KR101028766B1 - 2차원 다각형의 노드와 이미지를 이용한 3차원 건축물 데이터 생성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차원 다각형의 노드와 이미지를 이용한 3차원 건축물 데이터 생성방법에 관한 것으로서, 3차원 다면체 건축물의 단면 형상을 이루는 2차원 다각형에 대해서 전방좌측, 전방우측, 후방좌측, 후방우측을 정의하는 4개의 텍스쳐 노드N1 ~ N4를 설정하는 단계, 전,후,좌,우 각방향에서 2개의 노드 간에 존재하는 꼭지점들을 추출하고, 2개의 꼭지점 사이를 바라보았을 때의 이미지들을 하나의 이미지 파일로 생성하여 전,후,좌,우의 4개의 텍스쳐 파일을 생성하는 단계 및 상기 4개의 노드와 4개의 텍스쳐 파일을 이용하여 3차원 건축물 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 데이터 구축에 대한 시간과 비용을 없애고 이로 인해 3차원 공간데이터의 모든 건축물에 대한 실제 외관 이미지를 적용할 수 있는 효과가 있다.

텍스쳐, 다각형, 다면체, 매핑, 노드, UV좌표.

Description

2차원 다각형의 노드와 이미지를 이용한 3차원 건축물 데이터 생성방법{A Method For Generating 3-D Building Data Using Node and Image of 2-D Polygon}

본 발명은 다면체 형태의 3차원 건축물 생성 시 노드와 텍스쳐 파일명을 이용하여 3차원 건축물 데이터를 생성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다면체 형상의 건축물의 앞/좌측/뒤/우측면에 대한 이미지를 텍스쳐 매핑하여 실시간으로 표현 및 관리하여 3차원 건축물 데이터 구축에 소요되는 시간과 비용을 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.

3차원 GIS(지리정보시스템)는 공간정보시스템 분야에서 3차원 시스템의 구현에 대한 노력은 수년전부터 이어져 왔으며, 시각화, 시뮬레이션, 3차원 공간 분석 등의 기술이 다양한 분야에서 사용되어지거나 연구가 진행되고 있다.

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 대상 도 점차 확대되고 있다.

3차원 GIS 기술에서는 3차원 물체가 실제처럼 보이도록 하기 위해 텍스쳐 매핑(Texture Mapping) 기법이 사용된다. 텍스쳐 매핑은 사실감 있는 입체 화상을 제작하기 위해 이미지와 같은 2차원 무늬를 점, 선, 면으로 구성된 3차원 오브젝트 표면에 적용시키는 방법을 말하는 것으로, 오브젝트를 한 장의 이미지에 입히는 것을 기본적인 방법으로써 사용하고 있다.

현실감 있는 모습을 부여하기 위해 3차원 건축물 외관은 실제 촬영한 이미지를 건축물의 외관에 입혀 서비스하는 경우가 많다. 이를 위해선 실사 촬영이 필수적이고 건축물의 측면 데이터는 획득이 용이하다. 그러나, 건축물의 측면에 대해 이와 같은 작업은 다면체일 경우 텍스쳐를 효율적으로 입히기가 어렵다.

따라서, 종래에는 최종 결과물을 내기 위해서는 사람이 수작업으로 위성사진 및 항공사진에서 주택, 빌딩 등 무수하게 많은 개별 건축물의 이미지를 독립적으로 구축한 후, 각 건축물들의 각각의 면에 텍스쳐를 적용해야 하므로 과다한 시간과 비용이 소요되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 텍스쳐 이미지를 입힐 건축물의 면들이 일정한 형태를 유지하지 않는 점을 감안하여 3차원 건축물 생성시 사용되는 노드점과 텍스쳐 파일명을 이용해서 4개의 텍스쳐 노드를 설정하고 각 노드에 대해서 파일명을 지정하여 건축물의 각 면에 맞도록 텍스쳐 uv 좌표를 설정함으로써 건축물에 텍스쳐가 효과적으로 입혀질 수 있도록 하고, 그에 따라 3차원 공간 데이터의 모든 건축물에 대한 실제 이미지를 적용할 수 있도록 하여 사용자에게 실제와 거의 동일한 시야와 정보를 제공하는 3차원 GIS 데이터 구축방법과 시스템 운용 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 3차원 다면체 건축물의 단면 형상을 이루는 2차원 다각형에 대해서 전방좌측, 전방우측, 후방좌측, 후방우측을 정의하는 4개의 텍스쳐 노드N1 ~ N4를 설정하는 단계, 전,후,좌,우 각방향에서 2개의 노드 간에 존재하는 꼭지점들을 추출하고, 2개의 꼭지점 사이를 바라보았을 때의 이미지들을 하나의 이미지 파일로 생성하여 전,후,좌,우의 4개의 텍스쳐 파일을 생성하는 단계 및 상기 4개의 노드와 4개의 텍스쳐 파일을 이용하여 3차원 건축물 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 다각형의 노드와 이미지를 이용한 3차원 건축물 데이터 생성방법이 제공된다.

여기서, 상기 전,후,좌,우의 4개의 텍스쳐 파일을 생성하는 단계는 각 방향에서 2개의 노드 간에 존재하는 꼭지점들을 추출하는 단계, 각 꼭지점들 간을 연결한 선분들의 전체길이를 1로 정규화하는 단계 및 상기 각 다면체 꼭지점들의 상대위치를 UV좌표로 설정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
2개의 노드 간에 존재하는 다면체 꼭지점의 개수가 m개이고, 1 이상이고 m 이하인 자연수 n에 대하여 n번째 꼭지점과 n+1번째 꼭지점 간의 거리를 L_pn,pn+1, m-1개의 선분들의 길이의 합이 L_p1,pm 이라고 할 때, 상기 n번째 다면체 꼭지점의 UV좌표(UV_pn)는 하기 수학식

에 의해 결정되는 것이 바람직하다.

삭제

삭제

삭제

상기와 같은 본 발명에 따르면, 3차원 시설물의 외관에 이미지를 구축함에 있어 사람이 수작업으로 위성사진 및 항공사진에서 개별 건축물의 이미지를 독립적으로 구축하는게 아니라 텍스쳐 이미지를 입힐 건축물의 면들이 일정한 형태를 유지하지 않는 점을 감안하여 텍스쳐를 4개의 노드로 설정하고 각 노드에 대해서 파일명을 지정하여 건축물의 각 면에 맞도록 텍스쳐 uv 좌표를 설정함으로써 건축물에 텍스쳐가 효과적으로 입혀질 수 있도록 함으로써 데이터 구축에 대한 시간과 비용을 없애고 이로 인해 3차원 공간데이터의 모든 건축물에 대한 실제 외관 이미지 를 적용할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

우선 본 발명의 실시예에서 자주 언급되는 몇가지 용어를 설명하면 다음과 같다.

"텍스쳐(이미지) 맵핑"이라 함은 컴퓨터 그래픽에서 3차원 형태의 건축물 정보를 표현할 때 건축물의 외부면에 실제 이미지를 입히는 것을 말하는 것으로 보다 현실적이고 사실감 있는 정보 제공을 위해 사용되는 방법이다.

"노드"라 함은 연결점을 의미하는 것으로 건축물의 이루는 면들의 재분배점 또는 끝점을 말하기도 한다.

"U,V 좌표"라 함은 이미지 맵핑을 함에 있어 영상과 건축물의 면을 연계하기 위한 값으로 건축물의 한 면을 이루는 모든 점들에 대해 개별적으로 영상의 상대 위치(영상 전체를 0,0 ~ 1,1 좌표로 정형화시킨 위치)를 설정한 좌표이다.

그리고, 아래의 실시 예에서 사용자는 통상의 표시수단과 입력수단, 메모리, CPU등을 포함하여 구성되는 컴퓨터 시스템을 사용하고, 위성영상 및 항공영상은 별도의 데이터베이스에 저장되어 사용자 시스템과 연결되어 처리되므로, 시스템 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 3차원 건축물을 앞, 좌측, 뒤, 우측으로 나누기 위한 노드번호 설정을 도시한 도면이고, 도 2는 4개의 텍스쳐 노드점 설정에 따라 UV 좌표가 설정되는 과정을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 3차원 건축물의 평면 또는 단면을 이루는 다각형의 어느 한 변을 정면방향으로 정의한 후 건축물의 전,후,좌,우를 결정하기 위한 4개의 노드가 선정된다. 도 1에서는 도로에서 건물을 바라보는 방향의 변(면)을 정면으로 하여 앞쪽 좌측 노드를 A, 앞쪽 우측 노드를 B, 뒤쪽 우측 노드를 C, 뒤쪽 좌측 노드를 D로 정의한 경우이다.

건물의 4방향에 대한 노드가 결정되면, 도 2와 같이 각 방향에서 2개의 노드 간에 존재하는 꼭지점들을 추출하고, 각 꼭지점들 간을 연결한 선분들의 전체길이를 1로 정규화한 후 각 다면체 꼭지점들의 상대위치를 UV좌표로 설정하게 된다.

예를 들면, 건축물의 정면을 노드 A와 노드 B 사이로 정의할 때, 노드 A,B 간에 존재하는 꼭지점 P1에서 P10 사이의 선분들의 길이의 합

L_{p1 , p10} = L_{p1 , p2} + L_{p2 , p3} + L_{p3 , p4} + L_{p4 , p5} + L_{p5 , p6} + L_{p6 p7} + L_{p7 , p8} + L_{p8 , p9} + L_{p9, p10} 이 1이 되도록 정규화할 때, 각 꼭지점의 UV 좌표는

(P1의 UV 좌표)

(P2의 UV 좌표)

(Pn의 UV 좌표)

로 나타낼 수 있다.

즉, 상기에서 정면에는 P1 ~ P10의 10개의 꼭지점에 의해 9개의 개별 면이 포함되는데, 9개의 개별 면을 하나의 이미지로 기록하기 위해 각 꼭지점의 좌표를 UV 좌표로 계산하여 계산된 좌표에 기초하여 9개의 이미지를 하나의 이미지에 기록하는 것이 본 발명의 특징이다.

동일한 방식으로 좌측면,우측면, 배면에서도 각 꼭지점의 UV 좌표를 계산한 후 개별 면의 이미지들을 하나의 이미지에 담게 된다.

따라서, 1개의 3차원 건축물에 대해 전,후,좌,우 4방향에서의 이미지만을 얻게 되면 텍스쳐 매핑이 가능하므로 작업이 매우 간단해지고 텍스쳐 매핑 작업을 미리 하지 않고 3차원 이미지 로딩 시 실시간으로 텍스쳐 매핑이 가능해지므로 데이터 구축에 소요되는 비용을 현저하게 감소시킬 수 있게 된다.

도 3은 3차원 건축물의 전,후,좌,우측을 표현하기 위한 텍스쳐 파일명 설정을 도시한 도면이다.

도 3에는 각 방향에 존재하는 복수 개의 면의 이미지들이 1개의 이미지로 생성된 것이 도시되어 있으며, 각 이미지에는 방향을 나타내기 위해 "XYZ_F", "XYZ_B" 등과 같이 파일명에 방향을 나타내는 문자를 포함하도록 하는 것이 바람직 하다.

도 3에서 전방 이미지(XYZ_F)와 후방 이미지(XYZ_B)는 여러 개의 이미지가 스케일링 되어 압축적으로 표현되어 있는 것이다. 예를 들어, 최상단의 전방 이미지는 전방에 위치하는 5개의 입체면(f1 ~ f5)이 하나의 이미지에 펼쳐진 것과 같은 상태로 1개의 이미지로 생성된 것을 보여주고 있다.

도 4a ~ 도 4c는 여러 형태의 다면체 건축물에 대해 4개의 노드가 설정되었을 때의 텍스쳐 표현 방법을 예시적으로 도시한 것이다.

우선, 도 4a에서와 같은 평면 형상을 갖는 3차원 건축물에 있어 도시된 바와 같이 4개의 노드(N1 ~ N4)를 설정하고, N1,N2 간을 전방, N2,N3 간을 우측, N3,N4 간의 후방, N3,N4 간을 좌측으로 설정할 수 있다. 도면에서 전방은 5개의 면으로 이루어지며, 전방의 이미지는 도 3의 예시적인 이미지와 같이 5개의 이미지가 합성된 형태로 존재하게 되며, 각 꼭지점의 위치좌표를 기초로 텍스쳐 매핑 처리가 수행된다.

도 4b와 4c에서는 동일한 평면 형상의 3차원 건축물에 대해 다른 노드 설정이 가능함을 보여주는 것으로서, 도 4b와 같이 노드를 설정하는 경우 전방 이미지에는 f1, f2, f3 3개의 면이 포함되나, 도 4c와 같이 노드를 설정하는 경우에는 f1만이 전방 이미지에 포함되고 f2와 f3 면은 우측 이미지에 포함되게 된다.

도 5는 최종결과에 대한 예시로 텍스쳐 매핑 전과 본 발명을 적용하여 텍스 쳐를 매핑한 후의 화면을 비교한 도면이다.

본 발명에 의하면 사전에 텍스쳐 매핑이 되어 있지 않고 건축물의 윤곽선 데이터와 해당 건축물에 대한 4방향의 이미지 데이터만 저장되어 있다가 건축물이 로딩되면 4방향의 이미지 데이터에 기초하여 실시간으로 텍스쳐 매핑이 이루어질 수 있는 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 3차원 건축물을 앞, 좌측, 뒤, 우측으로 나누기 위한 노드번호 설정을 도시한 도면이다.

도 2는 4개의 텍스쳐 노드점 설정에 따라 UV 좌표가 설정되는 과정을 도시한 것이다.

도 3은 3차원 건축물의 전,후,좌,우측을 표현하기 위한 텍스쳐 파일명 설정을 도시한 도면이다.

도 4a ~ 도 4c는 여러 형태의 다면체 건축물에 대해 4개의 노드가 설정되었을 때의 텍스쳐 표현 방법을 예시적으로 도시한 것이다.

도 5는 최종결과에 대한 예시로 텍스쳐 매핑 전과 본 발명을 적용하여 텍스쳐를 매핑한 후의 화면을 비교한 도면이다.

Claims (3)

1. 2차원 다각형의 노드와 이미지를 이용하여 3차원 건축물 데이터를 생성하는 방법에 있어서,

   3차원 다면체 건축물의 단면 형상을 이루는 2차원 다각형에 대해서 전방좌측, 전방우측, 후방좌측, 후방우측을 정의하는 4개의 텍스쳐 노드N1 ~ N4를 설정하는 단계;

   전,후,좌,우 각방향에서 2개의 노드 간에 존재하는 꼭지점들을 추출하고, 2개의 꼭지점 사이를 바라보았을 때의 이미지들을 하나의 이미지 파일로 생성하여 전,후,좌,우의 4개의 텍스쳐 파일을 생성하는 단계; 및

   상기 4개의 노드와 4개의 텍스쳐 파일을 이용하여 3차원 건축물 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 다각형의 노드와 이미지를 이용한 3차원 건축물 데이터 생성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전,후,좌,우의 4개의 텍스쳐 파일을 생성하는 단계는

   각 방향에서 2개의 노드 간에 존재하는 꼭지점들을 추출하는 단계;

   각 꼭지점들 간을 연결한 선분들의 전체길이를 1로 정규화하는 단계;

   상기 각 다면체 꼭지점들의 상대위치를 UV좌표로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 다각형의 노드와 이미지를 이용한 3차원 건축물 데이터 생성방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   2개의 노드 간에 존재하는 다면체 꼭지점의 개수가 m개이고, 1 이상이고 m 이하인 자연수 n에 대하여 n번째 꼭지점과 n+1번째 꼭지점 간의 거리를 L_pn,pn+1, m-1개의 선분들의 길이의 합이 L_p1,pm 이라고 할 때,

   상기 n번째 다면체 꼭지점의 UV좌표(UV_pn)는 하기 수학식

   

   에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 2차원 다각형의 노드와 이미지를 이용한 3차원 건축물 데이터 생성방법.

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