KR102475520B1 - 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3d 모델링 변환 방법 및 시스템 - Google Patents

실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3d 모델링 변환 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법에 관한 것이다. 본 발명은 카메라부가 스캔할 객체에 대한 다수개의 이미지들을 촬영하는 단계와, 라이다스캐너부가 스캔할 객체에 대한 레이저 스캔 데이터를 획득하는 단계와, 전처리부가 촬영된 다수개의 이미지들을 전처리를 수행하는 단계와, 3D모델링변환부가 다수개의 이미지들을 3D모델링으로 변환하는 단계와, 추출부가 변환된 3D모델링을 3D파일로 추출하는 단계를 포함한다.

Description

실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법 및 시스템{3D modeling conversion method and system for realization of photorealistic based metaverse}
본 발명은 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 메쉬데이터 간소화 및 텍스처링 과정을 통해 실사 기반의 메타버스 구현이 가능한 3D 모델링 변환 방법 및 시스템에 관한 것이다.
메타버스(metabus)는 현실세계와 같은 사회, 경제, 문화 활동이 이루어지는 3차원 가상세계를 일컫는 말로서, 5G 사용화에 따른 정보통신기술 발달과 코로나19 팬더믹에 따른 비대면 추세 가속화로 점차 주목받고 있다. 메타버스 기술은 5G 기술과 함께 가상현실(VR), 증강현실(AR), 혼합현실(MR)등을 통해 구현이 가능하나, 메쉬 데이터의 용량 문제로 인해 실감도가 낮은 문제가 있다.
선행특허로는 등록특허 제10-2005492호(3차원 메쉬 데이터 간소화 방법 및 장치)이 있으나, 3차원 메쉬 데이터의 정점 또는 에지의 수를 줄여서 간소화하는 기술을 개시하고 있을 뿐이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 메타버스 환경에서 실감도를 높이기 위해 메쉬 데이터 간소화 및 텍스처링을 수행하여 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법은, 카메라부가 스캔할 객체에 대한 다수개의 이미지들을 촬영하는 단계와, 라이다스캐너부가 스캔할 객체에 대한 레이저 스캔 데이터를 획득하는 단계와, 전처리부가 촬영된 다수개의 이미지들을 전처리를 수행하는 단계와, 3D모델링변환부가 다수개의 이미지들을 3D모델링으로 변환하는 단계와, 추출부가 변환된 3D모델링을 3D파일로 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 시스템은, 스캔할 객체에 대한 다수개의 이미지들을 촬영하는 카메라부와, 스캔할 객체에 대한 레이저 스캔 데이터를 획득하는 라이다스캐너부와, 촬영된 다수개의 이미지들을 전처리를 수행하는 전처리부와, 다수개의 이미지들을 3D모델링으로 변환하는 3D모델링변환부와, 변환된 3D모델링을 3D파일로 추출부를 포함한다.
본 발명에 의하면 실사 기반의 3D모델링의 메쉬 데이터를 간소화하여 메타버스 환경에서 실감도가 높은 컨텐츠를 제공할 수 있다. 실사 기반으로 보다 실감나는 역사 교육, 전시장 구현, 갤러리 체험, 공연이 가능하다.
또한, 데이터 간소화를 하여도 간소화하기 전과 유사한 품질의 결과물을 제공할 수 있다. 데이터 간소화를 통해 사용자가 끊김없이 메타버스 서비스를 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D모델링 변환 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 시스템의 구성도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법을 설명하는 예시도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시 된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법은 먼저 카메라부가 스캔할 객체에 대한 다수개의 이미지들을 촬영한다(S101).
라이다스캐너부가 스캔할 객체에 대한 레이저 스캔 데이터를 획득한다(S103).
전처리부가 촬영된 다수개의 이미지들을 전처리를 수행한다(S105). 전처리부는 노출 및 대비를 일괄적으로 동일하게 보정처리를 하며, 하이라이트 및 음영 조정을 하여 전처리를 수행한다.
3D모델링변환부가 다수개의 이미지들을 3D모델링으로 변환한다(S107). 3D모델링변환부의 3D 모델링 변환 방법은 도 2에서 자세히 개시한다.
추출부가 변환된 3D모델링을 3D파일로 추출하는 단계를 포함한다(S109).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D모델링 변환 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 3D모델링변환부는 얼라인먼트모듈, 리컨스트럭션모듈, 간소화모듈, 텍스쳐모듈, 색상모듈로 구성된다. 3D모델링변환부의 얼라인먼트모듈이 다수개의 이미지들과 레이저 스캔 데이터를 기초로 얼라인먼트를 수행한다(S201).
리컨스트럭션모듈이 포인트클라우드 위치조정을 하여 불필요한 공간을 정리한다(S203).
간소화모듈이 모델 간소화를 통해 메쉬데이터를 정리한다(S205). 메쉬데이터가 용량이 큰 경우, 메타버스를 구현할 서버에 데이터 업로드가 불가능할 수 있기 때문에 모델 간소화를 통한 메쉬데이터를 정리하는 작업을 수행한다. 간소화모듈은 메타버스에 사용할 플랫폼의 규격을 확인하고, 이에 안맞는 규격으로 메쉬데이터를 간소화시킨다.
텍스쳐모듈이 간소화시킨 데이터를 텍스쳐링한다(S207). 텍스쳐모듈은 텍스쳐링 작업을 통해 간소화시킨 메쉬데이터에 재질을 입히고 모델링을 수행한다.
색상모듈이 촬영된 이미지에서 색상을 추출하여 색상을 입히는 작업을 수행한다(S209). 색상모듈이 모델링된 데이터를 실체 촬영된 사진의 색상을 입혀 실제와 같은 모델링을 만들 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 시스템(100)은 카메라부(110), 전처리부(120), 라이다스캐너부(130), 추출부(140), 3D모델링변환부(150), 저장부(160), 제어부(170)로 구성된다.
카메라부(110)는 스캔할 객체에 대한 다수개의 이미지들을 촬영한다. 카메라부는 포토그래머트리 촬영 기법을 통해 스캔할 객체를 촬영할 수 있다. 상기 포토그래머트리 촬영 기법은 서로 다른 각도에서 촬영한 사진과 서로 비교하여 사물의 위칭와 거리를 감지하는 촬영 기법으로, 본 발명의 실시예에서 카메라부는 피사계 심도를 깊게 조리개 F11~F22 사용하고 흔들리지 않게 3장의 사진이 70% 이상 겹치도록 촬영한다. 카메라부는 12MP이상 고화질 사진 포맷이 촬영 가능한 카메라 모듈을 사용하고, 촬영시 초점거리를 일정하게 유지하며 줌 기능을 사용하지 않는다. 카메라부는 촬영 모드를 자동으로 사용하지 않고 수동으로 촬영하여 피사체의 초점과 색이 변하지 않도록 촬영한다. 또한, 카메라부는 스캔하려는 대상을 원형을 그리며 촬영을 하고, 스캔할 객체를 프레임안에 모두 담아서 촬영을 한다. 객체 전체를 프레임안에 담기 어려운 경우 물체가 70% 이상 겹치게 촬영을 한다. 카메라부는 객체에 따라 마커를 부착하여 사물의 크기를 인지하도록 촬영을 한다.
전처리부(120)는 촬영된 다수개의 이미지들을 전처리를 수행한다. 전처리부(120)는 전처리부는 노출 및 대비를 일괄적으로 동일하게 보정처리를 하며, 하이라이트 및 음영 조정을 하여 전처리를 수행한다.
라이다스캐너부(130)는 스캔할 객체에 대한 레이저 스캔 데이터를 획득한다.
추출부(140)는 변환된 3D모델링을 3D파일로 추출한다.
3D모델링변환부(150)는 다수개의 이미지들을 3D모델링으로 변환한다.
3D모델링변환부(150)는 얼라인먼트모듈(151), 리컨스트럭션모듈(153), 간소화모듈(155), 텍스쳐모듈(157), 색상모듈(159)로 구성된다.
얼라인먼트모듈(151)은 다수개의 이미지들과 레이저 스캔 데이터를 기초로 얼라인먼트를 수행한다. 리컨스트럭션모듈(153)은 포인트클라우드 위치조정을 하여 불필요한 공간을 정리한다. 간소화모듈(155)은 모델 간소화를 통해 메쉬데이터를 정리한다. 텍스쳐모듈(157)은 간소화시킨 데이터를 텍스쳐링한다. 색상모듈(159)은 촬영된 이미지에서 색상을 추출하여 색상을 입히는 작업을 수행한다.
저장부(160)는 변환된 3D모델링을 저장한다. 제어부(170)는 3D 모델링 변환 시스템(100)의 각 구성을 제어할 수 있다. 3D 모델링 변환 시스템(100)의 각 구성을 제어하기 위한 운영 소프트웨어가 설치되어 카메라부, 전처리부, 라이다스캐너부, 추출부, 3D모델링변환부를 제어할 수 있다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법을 설명하는 예시도이다.
도 4를 참조하면, 얼라인먼트 모듈에 의한 얼라인먼트 과정을 나타내는 예시도로서, 다수개의 이미지들과 레이저 스캔 데이터를 이용하여 얼라인먼트를 수행할 수 있다. 라이다스캐너로 획득한 레이저 스캔 데이터는 이미지와 달리 레이저 포인트로 공사 현장과 같은 큰 건물과 환경의 사이즈를 실측으로 측량할 수 있다.
도 5를 참조하면, 리컨스트럭션모듈에 의한 리컨스트럭션 과정을 나타내는 예시도로서, 포인트클라우드 위치 조정을 통해 불필요 공간을 정리할 수 있고, 추후 메타버스에서 사용할 공간의 방향을 정할 수 있다.
도 6과 도 7은 간소화모듈에 의한 간소화 과정을 나타내는 예시도로서, 도 6은 간소화 과정 전이고, 도 7은 간소화 과정 후를 나타낸다. Blender나 Cinema4D 와 같은 프로그램으로 메쉬 데이터를 정리하고, 메타버스에 사용될 모델링의 용량 제한이 있기 때문에 경량화 시키는 작업이 중요하다. 세밀하게 많은 양의 삼각형이 모여 메쉬데이터를 이루고 있지만, 리얼리티 캡처에서 Simplify로 줄인 데이터도 3D프로그램으로 가져와 추가로 간소화를 진행 하여 다음 작업 Unity에서 랜더 과정에서 시간을 줄일 수 있다. 예를 들어 사각형 벽면으로 이루진 단순한 건물과 길거리의 경우 건물의 단면을 사각형 하나로 표현이 가능하기에 기존 메쉬를 대체할 새로운 사각형의 메쉬를 프로그램에서 생성하여 기존 모델의 위치에 최대한 일치하게 하여 복잡한 메쉬데이터는 잘라내고 그 자리에 새로만든 단순한 메시데이터 사각형 면을 입힌다. 그 다음 작업으로 리얼리티캡처의 리프로젝션 툴을 사용하여 텍스처를 다시 입히는 작업을 진행한다. 단, 이 작업중 메쉬 생성과 이동을 항상 직각으로 하면 스캔과 일치하기 어렵기 때문에 메쉬의 점을 이용하여 세밀하게 모서리 부분에 맞도록 조정한다.
도 8a는 간소화 과정 전이고, 도 8b는 간소화 과정 후를 나타낸다. 덩어리감이 있는 모델은 스캔모델이 고밀도로 많은 삼각형으로 이루어진 물체의 경우 상당한 시간이 소요 되기 때문에 앞단의 리얼리티캡쳐 Simplify와 같은 작업을 3D 프로그램에서도 실행 한다.
즉, 데이터 경량화 작업이 되어도 결과물에 큰 영향을 주지 않음을 확인 할 수 있다. 경량화를 통하여 유저가 원활하게 메타버스 공간을 이용할 있도록 소비되는 데이터의 양을 줄이고 사전에 모바일과 PC접속 등 유저의 접속 방법을 파악하고 사용하는 하드웨어 성능도 파악하여 알맞은 메타버스 공간을 구현해야 한다.
도 9는 텍스처링을 통해 간소화 시킨 데이터를 그에 맞는 재질을 입히고 모델링을 한 예시도이다. 모델링 된 데이터를 실제 촬영된 사진의 색상을 입혀 실제와 같은 모델링을 만들게 된다.
도 10은 RealityCaptur에서 정리 된 데이터를 한번더 Blender와 같은 3d 프로그램으로 불러와 UV맵을 정리 하여 데이터를 다듬고 경량화 시켜 최종적으로 obj, glb 파일등 3D 파일로 추출하는 마지막 단계를 거치는 예시도이다.
발명의 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100; 3D 모델링 변환 시스템 110; 카메라부
120; 전처리부 130; 라이다스캐너부
140; 추출부 150; 3D모델링 변환부
151; 얼라인먼트모듈 153; 리컨스트럭션모듈
155; 간소화모듈 157; 텍스쳐모듈
159; 색상모듈 160; 저장부
170; 제어부

Claims (5)

  1. 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법에 있어서,
    (a) 카메라부가 스캔할 객체에 대한 다수개의 이미지들을 촬영하는 단계;
    (b) 라이다스캐너부가 스캔할 객체에 대한 레이저 스캔 데이터를 획득하는 단계;
    (c) 전처리부가 촬영된 다수개의 이미지들을 전처리를 수행하는 단계;
    (d) 3D모델링변환부가 다수개의 이미지들을 3D모델링으로 변환하는 단계; 및
    (e) 추출부가 변환된 3D모델링을 3D파일로 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 (d) 단계에서,
    3D모델링변환부의 얼라인먼트모듈이 다수개의 이미지들과 레이저 스캔 데이터를 기초로 얼라인먼트를 수행하는 단계; 및
    리컨스트럭션모듈이 포인트클라우드 위치조정을 하여 불필요한 공간을 정리하는 단계를 더 포함하고,
    간소화모듈이 모델 간소화를 통해 메쉬데이터를 정리하는 단계; 및
    텍스쳐모듈이 간소화시킨 데이터를 텍스쳐링하는 단계를 더 포함하고,
    색상모듈이 촬영된 이미지에서 색상을 추출하여 색상을 입히는 작업을 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 카메라부는 서로 다른 각도에서 사진을 여러장 촬영하며, 촬영시 초점거리를 일정하게 유지하고, 수동으로 촬영하고, 스캔하려는 대상을 원형을 그리며 촬영을 하고, 객체에 마커를 부착하여 촬영하며,
    상기 간소화모듈은 메쉬 데이터를 정리하여 메쉬 데이터 용량을 경량화 시키며, 경량화한 메쉬 데이터를 3차원화하여 추가로 간소화할 수 있는 것을 특징으로 하는 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법.

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 시스템에 있어서,
    스캔할 객체에 대한 다수개의 이미지들을 촬영하는 카메라부;
    스캔할 객체에 대한 레이저 스캔 데이터를 획득하는 라이다스캐너부;
    촬영된 다수개의 이미지들을 전처리를 수행하는 전처리부;
    다수개의 이미지들을 3D모델링으로 변환하는 3D모델링변환부; 및
    변환된 3D모델링을 3D파일로 추출부를 포함하고,
    상기 카메라부는 서로 다른 각도에서 사진을 여러장 촬영하며, 촬영시 초점거리를 일정하게 유지하고, 수동으로 촬영하고, 스캔하려는 대상을 원형을 그리며 촬영을 하고, 객체에 마커를 부착하여 촬영하며,
    상기 3D모델링변환부는 간소화모듈을 포함하고,
    상기 간소화모듈은 메쉬 데이터를 정리하여 메쉬 데이터 용량을 경량화 시키며, 경량화한 메쉬 데이터를 3차원화하여 추가로 간소화할 수 있는 것을 특징으로 하는 실사 기반의 메타버스 구현을 위한 3D 모델링 변환 방법.




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