큰 문제는 저지연 요구사항입니다. P2P 네트워크에서 데이터 조각을 찾고 조립하는 과정은 중앙 서버에서 직접 스트리밍하는 방식보다 예측 불가능하고 지연이 발생할 수 있습니다. 또한, 모든 사용자의 시점이 실시간으로 달라지는 6DoF 환경에서는 필요한 데이터가 균일하게 분산되지 않아 특정 노드에 부하가 집중될 수 있습니다. 네트워크 참여 노드 수가 적은 경우나 노드들의 업로드 대역폭이 제한된 경우에는 스트리밍 품질이 급격히 저하될 위험이 있습니다.

이러한 한계에도 불구하고, P2P 스트리밍은 대규모 동시 접속자가 예상되는 가상 현실 라이브 이벤트나 공유 가상 공간에서 서버 인프라 비용을 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 연구에서는 혼합 현실 콘텐츠의 정적 배경 요소를 P2P로 배포하고, 실시간으로 변화하는 객체 데이터만 서버를 통해 전송하는 하이브리드 방식을 제안하기도 합니다[2].

저지연은 가상 현실 스트리밍의 핵심 성공 요인이다. 사용자의 머리와 눈의 움직임에 따라 시야가 변하는 가상 현실 환경에서, 입력 동작과 화면 갱신 사이의 지연이 크면 운동병을 유발하거나 몰입감을 심각하게 저해할 수 있다. 일반적으로 사용자가 불편함을 느끼지 않는 임계값은 포톤 투 모션 지연 기준으로 약 20ms 미만으로 알려져 있다. 이는 전통적인 비디오 스트리밍에 요구되는 수준보다 훨씬 엄격한 조건이다.

이러한 저지연을 달성하기 위해서는 엔드 투 엔드 지연을 구성하는 여러 단계를 최적화해야 한다. 주요 구성 요소는 다음과 같다.

각 단계의 지연을 줄이기 위해 다양한 기술이 적용된다. 입력 캡처는 예측 알고리즘으로 보완되고, 렌더링은 효율적인 프레임워크와 하드웨어 가속을 통해 최적화된다. 네트워크 전송에서는 지연 제어 알고리즘과 함께 UDP 기반의 전용 프로토콜이 종종 사용되며, 데이터 압축에는 저지연 인코딩 모드를 지원하는 H.264, H.265, 또는 AV1 코덱이 활용된다. 최종적으로 프레임률을 높이고 고정 프레임 시간을 유지하는 것이 전체적인 지연 감소에 기여한다.

가상 현실 스트리밍은 고대역폭 네트워크 연결을 필수적으로 요구한다. 일반적인 HD(1080p) 비디오 스트리밍과 비교할 때, 가상 현실 콘텐츠는 양안을 위한 두 배의 해상도, 높은 프레임률, 그리고 종종 더 넓은 색역과 심도 정보를 전송해야 하므로 데이터 전송량이 훨씬 크다. 완전한 몰입감을 제공하기 위해서는 최소 4K 이상의 해상도와 90fps 이상의 고프레임률이 필요하며, 이는 초당 수백 메가비트에 달하는 데이터를 생성한다.

필요 대역폭은 해상도, 프레임률, 압축 효율성에 따라 크게 달라진다. 일반적인 요구사항은 다음과 같다.

이러한 대역폭 요구사항은 데이터 압축 기술의 발전과 밀접한 연관이 있다. H.264, H.265(HEVC), 그리고 최신의 AV1이나 VVC 같은 코덱은 동일한 화질을 더 낮은 비트레이트로 전송할 수 있도록 도와준다. 그러나 압축률이 높아질수록 인코딩과 디코딩에 필요한 처리 부하와 지연 시간이 증가할 수 있는 딜레마에 직면한다.

광대역 네트워크 인프라, 특히 5G 및 광섬유 기반의 유선 네트워크는 이러한 고대역폭 수요를 충족시키는 핵심 기반이 된다. 특히 5G의 고속 모바일 광대역(eMBB) 특성은 무선 환경에서 고품질 가상 현실 스트리밍을 가능하게 하는 중요한 요소이다. 네트워크 공급자는 지속적으로 용량을 확장하고 있지만, 고해상도 콘텐츠의 보급 속도가 네트워크 인프라의 발전 속도를 앞지르는 경우가 많아 현실적인 과제로 남아 있다[4].

동적 적응 스트리밍은 네트워크 상태와 클라이언트 장치의 성능에 실시간으로 대응하여 스트리밍 품질을 자동으로 조절하는 기술이다. 이 기술은 가상 현실 콘텐츠를 전송할 때 발생할 수 있는 지연 시간 증가나 버퍼링 현상을 최소화하는 데 핵심적인 역할을 한다. 서버는 동일한 콘텐츠를 여러 가지 비트레이트와 해상도로 사전에 인코딩하여 준비해둔다. 이후 클라이언트는 주기적으로 네트워크 대역폭, 패킷 손실률, 처리 성능 등을 모니터링하고, 이 정보를 바탕으로 가장 적합한 품질의 비디오 세그먼트를 다음에 요청한다.

이 과정은 일반적인 비디오 스트리밍에서 사용되는 적응형 비트레이트 스트리밍 원리를 기반으로 하지만, 가상 현실 환경의 특수성을 고려하여 더욱 정교하게 설계된다. 예를 들어, 사용자의 시야각 중심부에 해당하는 부분은 고해상도로, 주변부는 상대적으로 낮은 해상도로 전송하는 파노라마 타일 기반 스트리밍 방식과 결합되기도 한다[5]. 이를 통해 전체 데이터 전송량을 줄이면서도 사용자가 실제로 주시하는 영역의 화질은 유지할 수 있다.

적응 로직의 성능은 최종 사용자 경험을 직접적으로 결정한다. 너무 공격적으로 품질을 낮추면 화질 저하가 뚜렷하게 느껴지고, 너무 보수적으로 품질을 유지하면 지연이나 끊김이 발생할 수 있다. 따라서 현대의 동적 적응 스트리밍 시스템은 단순히 대역폭만이 아닌, 헤드 마운트 디스플레이의 움직임 예측, 프레임률, 디코딩 부하 등 다양한 매개변수를 종합적으로 고려한 머신러닝 기반 알고리즘을 적용하는 추세이다.

가상 현실 스트리밍은 게임 및 엔터테인먼트 산업에 혁신적인 변화를 가져왔다. 이 기술을 통해 사용자는 고사양의 가상 현실 하드웨어를 직접 구매하지 않고도, 클라우드 서버에서 렌더링된 고품질의 VR 게임과 인터랙티브 미디어 콘텐츠를 저사양 장치에서 즐길 수 있다. 이는 접근성을 크게 높여 더 많은 사용자가 몰입형 경험을 할 수 있도록 한다.

주요 응용 분야로는 클라우드 게이밍 서비스의 확장이 있다. 기존 서비스들이 평면 화면의 게임을 스트리밍했다면, VR 스트리밍은 사용자의 머리와 손의 움직임을 실시간으로 서버에 전송하고, 그에 맞춰 렌더링된 360도 영상을 다시 사용자에게 전송한다. 이를 통해 대규모 멀티플레이어 VRMMO나 고사양 시뮬레이션 게임을 체험하는 것이 가능해졌다.

엔터테인먼트 측면에서는 기존의 수동적인 영상 시청을 넘어서는 경험을 제공한다. 사용자는 가상의 콘서트장에 참석해 아티스트를 가까이에서 보거나, 영화 속 장면에 들어가 주변을 둘러보는 식의 체험형 콘텐츠를 즐길 수 있다. 또한, 소셜 VR 플랫폼과 결합되어 친구들과 함께 가상 영화관에서 영화를 보거나 게임을 하는 등의 사회적 활동도 가능해진다.

가상 현실 스트리밍 기술은 물리적 거리의 제약을 극복하고 몰입감 있는 상호작용을 가능하게 하여 원격 협업과 원격 교육 분야에 혁신을 가져왔다. 이 기술은 단순한 화상 회의를 넘어 사용자들이 공유된 가상 공간에서 마치 같은 장소에 있는 것처럼 협업하고 학습할 수 있는 환경을 제공한다.

원격 협업 분야에서는 메타버스 형태의 가상 오피스나 협업 공간이 구축된다. 팀원들은 아바타를 통해 모여 3D 모델을 함께 검토하거나, 가상 화이트보드에 아이디어를 스케치하고, 복잡한 데이터를 입체적으로 시각화하여 분석할 수 있다. 예를 들어, 제조업에서는 지리적으로 떨어진 엔지니어들이 가상 현실 환경에서 제품 프로토타입을 함께 조립하고 검증할 수 있으며, 건축 분야에서는 건물 설계를 실시간으로 공유하고 수정할 수 있다[6].

교육 분야에서는 실감형 콘텐츠를 활용한 효과적인 학습이 가능해진다. 의학 교육에서는 학생들이 가상의 인체를 해부하거나 복잡한 수술 절차를 연습할 수 있으며, 역사 교육에서는 과거의 유적지나 사건 현장을 직접 체험하는 것 같은 학습이 이루어진다. 실험실 환경이 부족한 상황에서도 안전하게 화학 실험이나 물리 실험을 반복할 수 있어 교육의 접근성과 효율성을 크게 높인다.

이러한 적용은 특히 팬데믹과 같은 사회적 거리두기 기간 동안 그 필요성이 부각되었으며, 향후 하이브리드 근무와 교육의 표준적인 도구로 자리 잡을 전망이다.

가상 현실 스트리밍 기술은 가상 이벤트와 가상 관광 분야에서 혁신적인 체험을 제공하는 핵심 인프라가 되었다. 이 기술은 사용자가 물리적으로 이동하지 않고도 원격지에서 진행되는 콘서트, 컨퍼런스, 스포츠 경기 등에 실시간으로 참여하거나, 세계 각국의 유명 관광지를 탐험할 수 있는 가능성을 열었다. 특히 팬데믹 기간 동안 대면 행사의 제약이 커지면서 그 유용성이 두드러지게 부각되었다.

가상 이벤트 분야에서는 360도 카메라와 3D 공간 오디오 기술을 결합한 생중계 스트리밍이 활발히 적용된다. 참가자는 VR 헤드셋을 통해 마치 현장에 있는 듯한 몰입감을 느끼며, 다른 참가자들과의 아바타 기반 사회적 상호작용도 가능하다[7]. 주요 이벤트 플랫폼들은 사용자 수용 인원, 상호작용 도구, 티켓팅 시스템 등을 통합하여 종합적인 서비스를 제공한다.

가상 관광 응용에서는 고해상도의 실사 기반 3D 모델링 또는 완전한 CGI(컴퓨터 생성 이미지) 환경이 스트리밍된다. 사용자는 역사적 유적지, 박물관, 자연 경관 등을 자유로운 시점에서 탐방할 수 있으며, 안내 설명이나 상호작용 요소가 추가된 교육적 경험을 누릴 수 있다. 이는 접근성이 낮은 장소를 방문하거나, 문화유산을 디지털 방식으로 보존하고 전파하는 수단으로도 주목받는다.

이러한 응용은 여전히 고품질 콘텐츠 제작의 높은 비용, 모든 사용자가 고사양 VR 기기를 보유하지 못하는 접근성 문제, 그리고 완전한 몰입을 위한 저지연 네트워크의 보편적 필요성 등의 과제에 직면해 있다. 그러나 기술 발전과 함께 그 잠재력과 영향력은 지속적으로 확대될 전망이다.

MPEG-I는 국제 표준화 기구(ISO)와 국제 전기 통신 연합(ITU)의 공동 그룹인 동영상 전문가 그룹(MPEG)이 개발한 표준 패키지로, 포괄적 미디어 경험(Immersive Media)을 위한 표준을 정의한다. 이 표준군은 특히 360도 비디오, 3D 오디오, 그리고 가장 중요한 가상 현실, 증강 현실, 혼합 현실 콘텐츠의 효율적인 압축, 전송, 렌더링 및 상호작용을 위한 포괄적인 프레임워크를 제공하는 것을 목표로 한다. MPEG-I는 기존의 2D 미디어 표준을 넘어서는 새로운 기술 요구사항을 해결하기 위해 설계되었다.

MPEG-I 표준은 여러 파트로 구성되어 있으며, 각 파트는 몰입형 경험의 특정 측면을 다룬다. 주요 구성 요소는 다음과 같다.

이 중 OMAF는 가상 현실 스트리밍과 가장 직접적으로 관련이 깊은 표준이다. OMAF는 360도 비디오를 효율적으로 패키징하고 전송하기 위한 규격으로, 등적 사영(Equirectangular Projection)이나 정육면체 사영(Cubemap Projection)과 같은 방식을 사용하여 영상을 인코딩한다. 또한, 시청자의 시점(헤드 포지션)에 따라 고화질의 타일(Tile)만 선택적으로 전송하는 뷰포트 종속 스트리밍을 지원하여 대역폭을 절감한다. MPEG-I 표준의 채택은 서로 다른 하드웨어와 플랫폼 간의 호환성을 높이고, 콘텐츠 제작자와 서비스 제공자가 단일 표준에 기반한 효율적인 솔루션을 구축할 수 있게 한다[9].

WebXR 스트리밍은 WebXR Device API를 기반으로 웹 브라우저 환경에서 가상 현실 및 증강 현실 콘텐츠를 실시간으로 전송하고 재생하는 방식을 의미한다. 이 접근법은 별도의 네이티브 애플리케이션 설치 없이 표준 웹 기술(HTML5, WebGL, WebRTC 등)을 통해 XR 경험을 제공하는 것을 목표로 한다. 웹의 보편성과 접근성을 활용하여 사용 장벽을 낮추고, 다양한 디바이스 간 호환성을 확보하는 데 중점을 둔다.

기술적으로 WebXR 스트리밍은 주로 WebRTC 프로토콜을 통해 실시간 미디어 스트림을 전달한다. 클라이언트(사용자의 브라우저)는 WebXR API를 사용하여 헤드셋이나 모바일 디바이스의 트래킹 데이터를 입력받고, 이 데이터를 서버나 다른 피어로 전송한다. 서버 측에서는 이 입력 데이터를 바탕으로 가상 장면을 렌더링한 후, 비디오 프레임으로 압축하여 다시 클라이언트로 실시간 스트리밍한다. 이때 VP9이나 AV1 같은 효율적인 비디오 코덱과 저지연 스트리밍 기술이 결합되어 사용된다.

WebXR 스트리밍의 주요 장점과 특징은 다음과 같다.

그러나 웹 환경의 제약으로 인해 네이티브 애플리케이션에 비해 그래픽 품질과 성능이 제한될 수 있으며, 모든 XR 하드웨어 기능을 완벽하게 활용하기 어려운 과제도 존재한다. 표준화 기구인 W3C의 WebXR Working Group은 이러한 문제를 해결하고 API를 확장하기 위해 지속적으로 표준을 발전시키고 있다.

가상 현실 스트리밍 서비스의 보편화는 네트워크 인프라의 성능과 접근성에 직접적인 제약을 받습니다. 고품질의 가상 현실 콘텐츠를 실시간으로 전송하기 위해서는 기존의 동영상 스트리밍보다 훨씬 더 높은 수준의 네트워크 조건이 필요합니다. 특히 광대역 통신망이 충분히 구축되지 않은 지역에서는 서비스 이용 자체가 불가능하거나 품질이 극히 제한될 수 있습니다.

주요 제약 요소로는 대역폭, 지연 시간, 패킷 손실이 있습니다. 고해상도의 360도 비디오나 실시간 렌더링된 몰입형 가상 환경을 전송하려면 초당 수백 메가비트에 달하는 안정적인 대역폭이 요구됩니다. 또한, 사용자의 머리 움직임과 화면의 시각적 피드백 사이의 지연(레이턴시)이 20ms 미만으로 유지되어야 멀미를 방지할 수 있습니다. 이러한 극저지연 통신은 현재의 인터넷 기반 범용 패킷 교환 네트워크 구조에서는 달성하기 어려운 과제입니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 5G 및 6G와 같은 차세대 이동 통신 기술과 광섬유 기반의 초고속 유선망 확대가 필수적입니다. 또한, 엣지 컴퓨팅을 통해 데이터 처리와 전송 경로를 최적화하여 코어 네트워크의 부하와 전송 거리를 줄이는 접근법이 활발히 연구되고 있습니다. 그러나 전 세계적으로 균일한 고성능 네트워크 인프라를 구축하는 데는 막대한 시간과 비용이 소요될 것으로 예상됩니다.

가상 현실 스트리밍 서비스는 고화질 영상과 저지연 전송을 위해 막대한 양의 데이터를 필요로 한다. 일반적인 4K UHD 영상 스트리밍보다 수십 배 많은 데이터를 소비하는 경우가 많다. 예를 들어, 6자유도(6DoF)의 완전한 몰입형 가상 현실 콘텐츠를 스트리밍할 경우, 초당 수백 메가비트에 달하는 대역폭이 요구될 수 있다[11]. 이는 사용자의 데이터 요금제에 큰 부담이 되며, 특히 모바일 네트워크 환경에서는 빠르게 데이터 한도를 초과할 수 있다.

이러한 높은 데이터 소비량은 서비스 제공자에게도 비용 문제를 야기한다. 대규모 사용자 기반을 상대로 고품질 스트리밍을 제공하려면 막대한 콘텐츠 전송 네트워크(CDN) 비용과 데이터 센터 운영 비용이 발생한다. 또한, 데이터 사용량이 많을수록 전력 소비도 증가하여 서비스의 환경적 지속 가능성에 대한 우려를 낳는다.

문제를 완화하기 위해 데이터 압축 기술의 발전이 지속적으로 이루어지고 있다. MPEG-I와 같은 새로운 표준은 효율적인 점유적 압축과 비점유적 압충 기법을 도입하여 동일한 화질을 더 적은 데이터로 전송할 수 있도록 한다. 또한, 동적 적응 스트리밍 기술은 사용자의 네트워크 상태를 실시간으로 감지하여 화질과 데이터 사용량을 자동으로 조절한다. 일부 서비스는 사용자가 데이터 소비량을 직접 제한하거나, Wi-Fi 네트워크에 연결된 경우에만 고화질 스트리밍을 허용하는 옵션을 제공하기도 한다.

가상 현실 스트리밍 서비스의 성공적인 제공은 다양한 헤드 마운티드 디스플레이와 사용자 장비 간의 호환성을 확보하는 데 큰 과제가 존재합니다. 호환성 문제는 주로 하드웨어 성능의 차이, 운영체제 및 플랫폼의 다양성, 그리고 입력 장치와의 연동 문제에서 비롯됩니다. 고사양 PC에 연결되는 PC VR 헤드셋, 독립형 스탠드얼론 VR 기기, 그리고 게임 콘솔용 VR 장치는 각기 다른 처리 능력과 API를 사용하기 때문에, 단일 스트리밍 솔루션이 모든 장치에서 최적의 성능을 발휘하기 어렵습니다.

주요 호환성 장벽은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

이러한 문제를 완화하기 위해 개발자와 서비스 제공자는 어댑티브 스트리밍 기술을 적용하여 장치 성능에 맞춰 해상도와 프레임률을 동적으로 조절하거나, WebXR과 같은 개방형 표준을 활용하여 브라우저 기반의 크로스 플랫폼 접근성을 높이는 노력을 기울이고 있습니다. 또한, 주요 클라우드 스트리밍 서비스들은 특정 헤드셋 모델을 위해 전용 애플리케이션을 제공하거나, 호환 장치 목록을 명시적으로 관리하는 방식을 취하고 있습니다. 그러나 표준화의 부족과 빠르게 진화하는 하드웨어 생태계는 지속적으로 호환성 유지 관리를 복잡하게 만드는 요인으로 작용합니다.