KR102000486B1 - 다중 텍스처를 이용한 3d 프린팅 모델 생성 장치 및 방법 - Google Patents

다중 텍스처를 이용한 3d 프린팅 모델 생성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치로, 프린팅 가능하도록 미리 제작된 3차원 모델인 템플릿 모델들을 저장하는 템플릿 모델 저장부와, 3차원 입력 모델과 텍스처 영상이 입력됨에 따라, 상기 템플릿 모델 저장부에 저장된 템플릿 모델을 상기 3차원 입력 모델의 기하 정보를 이용해 전이를 수행하는 3차원 모델 변환부와, 텍스처 영상을 상기 전이된 3차원 모델에 할당하는 텍스처 처리부와, 최종 계산된 템플릿 모델의 기하 모델 및 텍스처 영상을 출력하는 3차원 프린팅용 모델 출력부를 포함한다.

Description

다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치 및 방법{Apparatus and Method for Generating 3D Printing Model using Multiple Texture}
본 발명은 3D 프린팅 기술에 관한 것으로, 특히 3D 프린팅을 위한 3차원 모델 생성에 관한 장치 및 방법이다.
최근 3차원 프린팅이 각광을 받으면서 3차원 프린터를 사용하기 위해 필요한 콘텐츠의 중요성이 증가하고 있다. 3차원 콘텐츠 생성 방식의 하나로 깊이 센서, 스테레오 카메라 등을 장착한 모바일 기기나 레이저, 가시 광선 등을 이용한 핸드 헬드 3차원 스캐너의 보급과 역할이 주목받고 있다.
또한, 한대의 카메라를 이용하며 물체 주위를 촬영하고 이를 통해 3차원 모델을 생성하는 방식이나 여러 대의 카메라를 설치하고 한번에 모델을 촬영하는 방식도 늘어나고 있다.
하지만 3차원 모델 생성 방식이 다양해진 만큼 각 기기나 장치마다 서로 다른 기하 정보 복원 방식, 텍스처 형태, 출력 파일 포맷을 사용한다. 또한, 스캔 데이터는 오류가 많고 무거워 이를 곧바로 3차원 프린팅에 사용하기 어렵다. 따라서, 후처리가 필수적이며 특히 최종 3차원 프린팅 출력물의 품질을 결정하는 주요 요소인 텍스처는 기기마다 다른 처리 방식을 가지며, 그 방식도 공개되어 있지 않아 후처리가 어렵다.
기존의 삼차원 모델 기반 텍스처 처리 방식은 3차원 모델과 이에 맞는 한장의 텍스쳐 영상이 주어진다는 가정하에 3차원 모델과 영상간 대응 관계를 찾고 이를 이용해 텍스처 매핑을 수행하는 방식이 주류이다. 이런 방식은 3차원 모델을 복원한 후에 정면에서 한 장의 사진을 촬영해 이를 텍스처로 할당하는 전통적 스캐닝 방식에는 적용이 가능하나, 최근 등장하는 다양한 3차원 모델 생성 방식에서 사용하는 텍스처(다중 텍스처, 조각난 텍스처, 임의 배치 형태의 텍스처 등)에는 적용이 불가능하다.
본 발명은 다중 텍스처를 비롯해 최근 모바일 기기나 핸드 헬드 스캐너 등 3차원 모델 생성 방식에서 사용하는 다양한 텍스처 형태에 관계없이 최종 3차원 프린팅용 3차원 모델을 생성하는 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치로, 프린팅 가능하도록 미리 제작된 3차원 모델인 템플릿 모델들을 저장하는 템플릿 모델 저장부와, 3차원 입력 모델과 텍스처 영상이 입력됨에 따라, 상기 템플릿 모델 저장부에 저장된 템플릿 모델을 상기 3차원 입력 모델의 기하 정보를 이용해 전이를 수행하는 3차원 모델 변환부와, 텍스처 영상을 상기 전이된 3차원 모델에 할당하는 텍스처 처리부와, 최종 계산된 템플릿 모델의 기하 모델 및 텍스처 영상을 출력하는 3차원 프린팅용 모델 출력부를 포함한다.
일 실시 예에 따라, 상기 텍스처 처리부는 3차원 입력 모델과 전이가 완료된 템플릿 모델 사이의 대응 관계를 계산하고, 3차원 입력 모델의 각 정점에 대응하는 전이 모델의 삼각형을 검색하는 대응 관계 설정부와, 3차원 입력 모델의 복원 영역과 템플릿 모델의 복원 영역을 비교해 템플릿 모델 텍스처 영역 중 새롭게 텍스처를 할당해야 할 부분을 계산하는 유효성 검사부와, 설정된 대응 관계를 기반으로 유효한 영역에 대해 입력 텍스처 영상의 삼각형을 탬플릿 모델 텍스처의 삼각형으로 워핑하는 텍스처 워핑부와, 전체 탬플릿 모델 텍스처 중 나머지 부분을 입력 모델 텍스처와 동일한 색조로 변형하는 색조 일치부를 포함한다.
일 실시 예에 따라, 상기 유효성 검사부는 사용자가 바라보는 방향과 모델의 법선 방향을 고려해 최소 영역을 설정한다.
일 실시 예에 따라, 상기 텍스처 워핑부는 대응되는 템플릿 모델의 삼각형 내부는 보간 방법을 통해 정점 값을 계산한다.
본 발명은 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 방법으로, 3차원 입력 모델과 텍스처 영상을 입력받는 단계와, 상기 프린팅 가능하도록 미리 제작된 3차원 모델인 템플릿 모델을 상기 3차원 입력 모델의 기하 정보를 이용해 전이를 수행하는 단계와, 상기 텍스처 영상을 상기 전이된 3차원 모델에 할당하는 단계와, 최종 계산된 템플릿 모델의 기하 모델 및 텍스처 영상을 출력하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따라, 상기 할당하는 단계는 3차원 입력 모델과 전이가 완료된 템플릿 모델 사이의 대응 관계를 계산하고, 3차원 입력 모델의 각 정점에 대응하는 전이 모델의 삼각형을 검색하는 단계와, 3차원 입력 모델의 복원 영역과 템플릿 모델의 복원 영역을 비교해 템플릿 모델 텍스처 영역 중 새롭게 텍스처를 할당해야 할 부분을 계산하는 단계와, 설정된 대응 관계를 기반으로 유효한 영역에 대해 입력 텍스처 영상의 삼각형을 탬플릿 모델 텍스처의 삼각형으로 워핑하는 단계와, 전체 탬플릿 모델 텍스처 중 나머지 부분을 입력 모델 텍스처와 동일한 색조로 변형하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따라, 상기 계산하는 단계는 사용자가 바라보는 방향과 모델의 법선 방향을 고려해 최소 영역을 설정한다.
일 실시 예에 따라, 상기 워핑하는 단계는 대응되는 템플릿 모델의 삼각형 내부는 보간 방법을 통해 정점 값을 계산한다,
본 발명은 입력 텍스처 영상이 여러 장의 사진으로부터 계산된 다중 텍스처 형태나 각 3D 모델 획득 장치 또는 시스템의 자체적 텍스처 획득 방식을 사용한 경우 기존 방식의 입력으로 사용되던 텍스처 영상과 전혀 다른 형태가 출력된다. 기존 접근법으로는 이런 형태의 텍스처 영상을 템플릿 모델의 텍스처에 할당하기 어렵고, 결과적으로 입력부 데이터에 제한을 둘 수 밖에 없는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결할 수 있어 최근 새롭게 등장하는 3D 모델 획득 방식을 다양하게 수용해 3D 프린팅에 활용할 수 있다. 따라서 3D 프린팅용 콘텐츠 생성에 대한 사용자 접근성, 데이터 호환성을 크게 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치의 블록 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 텍스처 영상의 예들을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 텍스처 처리부의 상세 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 텍스처 처리 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치(이하 '장치'라 기재함)는 템플릿 모델 저장부(110), 3차원 모델 변환부(120), 텍스처 처리부(130) 및 3D 프린팅용 모델 생성부(140)를 포함한다.
템플릿 모델 저장부(110)는 프린팅 가능하도록 미리 제작된 3차원 모델인 템플릿 모델들을 저장한다.
3차원 모델 변환부(120)는 3차원 입력 모델과 텍스처 영상이 입력됨에 따라, 템플릿 모델 저장부(110)에 저장된 템플릿 모델을 3차원 입력 모델의 기하 정보를 이용해 전이를 수행한다. 즉, 3D 프린팅이 가능한 템플릿 모델이 3차원 입력 모델로 변형되는데, 템플릿 모델은 입력 3차원 모델과 외형이 최대한 유사하면서도 3D 프린팅의 특성을 고려해 제작된 템플릿 모델이므로 3D 프린팅에 문제가 없다. 또한, 이때 입력되는 3차원 입력 모델과 텍스처 영상은 다양한 3D 모델 생성 방식 중 어느 한 방식을 통해 획득한 3D 모델과 텍스처 영상일 수 있다.
그런데 이때 변형된 정도를 판별하는 기준 중 가장 중요한 요소가 텍스처 정보이다. 그러나 입력 방식의 제한을 두지 않으면 어떤 형태를 갖는 텍스처 영상이 입력되는지에 따라 텍스처 처리 방법도 제각각 달라지게 된다. 종래에는 카메라에 대한 정보가 없이 텍스처 영상과 3D 기하 모델이 주어졌을 때의 해결 방법, 카메라에 대한 정보가 있을 경우 텍스처 영상과 기하 모델간 대응 관계를 계산해 텍스처를 매핑하는 방법으로 크게 분류할 수 있다. 즉, 외형을 그래도 반영하는 한 장의 입력 텍스처 영상과 그에 상응하는 3D 모델을 가정한 상태에서 이런 방식들이 제안되었으며, 매핑의 정확도를 높이기 위한 매개변수화(Parameterization), 메쉬 재구성(Remeshing) 방식 등 여러 접근이 존재한다. 그러나 입력 텍스처 영상이 여러 장의 사진으로부터 계산된 다중 텍스처 형태나 기기의 자체적 텍스처 획득 방식을 사용한 경우 기존 방식의 입력으로 사용되던 텍스처 영상과 전혀 다른 형태가 될 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 기존 방식과 다른 텍스처 영상의 예들을 도시한 도면들이다. 기존의 접근법으로는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 텍스처 영상을 템플릿 모델의 텍스처에 할당하기 어려우므로, 결과적으로 입력되는 텍스처 영상 데이터에 제한을 둘 수 밖에 없다.
따라서, 텍스처 처리부(130)는 기존의 획일화된 형태가 아닌 임의 형태의 텍스처 영상을 상기 전이된 3차원 모델에 할당한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
3차원 프린팅용 모델 출력부(140)는 최종 계산된 템플릿 모델의 기하 모델 및 텍스처 영상을 출력한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 텍스처 처리부의 상세 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 텍스처 처리부(130)는 대응 관계 설정부(121), 유효성 검사부(122), 텍스처 워핑부(123) 및 색조 일치부(124)를 포함한다.
대응 관계 설정부(121)는 3차원 입력 모델과 전이가 완료된 템플릿 모델 사이의 대응 관계를 계산하고, 3차원 입력 모델의 각 정점에 대응하는 전이 모델의 삼각형을 검색한다.
유효성 검사부(122)는 3차원 입력 모델의 복원 영역과 템플릿 모델의 복원 영역을 비교해 템플릿 모델 텍스처 영역 중 새롭게 텍스처를 할당해야 할 부분을 계산한다. 일 실시 예에 따라, 사용자가 바라보는 방향과 모델의 법선 방향을 고려해 최소 영역을 설정한다.
텍스처 워핑부(133)는 설정된 대응 관계를 기반으로 유효한 영역에 대해 입력 텍스처 영상의 삼각형을 탬플릿 모델 텍스처의 삼각형으로 워핑한다. 일 실시 예에 따라, 보통 입력 모델이 무겁고 삼각형 개수가 많아 대응되는 템플릿 모델의 삼각형 내부는 보간 방법을 통해 정점 값을 계산한다. 즉, 템플릿 모델을 전이하면 입력 모델과 동일한 위치에 정렬되고, 외형도 변형을 통해 최대한 유사해진다. 이후 대응 관계 계산을 통해 입력 모델의 텍스처를 템플릿 모델로 옮기는 절차를 수행하게 된다.
색조 일치부(134)는 전체 탬플릿 모델 텍스처 중 나머지 부분을 입력 모델 텍스처와 동일한 색조로 변형한다. 즉, 전체 템플릿 모델 텍스처 중 일부만 입력 모델 텍스처가 할당되므로 나머지 부분을 3차원 입력 모델의 텍스처와 동일한 색조로 바꾸는 작업을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 장치는 3차원 입력 모델과 텍스처 영상이 입력됨(S410)에 따라, 3차원 입력 모델과 외형이 유사한 프린팅 가능하도록 미리 제작된 3차원 모델인 템플릿 모델을 검출한다(S420). 그런 후, 장치는 3차원 입력 모델의 기하 정보를 이용해 검출된 템플릿 모델의 전이를 수행한다(S430). 즉, 3D 프린팅이 가능한 템플릿 모델이 3차원 입력 모델로 변형되는데, 템플릿 모델은 입력 3차원 모델과 외형이 최대한 유사하면서도 3D 프린팅의 특성을 고려해 제작된 템플릿 모델이므로 3D 프린팅에 문제가 없다. 이때 입력되는 3차원 입력 모델과 텍스처 영상은 다양한 3D 모델 생성 방식 중 어느 한 방식을 통해 획득한 3D 모델과 텍스처 영상일 수 있다.
다음으로, 장치는 기존의 획일화된 형태가 아닌 임의 형태의 텍스처 영상을 상기 전이된 3차원 모델에 할당한다(S440). 이에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
장치는 최종 계산된 템플릿 모델의 기하 모델 및 텍스처 영상을 출력한다(S450).
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 텍스처 처리 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 장치는 3차원 입력 모델과 전이가 완료된 템플릿 모델 사이의 대응 관계를 계산하고, 3차원 입력 모델의 각 정점에 대응하는 전이 모델의 삼각형을 검색한다(S510).
그런 후, 장치는 3차원 입력 모델의 복원 영역과 템플릿 모델의 복원 영역을 비교해 템플릿 모델 텍스처 영역 중 새롭게 텍스처를 할당해야 할 부분을 계산한다(S520). 일 실시 예에 따라, 사용자가 바라보는 방향과 모델의 법선 방향을 고려해 최소 영역을 설정한다.
장치는 설정된 대응 관계를 기반으로 유효한 영역에 대해 입력 텍스처 영상의 삼각형을 탬플릿 모델 텍스처의 삼각형으로 워핑한다(S530). 일 실시 예에 따라, 보통 입력 모델이 무겁고 삼각형 개수가 많아 대응되는 템플릿 모델의 삼각형 내부는 보간 방법을 통해 정점 값을 계산한다. 즉, 템플릿 모델을 전이하면 입력 모델과 동일한 위치에 정렬되고, 외형도 변형을 통해 최대한 유사해진다. 이후 대응 관계 계산을 통해 입력 모델의 텍스처를 템플릿 모델로 옮기는 절차를 수행하게 된다.
장치는 전체 탬플릿 모델 텍스처 중 나머지 부분을 입력 모델 텍스처와 동일한 색조로 변형한다(S540). 즉, 전체 템플릿 모델 텍스처 중 일부만 입력 모델 텍스처가 할당되므로 나머지 부분을 3차원 입력 모델의 텍스처와 동일한 색조로 바꾸는 작업을 수행한다.

Claims (8)

  1. 3D 프린팅 가능하도록 미리 제작된 3차원 모델인 템플릿 모델들을 저장하는 템플릿 모델 저장부;
    3차원 입력 모델과 획일화되지 않은 임의 형태의 텍스처 영상이 입력됨에 따라, 상기 템플릿 모델 저장부에 저장된 템플릿 모델을 상기 3차원 입력 모델의 기하 정보를 이용해 전이를 수행하는 3차원 모델 변환부;
    상기 3차원 입력 모델을 참조하여 상기 텍스처 영상을 상기 전이된 3차원 모델에 할당하는 텍스처 처리부; 및
    최종 계산된 템플릿 모델의 기하 모델 및 텍스처 영상을 출력하는 3차원 프린팅용 모델 출력부를 포함하고,
    상기 텍스처 처리부는,
    상기 전이된 3차원 모델의 전체 템플릿 모델 텍스처 중 템플릿 영상이 할당되지 않은 나머지 부분을 상기 3차원 입력 모델의 입력 모델 텍스처와 동일한 색조로 변형하는 색조 일치부;
    3차원 입력 모델과 전이가 완료된 템플릿 모델 사이의 대응 관계를 계산하고, 3차원 입력 모델의 각 정점에 대응하는 전이 모델의 삼각형을 검색하는 대응 관계 설정부;
    3차원 입력 모델의 복원 영역과 템플릿 모델의 복원 영역을 비교해 템플릿 모델 텍스처 영역 중 새롭게 텍스처를 할당해야 할 부분을 계산하는 유효성 검사부; 및
    설정된 대응 관계를 기반으로 유효한 영역에 대해 입력 텍스처 영상의 삼각형을 탬플릿 모델 텍스처의 삼각형으로 워핑하는 텍스처 워핑부를 포함하고,
    상기 템플릿 모델이 전이되면, 상기 3차원 입력 모델과 동일한 위치에 정렬되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 유효성 검사부는
    사용자가 바라보는 방향과 모델의 법선 방향을 고려해 최소 영역을 설정함을 특징으로 하는 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 텍스처 워핑부는
    대응되는 템플릿 모델의 삼각형 내부는 보간 방법을 통해 정점 값을 계산함을 특징으로 하는 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 장치.
  5. 3차원 입력 모델과 획일화되지 않은 임의 형태의 텍스처 영상을 입력받는 단계;
    3D 프린팅 가능하도록 미리 제작된 3차원 모델인 템플릿 모델을 상기 3차원 입력 모델의 기하 정보를 이용해 전이를 수행하는 단계;
    상기 3차원 입력 모델을 참조하여 상기 텍스처 영상을 상기 전이된 3차원 모델에 할당하는 단계; 및
    최종 계산된 템플릿 모델의 기하 모델 및 텍스처 영상을 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 할당하는 단계는,
    상기 전이된 3차원 모델의 전체 템플릿 모델 텍스처 중 템플릿 영상이 할당되지 않은 나머지 부분을 상기 3차원 입력 모델의 입력 모델 텍스처와 동일한 색조로 변형하는 단계;
    3차원 입력 모델과 전이가 완료된 템플릿 모델 사이의 대응 관계를 계산하고, 3차원 입력 모델의 각 정점에 대응하는 전이 모델의 삼각형을 검색하는 단계;
    3차원 입력 모델의 복원 영역과 템플릿 모델의 복원 영역을 비교해 템플릿 모델 텍스처 영역 중 새롭게 텍스처를 할당해야 할 부분을 계산하는 단계; 및
    설정된 대응 관계를 기반으로 유효한 영역에 대해 입력 텍스처 영상의 삼각형을 탬플릿 모델 텍스처의 삼각형으로 워핑하는 단계를 포함하고,
    상기 템플릿 모델이 전이되면, 상기 3차원 입력 모델과 동일한 위치에 정렬되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 방법.
  6. 삭제
  7. 제5 항에 있어서, 상기 계산하는 단계는
    사용자가 바라보는 방향과 모델의 법선 방향을 고려해 최소 영역을 설정함을 특징으로 하는 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 방법.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 워핑하는 단계는
    대응되는 템플릿 모델의 삼각형 내부는 보간 방법을 통해 정점 값을 계산함을 특징으로 하는 다중 텍스처를 이용한 3D 프린팅 모델 생성 방법.
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