KR101469757B1 - 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법 및 이의 저장 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 중계 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 지상에서의 무인차량을 위한 애드혹 네트워크에서 3차원 객체의 교차를 이용하여 통신 중계 영역을 구하는 통신 가능 영역 연산 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 통상적인 프레넬 영역 알고리즘과 3차원 객체의 교차알고리즘을 적용하여 특정 지점에 대한 통신가시선 분석을 수행할 수밖에 없는 단점을 개선하여 통신가능영역을 구함으로써 이동하는 애드혹 네트워크에서 노드파괴나 이동으로 인해 링크실패가 발생되거나 임무수행영역 확대를 위해 중계기능을 수행하려 할 때 노드간의 통신가능영역을 중첩시킬 수 있는 영역을 중계위치로 선정함으로써 안전적인 통신환경을 구축할 수 있게 된다.

Description

3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법 및 이의 저장 매체{Method for calculating communication coverage using 3D Object Intersection and Storage medium thereof}

본 발명은 통신 중계 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 지상에서의 무인차량을 위한 애드혹 네트워크에서 3차원 객체의 교차를 이용하여 통신 중계 영역을 구하는 통신 가능 영역 연산 방법에 대한 것이다.

또한, 본 발명은 지상에서의 무인차량을 위한 애드혹 네트워크에서 3차원 객체의 교차를 이용하여 통신 중계 영역을 구하는 통신 가능 영역 연산 방법을 실행하는 프로그램 명령 코드를 저장하는 저장 매체에 대한 것이다.

애드혹 네트워크는 노드의 이동이나 장애물, 혹은 악천후와 같은 다양한 환경이 발생할 수 있으며 이로 인해 링크 실패가 빈번히 발생된다.

즉, 노드의 이동성이나 무선 채널의 불규칙성이 네트워크의 성능을 결정짓는 주요 요인이 된다. 그리고 필요에 의해서 제한된 통신통달거리를 확대하기 하기 위해서 통신중계 기능을 필요로 하게 된다.

이러한 이유로 안정적인 통신 환경을 구축하기 위해서 애드혹 네트워크를 구성하는 통신장치는 중계기능이 필수 기능이 된다. 특히 지형이나 장애물의 영향을 많이 받는 지상 환경에서의 통신에서는 중계기의 위치 선정이 네트워크 전체의 실질적인 성능을 좌우 한다고 볼 수 있다.

다양한 임무를 수행하기 위해서 노드들이 이동하는 경우라면 중계기의 위치 선정은 더욱 더 중요해 진다.

1. 한국공개특허번호 제10-2012-0059203호 2. 한국등록특허번호 제10-1031300호 3. 한국공개특허번호 제10-2008-0051494호

본 발명은 위 배경기술에서 제기된 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 통상적인 프레넬 영역 알고리즘과 3차원 객체의 교차알고리즘을 적용하여 특정 지점에 대한 통신가시선 분석을 수행할 수밖에 없는 단점을 개선하여 안전적인 통신환경이 가능한 통신 가능 영역 연산 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 안전적인 통신환경이 가능한 통신 가능 영역 연산 방법을 실행하는 프로그램 명령 코드를 저장하는 저장 매체를 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 통상적인 프레넬 영역 알고리즘과 3차원 객체의 교차알고리즘을 적용하여 특정 지점에 대한 통신가시선 분석을 수행할 수밖에 없는 단점을 개선하여 안전적인 통신환경이 가능한 통신 가능 영역 연산 방법을 제공한다.

상기 통신 가능 영역 연산 방법은,

프레넬 영역 알고리즘을 이용하여 가상 입체 타원을 계산하는 가상 입체 타원 계산 단계;

계산된 가상 입체 타원을 회전시켜 입체 타원 회전체 3D 객체를 생성하는 입체 타원 회전체 3D 객체 생성 단계;

영상 정보 및 수치고도정보를 이용하여 상기 영상 정보를 입체화하고 렌더링하여 상기 영상 정보의 3D 지형 객체를 생성하는 3D 지형 객체 생성 단계;

상기 입체 타원 회전체 3D 객체 및 3D 지형 객체를 동일한 좌표계에 도시하여 교차부분을 집합연산으로 구하는 교차부분 산출 단계; 및

상기 입체 타원 회전체 3D 객체로부터 상기 교차부분을 제거하여 최종 3D 객체를 산출하는 최종 3D객체 생성 단계; 및

상기 최종 3D 객체를 3차원 지도상에 도시하여 통신 가능 영역을 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 상기 입체 타원 회전체 3D 객체는 송신기를 기준으로 상기 가상 입체 타원을 회전시켜 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 회전의 각도는 360도인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 집합연산은, CSG (Constructive Solid Geometry) 기법 및 Ray Casting 기법을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 집합 연산은, 합집합, 교집합 및 차집합 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 통신 가능 영역은 애드 혹(AD-HOC) 네트워크의 통신 가능 영역인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 좌표계는 가상 3D 직교 좌표계인 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 한편으로는, 본 발명의 다른 일실시예는 위에서 기술된 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법을 실행하는 프로그램 명령 코드를 저장하는 저장 매체를 제공한다.

본 발명에 따르면, 통상적인 프레넬 영역 알고리즘과 3차원 객체의 교차알고리즘을 적용하여 특정 지점에 대한 통신가시선 분석을 수행할 수밖에 없는 단점을 개선하여 통신가능영역을 구함으로써 이동하는 애드혹 네트워크에서 노드파괴나 이동으로 인해 링크실패가 발생되거나 임무수행영역 확대를 위해 중계기능을 수행하려 할 때 노드간의 통신가능영역을 중첩시킬 수 있는 영역을 중계위치로 선정함으로써 안전적인 통신환경을 구축할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 프레넬 영역 알고리즘의 개념도를 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 프레넬 영역 계산을 이용한 통신가시선 분석을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 3차원 지도상의 두 지점을 객체(점)으로 하고 3차원 좌표에서 객체가 가지는 고도 정보를 추가해서 그래프로 표현한 도면이다.
도 4는 일반적으로 프레넬 영역 알고리즘을 적용하여 두 지점간의 통신 가시선을 분석한 화면예이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 3차원 객체에 대한 집합 연산으로 교차부분이나 차집합 등의 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 객체를 이용하여 통신 가능 영역을 연산하는 과정을 보여주는 순서도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 프레넬 영역 알고리즘의 개념도를 나타내는 도면이다. 프레넬 영역 알고리즘은 통신 가시선 분석에 일반적으로 사용된다. 프레넬 영역 알고리즘은 송수신 안테나 높이/간격, 운용주파수 및 3차원 지도정보에 의한 통신가시선 분석에 사용된다.

도 1을 참조하면, D는 송신기(110)와 수신기(100) 사이의 거리를 나타내며, r은 어떤 지점 P에서의 첫 번째 프레넬 영역(n=1)의 반경이며, P는 송신기(110)로부터 d1만큼 떨어져 있고, 수신기(100)로부터는 d2만큼 떨어져 있다.

프레넬 영역(n=1)은 가시거리 영역 전송로에 장애물이 있는 경우 그 영향을 분석하기 위한 영역으로 송신측과 수신측에서 통신할 때 프레넬 영역(입체타원) 내부 공간에 장애물이 없으면 장애물에 의한 추가 회절 손실을 고려하지 않아도 되며, 첫 번째 프레넬 영역의 반경은 다음식과 같다.

P지점의 높이는 수치고도자료 보다 높아야 가시선이 확보된다.

도 2는 일반적인 프레넬 영역 계산을 이용한 통신가시선 분석을 나타내는 도면이다. 부연하면, 도2는 프레넬 영역을 이용한 가시선 분석을 위해 3차원 지도상의 두 지점(200,210)을 객체(점)으로 하고 3차원 좌표에서 객체가 가지는 고도정보를 추가해서 표현하였다.

도 2를 이해가 용이하도록 그래프로 표시하면 도 3과 같다. 즉, 도 3은 도 2에 따른 3차원 지도상의 두 지점을 객체(점)으로 하고 3차원 좌표에서 객체가 가지는 고도 정보를 추가해서 그래프로 표현한 도면이다.

가시선 분석을 위해 두 객체의 가상 연장선 획득 후 가상의 연장선을 30m 샘플링 단위로 프레넬 반경 r을 반복해서 연산을 수행하였다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 프레넬 영역 알고리즘을 적용하여 두 지점간의 통신 가시선을 분석한 화면예이다. 도 4를 참조하면, 프레넬 영역 알고리즘을 이용하면 특정 두 지점간의 통신 가시선을 구할 수 있을 뿐이다. 통신가능 영역을 구하기 위해서는 3차원 좌표상의 수많은 지점들을 대상으로 연산을 수행해야 하므로 계산량이 과다하게 된다.

송신기(도 1의 110)와 수신기(도 1의 100)간의 거리를 만족할 만한 수준의 통신성능을 달성할 수 있는 최소거리로 두고, 특정 주파수로 통신장치를 운용한다면 프레넬 영역 알고리즘으로 특정의 입체타원을 구할 수 있다.

이 입체타원을 송신기(110)를 중심으로 평면으로 360도 회전시키며 입체타원의 회전체를 구하면 이 회전체의 내부는 그 송신기의 통신 가능 영역이 된다.

3차원 지도는 항공사진 및/또는 위성사진 및/또는 수치고도자료를 이용하여 3차원 객체를 만든 후 렌더링을 통해서 만들어 진다(400).

일반적인 통신 가시선 분석을 프레넬 영역 알고리즘을 적용하면 3차원 좌표상의 지점들을 대상으로 프레넬 반경을 계산하여야 하므로 계산량이 과다하게 된다.

따라서, 이를 해소하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 3차원 객체에 대한 집합 연산으로 교차부분이나 차집합 등의 예를 보여주는 도면이다.

이는 3차원 지형을 3차원 객체로 볼 수 있음을 의미한다. 3차원 객체에 대해 집합 연산을 이용하는 CSG(Constructive Solid Geometry)는 두 3차원 객체에 집합 연산중 합집합, 교집합, 차집합을 이용하여 새로운 3차원 객체를 만들어 낼 수 있으며, 일반적으로 Ray Casting 기법을 많이 사용한다.

Ray Casting 기법을 간단하게 설명하면, 보는 이의 시점(실제로는 카메라의 시점)에서부터 특정 픽셀을 통해 빛을 투사(cast)해서 이 빛이 물체에 닿거나 보이는 영역에서 벗어날 때까지 따라감으로써 그 해당 픽셀의 색을 결정해 렌더링 이미지를 생성하는 기법이다.

물론 그 빛이 아무 물체에도 닿지 않는다면 해당 픽셀은 검은색이 되고, 빛이 어떤 오브젝트 표면에 도달하게 되면 프로그램은 그 빛이 hitting된 지점에서의 오브젝트 색상을 계산해서(이때 특정 shader를 sub-algorithm으로 사용하게 된다) 그 값을 해당 픽셀의 색으로 결정한다. 생성될 전체 이미지의 각각의 픽셀마다 순차적으로 위와 같은 과정을 반복한다.

이러한 Ray Casing 기법에 대하여는 널리 공지되어 있으므로, 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 상세한 설명을 생략하기로 한다.

따라서, CSG(Constructive Solid Geometry) 및 Ray Casting 기법을 이용하면, 두 3차원 객체에 대한 집합연산이 가능하게 된다.

도 5를 참조하면, 제 1 육면체(A)와 제 2 육면체(B)로 이루어진 정2개의 육면체(510)를 다음과 같이 연산하여 새로운 3차원 객체를 생성할 수 있다.

1). 합집합(520): 제 1 육면체(A)와 제 2 육면체(B)를 합한 합집합

2). 교집합(530): 제 1 육면체(A)와 제 2 육면체(B)가 모두 공통적으로 속하는 교집합

3). A-B 차집합(540): 제 1 육면체(A)에서 제 2 육면체(B)를 뺀 집합

4). B-A 차집합(550): 제 2 육면체(B)에서 제 1 육면체(A)를 뺀 집합

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 객체를 이용하여 통신 가능 영역을 연산하는 과정을 보여주는 순서도이다. 도 6을 참조하면, 프레넬 영역 알고리즘으로 만들어 질 수 있는 입체타원의 회전체를 구한다(단계 S600,S610).

위성 영상이나 항공 사진을 수치고도정보를 이용하여 입체화한 후 렌더링해서 만들어 지는 3차원 지도는 이미 3차원 객체이다. 입체타원의 회전체와 3차원 지도 객체를 동일한 좌표계에 도시하여 교차부분을 구하고 입체타원 회전체에서 교차부분을 잘라낸 3차원 객체를 구한다(단계 S620).

3차원 객체가 구해지면, 그 3차원 객체를 3차원 지도상에 도시하여 통신가능영역을 구한다(단계 S630).

특히, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 코드 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 기록될 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.

상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.

상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관등의 전송 매체일 수도 있다.

프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 본 발명의 일실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

100: 수신기
110: 송신기
510: 육면체
520: 합집합
530: 교집합
540: A-B 차집합
550: B-A 차집합

Claims (8)

1. 프레넬 영역 알고리즘을 이용하여 가상 입체 타원을 계산하는 가상 입체 타원 계산 단계;
   송신기와 수신기의 각 안테나의 송신점과 수신점을 잇는 일직선 축을 기준으로 계산된 가상 입체 타원을 회전시켜 입체 타원 회전체 3D 객체를 생성하는 입체 타원 회전체 3D 객체 생성 단계;
   영상 정보 및 수치고도정보를 이용하여 상기 영상 정보를 입체화하고 렌더링하여 상기 영상 정보의 3D 지형 객체를 생성하는 3D 지형 객체 생성 단계;
   상기 입체 타원 회전체 3D 객체 및 3D 지형 객체를 동일한 좌표계에 도시하여 교차부분을 집합연산으로 구하는 교차부분 산출 단계; 및
   상기 입체 타원 회전체 3D 객체로부터 상기 교차부분을 제거하여 최종 3D 객체를 산출하는 최종 3D객체 생성 단계; 및
   상기 최종 3D 객체를 3차원 지도상에 도시하여 통신 가능 영역을 산출하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전의 각도는 360도인 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 집합연산은, CSG (Constructive Solid Geometry) 기법 및 Ray Casting 기법을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 집합 연산은, 합집합, 교집합 및 차집합 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 통신 가능 영역은 애드 혹(AD-HOC) 네트워크의 통신 가능 영역인 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 좌표계는 가상 3D 직교 좌표계인 것을 특징으로 하는 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법.
   
8. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 3차원 객체의 교차를 이용한 통신 가능 영역 연산 방법을 실행하는 프로그램 명령 코드를 저장하는 저장 매체.

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