KR101548647B1 - 3차원 지형정보 가시화 프로세서 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서는, 격자형 표고자료를 이용하여 기본 불규칙 삼각망을 추출하는 삼각망 추출부와, 상기 추출된 데이터를 도로, 건물 등 3차원 시설물 데이터와 결합하는 데이터 결합부와, 상기 결합된 데이터를 이용하여 단계별 세밀도(LOD) 데이터를 생성하는 LOD생성부와, 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 이용하여 3차원 시스템이 각 지역의 지형고도를 가시화하는 제어부를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서는 지형을 표현하는 상기 두 가지 방식(예: 격자(Grid)방식, TIN방식)의 단점을 극복하여 각종 시설물을 정밀하게 표현하면서도 속도를 보장할 수 있는 방법으로 격자(Grid) 방식의 장점과 TIN방식의 장점을 결합하여 사용한다.

Description

3차원 지형정보 가시화 프로세서 및 그 동작방법{PROCESSOR FOR VISUALIZATION OF THREE DIMENSIONAL GEO-SPATIAL INFORMATION}

본 발명은 3차원 GIS 플랫폼에 관한 것으로 특히, 3차원 GIS 플랫폼의 3차원 지형정보 가시화 프로세서에 관한 것이다.

3차원 지리정보 시스템(GIS, Geographic Information System)은 자연물과 인공물의 3차원 공간상 위치와 속성정보를 컴퓨터로 가시화하고 이들 데이터를 입력하고 편집하고 분석할 수 있는 컴퓨터 시스템이다. 3차원 지리정보 시스템(GIS)은 지리적으로 참조 가능한 모든 형태의 정보를 효과적으로 수집, 저장, 갱신, 조정, 분석, 표현할 수 있도록 설계된 컴퓨터의 하드웨어와 소프트웨어 및 지리적 자료를 모아, 이들을 이용할 수 있다.

GIS는 다양한 지구표면정보의 참조를 위하여 공간적으로 위치를 표현하는 지형정보와 그 형태와 기능을 설명·보완하는 비도형 속성정보를 그래픽과 데이터베이스의 관리기능 등과 연계하여 정보를 저장, 추출, 관리, 분석하는 정보체계 관련기술로, 지형정보의 특성(속성)정보를 부가하여 지도의 공간적인 관계를 표현하는 종합적인 분석수단이기도 하다. 공간상 위치를 점유하는 지리자료(geographic data)와 이에 관련된 속성자료(attribute data)를 통합하여 처리한다. GIS는 토지정보 관리, 시설물 관리, 교통, 도시계획 및 관리, 환경, 일기예보, 농업, 재해 및 재난, 교육, 인구예측 분야 등 매우 광범위하게 사용될 수 있다.

이용목적의 관점에서 보면, GIS는 시설물관리(FM: Facility Management) 시스템과 계획지원을 목적으로 하는 의사결정지원시스템으로 나눌 수 있으며, 또한, 토지정보시스템(LIS: land information system)과 도시정보시스템(UIS: urban information system)으로 구분될 수 있다.

전세계적으로 3차원 건물모델의 수요가 증가하고, 3차원 건물모델을 이용한 활용분야가 다양해지면서, 3차원 건물모델 및 지형정보를 이용하여 도시모델 단위의 공간정보를 서비스할 수 있는 플랫폼의 중요성이 부각되고 있다. 그리고, 도시모델의 경우 수많은 건물들로 구성되어 있기 때문에, 3차원 모델의 신속하고 효율적인 가시화 방안이 중요한 요소가 되고 있다. 특히, 모바일 디바이스와 같이 제한적인 성능을 가지고 있는 장비를 이용하여 대용량 3차원 객체에 대한 화면 디스플레이를 수행하는 경우 렌더링 성능의 한계로 인해 원활한 작업이 불가능하다. 이와 같은 문제의 해결을 위해서는 3차원 실사모델에 대한 세밀도(LOD, Level Of Detail) 모델 구성을 통해 데이터를 경량화시키는 기술이 필수적으로 요구된다.

세밀도 즉, LOD는 보통 정보를 모델링할 때의 상세수준을 말하는 것으로, 세밀도(LOD) 모델의 구성이 명확하지 않을 경우 이해 당사자들간 건설 정보를 모델링할 때 많은 혼란을 가져올 수 있다.

세밀도(LOD)의 기본 아이디어는 어떤 물체가 작거나 렌더링된 이미지에 기여하는 것이 없을 경우에 좀 더 간략하게 표현된 것을 사용하자는데 있다. 예를 들어, 대략 10,000개의 삼각형들로 이루어진 자세한 3차원 객체모델의 경우 관측자가 객체에 가깝게 있을 때 사용된다. 관측자가 객체에서 멀어지면 100개 정도의 삼각형으로 구성된 단순화된 모델을 사용하는 것만으로도, 거리가 멀기 때문에 원본 모델과 거의 비슷하게 보여질 수 있다. 이런 방법을 이용하면 데이터의 경량화로 인해 상당한 속도 향상을 기대할 수 있다.

최근 6-7년간, 브이월드(V-World)나 구글어스(Google Earth)와 같은 3차원 지리정보시스템 분야에서도 3차원 건물모델을 어떻게 하면 자동으로 경량화하여 세밀도(LOD) 데이터를 구성할 수 있는지에 대한 연구들이 활발하게 진행되어 왔다. 특히 세밀도(LOD) 생성에 관련된 연구들은 부드러운 폴리곤 메쉬(지형 등) 또는 규칙적인 각기둥 형태의 3차원 건물 모델에 초점이 맞추어져 진행되어 왔으나, 아직까지는 3차원 건물 모델에 대한 자동 경량화 기술에 관한 연구는 미진한 상태이며, 추가적인 연구, 개발이 필요한 실정이다.

개발 초기에, 지형의 3차원 가시화 및 분석을 위해 활용되었던 3차원 지리정보시스템은, 최근 건물모델과 함께 3차원 가상도시 단계까지 발전해오고 있으며 도시계획, 환경, 방재, 시설물관리, 위치기반 시스템(LBS) 등과 같은 분야에서 다양하게 활용되고 있다.

3차원 지리정보시스템에서, 지형의 변화는 주로 수치표고모델(DEM: Digital Elevation Model) 또는 불규칙 삼각망(TIN)으로 표현되며, 3차원 구조물은 와이어-프레임 모델(wire-frame model), 표면 모델(surface model) 또는 솔리드 모델(solid model)과 같은 모델들을 이용하여 표현된다. 3차원 지리정보시스템은 3차원 지형과 3차원 구조물과의 통합을 통하여 보다 실제에 가까운 시각정보를 제공할 수 있지만, 다양한 데이터로부터 구축된 지형모델과 건물모델의 정확도 및 해상도의 차이로 인해 두 모델간의 경계선 불일치의 문제를 안고 있다.

일반적으로, 브이월드(V-World)나 구글어스(Google Earth)와 같은 3차원 지리정보시스템은 3차원 세밀도(LOD)의 효과적인 운영을 위해 격자(Grid)방식의 수치 표고모델(DEM)을 이용하여 지형을 표현한다.

수치 표고모델(DEM)을 이용하여 지형을 표현하는 방식에는 격자(Grid)방식 뿐 아니라 불규칙 삼각망의 TIN(Triangulated Irregular Network)방식도 있지만, TIN방식의 경우 다양한 지형을 표현하고 지상 및 지하 구조물을 표현하는데 용이하다는 장점이 있지만, 복잡한 연산으로 인해 각 세밀도(LOD) 레벨에서 3차원 공간의 가시화 운영이 용이하지 않으며 시스템 부하에 따른 3차원 공간정보 가시화 속도의 예측이 어렵기 때문에, 종래 3차원 지리정보시스템은 도1에 도시된 바와 같이 격자(Grid)방식의 수치 표고모델(DEM)을 이용하여 지형을 표현했다. 도1은 종래 3차원 지형정보의 구조에 관한 예시도이다.

수치 표고모델(DEM)은 구축이 용이하고 세밀도(LOD)의 레벨을 변환할 때 단순한 계산식을 이용하므로 성능예상이 가능하다. 또한, 동일한 세밀도(LOD) 레벨에서 가시화 정보를 제공할 경우 동일한 구조체를 재사용함으로써 시스템 부하와 연산속도가 일정하다. 하지만, 수치 표고모델(DEM)은 해상도 이내의 지형기복과 구조물 간의 경계를 표현하는데 제약이 많다. 반대로 개활지 등 지형변화가 많지 않은 지형에서는 일정한 격자 간격으로 고도를 표현하므로 불가피하게 큰 용량을 가지게 된다.

또한, 기존의 구축된 3차원 지리정보시스템은 대부분 웹(Web)기반의 시스템으로 다수의 이용자들이 쉽게 접근하여 서비스를 제공받을 수 있다는 장점이 있지만, 대용량의 3차원 지형 및 구조물 모델들을 처리하는데 있어서, 하드웨어, 소프트웨어, 네트워크의 영향, 데이터 로딩속도 등으로 인하여 대상지역을 3차원으로 원활하게 보여주지 못하는 제약이 있다.

따라서, 수치표고모델(DEM) 기반으로 세밀도(LOD)를 운영하고 지형과 3차원 지형과 구조물을 통합할 때 발생하는 경계선 불일치 문제점과, 대용량의 3차원 가시화 정보를 서비스할 때 발생하는 시스템의 과부하 문제를 해결하기 위한 방법이 필요한 상황이다.

기존의 3차원 지형정보 시스템(GIS)의 경우 지형을 표현하기 위하여 격자(Grid)방식을 사용한다. 격자(Grid)방식은 데이터를 그리드(Grid)로 만들고 각각의 그리드를 타일방식으로 구성하여 사용한다. 이와 같은 격자(Grid)방식은 계산 속도가 빠른 장점이 있다. 그리고, 정해진 해상도를 사용해야 하므로 정밀한 표현을 위해서는 상세 단계(LOD) 모델을 사용한다. 상세 단계(LOD) 모델은 해상도에 따라 정밀도를 달리하는 단계별 데이터를 사용하는 방식으로, 격자(Grid)방식에서, 상세 단계(LOD) 모델이 높은 정밀도를 얻기 위해서는 LOD데이터의 정밀도 수준을 계속 올려야 하기 때문에 도로, 건물 등 지형 그리드와 정확하게 일치하지 않는 데이터를 표현하는데 어려움이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위해서는 또 다른 지형표현 방식인 TIN(Triangulated Irregular Network)을 사용하기도 하는데, 계산속도가 느려서 넓은 범위를 표현해야 하는 GIS 프로그램에서는 사용하기 어렵다.

본 발명의 목적은 격자(Grid)방식과 TIN방식이 적용된 타일데이터를 시설물과 결합하여 정밀한 표현이 필요한 경우에는 TIN방식의 타일을 사용하고 이외의 지역에 대해서는 격자(Grid)방식을 사용하는 3차원 지형정보 가시화 프로세서를 제공하는데 있다.

본 발명의 부가적인 특성 및 이점들은 아래의 설명에 기재될 것이며, 부분적으로는 상기 설명에 의해 명백해지거나 본 발명의 실행을 통해 숙지 될 것이다. 본 발명의 목표 및 다른 이점들은 특히 아래 기재된 설명 및 부가된 도면뿐만 아니라 청구항에서 지적한 구조에 의해 구현될 것이다.

본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서는 지형을 표현하는 상기 두 가지 방식(예: 격자(Grid)방식, TIN방식)의 단점을 극복하여 각종 시설물을 정밀하게 표현하면서도 속도를 보장할 수 있는 방법으로 격자(Grid) 방식의 장점과 TIN방식의 장점을 결합하여 사용한다.

따라서, 기존 수치 표고모델 기반의 세밀도 운영 방법에서 가지는 지형과 3차원 구조물의 경계 불일치 문제점을 해결하여 보다 완성도 높은 공간정보 가시화 서비스를 제공할 수 있으며, 기존 수치 표고모델이 가지는 절대좌표를 기준으로 구축된 3차원 구조물을 통합함으로써 구축된 구조물의 절대좌표를 효과적으로 등록할 수 있다.

또한, 본 발명은 기존 수치고도모델 기반의 세밀도 운영방법보다 경량화된 데이터(예: LOD데이터)를 이용하여 3차원 지형을 복원한 공간정보 가시화 서비스를 제공함으로써, 종래, 시스템 과부화와 서비스시간 과다 소요의 문제점들이 획기적으로 절감되도록 하였다.

또한, 본 발명은 지형변화를 불규칙 삼각망으로 표현함으로써 다양한 시설물 관리에의 적용이 가능하고, 지형정보의 분석을 통한 정확한 토공량 산출이나 경사도/경사향 분석, 3차원 공간정보 서비스의 실감도 수준향상, 그리고 가상건물 및 단지배치 서비스 제공 등 다양한 활용방안을 기대할 수 있다.

도1은 종래 3차원 지형정보의 구조에 관한 예시도.
도2는 본 발명에 따른 3차원 지형정보 구조에 관한 예시도.
도3은 본발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서의 구성도.
도4는 본발명에 따른 3차원 지형정보 가시화의 전체 절차를 나타낸 예시도.
도5는 기본 세밀도 데이터 추출을 나타낸 예시도.
도6은 본 발명에 따라 LOD 격자 데이터와 상기 시설물의 벡터 데이터를 결합하는 절차에 관한 예시도.
도7a는 LOD격자 데이터와 상기 시설물 벡터 데이터의 중첩과 그 중첩 포인트를 나타낸 도면.
도7b는 본 발명에 따라 시설물 내 높이가 반영된 포인트들을 나타낸 도면.
도7c는 본 발명에 따라 타일 내의 최종 포인트들을 일반화하고 새로운 삼각망을 생성하는 절차에 관한 예시도.
도8a는 일반화를 위한 각 포인트의 높이차와 수직 각도차를 나타낸 도면.
도8b는 새로 구성된 타일 데이터를 나타낸 도면.
도9는 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서의 동작에 관한 흐름도.
도10은 도9의 결합과정(S200)에 관한 상세 흐름도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서는,

격자형 표고자료를 이용하여 기본 불규칙 삼각망을 추출하는 삼각망 추출부와, 상기 추출된 데이터를 도로, 건물 등 3차원 시설물 데이터와 결합하는 데이터 결합부와, 상기 결합된 데이터를 이용하여 단계별 세밀도(LOD) 데이터를 생성하는 LOD생성부와, 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 이용하여 3차원 시스템이 각 지역의 지형고도를 가시화하는 제어부를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 삼각망 추출부는 가시화에 적합한 크기의 단위 타일 사이즈를 지정하고, 각 단위 타일을 이웃 타일들과 규칙적으로 배열하고, 일정하게 중첩을 이루도록 타일간 중첩의 정도를 설정하며, 3차원 영상의 정밀도를 고려한 기본 레벨 세밀도(LOD) 데이터의 적정 용량을 산정하여 그 산정값을 LOD생성부에 전달하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제어부는 3차원 상에서 상기 데이터를 가시화하기 위하여 거리에 따른 표출레벨을 결정하고, 상기 표출레벨 결정을 위해, 단계별 오차에 따른 실시간 보간을 수행하며, 상기 실시간 보간을 최소화하기 위해 상기 세밀도(LOD)의 오차율을 산정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 데이터 결합부는 중첩되는 타일 데이터와 상기 시설물의 벡터 데이터를 중첩시킨 후 상기 타일 데이터와 시설물 벡터 데이터가 만나는 포인트를 추출하고, 시설물 내부에 포함된 포인트들에 대하여 높이를 추출하거나 혹은 특정 높이를 반영하여 변경하고, 최종 포인트들을 기준으로 삼각망들을 단순화하여 새로운 삼각망을 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 관점에 따른 3차원 지형정보의 가시화 방법은,

격자형 표고자료를 이용하여 기본 불규칙 삼각망을 추출하는 과정과, 상기 추출된 데이터를 도로, 건물 등 3차원 시설물 데이터와 결합하는 과정과, 상기 결합된 데이터를 이용하여 단계별 세밀도(LOD) 데이터를 생성하는 과정과, 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 이용하여 3차원 시스템이 각 지역의 지형고도를 가시화하는 과정을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 착안점은, 타일방식을 이용하여 상세 단계(LOD) 모델을 표현하는 기본 방법은 그대로 채용하고, 각각의 타일을 그리드 혹은 TIN을 사용하여 시설물과 결합하여 정밀한 표현이 필요한 경우에는 TIN 방식의 타일을 사용하고 이외의 지역에 대해서는 그리드 방식을 사용하는 3차원 지형정보 가시화 프로세서를 구현하는데 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서는 지형을 표현하는 상기 두 가지 방식(예: 그리드(Grid) 방식, TIN방식)의 단점을 극복하여 각종 시설물을 정밀하게 표현하면서도 속도를 보장할 수 있는 방법으로 도2에 도시된 바와 같이, 그리드 방식의 장점과 TIN방식의 장점을 결합하여 사용한다. 도2는 본 발명에 따른 불규칙 삼각망 기반의 3차원 지형정보 구조에 관한 예시도이다.

또한, 본 발명은 도2에 도시된 바와 같이, 지형변화를 불규칙 삼각망으로 표현함으로써 다양한 시설물 관리에의 적용이 가능하고, 지형정보의 분석을 통한 정확한 토공량 산출이나 경사도/경사향 분석, 3차원 공간정보 서비스의 실감도 수준향상, 그리고 가상건물 및 단지배치 서비스 제공 등 다양한 활용방안을 기대할 수 있다.

도3은 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서에 관한 블록 구성도이다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서(100)는 데이터 수신부(10), 삼각망 추출부(20), 데이터 결합부(30), LOD생성부(50), 제어부(40), 저장부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 데이터 수신부(10)는 라이더(Lidar) 등을 이용하여 제작된 지형 고도 데이터(or 수치표고 모델(DEM) 데이터)를 3차원 GIS 플랫폼(예: 구글 어스(Google Earth), 브이월드(V-World), 월드윈드(World Wind)) 상에서 표현되도록 하기 위해 우선, 사용자로부터 특정 지역의 수치표고 모델(DEM) 데이터를 입력받는다.

수치표고 모델(DEM: Digital Elevation Model)은 실세계 지형 정보 중 건물, 수목, 인공 구조물 등을 제외한 지형(bare earth) 부분을 표현하는 수치 모형이고, 불규칙한 지형 기복을 3차원 좌표 형태로 구축함으로써 국가지리정보체계 구축 사업 지원과 국토 개발을 위한 도시 계획, 입지 선정, 토목, 환경 분야 등에 활용된다.

상기 삼각망 추출부(20)는 격자형 표고자료를 이용하여 기본 불규칙 삼각망을 추출(생성)한다.

이를 위해, 우선 삼각망 추출부(20)는 가시화 서비스에 적합한 크기의 단위 타일 사이즈를 결정한다. 그리고, 각 단위 타일 정보가 불규칙하게 배열되지 않고 이웃 타일의 정보와 일정하게 중첩을 이루도록 효과적인 데이터 처리가 가능한 타일간 중첩의 정도를 설정한다.

또한, 삼각망 추출부(20)는 3차원 영상의 정밀도를 고려한 기본 레벨 세밀도(LOD) 데이터의 적정 용량을 산정하고 그 산정값을 각 레벨의 세밀도(LOD) 데이터 생성에 반영한다. 삼각망 추출부(20)는 이를 위해, 상기 산정값을 LOD생성부(60)에 전달한다.

지형 고도 데이터(or 수치표고 모델(DEM) 데이터)는 라이더(Lidar) 등을 이용하여 제작된 데이터를 기본으로 한다. 이들 지형 고도 데이터의 정밀도는 필요에 따라 수 미터(m)에서 수 센티미터(cm)까지 다양하다.

지형 고도 데이터를 3차원 GIS 프로그램에서 사용하기 위해서는 도5에 도시된 바와 같이, 타일로 분할하여 사용한다. 도5는 기본 세밀도 데이터 추출을 나타낸 예시도이다. 본 발명은 3차원 GIS 프로그램의 처리 속도를 고려하여 각 타일을 64개 혹은 128개로 분할하여 사용할 수 있다.

일반적으로 타일 분할의 경우, 지구둘레 360도를 18개로 분할한 최상위 레벨(예: 20도)를 기준으로 하위 레벨로 내려가면서 두 배씩 해상도를 높여 데이터를 만들어 낸다. 즉, 최상위 레벨인 0레벨은 20도, 제1레벨은 10도, 제2레벨은 5도로 해상도를 높여 나간다.

실제 데이터 구축은 원본 데이터의 해상도를 고려하여 타일 분할을 거듭하는 것으로써 최소 레벨을 결정하는데, 1m 해상도일 경우 타일 분할은 대략 제13레벨 정도가 된다.

상기 데이터 결합부(30)는, 도6에 도시된 바와 같이, 상기 삼각망 추출부(20)의 검출 데이터(불규칙 삼각망 포함)를 도로, 건물 등의 3차원 시설물 데이터와 결합한다. 이때, 상기 3차원 시설물 데이터는 평면형 시설물, 불규칙한 고도를 포함한 시설물, 규칙적이며 점진적인 수치적 고도 변화를 포함하는 시설물 등이 될 수 있다. 도6은 본 발명에 따라 LOD 격자 데이터와 상기 시설물의 벡터 데이터를 결합하는 절차에 관한 예시도이다.

시설물 데이터와의 결합을 위해, 데이터 결합부(30)는 우선, 시설물의 벡터 데이터와 중첩되는 타일 데이터들을 추출한다. 도6의 빨간색 타일들이 이에 해당된다. 그리고, 상기 추출된 타일을 구성하는 포인트들의 표고점(높이)을 추출한 후, 상기 추출된 표고점을 이용하여 기본 불규칙 삼각망을 변경한다.

이러한, 데이터 결합부(30)의 수행 절차를 3단계로 나누어 설명하면,

첫째, 데이터 결합부(30)는 상기 중첩되는 타일 데이터 즉, LOD 격자 데이터와 상기 시설물의 벡터 데이터를 중첩시킨 후 도6의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 LOD 격자 데이터와 시설물 벡터 데이터가 만나는 포인트를 추출한다.

도7a는 LOD격자 데이터와 상기 시설물 벡터 데이터의 중첩과 그 중첩 포인트를 나타낸 도면이다.

데이터 결합부(30)는 격자(Grid)의 삼각형과 시설물 데이터의 외곽선이 만나는 포인트를 추출하여 포인트 리스트에 추가한다. 도7a에 도시된 바와 같이, 선별된 타일의 격자(Grid)와 시설물이 중첩되는 각 포인트를 추출한다.

이후, 데이터 결합부(30)는 격자(Grid)의 각 삼각형에 대하여 시설물 벡터의 각 선분과 교차 여부를 검사하여 중첩이 확인된 포인트를 격자(Grid)의 전체 포인트 목록에 추가한다.

상기 중첩지점에 관한 확인은 최소 경계 사각형(MBR, Minimum bounding rectangle) 확인 후 최소 경계 사각형(MBR)이 중첩된 선분에 대하여 교차되는지 여부를 판단하여 결정된다.

그리고, 둘째, 데이터 결합부(30)는 도6의 (b)에 도시된 바와 같이, 시설물 내부에 포함된 포인트들에 대하여 높이를 추출하거나 혹은 특정 높이를 반영하여 변경한다.

도7b는 본 발명에 따라 시설물 내 높이가 반영된 포인트들을 나타낸 도면이다.

도7b에 도시된 바와 같이, 데이터 결합부(30)는 시설물 내에 포함된 포인트들에 대하여 높이를 추출한 후, 추출된 높이값에 따라 해당 포인트를 삭제하거나 유지시키게 된다. 이때, 상기 시설물 내 높이는 시설 하단부의 지형 높이 값에 시설물내 포인트의 높이를 더한 값을 갖는다.

그리고, 셋째, 데이터 결합부(30)는 도6의 (c)에 도시된 바와 같이, 최종 포인트들을 기준으로 형성되는 새로운 삼각망을 생성한다. 데이터 결합부(30)는 상기 최종 포인트들을 기준으로 보다 단순화된 삼각망들을 생성하므로, 더 적은 갯수의 삼각망으로 지형을 나타내게 된다.

도7c는 본 발명에 따라 타일 내의 최종 포인트들을 일반화하고 새로운 삼각망을 생성하는 절차에 관한 예시도이다.

도7c의 (b)에 도시된 바와 같이, 데이터 결합부(30)는 추출된 포인트들과 함께 모든 포인트를 일반화(Simplification) 시킨다.

그리고, 데이터 결합부(30)는 도8a의 a)에 도시된 바와 같이 검사할 포인트와 연결된 각 포인트의 높이 차를 검출하여, 검출된 높이 차가 타일의 허용 높이의 최소값 보다 작으면 해당 포인트를 삭제한다. 도8a는 일반화를 위한 각 포인트의 높이차와 수직 각도차를 나타낸 도면이다. 상기 허용 높이의 최소값은 해당 타일 이미지의 픽셀 해상도가 최대 값이므로 해당 타일의 픽셀 최대 해상도를 사용한다.

상기 검출된 높이차가 허용 높이의 최소값 보다 작아도, 도8a의 b)에 도시된 바와 같이 두 포인트의 수직 각도 차가 특정 각도 이상일 경우 두 포인트간에는 무시할 수 없는 높이의 표고지점이 존재하는 것으로 간주하여, 삭제 대상에서 제외한다. 이때 해당 지점의 판단 기준 각도는 각 지점간 각도 중에서 최대 각도를 이용한다.

이후, 데이터 결합부(30)는 도7c의 (c)에 도시된 바와 같이, 남아 있는 포인트들을 연결하여 삼각망을 다시 생성한다. 그리고, 도8b에 도시된 바와 같이 다시 생성된 데이터로 기존의 타일 테이터를 대체한다. 도8b는 새로 구성된 타일 데이터를 나타낸 도면이다.

타일 데이터의 헤더는 데이터의 형식을 나타내는 구분자를 포함하며, 구분자는 해당 타일 데이터가 격자(Grid) 형식인지 TIN형식인지 여부를 나타낸다. 타일 데이터의 헤더는 포인트의 개수, 삼각형의 개수, 포인트의 위치 및 높이 값, 삼각형의 인덱스에 관한 정보를 포함하여 구성된다.

격자(Grid) 형식 타일 데이터의 경우 Float형이며, 저장부(60)에 일렬로 저장된다. Float형 데이터의 개수는 일반적으로 64x64(혹은 128x128)이다.

TIN 형식 타일 데이터의 경우, 이미지 중첩을 위한 유브이 맵(UV map)을 그대로 사용하며, 이를 위한 타일의 x, y위치 값은 0과 1사이의 범위로 제한한다.

만일, 해당 타일의 세로위치(row), 가로위치(col)를 알고 있다면, 동(east), 서(west), 남(south), 북(north)의 방위를 이용하여 지형에 적용되는 정확한 위치를 계산할 수 있다.

x와 y값의 범위를 0에서 1로 제한하는 이유는 같은 값을 텍스쳐 uv로 재활용하기 위함이다. 즉, x는 그대로 u값으로 사용하고 y값은 1-y로 해서 v값으로 사용, z값은 elevation값을 사용한다.

상기 LOD생성부(50)는, 기본 불규칙 삼각망이 적용된 상기 결합 데이터를 이용하여 세밀도(LOD) 데이터를 생성(구성)한다.

LOD생성부(50)는 상기 삼각망 추출부(20)로부터 기본 레벨 세밀도(LOD) 데이터의 적정 용량 산정값을 전달받아, 각 레벨의 세밀도(LOD) 데이터 생성 시에 반영한다.

상기 세밀도(LOD) 데이터 생성과정에서, LOD생성부(50)는 단순화시킬 포인트의 고도 오차범위를 설정한다. 그리고, 지형 변화점을 최대한 유지하기 위해 지형물의 정보를 참조한다.

만일, 사면분할 격자가 존재하지 않는 경우, LOD생성부(50)는 저레벨 LOD 데이터를 이용하여 데이터를 생성 처리한다.

그리고, 일단, 상위 세밀도(LOD) 데이터가 생성되면, 그 이하의 각 단계별 세밀도(LOD) 데이터는 상기 데이터 결합부(30)의 동작들의 반복 수행에 의해 생성(구성)된다.

그리고, 상기 도8a의 포인트 일반화 절차가 수행되면, 중첩된 포인트들이 삭제됨에 따라 운영 가능한 포인트 개수는 자연스럽게 제한된다.

상기 제어부(40)는 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 이용하여 각 지역의 지형고도를 가시화한다.

3차원 상에서 상기 데이터를 가시화하기 위해, 제어부(40)는 우선, 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 로드(load)하고 카메라와 표시 데이터간 거리에 따른 표출레벨을 결정한다. 그리고 상기 표출레벨 결정을 위해, 단계별 오차에 따른 LOD 타일 접합부간의 실시간 보간을 수행한다.

제어부(40)는 상기 실시간 보간을 최소화하기 위해 상기 세밀도(LOD)의 표시 오차율을 산정한다. 이 오차율은 거리에 따른 선형적 증감이 아니라 계단식 증감방식을 사용하여 실시간 계산에 따른 부하를 최소화한다.

그리고, 상기 결정된 레벨의 타일 데이터 헤더에서 구분자를 추출하여 데이터 형식(예: 격자(Grid) 형식 or TIN형식)을 판별하고 화면에 표시한다.

본 발명에 따른 타일 데이터는 2가지 형식(예: 격자(Grid) 형식 or TIN형식)의 데이터를 포함하므로, 제어부(40)는 데이터 형식을 판별하는 절차를 수행한다.

상기 저장부(60)는, 상기 LOD생성부(50)가 생성한 단계별 세밀도(LOD) 데이터를 저장한다. 또한, 도8b에 도시된 바와 같이 격자(Grid)형식의 데이터와 TIN형식의 데이터로 구성된 타일 데이터를 저장한다.

도4는 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 절차의 전체 구성에 관한 예시도이고, 도9는 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서의 동작에 관한 흐름도이다.

도4와 도9를 참조하여, 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서(100)는 우선, 사용자로부터 특정 지역의 수치표고 모델(DEM) 데이터를 입력받고, 도9에 도시된 바와 같이 입력된 격자형 표고자료를 이용하여 기본 불규칙 삼각망을 추출(생성)한다. (S100)

상기 과정(S100)의 기본 불규칙 삼각망 추출을 위해, 프로세서(100)는 우선 서비스에 적합한 크기의 단위 타일 사이즈를 결정한다. 그리고, 각 단위 타일 정보가 불규칙하게 배열되지 않고 이웃 타일의 정보와 일정하게 중첩을 이루도록 효과적인 데이터 처리가 가능한 타일간 중첩의 정도를 설정한다.

또한, 3차원 영상의 정밀도를 고려한 기본 레벨 세밀도(LOD) 데이터의 적정 용량을 산정하고 그 산정값을 LOD생성부(60)에 전달한다.

이후, 프로세서(100)는, 상기 과정(S100)의 검출 데이터(불규칙 삼각망 포함)를 도6에 도시된 바와 같이, 도로, 건물 등의 3차원 시설물 데이터와 결합한다. (S200)

상기 시설물 데이터와의 결합을 위해, 프로세서(100)는 우선, 시설물의 벡터 데이터와 중첩되는 타일 데이터들을 추출한다. 그리고, 중첩되는 타일 데이터 즉, LOD 격자 데이터와 상기 시설물의 벡터 데이터를 중첩시킨 후 도10에 도시된 바와 같이 상기 LOD 격자 데이터와 시설물 벡터 데이터가 만나는 포인트를 추출한다. (S220) 도10은 상기 결합과정(S200)에 관한 상세 흐름도이다.

상기 추출과정(S220)에서, 프로세서(100)는 도7a에 도시된 바와 같이, 격자(Grid)의 삼각형과 시설물 데이터의 외곽선이 만나는 포인트를 추출하여 포인트 리스트에 추가한다. 그리고, 격자(Grid)의 각 삼각형에 대하여 시설물 벡터의 각 선분과 교차 여부를 검사하여 중첩이 확인된 포인트를 격자(Grid)의 전체 포인트 목록에 추가한다.

이후, 프로세서(100)는 도6의 (b)에 도시된 바와 같이, 시설물 내부에 포함된 포인트들에 대하여 높이를 추출하거나 혹은 특정 높이를 반영하여 변경한다. (S240)

프로세서(100)는 도7b에 도시된 바와 같이, 시설물 내에 포함된 포인트들에 대하여 높이를 추출한 후, 추출된 높이값에 따라 해당 포인트를 삭제하거나 유지시키게 된다.

그리고, 프로세서(100)는 도6의 (c)에 도시된 바와 같이, 최종 포인트들을 기준으로 형성되는 새로운 삼각망을 생성한다. 프로세서(100)는 상기 최종 포인트들을 기준으로 보다 단순화된 삼각망들을 생성하므로, 더 적은 갯수의 삼각망으로 지형을 나타내게 된다. (S260)

상기 새로운 삼각망 생성(S260)을 위해, 프로세서(100)는 도7c의 (b)에 도시된 바와 같이, 추출된 포인트들과 함께 모든 포인트를 일반화(Simplification) 시킨다. 그리고, 도8a의 a)에 도시된 바와 같이 검사할 포인트와 연결된 각 포인트의 높이 차를 검출하여, 검출된 높이 차가 타일의 허용 높이의 최소값 보다 작으면 해당 포인트를 삭제한다.

만일, 상기 검출된 높이차가 허용 높이의 최소값 보다 작아도, 도8a의 b)에 도시된 바와 같이 두 포인트의 수직 각도 차가 특정 각도 이상일 경우 두 포인트간에는 무시할 수 없는 높이의 표고지점이 존재하는 것으로 간주하여, 삭제 대상에서 제외한다.

이후, 프로세서(100)는 도7c의 (c)에 도시된 바와 같이, 남아 있는 포인트들을 연결하여 삼각망을 다시 생성한다. 그리고, 도8b에 도시된 바와 같이 다시 생성된 데이터로 기존의 타일 테이터를 대체한다.

이상의 절차들을 통해, 상기 데이터 결합과정(S200)이 완료되면, 프로세서(100)는, 기본 불규칙 삼각망이 적용된 상기 결합 데이터를 이용하여 세밀도(LOD) 데이터를 생성(구성)한다. (S300)

세밀도(LOD) 데이터 생성 시, 프로세서(100)는 상기 삼각망 추출부(20)로부터 전달된 기본 레벨 세밀도(LOD) 데이터의 용량 산정값을 각 레벨의 세밀도(LOD) 데이터에 반영한다.

상기 세밀도(LOD) 데이터 생성과정에서, 프로세서(100)는 단순화시킬 포인트의 고도 오차범위를 설정한다. 그리고, 지형 변화점을 최대한 유지하기 위해 지형물의 정보를 참조한다. 만일, 사면분할 격자가 존재하지 않는 경우, LOD생성부(50)는 저레벨 LOD 데이터를 이용하여 데이터를 생성 처리한다.

일단, 기본 세밀도(LOD) 데이터가 생성되면, 그 이하의 각 단계별 세밀도(LOD) 데이터는 상기 데이터 결합과정(S220~S260)을 반복 수행하는 것으로서 생성(구성)된다.

이후, 프로세서(100)는 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 이용하여 각 지역의 지형고도를 가시화한다. (S400)

3차원 상에서 상기 데이터를 가시화하기 위해, 프로세서(100)는 우선, 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 로드(load)하고 카메라와 LOD 데이터간의 거리에 따른 표출레벨을 결정한다. 그리고 상기 표출레벨 결정을 위해, 단계별 오차에 따른 LOD 타일 접합부간의 실시간 보간을 수행한다.

제어부(40)는 상기 실시간 보간을 최소화하기 위해 상기 세밀도(LOD)의 표시 오차율을 산정한다. 이 오차율은 거리에 따른 선형적 증감이 아니라 계단식 증감방식을 사용하여 실시간 계산에 따른 부하를 최소화한다.

그리고, 상기 결정된 레벨의 타일 데이터 헤더에서 구분자를 추출하여 데이터 형식(예: 격자(Grid) 형식 or TIN형식)을 판별하고 화면에 표시한다.

본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서(100)는 애드-온(ADD-ON) 프로그램의 형태로서, 3차원 GIS 플랫폼에 실장되는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서(100)는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 그리고 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.

상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 상기 컴퓨터는 3차원 지형정보 가시화 프로세서(100)를 포함할 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상, 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 지형정보 가시화 프로세서는 지형을 표현하는 상기 두 가지 방식(예: 격자(Grid)방식, TIN방식)의 단점을 극복하여 각종 시설물을 정밀하게 표현하면서도 속도를 보장할 수 있는 방법으로 격자(Grid) 방식의 장점과 TIN방식의 장점을 결합하여 사용한다.

따라서, 기존 수치 표고모델 기반의 세밀도 운영 방법에서 가지는 지형과 3차원 구조물의 경계 불일치 문제점을 해결하여 보다 완성도 높은 공간정보 가시화 서비스를 제공할 수 있으며, 기존 수치 표고모델이 가지는 절대좌표를 기준으로 구축된 3차원 구조물을 통합함으로써 구축된 구조물의 절대좌표를 효과적으로 등록할 수 있다.

또한, 본 발명은 기존 수치고도모델 기반의 세밀도 운영방법보다 경량화된 데이터(예: LOD데이터)를 이용하여 3차원 지형을 복원한 공간정보 가시화 서비스를 제공함으로써, 종래, 시스템 과부화와 서비스시간 과다 소요의 문제점들이 획기적으로 절감되도록 하였다.

또한, 본 발명은 지형변화를 불규칙 삼각망으로 표현함으로써 다양한 시설물 관리에의 적용이 가능하고, 지형정보의 분석을 통한 정확한 토공량 산출이나 경사도/경사향 분석, 3차원 공간정보 서비스의 실감도 수준향상, 그리고 가상건물 및 단지배치 서비스 제공 등 다양한 활용방안을 기대할 수 있다.

10: 데이터 수신부 20: 삼각망 추출부
30: 데이터 결합부 40: 제어부
50: LOD생성부 60: 저장부
100: 3차원 지형정보 가시화 프로세서

Claims (8)

1. 격자형 표고자료를 이용하여 기본 불규칙 삼각망을 추출하는 삼각망 추출부와,
   상기 추출된 데이터를 도로, 건물 등 3차원 시설물 데이터와 결합하는 데이터 결합부와,
   상기 결합된 데이터를 이용하여 단계별 세밀도(LOD) 데이터를 생성하는 LOD생성부와,
   상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 이용하여 3차원 시스템이 각 지역의 지형고도를 가시화하는 제어부를 포함하여 구성되며,
   상기 삼각망 추출부는,
   가시화하기 위한 크기의 단위 타일 사이즈를 지정하고,
   각 단위 타일을 이웃 타일들과 규칙적으로 배열하고, 일정하게 중첩을 이루도록 타일간 중첩의 정도를 설정하며,
   3차원 영상의 정밀도를 고려한 기본 레벨 세밀도(LOD) 데이터의 적정 용량을 산정하여 그 산정값을 LOD생성부에 전달하는 것을 특징으로 하는 3차원 지형정보 가시화 프로세서.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   3차원 상에서 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 가시화하기 위하여 거리에 따른 표출레벨을 결정하고,
   상기 표출레벨 결정을 위해, 단계별 오차에 따른 실시간 보간을 수행하며,
   상기 실시간 보간을 최소화하기 위해 상기 세밀도(LOD)의 오차율을 산정하는 것을 특징으로 하는 3차원 지형정보 가시화 프로세서.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 데이터 결합부는
   중첩되는 타일 데이터와 상기 시설물의 벡터 데이터를 중첩시킨 후 상기 타일 데이터와 시설물 벡터 데이터가 만나는 포인트를 추출하고,
   시설물 내부에 포함된 포인트들에 대하여 높이를 추출하거나 혹은 특정 높이를 반영하여 변경하고,
   최종 포인트들을 기준으로 형성되는 새로운 삼각망을 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 지형정보 가시화 프로세서.
   
5. 격자형 표고자료를 이용하여 기본 불규칙 삼각망을 추출하는 과정과,
   상기 추출된 데이터를 도로, 건물 등 3차원 시설물 데이터와 결합하는 과정과,
   상기 결합된 데이터를 이용하여 단계별 세밀도(LOD) 데이터를 생성하는 과정과,
   상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 이용하여 3차원 시스템이 각 지역의 지형고도를 가시화하는 과정을 포함하여 이루어지며,
   상기 불규칙 삼각망 추출과정은,
   가시화 하기 위한 크기의 단위 타일 사이즈를 지정하는 과정과,
   각 단위 타일이 이웃 타일들과 규칙적으로 배열되고, 일정하게 중첩을 이루도록 타일간 중첩의 정도를 설정하는 과정과,
   3차원 영상의 정밀도를 고려한 기본 레벨 세밀도(LOD) 데이터의 적정 용량을 산정하고 그 산정값을 LOD생성부에 전달하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 지형정보의 가시화 방법.
   
6. 삭제
7. 제5항에 있어서, 상기 지형고도의 가시화 과정은,
   3차원 상에서 상기 생성된 세밀도(LOD) 데이터를 가시화하기 위하여 거리에 따른 표출레벨을 결정하는 과정과,
   상기 표출레벨 결정을 위해, 단계별 오차에 따른 실시간 보간을 수행하는 과정과,
   상기 실시간 보간을 최소화하기 위해 상기 세밀도(LOD)의 오차율을 산정하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 지형정보의 가시화 방법.
   
8. 제5항에 있어서, 상기 데이터 결합과정은
   중첩되는 타일 데이터와 상기 시설물의 벡터 데이터를 중첩시킨 후 상기 타일 데이터와 시설물 벡터 데이터가 만나는 포인트를 추출하는 과정과,
   시설물 내부에 포함된 포인트들에 대하여 높이를 추출하거나 혹은 특정 높이를 반영하여 변경하는 과정과,
   최종 포인트들을 기준으로 형성되는 새로운 삼각망을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 지형정보의 가시화 방법.

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