KR101591427B1 - 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법에 관한 것으로서, 가시화 대상 영역의 지형 자료를 기초로 지형을 타일로 구획하여 각 구획된 지형 타일로 이루어진 지형 메시 데이터를 구축하는 데이터 구축 단계; 복수의 폴리곤을 구성하는 지형 타일에서 상기 폴리곤의 복수의 정점 좌표를 산출하여 정점 정보를 저장하고, 사용자 시점에 따라 상기 지형 메시 데이터에 대한 3차원 지형의 상세 레벨(Level Of Detail) 값을 계산하며, 사용자 시점의 변화에 따른 위치 정보에 대응되는 지형 메시 데이터를 로딩하여 지형에 따른 상세 레벨 값에 따라 상기 지형 메시 데이터의 렌더링을 수행하는 정적 렌더링 단계; 상기 지형 타일 내의 모든 정점마다 이미지 맵핑을 수행하여 기설정된 해상도의 3차원 지형 영상을 가시화하고, 정해진 시간당 재생되는 프레임 개수를 측정하여 상기 측정한 프레임 개수가 기 설정된 기준 프레임값 이하인 경우에 상기 지형 타일 내의 폴리곤 수가 감소되도록 스킵 레벨을 설정하는 스킵 레벨 설정 단계; 및 상기 설정된 스킵 레벨에 따라 상기 3차원 지형 영상의 해상도를 유지하면서 상기 폴리곤의 정점 좌표를 동적으로 변동하여 상기 지형 메시 데이터의 렌더링을 수행하는 동적 렌더링 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 텍스쳐 레벨 자체에 정적 상세 레벨 방식을 적용하면서 정점 정보를 기준 프레임레이트 값에 따라 변동되도록 동적 상세 레벨 방식을 적용하여 렌더링을 수행함으로써 3차원 지형 영상의 실시간 가시화 품질 저하를 최소화할 수 있으며, 3차원 지형 영상의 해상도를 고해상도로 유지하면서 스킵 레벨에 따라 폴리곤 수를 감소시켜 렌더싱 속도를 향상시킴으로써 화면을 선명하고 부드럽게 운영할 수 있고, 3차원 지형 영상이 표현될 때 기준 프레임 레이트 값 이상의 프레임레이트를 확보할 수 있어 지도 운영이나 생산성을 향상시킬 수 있며, 모바일 단말 및 저사양 장비에 대하여 적용할 수 있다.

Description

3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법{ Method for Adaptive LOD Rendering in 3-D Terrain Visualization System }

본 발명은 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기준 프레임레이트 값을 기초로 정적 상세 레벨 방식과 동적 상세 레벨을 가변적으로 적용하여 렌더링을 수행함으로써 3차원 지형 영상의 가시화 품질 저하를 최소화할 수 있는 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법에 관한 것이다.

3차원 지리정보시스템(GIS )은 지형이나 지세를 수치상으로 표현하는 디지털 엘리베이션 모델(DEM)이나 디지털 테러인 모델(DTM) 자료에 실제의 지상 시설물과 지하 매설물을 동시에 표현하고 이에 대한 정보를 데이터베이스로 저장할 수 있어 지상 시설물이나 지하 매설물의 위치 정보를 지속적으로 관리할 수 있도록 한다.

특히 3차원 GIS 기술은 현실 세계가 궁극적으로 3차원이라는 전제하에 최근 지상 시설물이나 지하 매설물의 위치 검색, 수정 뿐만 아니라 도시 경관 계획, 재해 관리 시스템, 네비게이션, SNS 서비스, 빅데이터 분석 등의 일반 영역에 이르기까지 그 적용 대상이 점차 확대되고 있다.

이와 같이 3차원 데이터를 구축하는데 많은 비용과 시간이 소요되고, 그 데이터를 모바일 장비에서 운용하기 위해서는 보다 높은 사양의 장비가 요구되기 마련이다.

최근 들어, 가상 현실 시스템, 컴퓨터 게임 등이 급속하게 발달됨으로써 컴퓨터 시스템을 이용하여 실제 세계의 객체(object) 및 지형(terrain) 등을 3차원으로 표현하기 위한 기술이 연구 및 개발되고 있다. 실제 세계를 컴퓨터상에서 3차원 이미지로 표현하기 위한 대표적인 기법으로 메쉬 모델(mesh model)이 있다.

메쉬 모델은 상호 연결된 다수의 삼각형, 사각형 또는 다각형의 집합으로 구성되어 객체 또는 지형 등과 같은 3차원표면을 표현하는 기법이다. 메쉬 모델을 이용하여 대규모 지형과 같은 방대한 규모의 데이터를 컴퓨터 시스템에서 3차원적으로 표현하기 위해서는 컴퓨터 시스템의 한정된 그래픽 자원을 효과적으로 사용하기 위한 적절한 지형 생성, 관리 및 표현 기술이 요구된다.

이를 위해, 종래에는 PM(Progressive Mesh) 기반의 기술, DEM(Digital Elevation Model: 수치 표고 모델) 및 ROAM(Real-time Optimally Adaptive Meshes) 기술 등이 제공되고 있다. 특히, DEM 기술을 이용한 폴리곤 기반의 렌더링 방식은실제 세계의 객체 및 지형 등을 삼각형을 이용하여 3차원으로 표현할 수 있다.

종래의 폴리곤 기반의 렌더링 기술은 지형 및 영상 메쉬 데이터를 로딩하여 레벨 설정 수단을 통해 설정된 렌더링 레벨에 따른 부모 노드 또는 자식 노드가 생성되어 렌더링 수행수단을 통해 해당 노드의 메쉬를 상세도에 따라 렌더링을 수행하여 3차원 지형 데이터가 실시간으로 가시화되도록 한다.

이때, 일반적인 3차원 가시화 상세 레벨 설정 방법은 크게 데이터 저장 방식에 따라 정적 상세 레벨(SLOD, Static Level Of Detail)과 동적 상세 레벨(DLOD, Dynamic Level Of Detail)로 나누어지고, 상세 레벨(LOD)단계값 계산 방식에 따라 거리 기반 상세 레벨(LOD)과 면적 기반 상세 레벨로 분류된다.

거리 기반 상세 레벨과 면적 기반 상세 레벨은 LOD 레벨 값을 설정하는 기준으로 시점의 위치와 표현할 지형 데이터의 타일의 중점과의 거리값이나 지형의 면적을 계산하여 LOD 단계값을 구하게 된다.

정적 상세 레벨 방식은 거리에 따라 계산한 자신의 레벨과 근접한 패치의 레벨 조합에 따라 표현할 인덱스 목록을 미리 만들어 놓고 가시화한다. 이러한 방법은 프로세서의 부하가 적으나 전처리로 모든 데이터를 만들어 놓아야 하므로 많은 메모리를 필요로하는 문제점이 있다.

한편, 동적 상세 레벨 방식은 각 지형의 LOD 단계값에 따른 데이터를 계산하여 동적으로 가시화하는 방법으로서 정적 상세 레벨 방식에 비해 상세한 제어가 가능하지만 그에 부합하여 프로세서의 부하량이 커져야 하고, 가시화 단계에서 데이터를 만드는 과정을 보호해주어야 하므로 프로세서의 병목 현상이 생길 수 있는 문제점이 있다.

정적 상세 레벨 방식을 모바일 단말기에 적용할 경우에 데이터에서 부하가 많이 걸리고, 동적 상세 레벨 방식을 모바일 단말기에 적용할 경우에 프로세서 부하가 많이 걸려서 고사야의 장비가 아니면 지도 운영에 어려움이 발생하게 되는 문제점이 있다.

선행기술자료로서, 한국공개특허 제2010-0060194호는 항법 장치에서 포인트 기반 렌더링 방법 및 장치에 관한 기술이 기재되어 있다.

종래의 포인트 기반 렌더링 방법 및 장치는, DEM 지형 데이터에 포함된 고도 정보를 이용하여 격자 구조의 포인트를 생성하는 과정과 상기 포인트를 중심으로 하여 생성되는 사각형 스플랫의 크기를 결정하는 과정과 상기 결정된 크기의 사각형 스플랫을 이용하여 3차원 지형을 렌더링하는 과정을 포함하여, 프리미티브 개수가 DEM 데이터의 격자 간 교차점 만큼 생성되므로 렌더링 속도를 향상시킬 수 있다.

종래의 포인트 기반 렌더링 방법 및 장치는 DEM에서 표현된 고도값을 단순 선형 보간법을 적용하여 3차원으로 모델링한 사각형 스패랫에 의한 방법으로서, 빠르고 간단하여 평지 모델링에 적합하지만, 굴곡이 심한 지형의 경우에 특징을 정확히 표현하기 힘들다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 포인트 기반 렌더링 방법 및 장치는 복잡한 지형의 경우에 매우 많은 격자 구조의 포인트로 구성되어 있기 때문에 단계별 상세 레벨(LOD) 제어를 위해 모든 정점 정보에 대해 간략화시키는 전처리 절차를 수행하여야 한다. 이러한 전처리 절차는 많은 계산량이 필요로 하므로 대용량의 메모리가 필요하며, 빠른 연산 처리를 위해 고사양의 장비가 사용되어야 한다는 문제점이 있다.

한국공개특허 제2010-0060194호 " 항법 장치에서 포인트 기반 렌더링 방법 및 장치 "

본 발명은 텍스쳐 레벨 자체에 정적 상세 레벨 방식을 적용하면서 정점 정보를 기준 프레임레이트 값에 따라 변동되도록 동적 상세 레벨 방식을 적용하여 렌더링을 수행함으로써 3차원 지형 영상의 실시간 가시화 품질 저하를 최소화할 수 있는 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법을 제공한다.

실시예들 중에서, 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법은, 가시화 대상 영역의 지형 자료를 기초로 지형을 타일로 구획하여 각 구획된 지형 타일로 이루어진 지형 메시 데이터를 구축하는 데이터 구축 단계; 복수의 폴리곤을 구성하는 지형 타일에서 상기 폴리곤의 복수의 정점 좌표를 산출하여 정점 정보를 저장하고, 사용자 시점에 따라 상기 지형 메시 데이터에 대한 3차원 지형의 상세 레벨(Level Of Detail) 값을 계산하며, 사용자 시점의 변화에 따른 위치 정보에 대응되는 지형 메시 데이터를 로딩하여 지형에 따른 상세 레벨 값에 따라 상기 지형 메시 데이터의 렌더링을 수행하는 정적 렌더링 단계; 상기 지형 타일 내의 모든 정점마다 이미지 맵핑을 수행하여 기설정된 해상도의 3차원 지형 영상을 가시화하고, 정해진 시간당 재생되는 프레임 개수를 측정하여 상기 측정한 프레임 개수가 기 설정된 기준 프레임값 이하인 경우에 상기 지형 타일 내의 폴리곤 수가 감소되도록 스킵 레벨을 설정하는 스킵 레벨 설정 단계; 및 상기 설정된 스킵 레벨에 따라 상기 3차원 지형 영상의 해상도를 유지하면서 상기 폴리곤의 정점 좌표를 동적으로 변동하여 상기 지형 메시 데이터의 렌더링을 수행하는 동적 렌더링 단계를 포함하되, 상기 스킵 레벨 설정 단계는, 상기 측정한 프레임 개수가 기 설정된 기준 프레임값 초과하는 경우에 상기 스킵 레벨을 '0'으로 설정하고, N×N 메시가 가시화되도록 상기 정점 정보를 상기 동적 렌더링 단계로 전송고, 상기 측정한 프레임 개수가 기 설정된 기준 프레임 값 이하인 경우에 스킵 레벨을 '1'로 설정하고, 상기 스킵 레벨 '1'을 적용하여 M×M(M<N) 메시가 가시화되도록 상기 M×M 메시에 해당되는 정점 정보를 상기 동적 렌더링 단계로 전송하는 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

상기 스킵 레벨 설정 단계는, 상기 스킵 레벨이 '1'로 지정된 상기 M×M 메시가 가시화되는 중에, 정해진 시간당 재생되는 프레임 개수를 측정하여 상기 측정한 프레임 개수가 기 설정된 기준 프레임값 이하인 경우에 상기 스킵 레벨을 '1'에서 스킵 레벨 '2'로 조정하고, 상기 조정한 스킵 레벨 '2'를 적용하여 L×L(L＜M) 메시가 가시화되도록 상기 L×L 메시에 해당되는 정점 정보를 상기 동적 렌더링 단계로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 스킵 레벨 설정 단계는, 상기 측정한 프레임 개수가 상향되어 상기 기준 프레임값 이상인 경우에 상기 지형 타일 내의 폴리곤 수가 증가되도록 스킵 레벨을 자동 설정 방식 또는 고정 설정 방식 중 어느 하나의 방식으로 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법은 텍스쳐 레벨 자체에 정적 상세 레벨 방식을 적용하면서 정점 정보를 기준 프레임레이트 값에 따라 변동되도록 동적 상세 레벨 방식을 적용하여 렌더링을 수행함으로써 3차원 지형 영상의 실시간 가시화 품질 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 3차원 지형 영상의 해상도를 고해상도로 유지하면서 스킵 레벨에 따라 폴리곤 수를 감소시켜 렌더싱 속도를 향상시킴으로써 화면을 선명하고 부드럽게 운영할 수 있고, 3차원 지형 영상이 표현될 때 기준 프레임 레이트 값 이상의 프레임레이트를 확보할 수 있어 지도 운영이나 생산성을 향상시킬 수 있며, 모바일 단말 및 저사양 장비에 대하여 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 도 2에 적용되는 스킵 레벨에 따른 폴리곤의 변화 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 기존 LOD의 정점 개수를 적용한 3차원 지형 영상을 설명하는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 스킵 레벨이 적용된 3차원 지형 영상을 설명하는 예시도이다.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.

도 1을 참고하면, 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 시스템(100)은 지형 생성 모듈(110), LOD 모듈(120), 렌더링 모듈(130), 이미지 맵핑 모듈(140) 및 데이터베이스(150)를 포함하지만 이에 한정되지 않고, 일반적으로 3차원 지형 영상 가시화 시스템에 구비된 표시수단, 입력 수단, 버퍼, CPU 등을 포함한다.

지형 생성 모듈(110)은 사용자의 입력 데이터에 따라 가시화 대상 영역의 지형 자료를 획득하고, 3차원 지형을 지형 타일로 구획하여 각 구획된 지형 타일로 이루어진 지형 메시 데이터를 구축한다. 이때, 지형 생성 모듈(110)은 3차원 지형을 구성하는 타일 수와 타일 크기를 사용자 설정에 따라 조정할 수 있다.

LOD 모듈(120)은 복수의 폴리곤을 구성하는 지형 타일에 각 폴리곤의 복수의 정점 좌표를 산출하여 저장하고, 사용자 시점에 따라 해당 위치 정보에 대응하는 지형 메시 데이터에 대한 3차원 지형의 상세 레벨 값을 계산하며, 상기 상세 레벨 값에 따라 3차원 공간의 폴리곤에 텍스쳐를 입히기 위해 변환 기준이 되는 2차원 좌표계(예를 들어, UV 좌표계)로 변환된 폴리곤들을 타일에 할당하고 렌더링을 준비한다.

UV 좌표계는 이미지 맵핑 수행시 영상과 지형의 면을 연계하기 위한 값으로 지형의 한 면을 이루는 모든 점들에 대해 개별적으로 영상의 상대 위치를 설정한 좌표이다.

LOD는 위성 영상이나 항공 영상 등 용량이 큰 데이터를 3차원 가시화 시스템에서 원활하게 관리하기 위해 하나의 지형 데이터를 여러 단계의 해상도로 나눈 후에 사용자의 시점 위치에 따라 적절한 해상도의 지형 메시 데이터로 보여주는 방식이다.

폴리곤은 3차원 지형에서 입체적인 형상을 표현할 때 사용되는 가장 작은 단위인 다각형으로서, 3차원 공간에서 시작점과 끝점이 선으로 연결된 폴리 라인으로 곡선 위에 있는 몇개의 점을 직선으로 이어서 곡선을 표현하며, 물체의 테두리를 나타나기 위해 사용된다. 따라서, 3차원 지형을 모델링할 때, 사용자 시점의 위치 변화를 고려하여 폴리곤 수를 가변적으로 조정하면 화질 저하 없이 좀 더 빠른 처리 속도를 얻을 수 있다.

렌더링 모듈(130)은 텍스쳐 이미지를 SLOD(Sratic Level Of Detail) 방식을 적용하여 상세 레벨을 설정하고, 기준 프레임(FPS) 값에 따라 폴리곤의 정점 좌표를 DLOD(Dynamic Level Of Detail) 방식을 적용하여 변동되도록 조절한다. 렌더링 모듈(130)은 사용자 시점에 따라 지형 메시 데이터에 대한 상세 레벨 값이 설정되고, 해당 지형 메시 데이터를 로딩하여 설정된 상세 레벨 값에 따라 렌더링을 수행한다.

이미지 맵핑 모듈(140)은 3차원 형태의 폴리곤을 가시화할 때 폴리곤의 외곽면에 실제 3차원 지형 이미지를 입힘으로써 보다 현실적이고 사실감 있는 3차원 지형 영상을 제공한다.

데이터베이스(150)는 지형 자료, 지형 메시 데이터 및 3차원 지형 영상을 각각 인덱싱하여 저장하고, 지형 자료, 지형 메시 데이터 및 3차원 지형 영상을 소정의 분류 체계에 따른 카테고리별로 분류하여 저장한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법을 설명하는 순서도이고, 도 3은 도 2에 적용되는 스킵 레벨에 따른 폴리곤의 변화 상태를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법은, 가시화 대상 영역의 지형 자료를 기초로 지형을 타일로 구획하여 각 구획된 지형 타일로 이루어진 지형 메시 데이터를 구축하여 데이터베이스(150)에 저장한다.(S1)

적응형 렌더링 시스템(100)은 복수의 폴리곤을 구성하는 지형 타일에서 각 폴리곤의 복수의 정점 좌표를 산출하여 정점 정보로 데이터베이스(150)에 저장한다. LOD 모듈(120)은 사용자 시점에 따라 지형 메시 데이터에 대한 3차원 지형의 상세 레벨(Level Of Detail) 값을 계산하여 메시의 정밀도(Detail)를 단계별(Level) 조정되도록 한다.(S2)

렌더링 모듈(130)은 텍스쳐 레벨에 SLOD(Static Level Of Detail) 방식을 적용하고, FPS 값에 따라 정점 좌표가 동적으로 변동이 되도록 DLOD(Dynamic LOD) 방식을 적용한다.

이때, SLOD는 LOD 값에 맞는 정점 정보를 미리 계산해 두고, 처음부터 메시의 정밀도를 정해진 상태에서 카메라와 가까운 거리에 있는 물체는 정밀한 메시를 사용하고, 카메라와 물체간의 거리가 멀어질수록 낮은 단계의 메시를 사용하는 것으로서, 렌더링시 각 지형의 LOD 값에 따라 처리한다. 그리고, DLOD는 거리에 따라 실시간 메시의 정밀도를 변화시켜 팝핀(Popping) 현상을 방지하고, 디테일한 컨트롤이 가능하다.

즉, 렌더링 모듈(130)은 사용자 시점의 변화에 따른 위치 정보에 대응되는 지형 메시 데이터를 로딩하여 지형에 따른 상세 레벨 값에 따라 지형 메시 데이터의 렌더링을 수행한다.(S3)

적응형 렌더링 시스템(100)은 스킵 레벨을 '0'으로 지정하고, 256×256을 해상도를 가지는 3차원 지형 영상인 N×N 메시가 화면에 가시화되도록 한다.(S4) 여기서, N은 65가 될 수 있다.

적응형 렌더링 시스템(100)은 3차원 가시화가 종료되지 않은 경우에 적응형 렌더링 시스템(100)은 사용자 반응에 보다 빨리 응답하기 위하여 초당 프레임 개수(Frame Per Second, FPS)를 측정한다.(S5 및 S6)

적응형 렌더링 시스템(100)은 측정 FPS 값이 기준 FPS 값 이하인 경우에 지형 타일 내의 폴리곤 수가 감소되도록 스킵 레벨을 '1'로 지정하고, M×M 메시가 화면에 가시화되도록 한다.(S7 및 S8) 여기서 M은 33이 될 수 있다.

일반적으로, 사용자는 초당 프레임 개수가 최소 10장 이상이 되어야 화면이 부드럽다고 인지한다. 따라서, 기준 FPS 값을 10으로 설정하고, 3차원 지형 영상이 계속적으로 가시화되도록 있다는 가정하에 현재 측정 FPS 값이 10 미만일 경우에 강제적으로 스킵 레벨을 '0'에서 '1'로 조정할 수 있다.

이때, 렌더링 모듈(130)은 스킵 레벨을 '0'에서 '1'로 조정할 때, 3차원 지형 영상의 해상도를 256×256를 그대로 사용하고, 폴리곤의 정점 정보를 N×N 메시에 해당하는 정점 정보가 아니라 M×M 메시에 해당하는 정점 정보를 넘겨준다.

도 3의 (a)에 스킵 레벨 '0'으로 지정된 65×65 메시가 도시되어 있고, (b)에 스킵 레벨이 '1'로 지정된 33×33 메시가 도시되어 있으며, (c)에 스킵 레벨이 '2'로 지정된 17×17 메시가 도시되어 있다.

이러한 도 3을 참고하면, 3차원 지형 영상은 렌더링시 스킵 레벨에 따라 폴리곤 수가 대폭 줄어듬을 알 수 있다. 이와 같이, 폴리곤 수가 줄어들면 렌더링 속도가 향상되고, 그로 인해 3차원 지형 영상의 프레임 레이트(FPS)가 매우 높아져 3차원 지형 영상이 불연속으로 부드럽게 화면 출력될 수 있다.

적응형 렌더링 시스템(100)은 스킵 레벨이 '1'로 지정된 M×M 메시가 화면에 가시화되는 중에 FPS를 측정하여 측정 FPS 값이 기준 FPS 값 이하인 경우에 스킵 레벨을 '1'에서 '2'로 조정하여 L×L 메시가 화면에 가시화되도록 한다.(S9, S10, S11) 여기서, L은 17이 될 수 있다.

한편, 적응형 렌더링 시스템(100)은 스킵 레벨이 '2'로 지정된 L×L 메시가 화면에 가시화되는 도중에, FPS를 측정하여 FPS 값이 상향되어 부드럽게 렌더링될 경우에 스킵 레벨을 '1'로 조정하여 M×M 메시가 화면에 가시화되도록 한다.

이때, 적응형 렌더링 시스템(100)은 스킵 레벨이 FPS 값에 따라 자동으로 상향 또는 하향 조정되도록 할 수 있고, FPS 값과 무관하게 특정 스킵 레벨로 고정되도록 할 수도 있다.

또한, 스킵 레벨은 0레벨인 경우에 65 ×65 메시, 1레벨인 경우에 33 ×33 메시, 2 레벨인 경우에 17 × 17 메시, 3 레벨인 경우에 9 × 9 메시, 4 레벨인 경우에 5 × 5 메시, 5 레벨인 경우에 3 × 3 메시가 화면에 가시화되도록 한다.

그러나, 스킵 레벨이 2레벨 이상인 경우에 가시화되는 화면이 거의 평면으로 디스플레이 된다. 스킵 레벨이 0 레벨이 원본 화면이라면 3 레벨부터는 거의 평면에 가까운 화면이므로 3KCKDNJS 지형 영상의 가시화 효과가 기하급수적으로 떨어져 3차원 렌더링의 의미가 없어진다.

따라서, 적응형 렌더링 시스템(100)은 스킵 레벨을 0 레벨 ~ 5 레벨로 설정하거나 메시 크기에 따라 레벨을 세분화하여 레벨 수를 증가할 수 있지만, 3차원 지형 영상의 가시화 효과를 향상시키기 위해서 스킵 레벨을 0 레벨, 1레벨, 2 레벨에서 조정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 적응형 렌더링 시스템(100)은 사용자 명령에 의해 3차원 지형 영상 가시화가 종료될 때까지 적응형 렌더링 방법을 수행하여 3차원 지형 영상을 보다 부드럽게 표현할 수 있다.

적응형 렌더링 시스템(100)은 평탄한 지형보다 지상 시설물 또는 지하 매설물을 많이 표현해야 할 경우에, FPS 값이 5 이하의 프레임으로 줄어들면 스킵 레벨이 적용되어 가시화되는 프레임이 상당히 향상될 수 있어 보다 유용하게 3차원 지형 영상 가시화 시스템이 운영되도록 할 수 있다. 이때, 적응형 렌더링 시스템(100)은 모바일 시스템의 그래픽 성능에 따라 가시화되는 프레임의 향상율이 달라질 수 있다.

3차원 지형 영상은 지형이나 지세를 수치상으로 표현하는 수치 표고 모형(Digital Elevation Model, DEM) 데이터로 실제 지상 시설물과 지하 매설물을 동시에 표현하고, DEM 데이터를 데이터베이스(150)에 저장한다.

표 1은 기존 LOD의 정점 개수와 해상도를 나타낸 것이고, 도 4는 기존 LOD의 정점 개수를 적용한 3차원 지형 영상을 설명하는 예시도이다.

표 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 기존 LOD 방식을 적용하여 3차원 지형 영상을 가시화하게 되면, (a)256 ×256 해상도의 영상, (b) 128× 128 해상도의 영상, (c) 64× 64 해상도의 영상이 출력되고, LOD 값에 따라 영상의 해상도와 정점 개수가 달라지게 된다.

표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 LOD의 정점 개수와 해상도를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 스킵 레벨이 적용된 3차원 지형 영상을 설명하는 예시도이다.

표 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, (a) 원본 영상, (b) 65×65 메시 화면와 (c) 33×33 메시 화면이 출력되고, 적응형 LOD는 스킵 레벨에 따라 65×65 메시 화면과 33×33 메시 화면이 다르게 가시화되어 표현되고 있다.

표 3은 기존 LOD와 적응형 LOD 간의 FPS 비교 수치를 각각 나타낸 것이다.

표 3에 나타나 있듯이, 스킵 레벨이 '2'로 지정된 경우에 장비 C는 프레임 레이트가 5FPS에서 10FPS로 향상되어 2배 정보의 프레임 레이트 향상률을 보인다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 지형 생성 모듈 120 : LOD 모듈
130 : 렌더링 모듈 140 : 이미지 맵핑 모듈
150 : 데이터베이스

Claims (5)

1. 가시화 대상 영역의 지형 자료를 기초로 지형을 타일로 구획하여 각 구획된 지형 타일로 이루어진 지형 메시 데이터를 구축하는 데이터 구축 단계; 복수의 폴리곤을 구성하는 지형 타일에서 상기 폴리곤의 복수의 정점 좌표를 산출하여 정점 정보를 저장하고, 사용자 시점에 따라 상기 지형 메시 데이터에 대한 3차원 지형의 상세 레벨(Level Of Detail) 값을 계산하며, 사용자 시점의 변화에 따른 위치 정보에 대응되는 지형 메시 데이터를 로딩하여 지형에 따른 상세 레벨 값에 따라 상기 지형 메시 데이터의 렌더링을 수행하는 정적 렌더링 단계; 상기 지형 타일 내의 모든 정점마다 이미지 맵핑을 수행하여 기설정된 해상도의 3차원 지형 영상을 가시화하고, 정해진 시간당 재생되는 프레임 개수를 측정하여 상기 측정한 프레임 개수가 기 설정된 기준 프레임값 이하인 경우에 상기 지형 타일 내의 폴리곤 수가 감소되도록 스킵 레벨을 설정하는 스킵 레벨 설정 단계; 및 상기 설정된 스킵 레벨에 따라 상기 3차원 지형 영상의 해상도를 유지하면서 상기 폴리곤의 정점 좌표를 동적으로 변동하여 상기 지형 메시 데이터의 렌더링을 수행하는 동적 렌더링 단계를 포함하되,
   상기 스킵 레벨 설정 단계는,
   상기 측정한 프레임 개수가 기 설정된 기준 프레임값을 초과하는 경우에 상기 스킵 레벨을 '0'으로 설정하고, N×N 메시가 가시화되도록 상기 정점 정보를 상기 동적 렌더링 단계로 전송하고,
   상기 측정한 프레임 개수가 기설정된 기준 프레임 값 이하인 경우에 스킵 레벨을 '1'로 설정하고, 상기 스킵 레벨 '1'을 적용하여 M×M(M<N) 메시가 가시화되도록 상기 M×M 메시에 해당되는 정점 정보를 상기 동적 렌더링 단계로 전송하는 것을 특징으로 하는 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 스킵 레벨 설정 단계는,
   상기 스킵 레벨이 '1'로 지정된 상기 M×M 메시가 가시화되는 중에, 정해진 시간당 재생되는 프레임 개수를 측정하여 상기 측정한 프레임 개수가 기 설정된 기준 프레임값 이하인 경우에 상기 스킵 레벨을 '1'에서 스킵 레벨 '2'로 조정하고, 상기 조정한 스킵 레벨 '2'를 적용하여 L×L(L＜M) 메시가 가시화되도록 상기 L×L 메시에 해당되는 정점 정보를 상기 동적 렌더링 단계로 전송하는 것을 특징으로 하는 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 스킵 레벨 설정 단계는,
   상기 측정한 프레임 개수가 상향되어 상기 기준 프레임값 이상인 경우에 상기 지형 타일 내의 폴리곤 수가 증가되도록 스킵 레벨을 자동 설정 방식 또는 고정 설정 방식 중 어느 하나의 방식으로 조정하는 것을 특징으로 하는 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법.
   

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