KR100632915B1

KR100632915B1 - 선로의 3차원 영상 구현 방법 및 선로의 3차원 영상 표시시스템

Info

Publication number: KR100632915B1
Application number: KR1020050035838A
Authority: KR
Inventors: 김주일; 엄기태
Original assignee: 경봉기술(주)
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-10-12
Also published as: KR20050074345A

Abstract

본 발명은 선로의 3차원 영상 구현 방법 및 선로의 3차원 영상 표시 시스템에 관한 것으로,

특히 전동차 또는 열차의 모의 운전 연습기에 활용되는 선로의 3차원 영상을 구현하기 위한 것으로서 운전자가 실제 운전에서 느낄 수 있는 선로의 3 차원 영상과 거의 동일한 3차원 영상을 구현해 냄에 있어 수작업을 대폭 줄여 작업공정을 획기적으로 개선한 선로의 3차원 영상 구현 방법 및 선로의 3차원 영상 표시 시스템에 관한 것이다.

본 발명은, 선로의 설계 시 또는 완공 시 오토캐드로 작성된 토목 도면을 제공받아 구간별 2차원 단면도를 작성하는 단계와; 상기 토목 도면으로부터 파악될 수 있는 구간별 구배, IP(Intersection Point) 정보를 이용하여 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 작성하는 단계와; 상기 구간별 2차원 단면도와 상기 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 근거로 하여 선로 자동 생성기에 의하여 각 구간별 선로의 3차원 영상을 제작하여 자동 선로 영상 데이터베이스를 구축하는 단계와; 상기 선로 생성기에서 제작되지 않는 3차원 영상은 수작업에 의하여 3차원 영상을 제작하여 수동 선로 영상 데이터베이스를 구축하는 단계와; 상기 자동 선로 영상 데이터베이스와 상기 수동 선로 영상 데이터 베이스를 통합하여 하나의 통합 영상 데이터 베이스를 구축하는 단계와; 상기 통합 영상 데이터 베이스와 상기 선로 선형 정보 테이블의 정보를 근거로 선로 영상 엔진을 통하여 실시간으로 랜더링하여 이동 시점에 따른 각 구간 선로의 3차원 영상을 얻는 단계로; 이루어진 것을 특징으로 한다..

오토캐드, 모의 운전, 3차원 영상, 선로 자동 생성기, 데이터베이스

Description

선로의 3차원 영상 구현 방법 및 선로의 3차원 영상 표시 시스템{METHOD OF 3 DIMENSION IMAGE DISPLAY AND SYSTEM OF 3 DIMENSION IMAGE DISPLAY}

도 1은 종래의 선로 3차원 영상 제작 방법을 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 따른 선로의 3차원 영상 구현 방법의 공정도

도 3a는 오토캐드로 작성된 선로의 토목 도면의 일 예를 도시한 도면

도 3b는 도 3a의 확대도

도 4는 특정 구간 선로 단면의 일 예를 도시한 도면

도 5는 특정 구간 선로의 선형 정보 테이블의 일 예를 도시한 도면

도 6은 선로 자동 생성기에서 기하학적 정보를 처리하는 과정을 도시한 도면

도 7은 선로 자동 생성기에서 IP 정보를 이용하여 곡선 구간의 곡률의 중심을 구하는 과정을 도시한 도면

도 8은 선로 자동 생성기에서 기하학적 정보를 처리하는 과정을 도시한 도면

도 9는 선로 자동 생성기에서 구배를 적용하는 과정을 도시한 도면

도 10은 선로 자동 생성기에서 선형에 적용된 단면의 꼭지점과 인접 단면의 꼭지점에 의해 폴리곤이 그려지는 과정을 도시한 도면

도 11a는 선로 자동 생성기에서 제작된 선로의 3차원 영상을 도시한 도면

도 11b는 해당 단면에 적합한 특정 텍스춰가 각 폴리곤마다 맵핑된 선로의 3차원 영상을 도시한 도면

도 12는 수작업에 의하여 제작된 3차원 영상의 일 예를 도시한 도면

도 13은 통합 영상 데이터베이스에서 저장하고 있는 특정 구간의 3차원 영상의 일 예를 도시한 도면

도 14는 선로 영상 엔진에서 특정 구간의 선로 3차원 영상을 실시간으로 랜더링한 일 예의 결과물

도 15는 선로 영상 엔진이 이동 시점에 따른 특정 구간에 대한 선로의 3차원 영상의 일 예를 모니터에 표출한 결과물.

종래의 전동차/열차 모의 운전연습기에서 사용되는 선로의 3차원 영상을 제작하기 위하여 3차원 영상 데이터 베이스 제작용 상용 그래픽 도구를 사용하기는 하나, 선로의 특성상 선로의 구배, 곡률, 단면의 변화가 있어 이를 적용시키기 위하여 선로의 토목 도면을 보고 수작업으로 제작하였다. 이러한 수작업에 의한 선로 3차원 영상의 제작은 실제 선로의 상황을 정확하게 구현하기가 사실상 불가능하며 작업자의 판단과 눈짐작으로 적당히 그릴 수밖에 없는 실정이었다.

또한, 전동차/열차 모의 운전연습기에서 사용되는 선로 3차원 영상은 보통 수십 Km가 넘는 연속적인 선로의 3차원 영상을 구현하여야만 하는데 이를 일일이 수작업에 의존하여야 하므로 제작기간이 대단히 길어지고, 비용면에서도 많은 지출 이 수반되어 비경제적이라는 문제점이 있었다.

또한, 전체 선로의 선형이 바뀌게 되면 이미 제작된 선로의 3차원 영상의 데이터베이스 전체를 일일이 수작업으로 변경 또는 재 제작해야 하므로 이에 따른 경제적 손실이 크다는 문제점이 있다.

또한, 주문 생산형 제품인 전동차/열차 모의운전연습기의 제작 기간은 한정되어 있으나, 수작업에 의한 종래의 선로 영상 데이터 베이스 제작방법은 절대적으로 소요되는 제작기간을 단축할 수 없다는 것과 제작비용이 자동 선로 생성기를 이용한 제작비용보다 많이 든다는 문제점을 가지고 있다.

종래의 선로 3차원 영상 제작방법에 대하여 도 1을 참고로 간단히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 선로의 3차원 영상 제작방법을 나타내는 도면으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 종래의 선로 3차원 영상 제작방법은 (a)와 같은 3차원 영상을 제작할 선로의 특정 구간의 정보를 이용하여, 특정 구간의 3차원 영상을 구현할 바탕 화면을 별도의 그래픽 모델링 도구를 사용해서 수작업으로 직접 그리고[(b)단계], 그 단면 위에 선로의 선형을 해당 구간만큼 배치하고[(c)단계], 해당 구간의 형상을 나타내기 위하여 수십 ~ 수백 개의 폴리곤을 이용해서 수작업으로 작업하며[(d)단계], 그 생성된 폴리곤에 텍스춰 맵핑을 하여[(e)단계] 선로의 3차원 영상이 완성되도록 하였다.

위와 같은 종래의 작업 방법은 직선구간 또는 단면 형상이 변하지 않는 부분에 있어서는 어느 정도 수작업으로 가능하다. 그러나 선형에 구배와 곡률이 존재하거나 단면 형상이 변하는 경우에는 이를 일일이 손으로 작업하는 것이 대단히 까다롭고 정확도가 떨어질 뿐 아니라 많은 시간과 제작비용이 들어간다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로서,

본 발명은 전동차/열차 모의 운전 연습기에 활용되는 선로의 3차원 영상을 구현함에 있어서, 전동차/열차 선로의 설계 시 또는 완공 시 제작된 오토캐드(Auto CAD)로 작성된 토목 도면 및 그 정보를 이용하여 선로의 3차원 영상을 자동으로 구현함으로써 종래 수작업에 의해 3차원 영상을 구현하는 것보다 정밀하고 실제에 가까운 고품질의 선로의 3차원 영상을 얻을 수 있는 선로의 3차원 영상 구현 방법 및 선로의 3차원 영상 표시 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래 수작업에 의하여 선로의 3차원 영상을 구현하는 것보다 제작 기간이 휠씬 단축되고 개발 비용을 현저하게 절감할 수 있는 선로의 3차원 영상 구현 방법 및 선로의 3차원 영상 표시 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선로의 3차원 영상 구현방법은,

열차 또는 전동차의 모의 운전 연습기에 적용되는 선로의 3차원 영상 구현 방법에 있어서, 선로의 설계 시 또는 완공 시 오토캐드로 작성된 토목 도면을 제공받아 구간별 2차원 단면도를 작성하는 단계와; 상기 토목 도면으로부터 파악될 수 있는 구간별 구배, IP(Intersection Point) 정보를 이용하여 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 작성하는 단계와; 상기 구간별 2차원 단면도와 상기 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 근거로 하여 선로 자동 생성기에 의하여 각 구간별 선로의 3차원 영상을 제작하여 자동 선로 영상 데이터베이스를 구축하는 단계와; 상기 선로 생성기에서 제작되지 않는 3차원 영상은 수작업에 의하여 3차원 영상을 제작하여 수동 선로 영상 데이터베이스를 구축하는 단계와; 상기 자동 선로 영상 데이터베이스와 상기 수동 선로 영상 데이터 베이스를 통합하여 하나의 통합 영상 데이터 베이스를 구축하는 단계와; 상기 통합 영상 데이터 베이스와 상기 선로 선형 정보 테이블의 정보를 근거로 선로 영상 엔진을 통하여 실시간으로 랜더링하여 이동 시점에 따른 각 구간 선로의 3차원 영상을 얻는 단계로; 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 선로의 3차원 영상 표시 시스템은,

열차 또는 전동차의 모의 운전 연습기에 적용되는 선로의 3차원 영상 표시 시스템에 있어서, 선로의 설계 시 또는 완공 시 오토캐드로 작성된 토목 도면을 제 공받아 구간별 2차원 단면도를 작성하는 수단과; 상기 토목 도면으로부터 파악될 수 있는 구간별 구배, IP(Intersection Point) 정보를 이용하여 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 작성하는 수단과; 상기 구간별 2차원 단면도와 상기 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 근거로 하여 선로 자동 생성기에 의하여 제작된 각 구간별 선로의 3차원 영상이 구축된 자동 선로 영상 데이터베이스와; 수작업에 의하여 제작된 3차원 영상이 구축된 수동 선로 영상 데이터베이스와; 상기 자동 선로 영상 데이터베이스와 상기 수동 선로 영상 데이터 베이스를 통합하여 구축된 통합 영상 데이터 베이스와; 상기 통합 영상 데이터 베이스와 상기 선로 선형 정보 테이블의 정보를 근거로 실시간으로 랜더링하여 이동 시점에 따른 각 구간 선로의 3차원 영상을 얻는 선로 영상 엔진과; 상기 선로 영상 엔진에 의하여 얻어진 영상이 표시되는 모니터로; 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 구간별 2차원 단면도가 DXF 파일 형식으로 저장되고, 저장될 파일명에는 시점 및 종점이 표기된 것을 특징으로 한다..

또한, 본 발명은 상기 구간별 선로의 선형 테이블에 선로 선형 도면과 선로의 각 구간마다의 IP 정보와 구배 정보를 포함하고 있고, 선로의 선형이 라인인 경우 라인의 시작점과 끝점 정보가 있으며, 선로의 선형이 원호인 경우 중심점, 반경, 원호의 시작 각도, 끝나는 각도를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 선로 자동 생성기가 열차의 이동 거리에 의하여 계산된 단면의 꼭지점 좌표 값(X, Y, Z)들을 연결하여 3차원 공간상의 폴리곤을 만드는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 수작업에 의하여 제작되는 3차원 영상이 신호기, 시설물, 전주 등인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 선로 영상 엔진이 상기 실시간으로 랜더링된 선로의 3차원 영상을 이동 시점에 따라 모니터에 표출하기 위하여 상기 자동 선로 생성기에서 사용한 동일한 선형 정보 테이블을 읽어 들여 그 계산한 값을 이동 시점으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 선로의 3차원 영상 구현방법의 공정도를 도시한 것으로서,

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 선로의 설계 시 또는 완공 시 제작된 오토캐드로 작성된 토목 도면을 설계 회사 또는 토목 건설 회사로부터 제공받아 상기 토목 도면에서의 선로의 단면 도면에 근거하여 구간별 2차원 단면도를 작성하고(1, 4단계), 상기 토목 도면으로부터 파악될 수 있는 구배, IP(Intersection Point) 정보를 이용하여 선로의 선형 정보 테이블을 작성한다(2, 3, 5 단계).

상기 IP(Intersection Point)는 직선과 직선의 교차점으로 본 발명에서는 직선구간과 직선구간의 연장선이 만나는 점을 의미하고, 상기 IP(Intersection Point) 정보는 직선구간과 직선구간의 연장선이 만나는 점들의 정보를 의미한다.

다음으로, 상기 구간별 2차원 단면도와 상기 선로의 선형 정보 테이블을 근거로 하여 선로의 영상을 자동으로 생성해주는 선로 자동 생성기에 의하여 3차원 영상을 작성하여 자동 선로 영상 데이터베이스를 구축한다(6단계).

한편, 자동으로 그릴 수 없는 각종 신호기, 시설물, 전주 등에 대해서는 수동으로 영상을 작성하여 수동 선로 영상 데이터 베이스를 구축한다(7단계).

상기 자동 선로 영상 데이터베이스와 상기 수동 선로 영상 데이터 베이스를 통합하여 하나의 통합 영상 데이터 베이스를 구축한다(8단계).

상기 통합 영상 데이터 베이스와 상기 선로선형 정보 테이블의 정보를 근거로 선로 영상엔진을 통하여 실시간으로 랜더링하여 선로의 3차원 영상을 얻는다. 상기 선로의 3차원 영상의 이동시점(view point)은 상기 선로선형 정보 테이블의 정보에 근거하여 계산된 이동시점을 사용함으로써 선로의 중심선을 따라 이동하게 된다(9단계).

상기와 같이 하여 얻어진 영상을 모니터 등의 표시 시스템을 통하여 표시함으로서 선로의 3차원 영상이 구현되게 된다(10단계).

상기 도 2에서 구현하고 있는 본 발명에 따른 선로의 3차원 영상 구현방법의 공정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 선로 토목 건설 회사 또는 설계 회사로부터 오토캐드로 작성된 선로의 토목 도면의 일 예가 도 3에 도시되어 있고, 상기 특정 구간 2차원 단면도의 일 예가 도 4에 도시되어 있다.

상기 구간별 2차원 단면도를 작성하는 과정을 일 예를 설명한다.

도 3과 같은 선로 토목 건설 회사 또는 설계 회사로부터 오토캐드로 작성된 선로의 토목 도면 상에 나타난 선로에 대한 종합 정보 중에서 각 구간별로 2차원 단면도만을 AutoCad.dxf 파일로 제작한다. 이 과정은 단순히 해당 부분만 복사해서 DXF 파일 형식으로 저장하는 것으로, 오토캐드(AutoCAD) 상의 메뉴에서 "New"를 선택해서 새 파일을 열은 후에, 해당 단면을 "Copy" 명령을 이용하여 복사한 후, 새 파일에 "Paste" 명령으로 복사하면 된다. 상기 단면도에서는 선로의 상·하행 위치 점이 나와 있으며 "Move" 명령을 이용해서 상기 선로 위치 점을 도면상의 x,y 좌표 상의 0,0으로 이동시키면 된다. 이렇게 만들어진 도면은 다른 이름으로 저장 메뉴를 선택하고 파일의 이름을 해당 도면이 적용되어야 할 구간으로 정해서 "DXF"포맷으로 저장하면 된다.

상기 구간별 단면도를 파일로 저장할 시에, 예를 들어 단면이 적용될 구간이 0.0 m 에서 29.78 m일 경우 파일명을 "section0.0_29.78.dxf로 하면 파일명만으로도 어느 구간의 단면인지를 파악할 수 있어 편리한 점이 있다. 또한, 상기 파일명을 이용하여 해당 단면도를 선로의 선형 상에 정해진 구간에 적용한다.

상기 선로의 선형정보 테이블의 일 예가 도 5에 도시되어 있다.

상기 선로의 선형 정보 테이블은 선로 도면으로부터 전체 운행 구간에 대한 IP 정보와 구배 정보를 근거로 하여 작성한 것이다.

상기 선로의 선형 정보 테이블은 도 5에 도시된 바와 같이 오토캐드 화면으로 선로의 선형 도면과 선로의 각 구간마다의 IP 정보와 구배 정보가 나타나 있다. 여기에서 선로의 선형이 라인인 경우 라인의 시작점과 끝점 정보가 있고, 원호인 경우 중심점, 반경, 원호의 시작 각도, 끝나는 각도가 나타나 있다.

이 정보를 읽어 들여서 아래 표 1 과 같은 IP 구배 정보를 만들 수 있다. 도면 내에 표로 정리되어 있는 경우에는 직접 표1 과 같은 IP 구배 정보를 만들 수 있다.

IP ID X Y R

IP0-3 185124.112 210383.687 800

IP0-4 185181.969 210396.608 800

IP1 185363.04 210441.571 160

····················

IP4 185998.296 209232.356 602.3

IP5-2 186064.645 208460.607 3500

····················

Distance Gradient(0/00)

0.00 0

1055.00 -2

1660.00 -3

·····················

3800.00 -21

4140.00 -20

·····················

표 1 IP와 구배정보 테이블

상기 6단계에서 선로 자동 생성기는 윈도우 환경에서 실행되는 일종의 프로그램으로써, 상기 선로 자동 생성기에서 3차원 영상을 작성하는 과정을 도 6 내지 도 11을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 상기 선로 자동 생성기에서 기하학적 정보를 처리하는 과정을 도시한 것이고, 도 7은 상기 선로 자동 생성기에서 IP 정보를 이용하여 곡선 구간의 곡률의 중심을 구하는 과정을 도시한 것이며, 도 8은 상기 선로 자동 생성기에서 기하학적 정보를 처리하는 과정을 도시한 것이고, 도 9는 상기 선로 자동 생성기에서 구배를 적용하는 과정을 도시한 것이며, 도 10은 상기 선로 자동 생성기에서 선형에 적용된 단면의 꼭지점과 인접 단면의 꼭지점에 의해 폴리곤이 그려지는 과정을 도시한 것이고, 도 11a는 상기 선로 자동 생성기에서 제작된 선로의 3차원 영상을 도시한 것이며, 도 11b는 해당 구간에 적합한 특정 텍스춰가 각 폴리곤마다 맵핑된 선로의 3차원 영상을 도시한 것이다.

상기 도 6에 도시된 바와 같이 상기 선로 자동 생성기는 상기 선로 선형정보 테이블로부터 얻어진 정보인 선형 시작점, 선형 끝점, IP, 곡률 반경을 이용하여 기본 선형을 계산하고, 이 기본 선형에 구배 정보를 반영하면 구배가 반영된 선형이 만들어진다. 상기 구배가 반영된 선형은 선형 시작점에 대한 거리에 대해서 3 차원 공간상의 X, Y, Z, Pitch, Roll, Yaw 값으로 결정되는 운전자 시점의 시선 벡터를 제공하는 정보를 계산하는 데 사용된다. 또한 상기 선형 정보는 선형에 수직하게 배치된 단면을 정해진 구간에 위치시키는 정보로 사용된다.

도 7을 참고로 하여 IP 정보를 이용하여 곡선 구간의 곡률의 중심을 구하는 과정을 설명한다.

우선 선형 정보 테이블로부터 얻어진 IP n-1 과 Ip n-2의 좌표에 의하여 직선 Line n과 Line n+1 은 다음과 같은 방정식으로 구해진다.

Line N

Y = (yn yn-1) / (x n x n-1) * (X x N-1 ) + y N-1 - 식 1

Line N+1

Y = (yn=1 yn) / (x n=1 x n) * (X x N ) + y N - 식 2

Line N과 Line n+1를 IP N 에서의 곡률 반경 값으로 오프세트(Offset) 시킨 Line n'과 Line n+1 '은 다음과 같은 식으로 구한다.

Line N'

Y = (yn yn-1) / (x n x n-1) * (X x N-1 ) + y N-1 + Bn - 식 3

Line N+1 '

Y = (yn+1 yn) / (x n+1 x n) * (X x N ) + y N + B n+1 - 식 4

여기서 B n와 B n+1은 각각 다음과 같이 계산된다.

Bn = R * sqrt((yn yn-1)*(yn yn-1)+( x n x N-1 )*( x n x N-1 ))/( x n x N-1 )- 식 5

Bn+1 = R * sqrt((yn+1 yn)*(yn+1 yn)+(x n+1 x n)*(x n+1 x n))/(x n+1 x N) - 식 6

여기서 R은 IPn 에서의 곡률 반경이다.

구해진 Line N' 과 Line N+1'의 교차점을 구하면 원의 중심점(cir x,y)을 구할 수 있고, 이 과정을 반복하여 모든 IP 에 적용하면 결과적으로 도 8과 같은 정보를 얻을 수 있다.

도 8를 참고로 하여 상기 선로 자동 생성기에서 기하학적 정보를 처리하는 과정을 설명한다.

우선, 구간별 XY 평면 좌표를 다음과 같이 구한다.

도 8에서 구간 L0에서 L1까지의 distance L에 대한 x, y 좌표는

X0 = L0, Y0 =0;

X = L;

Y=0;

X1= L1, Y1 =0;

이다.

도 8에서 L1에서 L2까지의 거리(distance) L에 대한 x, y 좌표는 IP 에서의 곡률반경 R이 0보다 큰 경우에

a = (L2 L1)/R

da = (L - L1)/R

X = X1 + R *sin(da)

Y = Y1 + R *(1-cos(da))

이다.

도 8 에서 a, b, c, d ... 는 X 좌표와의 사이 각이며 단위는 라디안이다.

도 8에서 다음 구간의 x, y 좌표 값을 구하기 위한 X, Y 초기값은

X2= X1 + R * sin(a)

Y2 = Y1 + R *(1-cos(da))

Alpha = a;

Alpha는 곡선 구간이 끝나는 점에서의 원의 접선과 X 좌표의 사이 각이다.

이와 같이 한 구간은 직선 구간과 곡선 구간을 한 짝으로 이루어지며 구간의 끝 좌표와 끝점에서의 접선에 의해서 결정되는 각인 Alpha는 다음 구간의 초기 보정 좌표가 된다.

다음 구간에는 위에서 설명한 방법을 이용하되 초기 위치 및 직선의 경사각을 전 구간의 대해 누적 보상해 주면 임의의 구간에서의 x, y 좌표를 구할 수 있다. 각 직선의 기울기와 거리에 따른 곡선부의 접선의 기울기를 알 수 있으므로 초기 시작점에서 주어진 거리에서의 위치 좌표 x,y와 방향 벡터를 구할 수 있다.

즉, IP 정보가 주어지면 열차의 선형을 따라가는 열차의 이동거리에 대해서 X,Y, 방향각을 구할 수 있다.

다음, 도 9를 참고로 하여 상기 선로 자동 생성기에서 구배를 적용하는 과정을 설명한다.

2 차원 평면상에서 선형을 따른 열차 이동에 대해 X,Y, 방향각이 구해진 상태에서 구배(Gradient)를 반영한다.

도 9 에서

z = Zn + (D Dn) * gradient * 1000.0 --- 식 - 7이 된다.

Zn은 항상 그 전 단계에서의 값이 누적된 결과 값이 된다.

이 경우에 열차의 이동거리는 (D Dn) 이지만 실제적인 열차의 이동거리는 sqrt((D Dn)* (D Dn) + z * z))이 되어 (D Dn) - sqrt((D Dn)* (D Dn) + z * z)) 의 오차가 발생한다.

이 문제를 해결하기 위해서 열차의 이동거리 입력시에 다음 식에 의해 스케일링된 값(SD)을 사용한다.

SD = (D Dn) * (D n+1 D n) / sqrt((D n+1 D n)* (D n+1 D n) +

(Z n+1 Z n) *(Z n+1 Z n)) --- 식 - 8

표로 정리되어 있는 경우에는 직접 표-1 과 같은 IP 구배 정보를 만들 수 있다.

다음, 도 10을 참고로 하여 상기 선로 자동 생성기에서 선형에 적용된 단면의 꼭지점과 인접 단면의 꼭지점에 의해 폴리곤이 그려지는 과정을 설명한다.

전 구간에 대해서 순차적으로 구배에 따라 누적된 스켈일링된 열차 이동거 리를 사용하면 열차 이동거리에 따른 3 차원 공간상의 X, Y, Z, 및 자세값(Heading, Pitch, Roll = 0도)을 구할 수 있다.

여기서 Heading 값은 평면상의 IP 정보에 의해 이미 구해진 값이고 Pitch 값은 Gradient 에 의해 다음 식에 의해 구해진다.

Pitch = atan(gradient/1000.0f) --- 식 9

이러한 과정을 거쳐 열차 이동거리에 대한 X, Y, Z, Pitch, Yaw 값이 구해지면 그 지점에서의 선형의 접선 벡터를 구할 수 있고 이 접선 벡터 방향으로 선로의 종 단면도를 도 10 과 같이 위치시킨다.

즉, 단면의 각 꼭지점 좌표를 읽어 들인 후 각각의 좌표를 도10의 Heading 값에 의해 회전시키고, 이 값을 다시 X, Y, Z 값만큼 평행 이동 시키면 3 차원 공간상에 위치하는 꼭지점 좌표가 구해진다.

X'= cos(heading) * x + sin(heading) * y --- 식 - 10

Y'= -sin(heading) * x + cos(heading) * y --- 식 - 11

X" = X' + X --- 식 - 12

Y" = X' + Y --- 식 - 13

Z" = Z' + Z --- 식 - 14

여기서 X", Y", Z"는 단면도의 최종적인 3 차원공간상의 꼭지점 좌표 값이고 x, y는 단면도의 꼭지점 좌표값이다. X,Y,Z 는 열차이동거리에 의해 계산된 3 차원 공간상의 선형 좌표값이다.

이렇게 계산된 단면의 꼭지점 좌표 값들은 다음 위치의 단면 꼭지점들과 짝 을 이루어 도10과 같은 3 차원 공간상의 폴리곤을 만들게 된다. 이 폴리곤들의 집합들이 모여 최종적인 선로의 3차원 영상이 제작된다. 이 최종적인 3차원 영상이 도 11a에 도시되어 있다.

도 11b는 상기 도 11에 도시된 특정 구간 선로의 3차원 영상을 해당 구간에 적합한 텍스춰가 각 폴리곤마다 맵핑된 선로의 3차원 영상을 도시한 것이다.

위와 같이 하여 상기 선로 자동 생성기에서 3차원 영상이 자동으로 제작되는 것이다.

이어서 상기 선로 자동 생성기에서 제작된 3차원 영상을 자동선로 영상 데이터베이스에 저장한다.

한편, 상기 선로 자동 생성기에서 자동으로 그릴 수 없는 각종 신호기, 시설물, 전주 등에 대해서는 오토캐드 등의 통하여 수작업에 의하여 3차원 영상을 제작하고 이를 수동 영상 데이터베이스에 저장한다.

도 12는 수작업에 의하여 제작된 3차원 영상을 일 예를 도시한 것이다.

상기 선로 자동 생성기에서 제작된 3차원 영상이 저장된 자동 선로 영상 데이터베이스와 상기 수작업에 의하여 제작된 3차원 영상이 저장된 수동 영상 데이터베이스를 통합하여 통합 영상 데이터베이스를 구축한다.

도 13은 통합 영상 데이터베이스에서 저장하고 있는 특정 구간의 3차원 영 상의 일 예를 도시하고 있다.

상기 통합 영상 데이터베이스에 저장된 각 구간의 3차원 영상을 선로 영상 엔진에서 읽어 들여 실시간으로 랜더링하여 선로의 3차원 영상을 최종적으로 얻게 된다.

도 14는 상기 선로 영상 엔진에서 특정 구간의 선로 3차원 영상을 실시간으로 랜더링한 일 예의 결과물이 도시되어 있다.

상기 선로 영상 엔진은 상기 실시간으로 랜더링된 선로의 3차원 영상을 이동 시점(view point)에 따라 모니터에 표출하기 위하여 상기 자동 선로 생성기가 사용한 동일한 선형 정보 테이블을 읽어 들여서 계산된 이동 시점을 사용하며, 이 때 이동 시점은 선로의 중심선을 따라가게 된다

도 15는 상기 선로 영상 엔진이 이동 시점에 따른 특정 구간의 선로의 3차원 영상의 일 예를 모니터에 표출한 선로의 3차원 영상의 화면이 도시되어 있다.

본 발명에 따른 선로의 3차원 영상 구현 방법은 전동차/열차 선로의 설계 시 또는 완공 시 작성된 오토캐드(Auto CAD)의 토목 도면 및 정보를 이용하여 선로의 3차원 영상을 자동으로 구현함으로써 종래 수작업에 의한 3차원 영상을 구현하는 것보다 정밀하고 실제에 보다 가까운 고품질의 선로의 3차원 영상을 얻을 수 있고, 이를 모의 운전 연습기에 적용함으로써 모의 운행 훈련자에게 보다 효과적인 교육을 제공할 수 있는 이점이 있다..

또한, 본 발명에 따른 선로의 3차원 영상 구현 방법은 종래 수작업에 의한 3차원 영상을 구현하는 것보다 제작 기간이 휠씬 단축되고 개발 비용을 현저하게 절감할 수 있다는 이점이 있다.

Claims

열차 또는 전동차의 모의 운전 연습기에 적용되는 선로의 3차원 영상 구현 방법에 있어서,

선로의 설계 시 또는 완공 시 오토캐드로 작성된 토목 도면을 제공받아 구간별 2차원 단면도를 작성하는 단계와;

상기 토목 도면으로부터 파악될 수 있는 구간별 구배, IP(Intersection Point) 정보를 이용하여 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 작성하는 단계와;

상기 구간별 2차원 단면도와 상기 구간별 선로의 선형정보 테이블을 근거로 하여 선로 자동 생성기에 의하여 각 구간별 선로의 3차원 영상을 제작하여 자동 선로 영상 데이터베이스를 구축하는 단계와;

상기 선로 생성기에서 제작되지 않는 3차원 영상은 수작업에 의하여 3차원 영상을 제작하여 수동 선로 영상 데이터베이스를 구축하는 단계와;

상기 자동 선로 영상 데이터베이스와 상기 수동 선로 영상 데이터 베이스를 통합하여 하나의 통합 영상 데이터 베이스를 구축하는 단계와;

상기 통합 영상 데이터 베이스와 상기 선로 선형 정보 테이블의 정보를 근거로 선로 영상 엔진을 통하여 실시간으로 랜더링하여 이동 시점에 따른 각 구간 선로의 3차원 영상을 얻는 단계로; 이루어진 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 구현 방법.
제1항에 있어서,

상기 IP(Intersection Point) 정보는 직선구간과 직선구간의 연장선이 만나는 점들의 정보인 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 구현 방법.
제2항에 있어서,

상기 구간별 2차원 단면도는 DXF 파일 형식으로 저장되고, 저장될 파일명에는 시점 및 종점이 표기된 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 구현 방법.
제2항에 있어서,

상기 구간별 선로의 선형 테이블에는 선로 선형 도면과 선로의 각 구간마다의 IP 정보와 구배 정보를 포함하고 있고, 선로의 선형이 라인인 경우 라인의 시작점과 끝점 정보가 있으며, 선로의 선형이 원호인 경우 중심점, 반경, 원호의 시작 각도, 끝나는 각도를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 구현 방법.
제2항에 있어서,

상기 선로 자동 생성기는 열차의 이동 거리에 의하여 계산된 단면의 꼭지점 좌표 값(X, Y, Z)들을 3차원 공간상의 폴리곤을 만드는 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 구현 방법.
제2항에 있어서,

상기 수작업에 의하여 제작되는 3차원 영상은 신호기, 시설물, 전주 등인 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 구현 방법.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선로 영상 엔진은 상기 실시간으로 랜더링된 선로의 3차원 영상을 이동 시점에 따라 모니터에 표출하기 위하여 상기 자동 선로 생성기가 사용한 동일한 선형정보 테이블을 읽어 들여 계산된 이동 시점을 사용하는 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 구현 방법.
열차 또는 전동차의 모의 운전 연습기에 적용되는 선로의 3차원 영상 표시 시스템에 있어서,

선로의 설계 시 또는 완공 시 오토캐드로 작성된 토목 도면을 제공받아 구 간별 2차원 단면도를 작성하는 수단과;

상기 토목 도면으로부터 파악될 수 있는 구간별 구배, IP(Intersection Point) 정보를 이용하여 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 작성하는 수단과;

상기 구간별 2차원 단면도와 상기 구간별 선로의 선형 정보 테이블을 근거로 하여 선로 자동 생성기에 의하여 제작된 각 구간별 선로의 3차원 영상이 구축된 자동 선로 영상 데이터베이스와;

수작업에 의하여 제작된 3차원 영상이 구축된 수동 선로 영상 데이터베이스와;

상기 자동 선로 영상 데이터베이스와 상기 수동 선로 영상 데이터 베이스를 통합하여 구축된 통합 영상 데이터 베이스와;

상기 통합 영상 데이터 베이스와 상기 선로 선형 정보 테이블의 정보를 근거로 실시간으로 랜더링하여 이동 시점에 따른 각 구간 선로의 3차원 영상을 얻는 선로 영상 엔진과;

상기 선로 영상 엔진에 의하여 얻어진 영상이 표시되는 모니터로; 구성된 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 표시 시스템.
제8항에 있어서,

상기 IP(Intersection Point) 정보는 직선구간과 직선구간의 연장선이 만나는 점들의 정보인 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 표시 시스템.
제9항에 있어서,

상기 구간별 2차원 단면도는 DXF 파일 형식으로 저장되고, 저장될 파일명에는 시점 및 종점이 표기된 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 표시 시스템.
제9항에 있어서,

상기 구간별 선로의 선형 테이블에는 선로 선형도면과 선로의 각 구간마다의 IP 정보와 구배 정보를 포함하고 있고, 선로의 선형이 라인인 경우 라인의 시작점과 끝점 정보가 있으며, 선로의 선형이 원호인 경우 중심점, 반경, 원호의 시작 각도, 끝나는 각도를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 표시 시스템.
제9항에 있어서,

상기 선로 자동 생성기는 열차의 이동 거리에 의하여 계산된 단면의 꼭지점 좌표 값(X, Y, Z)들을 3 차원 공간상의 폴리곤을 만드는 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 표시 시스템.
제9항에 있어서,

상기 수작업에 의하여 제작되는 3차원 영상은 신호기, 시설물, 전주 등인 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 표시 시스템.
제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선로 영상 엔진은 상기 실시간으로 랜더링된 선로의 3차원 영상을 이동 시점에 따라 모니터에 표출하기 위하여 상기 자동 선로 생성기에서 사용한 동일한 선형 정보 테이블을 읽어 들여 그 계산한 값을 이동 시점으로 사용하는 것을 특징으로 하는 선로의 3차원 영상 표시 시스템.