KR102388823B1 - 3차원 영상모델 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

Abstract

3차원 영상모델 처리장치 및 처리방법이 개시된다. 이에 의한 3차원 영상모델 처리장치는, 제1방식의 3차원 영상모델을 입력 받는 입력부; 와, 상기 제1방식의 3차원 영상모델을 구성하는 중복되는 정점들을 겹친 후 제2방식의 3차원 영상모델로 변환함으로써 제1경량화 처리를 수행하고, 상기 제2방식의 3차원 영상모델에서 중복되는 맵핑(Mapping)을 삭제함으로써 제2경량화 처리를 수행하는 영상 처리부; 및 상기 제1경량화 처리 및 상기 제2경량화 처리를 수행한 후 생성되는 최종 영상모델을 출력하는 출력부; 를 포함할 수 있다.

Description

3차원 영상모델 처리장치 및 처리방법{THE APPARATUS AND METHOD OF PROCESSING 3-DIMENSIONAL IMAGE MODEL}

본 발명은 3차원 영상모델 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3차원 영상모델을 경량화 할 수 있는 3차원 영상모델 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

건물 정보 모델링(Building Information Modeling: BIM)은 어느 장소의 물리적 및 기능적 특징들의 디지털 표현들을 생성하고 관리하는 프로세스이다. 현재 건물 정보 모델링을 통해, 다차원 가상공간상에 기획, 설계, 엔지니어링, 시공 더 나아가 유지관리 및 폐기 단계에 이르기까지 가상으로 시설물을 모델링하고 있다.

BIM 방식은 건물을 데이터화하여 수치데이터를 생성하며, 3D 디스플레이 효과를 볼 수 있는 3D 기반의 설계 및 모델링 방식이다. 따라서, 단순한 선이나 면 작업이 아닌, 선의 시작과 끝점을 잇는 길이의 데이터가 생성되고, 면은 닫힌 면의 기준으로 면적이 데이터화된다. 그리고 길이와 면적의 데이터를 결합하여 체적 데이터를 얻을 수 있다.

BIM 데이터의 표준은 IFC(Industry Foundation Classes) 파일 형식을 사용한다. 일반적으로 BIM 데이터에 포함된 건물 객체 다수는 모수적 데이터(parametric data) 기반의 volume 모델 형태가 아닌, surface 모델 형태로 저장되어 있다. 이러한 저장 데이터들은 책상, 의자 등 복잡한 형태를 갖는 건물의 부속물로서 무수히 많은 vertex(정점, 꼭지점)로 구성된다. 이와 같이 무수히 많은 vertex로 구성된 surface 모델 형태의 건물 객체들 때문에, 실제 BIM 데이터를 화면에 가시화하는 경우 메모리 사용량이 증가하며 시스템에 많은 처리 부하를 주게 된다.

한국등록특허공보 제10-1925474호(2018.12.05.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 3차원 영상모델을 경량화 할 수 있는 3차원 영상모델 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 디지털 트윈을 구축하는데 최적화되도록 3차원 영상모델을 경량화 할 수 있는 3차원 영상모델 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 영상모델 처리장치에 의하면, 제1방식의 3차원 영상모델을 입력 받는 입력부; 와, 상기 제1방식의 3차원 영상모델을 구성하는 중복되는 정점들을 겹친 후 제2방식의 3차원 영상모델로 변환함으로써 제1경량화 처리를 수행하고, 상기 제2방식의 3차원 영상모델에서 중복되는 맵핑(Mapping)을 삭제함으로써 제2경량화 처리를 수행하는 영상 처리부; 및 상기 제1경량화 처리 및 상기 제2경량화 처리를 수행한 후 생성되는 최종 영상모델을 출력하는 출력부; 를 포함할 수 있다.

상기 3차원 영상모델 처리장치에 있어서, 상기 제1방식의 3차원 영상모델은 surface 기반 모델이고, 상기 제2방식의 3차원 영상모델은 volume 기반 모델인 것을 특징으로 한다.

상기 3차원 영상모델 처리장치에 있어서, 상기 영상 처리부는, 상기 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들을 추출하고, 추출된 상기 모든 정점들을 서로 겹쳐서 중복되는 정점들을 제거한 후 상기 volume 기반 모델을 생성함으로써 상기 제1경량화 처리를 수행할 수 있다.

상기 3차원 영상모델 처리장치에 있어서, 상기 영상 처리부는, 상기 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들 중에서 소정 기준에 기초하여 에지(edge)들을 추출하고, 상기 에지들 간의 간격을 줄여 상기 에지들을 병합시킴으로써 상기 제2경량화 처리를 수행할 수 있다.

상기 3차원 영상모델 처리장치에 있어서, 상기 영상 처리부는, 상기 최종 영상모델의 데이터 용량에 대응하여 상기 최종 영상모델에 포함되는 텍스처 개수의 기준값을 설정하고, 상기 텍스처 개수가 상기 기준값 이하가 되도록 상기 최종 영상모델에 대해 텍스처 평면화를 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 영상모델 처리방법에 의하면, 제1방식의 3차원 영상모델을 입력 받는 단계; 와, 상기 제1방식의 3차원 영상모델을 구성하는 중복되는 정점들을 겹친 후 제2방식의 3차원 영상모델로 변환함으로써 제1경량화 처리를 수행하는 단계; 와, 상기 제2방식의 3차원 영상모델에서 중복되는 맵핑(Mapping)을 삭제함으로써 제2경량화 처리를 수행하는 단계; 및 상기 제1경량화 처리 및 상기 제2경량화 처리를 수행한 후 생성되는 최종 영상모델을 출력하는 단계; 를 포함할 수 있다.

상기 3차원 영상모델 처리방법에 있어서, 상기 제1방식의 3차원 영상모델은 surface 기반 모델이고, 상기 제2방식의 3차원 영상모델은 volume 기반 모델인 것을 특징으로 한다.

상기 3차원 영상모델 처리방법에 있어서, 상기 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들을 추출하고, 추출된 상기 모든 정점들을 서로 겹쳐서 중복되는 정점들을 제거한 후 상기 volume 기반 모델을 생성함으로써 상기 제1경량화 처리를 수행할 수 있다.

상기 3차원 영상모델 처리방법에 있어서, 상기 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들 중에서 소정 기준에 기초하여 에지(edge)들을 추출하고, 상기 에지들 간의 간격을 줄여 상기 에지들을 병합시킴으로써 상기 제2경량화 처리를 수행할 수 있다.

상기 3차원 영상모델 처리방법에 있어서, 상기 최종 영상모델의 데이터 용량에 대응하여 상기 최종 영상모델에 포함되는 텍스처 개수의 기준값을 설정하고, 상기 텍스처 개수가 상기 기준값 이하가 되도록 상기 최종 영상모델에 대해 텍스처 평면화를 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 영상모델을 경량화 하여 데이터 용량을 감소시키고, 이에 의해 메모리 사용량과 시스템 처리 부하를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 디지털 트윈 구축에 최적화된 경량화된 3차원 영상모델을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 수행하는 데이터 경량화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 영상 경량화를 위해 영상을 분할하는 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 영상 경량화를 수행한 전후의 영상모델을 비교하기 위한 도면이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 수행하는 텍스처 평면화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 수행하는 영상 경량화를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 생성한 최종 영상모델을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치(100)는 입력부(110)와 영상 처리부(120) 및 출력부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

입력부(110)는 제1방식의 3차원 영상모델을 입력 받을 수 있다.

일 실시예에 의하면, 제1방식의 3차원 영상모델은 surface 기반 모델일 수 있다.

실시예에 따라, 입력부(110)는 제1방식이 아닌 3차원 영상모델을 입력 받고, 이를 제1방식의 3차원 영상모델로 변환할 수 있다.

영상 처리부(120)는 3차원 영상모델에 대한 경량화를 수행할 수 있다.

3차원 영상모델은 건물 정보 모델링(Building Information Modeling: BIM)에 의해 구현될 수 있다. BIM 데이터에 포함된 건물 객체는 모수적 데이터(parametric data) 기반의 volume 모델 형태가 아닌, surface 모델 형태로 저장되어 있다. 이러한 저장 데이터들은 창문, 문틀 등 복잡한 형태를 갖는 건물의 부속물로서 무수히 많은 vertex(정점, 꼭지점)로 구성된다. 이와 같이 무수히 많은 vertex로 구성된 surface 모델 형태의 건물 객체들 때문에, 실제 BIM 데이터를 화면에 가시화하는 경우 메모리 사용량이 증가하며 시스템에 많은 처리 부하를 주게 된다. 특히, 이러한 문제점은, 대용량 데이터를 실시간으로 처리하게 되는 디지털 트윈 구현 시 더욱 가중된다. 따라서, 본 발명에서는 디지털 트윈을 구현하는데 최적화된 3차원 영상모델을 제공하기 위하여, 3차원 영상모델에 대한 경량화를 수행한다.

구체적으로, 영상 처리부(120)는 제1방식의 3차원 영상모델을 구성하는 중복되는 정점들을 겹친 후 제2방식의 3차원 영상모델로 변환함으로써 제1경량화 처리를 수행하고, 상기 제2방식의 3차원 영상모델에서 중복되는 맵핑(Mapping)을 삭제함으로써 제2경량화 처리를 수행할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 제2방식의 3차원 영상모델은 volume 기반 모델일 수 있다.

이 경우, 영상 처리부(120)는 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들을 추출하고, 추출된 상기 모든 정점들을 서로 겹쳐서 중복되는 정점들을 제거한 후 volume 기반 모델을 생성함으로써, 제1경량화 처리를 수행할 수 있다.

또한, 영상 처리부(120)는 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들 중에서 소정 기준에 기초하여 에지(edge)들을 추출하고, 상기 에지들 간의 간격을 줄여 상기 에지들을 병합시킴으로써 제2경량화 처리를 수행할 수 있다.

영상 처리부(120)는 최종 영상모델의 데이터 용량에 대응하여 최종 영상모델에 포함되는 텍스처 개수의 기준값을 설정하고, 상기 텍스처 개수가 상기 기준값 이하가 되도록 상기 최종 영상모델에 대해 텍스처 평면화를 수행할 수 있다.

출력부(130)는 제1경량화 처리 및 제2경량화 처리를 수행한 후 생성되는 최종 영상모델을 출력할 수 있다.

도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 수행하는 데이터 경량화를 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 2a는 제1경량화 처리 과정을 도시한다. 영상 처리부(120)는 제1방식의 3차원 영상모델(210)에 대해 먼저 제1경량화 처리를 수행한다. 여기서, 제1경량화 처리는, 제1방식의 3차원 영상모델(210)을 구성하는 중복되는 정점들(211, 212, 213)을 겹친 후 제2방식의 3차원 영상모델(220)로 변환하는 것일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 제1방식의 3차원 영상모델(210)은 surface 기반 모델일 수 있다. surface 기반 모델에서는 객체를 복수개의 표면들로 분할하여 구현한다. 이 경우, 객체는 복수의 다각형(polygon)과 정점(vertex, 꼭지점)으로 표현될 수 있다. 도 2a를 참조하면, 제1방식의 3차원 영상모델(210)은 복수개의 삼각형(미도시)과 정점들(211, 212, 213)로 구성된다.

도 2a를 참조하면, 영상 처리부(120)는 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들(211, 212, 213)을 추출한다.

예를 들어, 제1정점(211)과 제2정점(212) 및 제3정점(213)은 surface 기반 모델에서 각각의 표면들을 구성하기 위하여 표현되는 것으로서, volume 기반 모델에서는 서로 중복되는 정점이다.

따라서, 중복되고 불필요한 정점들을 제거하기 위하여 제1정점(211)과 제2정점(212) 및 제3정점(213)을 하나의 정점(225)으로 겹치고, 인접하는 선들을 연결함으로써, 제2방식의 3차원 영상모델(220)로 변환한다. 일 실시예에 의하면, 제2방식의 3차원 영상모델은 volume 기반 모델일 수 있다.

도 2b는 제2경량화 처리 과정을 도시한다. 영상 처리부(120)는 변환된 제2방식의 3차원 영상모델(220)에 대해 제2경량화 처리를 수행한다. 여기서, 제2경량화 처리는, 제2방식의 3차원 영상모델(220)에서 중복되거나 불필요한 맵핑(Mapping)을 삭제하는 것일 수 있다. 실시예에 따라, 중복되거나 불필요한 맵핑을 삭제하는 방법은 다양하게 설정될 수 있다. 구체적으로, volume 기반 모델로 영상 구현 시 사용자의 시야를 벗어나는 객체의 천장 영역이나 후면 영역 및 바닥 영역 등을 간략하게 표시하거나 이러한 영역에서 중복되거나 불필요한 부분을 삭제할 수 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 먼저 제2방식의 3차원 영상모델(220)에서 중복되는 에지(edge)들(252, 254)을 추출한다. 여기서, 제2방식의 3차원 영상모델(220)은 volume 기반 모델일 수 있다.

제1에지(252)를 제2에지(254)를 향하는 방향(R)으로 이동시킴으로써 두 개의 에지(252, 254) 간의 간격을 감소시킨 후, 두 개의 에지(252, 254)를 하나의 정점(262)으로 병합한다. 이 경우, 중복되거나 불필요한 에지를 감소시킨 최종 영상모델(260)이 획득된다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 영상 경량화를 위해 영상을 분할하는 간격을 설명하기 위한 도면이다.

3차원 영상을 경량화 하는 경우, Weld 값에 기반하여 영상을 분할할 수 있다. 여기서, Weld 값은 영상을 분할하는 단위 크기이다. Weld 값이 클수록, 영상은 적은 개수의 영역들로 분할되고, 이에 따라 각 영역들을 구성하는 정점들의 수는 적어진다. 이 경우, 영상 변환 시 왜곡과 변형이 많이 발생한다. 반면, Weld 값이 작을수록, 영상은 많은 개수의 영역들로 분할되고, 이에 따라 각 영역들을 구성하는 정점들의 수는 많아진다. 이 경우, 영상 변환 시 변형이 없고 원본이 거의 손상되지 않는다.

구체적으로, 도 3a는 Weld 10~1 BIM 모델을 사용하는 경우이다. Weld 10~1 BIM 모델을 사용하여 영상 경량화를 수행하는 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이 영상(310)에 변형이 심하여 BIM 모델로 활용이 불가능하다.

도 3b는 Weld 1~0.05 BIM 모델을 사용하는 경우이다. Weld 1~0.05 BIM 모델을 사용하여 영상 경량화를 수행하는 경우, 외형 상에는 변형이 심하지 않지만 창틀과 같은 작은 영역에 대한 모델링의 손상이 발생한다. 도 3b를 참조하면, 전체 영상(320)에는 왜곡이나 변형이 심하지 않으나, 확대 영상(325) 상에는 창틀과 같은 세부 부분의 영상이 손실되었음을 알 수 있다.

도 3c는 Weld 0.01~ BIM 모델을 사용하는 경우이다. Weld 0.01 이하의 BIM 모델을 사용하여 영상 경량화를 수행하게 되면, 경량화 후 영상모델(330)의 변화나 왜곡이 없고, surface 기반의 3차원 영상모델이 volume 기반의 3차원 영상모델로 변형된다. 따라서, 도 3a 및 도 3b에서와 같은 왜곡 및 변형을 방지하기 위하여, 바람직하게는 도 3c에서와 같은 Weld 0.01 이하의 BIM 모델을 적용하여 경량화를 수행할 수 있다.

도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 영상 경량화를 수행한 전후의 영상모델을 비교하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 4a는 제2경량화 처리 수행 전의 영상(410)이다. 일 실시예에 의하면, 제2경량화 처리는 ProOptimizer라는 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, Weld 0.01를 적용하여 영상 모델링을 수행할 수 있다. 제2경량화 처리 수행 전의 영상(410)의 데이터 용량 정보(415)를 참조하면, 478,034개의 다각형으로 구성되고, 247,772개의 정점들로 구성된다. 이 경우, 데이터 용량은 29,660KB이다.

도 4b는 제2경량화 처리 수행 후의 영상(420)이다. 제2경량화 처리 수행 후의 영상(420)의 데이터 용량 정보(425)를 참조하면, 73,428개의 다각형으로 구성되고, 31,999개의 정점들로 구성된다. 경량화 과정에 의해 다각형들의 수와 정점들의 수가 줄어들었음을 알 수 있다. 이 경우, 데이터 용량은 12,682KB이다. 영상 경량화 의하여 데이터 용량 또한 감소한다.

또한, 도 4a와 도 4b에 도시된 영상들(410, 420)을 비교하면, 제2경량화 처리를 수행하더라도 영상에 왜곡과 변형은 발생하지 않으며, 손실된 영역도 존재하지 않는다.

이와 같이, 도 4a는 Weld 0.01를 적용한 영상 경량화 모델링으로, surface 기반 3차원 영상모델을 volume 기반 3차원 영상모델 형태로, ProOptimizer를 이용하여 BIM 모델링이 손상이 없는 선까지 경량화 시키며, 이에 의해 모델링의 용량은 29,660KB에서 12,682KB로 약 57% 수준까지 경랑화 되었다.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 수행하는 텍스처 평면화를 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 5a는 텍스처 평면화를 수행하는 소프트웨어 화면(500)이다. 일 실시예에 의하면, UVW Unwrap 기능을 사용하여 텍스처 평면화를 수행할 수 있다. 여기서, UVW Unwrap 기능은 전개도와 유사하게 영상을 가상으로 펼치는 기능이다. UVW Unwrap 기능을 사용하여 3차원 영상을 가상 공간 상에서 전개시킨 후, 텍스처의 개수를 추출하여 조절할 수 있다. 여기서, 텍스처는 영상의 재질을 의미하는 것으로서, 도 5a에 도시된 바와 같이 하나의 영상안에는 복수개의 텍스처가 포함될 수 있다. 이러한 텍스처는 영상을 구성하는 정점들과는 구분된다.

BIM 영상모델에 포함되는 텍스처(texture, 재질)가 너무 많아지게 되면, 드로우콜(drawcall)이 최적화되지 못하여 CPU 및 GPU의 과부화가 발생하고, 이에 의해 렌더링 속도가 현저하게 느려진다. 여기서, 드로우콜은 CPU가 GPU에게 어떠한 객체를 그리라고 요청하는 명령이다.

이와 같은 현상을 방지하기 위하여, 본 실시예에서는 3차원 영상모델에 대한 텍스처 평면화를 수행할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 3차원 영상 모델(550)을 UVW Unwrap 기능을 사용하여 소프트웨어 화면(500)상에 펼치고, 이 상태에서 텍스처 평면화를 진행하여 텍스처의 개수를 기준값 이하로 줄인다. 기준값은 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 최종 영상모델의 데이터 용량에 대응하여 상기 최종 영상모델에 포함되는 텍스처 개수의 기준값을 설정할 수 있다.

도 5a에서는 2 진수로 이루어져 있는 컴퓨터 메모리의 특성을 고려하여, 텍스처 크기는 512*512/1024*1024/2048*2048로 제작 및 변경할 수 있다. 또한, 재질은 불투명함(opacity)을 최소화한다.

도 5b는 영상 경량화 수행 전후의 파일용량을 도시한다. 도 5a에서와 같은 과정을 통해 텍스처 및 재질의 드로우콜을 줄여 최적화를 진행하게 되면, 데이터 파일 용량은 도 5b에 도시된 바와 같이 29,660KB에서 1,777KB로 94% 감소한다(560).

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 수행하는 영상 경량화를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 6a는 경량화를 수행하는 소프트웨어와 경량화 과정에서 수행되는 기능 및 작업들을 도시한다.

입력부(110)는 3차원 영상모델을 입력 받는다.

일 실시예에 의하면, 3차원 영상모델은 surface 기반 모델일 수 있다. 만일, surface 기반 모델이 아닌 다른 방식의 영상모델을 입력 받으면, 입력부(110)는 입력된 영상모델을 surface 기반 모델로 변환할 수 있다.

한편, 3차원 영상모델의 데이터 형태는 IFC(Industry Foundation Classes), CityGML(City Geographic Markup Language) 등의 파일 형식을 가질 수 있다. 여기서, IFC는 AEC 산업에서 사용되는 주요 소프트웨어 프로그램들 간에 상호 호환되는 국제표준 데이터 포맷이다. CityGML은 인터넷에서 3차원 공간정보를 표현하기 위한 마크업 언어로서, 국제표준화기구(개방형 공간정보 컨소시엄)에서 표준화한 언어이다.

영상 처리부(120)는 3차원 영상모델에 대해 제1경량화 처리 및 제2경량화 처리를 순차적으로 수행한다.

영상 처리부(120)는 Maxscript(610)라는 소프트웨어를 실행하여 제1경량화 처리를 수행한다. 이 경우, 3차원 영상모델에서 모든 정점들을 추출하여 선택하고(S601), 인접하는 모든 정점들을 연결하여 불필요한 정점들을 합친다(S602). 이에 의해, surface 기반 3차원 영상모델이 volume 기반 3차원 영상모델로 변환되어 1차적으로 경량화된다.

영상 처리부(120)는 ProOptimizer(620)라는 소프트웨어를 실행하여 제2경량화 처리를 수행한다. 이후, UVW Unwrap 기능(630)을 실행하여 3차원 영상을 가상화면 상에 펼친 후, BIM 맵핑을 합치는 작업을 하여 기존의 중복되거나 불필요한 맵핑을 삭제함으로써, 최종적으로 경량화된 BIM을 생성한다. 이와 같이 제1경량화 처리 및 제2경량화 처리가 수행된 후의 최종 영상모델이 생성되면, 출력부(130)는 경량화된 최종 영상모델을 출력한다.

도 6b는 경량화 과정을 상세하게 도시한다. 제1경량화 처리가 시작되면, 3차원 영상모델을 구성하는 모든 정점들을 추출 및 선택하고(S611), 중복되는 정점들을 삭제하기 위하여 인접하는 정점들을 기준으로 모든 정점들을 연결한다(S612).

제2경량화 처리가 시작되면, ProOptimizer를 실행시켜 제2경량화 처리를 수행한다(S613). 이 경우, 도 2b에서 설명한 바와 같이, 불필요하거나 중복되는 정점들을 선택하고, 선택된 정점들 간의 간격을 감소시켜 정점들을 병합함으로써, 중복되거나 불필요한 정점을 삭제할 수 있다.

제2경량화 처리가 완료된 후, 영상 처리부(120)는 UVW Unwrap 기능을 실행하여 3차원 영상을 펼치고 텍스처 평면화를 수행한다(S614)

도 7은 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리장치가 생성한 최종 영상모델을 도시한 도면이다.

경량화된 최종 영상모델을 유니티(Unity)에 빌드하면, 도 7에 도시된 3차원 영상(700)으로 표시된다. 3차원 영상(700)으로 변환 시 변형과 왜곡이 없고 원본이 거의 손상되지 않았다.

도 8은 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리 과정을 도시한 도면이다.

제1방식의 3차원 영상모델을 입력 받는다(S801).

일 실시예에 의하면, 제1방식의 3차원 영상모델은 surface 기반 모델일 수 있다.

제1방식의 3차원 영상모델을 구성하는 중복되는 정점들을 겹친 후 제2방식의 3차원 영상모델로 변환함으로써 제1경량화 처리를 수행한다(S802).

일 실시예에 의하면, 제2방식의 3차원 영상모델은 volume 기반 모델일 수 있다.

구체적으로, 3차원 영상모델 처리장치(100)의 영상 처리부(120)는 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들을 추출하고, 추출된 모든 정점들을 서로 겹쳐서 중복되는 정점들을 제거한 후 volume 기반 모델을 생성함으로써, 제1경량화 처리를 수행할 수 있다.

제2방식의 3차원 영상모델에서 중복되는 맵핑(Mapping)을 삭제함으로써 제2경량화 처리를 수행한다(S803).

일 실시예에 의하면, 3차원 영상모델 처리장치(100)의 영상 처리부(120)는 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들 중에서 소정 기준에 기초하여 에지(edge)들을 추출하고, 에지들 간의 간격을 줄여 상기 에지들을 병합시킴으로써 상기 제2경량화 처리를 수행할 수 있다.

제1경량화 처리 및 제2경량화 처리를 수행한 후 생성되는 최종 영상모델을 출력한다(S804).

이와 같은 본 발명에 따른 3차원 영상모델 처리 방법에 의하여, 건물 내부 및 외부 공간 객체의 경량화 알고리즘을 적용한 결과 기존의 모델에 비하여 건물 내부 객체의 경우 크게는 정점(vertex)수를 96%까지 감소시켰으며, 건물 외부 객체의 경우는 공간객체의 용량을 94%까지 감소시킬 수 있음을 시뮬레이션 결과로 확인하였다. 이는 기하급수적으로 증가하고 있는 디지털 트윈 구현을 위한 BIM 데이터 내에 포함된 내부 객체들을 3차원으로 가시화하는데 있어서 유용하고 실효성 있는 방안이 될 수 있다.

본 발명은 스마트 시티와 같은 도시관리 서비스, 제조업 등을 포함하는 전 분야의 산업에 적용될 수 있다. 특히, 디지털 트윈 모델에 적용되는 경우, 영상 모델을 경량화시켜 도시관리에 필요한 각종 데이터를 사용 케이스별로 요구수준에 따라 가상화 할 수 있고, 정보량 및 정보제공속도 측면에서 최적의 서비스를 제공할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 9의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 3차원 영상모델 처리장치(100)일 수 있다.

도 9의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120) 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 3차원 영상모델 처리장치 110: 입력부
120: 영상 처리부 130: 출력부
210: 제1방식의 3차원 영상모델 220: 제2방식의 3차원 영상모델
211, 212, 213: 정점 252, 254: 에지

Claims (10)

1. 3차원 영상모델 처리장치에 있어서,
   제1방식의 3차원 영상모델을 입력 받는 입력부;
   상기 제1방식의 3차원 영상모델을 구성하는 중복되는 정점들을 겹친 후 제2방식의 3차원 영상모델로 변환함으로써 제1경량화 처리를 수행하고, 상기 제2방식의 3차원 영상모델에서 중복되는 맵핑(Mapping)을 삭제함으로써 제2경량화 처리를 수행하는 영상 처리부; 및
   상기 제1경량화 처리 및 상기 제2경량화 처리를 수행한 후 생성되는 최종 영상모델을 출력하는 출력부; 를 포함하되,
   상기 영상 처리부는,
   상기 최종 영상모델에 포함되는 텍스처가 많아짐에 따라 드로우콜이 최적화되지 못하여 CPU 및 GPU의 과부하가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 상기 최종 영상모델의 데이터 용량에 대응하여 상기 최종 영상모델에 포함되는 텍스처 개수의 기준값을 설정하고, 상기 최종 영상모델을 가상 공간 상에서 펼쳐 전개시키고 상기 텍스처 개수를 추출한 후, 상기 텍스처 개수가 상기 기준값 이하가 되도록 상기 최종 영상모델에 대해 텍스처 평면화를 수행하고,
   여기서, 텍스처는 상기 3차원 영상모델의 재질을 의미하는 것으로서, 상기 3차원 영상모델을 구성하는 정점들과는 구분되며, 상기 3차원 영상모델에는 복수개의 텍스처가 포함되며,
   상기 3차원 영상모델을 경량화 하는 경우 영상을 분할하는 단위 크기인 Weld 값에 기반하여 상기 영상을 분할하며, 왜곡 및 변형을 방지하기 위하여 상기 Weld 값이 0.01 이하이고 0이상인 BIM(Building Information Modeling) 모델을 적용하여 경량화를 수행하는, 3차원 영상모델 처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1방식의 3차원 영상모델은 surface 기반 모델이고,
   상기 제2방식의 3차원 영상모델은 volume 기반 모델인 것을 특징으로 하는, 3차원 영상모델 처리장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 영상 처리부는,
   상기 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들을 추출하고, 추출된 상기 모든 정점들을 서로 겹쳐서 중복되는 정점들을 제거한 후 상기 volume 기반 모델을 생성함으로써 상기 제1경량화 처리를 수행하는, 3차원 영상모델 처리장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 영상 처리부는,
   상기 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들 중에서 소정 기준에 기초하여 에지(edge)들을 추출하고, 상기 에지들 간의 간격을 줄여 상기 에지들을 병합시킴으로써 상기 제2경량화 처리를 수행하는, 3차원 영상모델 처리장치.
5. 삭제
6. 3차원 영상모델 처리방법에 있어서,
   제1방식의 3차원 영상모델을 입력 받는 단계;
   상기 제1방식의 3차원 영상모델을 구성하는 중복되는 정점들을 겹친 후 제2방식의 3차원 영상모델로 변환함으로써 제1경량화 처리를 수행하는 단계;
   상기 제2방식의 3차원 영상모델에서 중복되는 맵핑(Mapping)을 삭제함으로써 제2경량화 처리를 수행하는 단계; 및
   상기 제1경량화 처리 및 상기 제2경량화 처리를 수행한 후 생성되는 최종 영상모델을 출력하는 단계; 를 포함하되,
   상기 최종 영상모델에 포함되는 텍스처가 많아짐에 따라 드로우콜이 최적화되지 못하여 CPU 및 GPU의 과부하가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 상기 최종 영상모델의 데이터 용량에 대응하여 상기 최종 영상모델에 포함되는 텍스처 개수의 기준값을 설정하고, 상기 최종 영상모델을 가상 공간 상에서 펼쳐 전개시키고 상기 텍스처 개수를 추출한 후, 상기 텍스처 개수가 상기 기준값 이하가 되도록 상기 최종 영상모델에 대해 텍스처 평면화를 수행하고,
   여기서, 텍스처는 상기 3차원 영상모델의 재질을 의미하는 것으로서, 상기 3차원 영상모델을 구성하는 정점들과는 구분되며, 상기 3차원 영상모델에는 복수개의 텍스처가 포함되며,
   상기 3차원 영상모델을 경량화 하는 경우 영상을 분할하는 단위 크기인 Weld 값에 기반하여 상기 영상을 분할하며, 왜곡 및 변형을 방지하기 위하여 상기 Weld 값이 0.01 이하이고 0이상인 BIM(Building Information Modeling) 모델을 적용하여 경량화를 수행하는, 3차원 영상모델 처리방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1방식의 3차원 영상모델은 surface 기반 모델이고,
   상기 제2방식의 3차원 영상모델은 volume 기반 모델인 것을 특징으로 하는, 3차원 영상모델 처리방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들을 추출하고, 추출된 상기 모든 정점들을 서로 겹쳐서 중복되는 정점들을 제거한 후 상기 volume 기반 모델을 생성함으로써 상기 제1경량화 처리를 수행하는, 3차원 영상모델 처리방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 surface 기반 모델을 구성하는 모든 정점들 중에서 소정 기준에 기초하여 에지(edge)들을 추출하고, 상기 에지들 간의 간격을 줄여 상기 에지들을 병합시킴으로써 상기 제2경량화 처리를 수행하는, 3차원 영상모델 처리방법.
10. 삭제

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