KR101028764B1 - 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가로등, 교통표지판, 전주, 통신주 등의 3차원 공간정보를 가시화하는 3차원 가시화 시스템의 자원을 절약하는 동시에 고속으로 렌더링을 할 수 있게 하는 방법으로서, 단일한 3차원 시설물의 모델링 템플릿 자료를 이용하고 각각의 시설물의 자세 정보를 저장하고 있는 데이터베이스에 저장되어 있는 속성정보를 가져와서 방향과 크기를 재구성한 후 새로운 좌표를 실시간으로 계산하고 해당 시설물의 3차원 공간데이터에 적용하여 3차원으로 가시화하는 템플릿을 기반의 가시화 방법을 제공하며, 대량의 전신주, 통신주, 가로등 등 교통시설물, 3차원 시설물의 가시화 데이터를 실시간으로 형성하고 가시화 시키는 방법을 이용하여 시스템 운영에 필요한 자원을 줄이고 고속으로 대량의 3차원 화면을 가시화 하는 것을 목적으로 한다.
템플릿, 렌더링, 모델링, 3차원, 대용량, 시설물, 가시화

Description

템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성방법{A Method For Generating 3-D Facilities Using Template}
본 발명은 3차원 시설물의 템플릿을 이용한 3차원 시설물 가시화 방법에 관한 것으로, 특히 교통시설물의 위치, 크기, 방향 등을 자동적으로 실시간으로 표현하고 관리하는 방법에 관한 것이다.
3차원 GIS(지리정보시스템)는 지형이나 지세를 수치상으로 표현하는 디지털 엘리베이션 모델(DEM)이나 디지털 테레인 모델(DTM) 자료에 실제의 지상시설물과 지하매설물을 동시에 표현하고 이에 대한 정보를 데이터베이스(DataBase)로 저장할 수 있어 지상 시설물이나 매설물의 위치정보를 지속적으로 관리할 수 있게 해준다.
특히 3차원 GIS기술은 현실세계가 궁극적으로 3차원이라는 전제 아래 최근 지상시설물이나 지하매설물의 위치 검색, 수정은 물론 도시경관계획, 재해관리 시스템, 네비게이션, 인터넷 지도 서비스 등의 일반 영역에 이르기까지 그 적용 대상도 점차 확대되고 있다.
그러나 이와 같은 3차원 데이터를 구축하기 위해선 많은 비용과 시간이 소요된다. 특히 사실감을 부여하기 위해 3차원 건축물외에 신호등, 가로등, 교통표지판 등의 교통시설물도 3차원으로 렌더링을 하는데 그 종류가 다양하고 개수는 가장 많다.
따라서, 이 모든 데이터를 일일이 하나하나 3차원으로 모델링을 하려면 많은 인력과 시간이 투입되어 사실상 구축이 불가능한 게 현실이다. 이에 따라 실제로 구축을 할 경우에 엄청난 자원의 낭비로 인한 시스템의 속도 저하를 동반하고 실제 활용할 경우는 워크스테이션급의 PC를 요구하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개별 시설물의 모델을 독립적으로 구축하는 게 아니라 사용자가 지도를 운용하는 중에 실시간으로 정규화 된 템플릿 모델링 데이터를 이용하여 데이터베이스로부터 해당 시설물의 워치 및 자세 정보를 사용하여 시설물을 재구성함으로써 데이터 구축에 대한 시간과 비용을 없애고 이로 인해 3차원 공간 데이터의 모든 시설물에 대한 실제 크기와 방향과 텍스쳐 등의 특징을 적용할 수 있도록 하여 사용자에게 실제와 거의 동일한 시야와 정보를 제공하는 3차원 GIS 데이터 구축방법과 시스템 운용 방법을 제공하고 시설물의 모델링 데이터를 가시화를 최소비용으로 자동화하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 3차원 시설 물들에 대한 템플릿 모델링 데이터를 구축하는 단계, 사용자의 조작신호에 상응하는 시야의 영상정보를 추출하는 단계, 상기 영상 내에 위치하는 3차원 시설물의 포인트를 탐지하는 단계, 상기 탐지된 포인트에 상응하는 템플릿 모델링 데이터를 로딩하는 단계, 상기 템플릿 모델링 데이터에 기초하여 상기 포인트에 상기 3차원 시설물을 가시화하여 화면에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성방법이 제공된다.
여기서, 상기 템플릿 모델링 데이터는 3차원 시설물의 방향 정보, 크기 정보 및 3차원 시설물을 모델링화한 3차원 모델링 데이터를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 3차원 모델링 데이터에서의 3차원 시설물의 크기는 가로 1, 세로 1, 높이 1로 정규화가 되어있고 X축, Y축, Z축에 대해서 회전각을 가지고 있지 않는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 템플릿 모델링 데이터는 텍스쳐 정보를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 상기 템플릿 모델링 데이터에 기초하여 상기 포인트에 상기 3차원 시설물을 가시화하여 화면에 표시하는 단계는 정규화된 템플릿 데이터를 복사하여 상기 포인트에 상응하는 메모리로 이동시키는 단계, 상기 3차원 시설물의 크기정보에 기초하여 정규화된 템플릿 데이터의 크기를 조절하는 단계, 상기 3차원 시설물의 방향정보에 기초하여 상기 3차원 시설물을 회전하는 단계 및 상기 3차원 시설물을 이미지를 상기 영상 내의 해당 포인트에 가시화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 사용자가 지도를 운용하는 중에 실시간으로 정규화 된 템플릿 모델링 데이터를 이용하여 데이터베이스로부터 해당 시설물의 워치 및 자세 정보를 사용하여 시설물을 재구성함으로써 데이터 구축에 대한 시간과 비용을 없애고 이로 인해 3차원 공간 데이터의 모든 시설물에 대한 실제 크기와 방향과 텍스쳐 등의 특징을 적용할 수 있도록 하여 사용자에게 실제와 거의 동일한 시야와 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상세히 설명한다.
본 발명에서는 종류가 다양하고 개수가 무수히 많은 교통 시설물 등의 3차원 시설물을 3차원 영상 데이터로 랜더링하지 않고 영상 내에서 3차원 시설물이 위치하는 포인트 정보만을 갖고 있다가, 영상 내에 3차원 시설물이 존재하는 경우 템플릿을 이용하여 실시간으로 3차원 시설물을 해당 포인트 상에 가시화하는 기술이 핵심적인 내용이다.
우선 본 발명의 실시예에서 자주 언급되는 몇가지 용어를 설명하면 다음과 같다.
"템플릿"이라 함은 무엇인가를 만들 때 안내역할을 하는데 사용되는 형식(꼴), 틀 또는 모형 등을 의미한다.
"크기조절"이라 함은 이 기술의 3차원 시설물을 렌더링 함에 있어서 시설물 의 크기를 데이터베이스로부터 연계하기 위한 값으로 시설물의 가로 방향의 길이와 세로 방향의 길이 그리고 높이로서 시설물의 규모를 계산하여 3차원 시설물 데이터를 재구성한다.
"회전"이라 함은 이 기술의 3차원 시설물을 가시화 함에 있어서 데이터베이스로부터 시설물의 회전각을 획득하여 시설물을 x축,y축,z축에 대하여 획득한 회전각 만큼 3차원 시설물의 자세를 재구성한다.
"텍스쳐 매핑"은 컴퓨터 그래픽스분야에서 가상의 삼차원 물체의 표면에 세부적인 질감의 묘사를 하거나 색을 칠하는 기법이다. 일반적으로는 수식이나 2차원의 그림을 삼차원 물체의 표면에 여러 가지 방법을 통하여 적용하고 이에 따라 컴퓨터 그래픽 화면을 만들어 나갈 때 마치 실제의 물체처럼 느껴지게 끔 그 세부 묘사를 하는 것이다.
그리고, 아래의 실시 예에서 사용자는 통상의 표시수단과 입력수단, 메모리, CPU등을 포함하여 구성되는 컴퓨터시스템을 사용하고, 시설물 데이타는 별도의 데이터베이스에 저장되어 사용자 시스템과 연결되어 처리되므로, 시스템 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 3차원 시설물의 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다. 도 1의 방법이 수행되기 전에 미리 도 3에 도시된 바와 같은 3차원 시설물의 템플릿 모델링 데이터가 미리 구축되어 데이터베이스화되어 있어야 한다.
도 1을 참조하면, 사용자의 조작 제어신호에 따라 3차원 공간 데이터가 운영된다(S101). 즉, 사용자가 입력수단을 통하여 메모리에 설치된 3차원 공간 데이터 운영 프로그램을 구동시키면 카메라 시야에 해당되는 3차원 공간 영상이 화면에 표시되고, 사용자가 마우스 등의 입력수단을 이동시키면 그에 따라 표시되는 화면이 이동하여 카메라의 시야 이동에 따라 화면이 이동되는 효과를 표출하게 된다.
입력수단 조작에 따른 화면 이동 시에 이동할 화면 영역에 3차원 시설물 포인트가 존재하는지 여부를 탐지하고(S102), 만일 이동할 화면 영역에 포인트가 존재하는 경우 3차원 시설물의 템플릿 모델링 데이터베이스를 로딩하여 3차원 시설물의 3차원 모델링 데이터인 템플릿 시설물을 메모리 상에 호출하게 된다(S103). 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 3차원 지리 영상정보에 교통시설물이나 공중 시설물 등의 3차원 시설물이 랜더링되어 있지 않고, 단지 3차원 시설물의 위치정보만이 저장되어 있는 점이 중요하다. 여기서, 템플릿 모델링 데이터는 후술하는 바와 같이, 3차원 시설물의 크기정보, 방향 정보 및 텍스쳐 정보, 3차원 모델링 데이터를 포함하여 구성된다.
해당 화면 영역 내에 3차원 시설물이 탐지되면, 템플릿 시설물이 호출된 메모리의 내용을 템플릿으로 하여 템플릿 시설물을 복사하여 비디오 메모리 상의 각각의 위치로 이동시키고(S104), 각각의 시설물의 데이터베이스와 연계하여 시설물의 표면 모양인 텍스쳐(Texture)가 있는 경우 이를 적용하고 없는 경우 다음 단계로 바로 넘어 가게 된다(S105).
템플릿 시설물의 이동 및 텍스쳐 매핑이 완료되면, 템플릿 모델링 데이터에 포함된 크기 정보를 통해 가로와 세로 그리고 높이크기를 계산하여 실제 크기로 시설물을 3차원 상에서 적용하고(S106), 데이터베이스로부터 획득한 X축, Y축 그리고 Z축에 대한 회전 정보를 적용하여 시설물을 회전한 후(S107), 재구성된 3차원 시설물을 최종적으로 3차원 상의 해당 위치에 가시화된다(S108).
도 2는 본 발명에 따른 템플릿의 데이터 일부 예제이다.
도 2에는 3차원 시설물을 정규화한 이미지 형태의 템플릿을 도시하고 있으며, 가로등, 교통표지판, 신호등 등의 교통 시설물과 공중전화박스 등의 공중 시설 등의 3차원 시설물들이 템플릿으로 정의될 수 있음을 나타낸다. 템플릿은 각 종류마다 단일의 이미지로 나타내거나 몇가지 대표형태로 나타낼 수 있을 것이다.
도 3는 본 발명에 템플릿 시설물 데이터와 연산을 필요로 하는 각 시설물의 고유번호를 기준으로 데이터베이스로부터 획득한 정보이다.
위치정보는 시설물 스스로가 가지고 있고, 3차원으로 변환시에 필요한 회전각도를 알 수 있는 방향점 X, Y, Z과 X축, Y축, Z축으로의 크기값을 계산할 L, W, H의 값, 그리고 템플릿의 특정영역에 텍스쳐 매핑될 이미지 파일, 그리고 템플릿 자체를 지정하는 모델링정보로 구성이 된다. 즉, 템플릿 자체를 지정하는 모델링 정보는 가로, 세로, 높이가 1이고 방향 정보가 없는 정규화 된 이미지 형태로 구현되고, 3차원 시설물 가시화 작업 시에는 시설물의 크기 정보와 방향 정보에 따라 그 크기 및 설치 자세(방향)가 조절되게 된다.
도 4는 복사된 시설물에 매핑될 텍스쳐들의 일례들을 도시한 것으로서, 교통표지판의 경우를 예시한 것이고, 도 5는 본 발명에 따른 템플릿 데이터에 도4의 텍스쳐 이미지를 적용한 재구성된 시설물의 가시화 모습이다. 즉, 시설물이 교통표지판인 경우 모델링 정보는 도 5의 가장 왼쪽 그림과 같은 교통표지판의 기본적인 형상정보만을 가지고 있는 상태에서, 해당하는 텍스쳐의 이미지가 교통표지판 상에 표시되게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 템플릿 데이터에 포함된 방향정보를 통해 획득한 자세 및 회전 정보를 템플릿에 적용하여 실시간 가시화 시 자세를 정의내리는 과정을 기술한 도면이다.
도 6a을 참조하면, 도 3의 크기 정보 즉, 길이(Length), 폭(Width) 및 높이(Height) 정보를 이용하여 크기가 1로 정규화 된 템플릿 시설물의 크기를 조절할 수 있다. 도 6a에서 Scale(X)를 길이, Scale(Y)를 폭, Scale(Z)를 높이로 볼 수 있다.
도 6b를 참조하면, 도 3의 방향 정보(X,Y,Z 방향의 회전각) 즉, 각 축방향의 회전량 정보를 통해 시설물의 자세 정보를 얻을 수 있다.
도 6b에서 XY 평면 상의 자세 정보만을 고려하면, 회전각 Ang(XY)는
Figure 112009038634502-pat00001
로 표현되고, 획득한 회전 성분을 이용하여 회전각(θ)은 하기 수학식 2에 의해 얻어질 수 있다.
Figure 112009038634502-pat00002
도 7은 본 발명에 따른 템플릿 데이터를 가지고 최종적으로 화면상에 가시화된 시설물들이다.
도 7에서 신호등, 가로등, 교통 표지판 등의 시설물들은 실제 영상에는 존재하지 않고 단지 위치정보 즉 포인트만이 기록되어 있다가 사용자의 조작에 의해 해당 화면 영상을 표시해야 할 때 해당 포인트에 상응하는 템플릿 모델링 데이터를 호출하고, 호출된 데이터에 기초하여 시설물을 실시간으로 생성하여 해당 포인트 상에 표출하게 된다.
도 1은 3차원 시설물의 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 2는 본 발명에 따른 템플릿의 데이터 일부 예제이다
도 3는 본 발명에 템플릿 시설물 데이터와 연산을 필요로 하는 각 시설물의 고유번호를 기준으로 데이터 베이스로부터 획득한 정보이다.
도 4는 복사된 시설물에 매핑될 텍스쳐들의 일례들을 도시한 것으로서, 교통표지판의 경우를 예시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 템플릿 데이터에 도4의 텍스쳐 이미지를 적용한 재구성된 시설물의 가시화 모습이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 템플릿 데이터에 포함된 방향정보를 통해 획득한 자세 및 회전 정보를 템플릿에 적용하여 실시간 가시화 시 자세를 정의내리는 과정을 기술한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 템플릿 데이터를 가지고 최종적으로 화면상에 가시화된 시설물들이다.

Claims (5)

  1. 3차원 시설물들에 대한 템플릿 모델링 데이터를 구축하는 단계;
    사용자의 조작신호에 상응하는 시야의 영상정보를 추출하는 단계;-상기 영상은 3차원 시설물이 가시화되어 있지 않은 상태임-
    상기 영상 내에 위치하는 3차원 시설물의 포인트를 탐지하는 단계;
    상기 탐지된 포인트에 상응하는 템플릿 모델링 데이터를 로딩하는 단계;
    상기 템플릿 모델링 데이터에 기초하여 상기 포인트에 상기 3차원 시설물을 가시화하여 화면에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 템플릿 모델링 데이터는 3차원 시설물의 방향 정보, 크기 정보 및 3차원 시설물을 모델링화한 3차원 모델링 데이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 3차원 모델링 데이터에서의 3차원 시설물의 크기는 가로 1, 세로 1, 높 이 1로 정규화가 되어있고 X축, Y축, Z축에 대해서 회전각을 가지고 있지 않은 것을 특징으로 하는 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 템플릿 모델링 데이터는 텍스쳐 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 템플릿 모델링 데이터에 기초하여 상기 포인트에 상기 3차원 시설물을 가시화하여 화면에 표시하는 단계는
    정규화된 템플릿 데이터를 복사하여 상기 포인트에 상응하는 메모리로 이동시키는 단계;
    상기 3차원 시설물의 크기정보에 기초하여 정규화된 템플릿 데이터의 크기를 조절하는 단계;
    상기 3차원 시설물의 방향정보에 기초하여 상기 3차원 시설물을 회전하는 단계; 및
    상기 3차원 시설물을 이미지를 상기 영상 내의 해당 포인트에 가시화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 템플릿을 이용한 3차원 시설물 생성방법.
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