KR102553653B1 - 유물형상 보완 모델링 장치 및 방법 - Google Patents

유물형상 보완 모델링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

유물형상 보완 모델링 장치 및 방법이 개시된다. 유물형상 보완 모델링 방법은, 복원대상 유물에 대한 3차원 스캔데이터를 획득하는 단계, 획득된 3차원 스캔데이터를 전처리하여, 획득된 3차원 스캔데이터를 경량화하고, 경량화된 3차원 데이터로부터 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계, 전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여, 전처리된 3차원 스캔데이터로부터 보완대상부분을 추출하는 단계 및 추출된 보완대상부분을 보정하여 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

유물형상 보완 모델링 장치 및 방법{Apparatus and method for supplemental modeling of artifact shape}
본 발명은 유물형상 보완 모델링 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 분석의 정확도와 함께 저비용으로 문화재를 복원하기 위하여, 작업자가 3차원 광학식 스캐너 장비를 이용하여 문화재의 3차원 형상을 스캐닝하고, 스캐닝된 3차원 데이터를 이용하여 문화재에서 손상되거나 변형된 부분을 수작업으로 복원하고 있다. 3차원 광학 스캐너 장비를 이용한 데이터의 추출 작업은 대상 물체의 스캐닝 방향에서 보이는 면들에 대한 3차원 포인트 데이터가 구름 형태로 수없이 많이 획득된다. 이와 같이 획득되는 형상 정보에 대한 데이터는 문화재의 디지털화 작업을 위한 기반 데이터로 활용될 수 있다.
그런데, 문화재 복원을 위한 3차원 스캐닝은 문화재의 완벽한 형상을 취득하기에는 한계가 있다. 즉, 일부 훼손되었거나 반사도가 높거나 움직이는 형상이 존재하는 문화재의 경우, 스캐닝을 통해 왜곡되거나 불완전한 형상이 획득될 수 있다.
이러한 왜곡되거나 불완전한 형상은 3차원 모델링을 통해 보완될 수 있다. 물론, 3차원 모델링은 일반적으로, 컴퓨터 그래픽스(CG) 기술을 이용하여 새로운 형상의 물체를 창조하는 것이나, 문화재의 모습이 가능한한 그대로 복원되도록 문화재의 기본적인 형상을 벗어나지 않는 범위에서 3차원 모델링을 이용하여 재현하는 것이 요구된다.
대한민국등록특허공보 제10-1665039호(2016.10.05)
본 발명은 "2022 백제관련 유물 디지털 콘텐츠 제작"의 연구결과로 고안(안출)된 것으로서, 복원대상 유물의 3차원 스캔데이터에서 보완대상부분을 찾고, 찾은 보완대상부분을 3차원 모델링을 통해 보완하여 복원대상 유물의 3차원 형상보완 모델을 생성하는 유물형상 보완 모델링 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유물형상 보완 모델링 장치가 수행하는 유물형상 보완 모델링 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 방법은, 복원대상 유물에 대한 3차원 스캔데이터를 획득하는 단계, 상기 획득된 3차원 스캔데이터를 전처리하여, 상기 획득된 3차원 스캔데이터를 경량화하고, 상기 경량화된 3차원 데이터로부터 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계, 상기 전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여, 상기 전처리된 3차원 스캔데이터로부터 보완대상부분을 추출하는 단계 및 상기 추출된 보완대상부분을 보정하여 상기 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계는, 상기 획득된 3차원 스캔데이터로부터 제1 메쉬 데이터를 추출하는 단계, 상기 추출된 제1 메쉬 데이터의 사이즈를 경량화하여 제2 메쉬 데이터를 생성하는 단계 및 상기 생성된 제2 메쉬 데이터를 이용하여 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 보완대상부분을 추출하는 단계는, 전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여 노이즈, 데이터 결함부위 및 훼손부위를 포함하는 상기 보완대상부분을 추출한다.
상기 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계는, 상기 노이즈를 제거하고, 상기 데이터 결함부위를 단순화하고, 상기 훼손부위를 보완한 1차 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계 및 상기 1차 3차원 형상보완모델과 상기 3차원 스캔데이터를 병합하여 최종 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 1차 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계는, 라플라시안 스무딩 알고리즘을 이용하여 상기 노이즈를 찾아 제거하고, 결함부위의 공유포인트 및 라인을 제거하고, 상기 훼손부위의 이웃하는 영역에서 미리 설정된 크기의 블록을 추출하고, 상기 추출된 블록의 형상을 상기 훼손부위에 삽입하여 상기 훼손부위를 보완한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유물형상 보완 모델링 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 장치는, 명령어를 저장하는 메모리 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, 복원대상 유물에 대한 3차원 스캔데이터를 획득하는 단계, 상기 획득된 3차원 스캔데이터를 전처리하여, 상기 획득된 3차원 스캔데이터를 경량화하고, 상기 경량화된 3차원 데이터로부터 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계, 상기 전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여, 상기 전처리된 3차원 스캔데이터로부터 보완대상부분을 추출하는 단계 및 상기 추출된 보완대상부분을 보정하여 상기 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계를 포함하는 유물형상 보완 모델링 방법을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 장치 및 방법은, 복원대상 유물의 3차원 스캔데이터에서 보완대상부분을 찾고, 찾은 보완대상부분을 3차원 모델링을 통해 보완하여 복원대상 유물의 3차원 형상보완 모델을 생성함으로써, 왜곡되거나 불완전한 형상으로 획득된 복원대상 유물의 3차원 스캔데이터를 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 장치가 수행하는 유물형상 보완 모델링 방법을 개략적으로 예시하여 나타낸 흐름도.
도 2 내지 도 6은 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 장치가 수행하는 유물형상 보완 모델링 방법을 개략적으로 예시하여 나타낸 흐름도이고, 도 2 내지 도 6은 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1을 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 방법을 설명하되, 도 1 내지 도 6을 참조하기로 한다.
S110 단계에서, 유물형상 보완 모델링 장치는, 복원대상 유물에 대한 3차원 스캔데이터를 획득한다.
예를 들어, 복원대상 유물에 대한 3차원 스캔데이터는 도 2에 도시된 바와 같이, 불완전한 형상으로 획득될 수 있다.
S120 단계에서, 유물형상 보완 모델링 장치는, 획득된 3차원 스캔데이터를 전처리하여, 획득된 3차원 스캔데이터를 경량화하고, 경량화된 3차원 데이터로부터 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출한다.
즉, 유물형상 보완 모델링 장치는, 획득된 3차원 스캔데이터로부터 제1 메쉬 데이터를 추출하고, 추출된 제1 메쉬 데이터의 사이즈를 경량화하여 제2 메쉬 데이터를 생성하고, 생성된 제2 메쉬 데이터를 이용하여 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출할 수 있다.
이때, 유물형상 보완 모델링 장치는, 추출된 제1 메쉬 데이터에서 포인트와 라인을 구분하고, 공유포인트를 공유하는 복수개의 라인의 각도를 산출하고, 각도와 미리 설정된 기준임계각도를 기반으로 공유포인트의 제거여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 경량화된 제2 메쉬 데이터를 생성할 수 있다.
즉, 유물형상 보완 모델링 장치는, 하나의 공유포인트를 공유하는 복수개의 라인 중 임의의 제1 라인을 기준라인으로 설정하고, 공유포인트를 기준으로 기준라인과의 제1 각도가 제1 기준임계각도보다 큰 제2 라인을 추출하고, 기준라인을 가상으로 연장한 가상기준라인과 제2 라인과의 제2 각도를 산출하고, 기준라인과 제2 라인과의 제2 각도가 제2 기준임계각도보다 작은 경우, 공유포인트를 제거하고, 기준라인과 제2 라인을 직선으로 연결하여 경량화된 제2 메쉬 데이터를 생성할 수 있다.
여기서, 제1 각도는 공유포인트를 평면으로 두었을 때, 공유포인트를 공유하는 복수개의 라인 중에서 기준라인을 제외한 나머지 라인과 기준라인과의 각도일 수 있고, 제1 기준임계각도는 공유포인트를 평면으로 두었을 때, 기준라인과 직선으로 연결되어도 3차원 스캔데이터의 형상을 최소한으로 유지할 수 있는 각도일 수 있다. 예를 들어, 제1 기준임계각도는 160도 내지 180도로 설정함이 바람직할 수 있다.
그리고, 제2 각도는 기준라인을 가상으로 연장한 가상기준라인과 제2 라인과의 각도일 수 있고, 제2 기준임계각도는 공유포인트를 제거하고 라인과 라인을 연결하기 위한 기준으로써, 크게 설정할수록 제2 메쉬 데이터의 용량은 줄어든다. 그러나, 제2 기준임계각도를 너무 크게 설정하면, 3차원 스캔데이터의 형상이 많이 변형되어 추출 정확도가 떨어질 수 있다.
예를 들어, 제1 기준임계각도 및 제2 기준임계각도는 제1 메쉬 데이터의 사이즈값과 미리 설정된 목표데이터사이즈값의 비율에 따라 설정될 수 있다. 여기서, 목표데이터사이즈값은 사용자가 원하는 제2 메쉬 데이터의 사이즈값일 수 있다.
그리고, 유물형상 보완 모델링 장치는, 미리 설정된 기준치수정보를 기반으로 제2 메쉬 데이터에 상응하는 복원대상 유물의 치수정보를 산출할 수 있다. 여기서, 치수정보는 X축을 기준으로 양끝에 위치하는 포인트 간의 길이정보에 상응하는 X축치수정보, Y축을 기준으로 양끝에 위치하는 포인트 간의 길이정보에 상응하는 Y축치수정보 및 Z축을 기준으로 양끝에 위치하는 포인트 간의 길이정보에 상응하는 Z축치수정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 3차원 스캔데이터는 전처리를 통해 복원대상 유물이 복수의 부품으로 분리되어 정렬될 수 있다.
S130 단계에서, 유물형상 보완 모델링 장치는, 전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여 전처리된 3차원 스캔데이터로부터 보완대상부분을 추출한다.
즉, 유물형상 보완 모델링 장치는, 전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여 노이즈, 데이터 결함부위 및 훼손부위를 포함하는 보완대상부분을 추출할 수 있다.
S140 단계에서, 유물형상 보완 모델링 장치는, 추출된 보완대상부분을 보정하여 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성한다.
우선, 유물형상 보완 모델링 장치는, 추출된 노이즈를 제거하고, 추출된 데이터 결함부위를 단순화하고, 추출된 훼손부위를 보완한 1차 3차원 형상보완모델을 생성할 수 있다.
즉, 노이즈는 모델링에 방해되는 것으로서, 비정상적 폴리버텍스, 접힌 폴리페이스, 작은 클러스터, 교차 폴리페이스 등을 포함할 수 있다. 유물형상 보완 모델링 장치는 라플라시안 스무딩 알고리즘을 이용하여 비정상적 폴리버텍스, 접힌 폴리페이스, 작은 클러스터, 교차 폴리페이스 등을 포함하는 모델링에 방해되는 노이즈를 찾아 제거할 수 있다.
그리고, 결함부위는 메쉬 데이터가 미리 설정된 기준치 미만으로 매우 미약하게 존재하는 영역일 수 있다. 유물형상 보완 모델링 장치는 전술한 메쉬 데이터의 경량화 작업처럼, 결함부위의 공유포인트 및 라인을 제거할 수 있다.
그리고, 훼손부위는 3차원 스캔데이터가 미취득된 영역일 수 있다. 유물형상 보완 모델링 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 훼손부위의 이웃하는 영역에서 미리 설정된 크기의 블록을 추출하고, 추출된 블록의 형상을 훼손부위에 삽입하여 훼손부위를 보완할 수 있다.
예를 들어, 복원대상 유물의 형상이 대칭성을 가진 경우, 대칭성을 유지하도록 훼손부위가 보완될 수 있다. 그리고, 복원대상 유물의 형상이 대칭성이 없는 경우, 사용자에 의하여 지정된 영역에서 추출된 블록의 형상이 훼손부위에 삽입될 수 있다.
이와 같이, 유물형상 보완 모델링 장치는 노이즈, 결함부위 및 훼손부위에 대한 보정작업을 수행하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 1차 3차원 형상보완모델을 생성할 수 있다.
다음으로, 유물형상 보완 모델링 장치는 1차 3차원 형상보완모델과 획득된 3차원 스캔데이터를 병합하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 최종 3차원 형상보완모델을 생성할 수 있다.
예를 들어, 유물형상 보완 모델링 장치는 1차 3차원 형상보완모델과 3차원 스캔데이터를 병합하면서, 보완대상부분의 메쉬를 균일화하고 텍스처 매핑을 수행하여 최종 3차원 형상보완모델을 생성할 수 있다. 여기서, 메쉬의 균일화는 폴리곤의 크기가 균일해지도록 수행될 수 있다. 폴리곤의 크기가 균일해야 오류가 줄고 텍스처 매핑이 수월해 질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 장치는 프로세서(10), 메모리(20), 통신부(30) 및 인터페이스부(40)를 포함한다.
프로세서(10)는 메모리(20)에 저장된 처리 명령어를 실행시키는 CPU 또는 반도체 소자일 수 있다.
메모리(20)는 다양한 유형의 휘발성 또는 비휘발성 기억 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(20)는 ROM, RAM 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 메모리(20)는 본 발명의 실시예에 따른 유물형상 보완 모델링 방법을 수행하는 명령어들을 저장할 수 있다.
통신부(30)는 통신망을 통해 다른 장치들과 데이터를 송수신하기 위한 수단이다.
인터페이스부(40)는 네트워크에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스 및 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 프로세서
20: 메모리
30: 통신부
40: 인터페이스부

Claims (6)

  1. 유물형상 보완 모델링 장치가 수행하는 유물형상 보완 모델링 방법에 있어서,
    복원대상 유물에 대한 3차원 스캔데이터를 획득하는 단계;
    상기 획득된 3차원 스캔데이터를 전처리하여, 상기 획득된 3차원 스캔데이터를 경량화하고, 상기 경량화된 3차원 데이터로부터 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계;
    상기 전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여, 상기 전처리된 3차원 스캔데이터로부터 보완대상부분을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 보완대상부분을 보정하여 상기 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 보완대상부분을 추출하는 단계는,
    전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여 노이즈, 데이터 결함부위 및 훼손부위를 포함하는 상기 보완대상부분을 추출하고,
    상기 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계는,
    상기 노이즈를 제거하고, 상기 데이터 결함부위를 단순화하고, 상기 훼손부위를 보완한 1차 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계; 및
    상기 1차 3차원 형상보완모델과 상기 3차원 스캔데이터를 병합하여 최종 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 1차 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계는,
    라플라시안 스무딩 알고리즘을 이용하여 상기 노이즈를 찾아 제거하고, 결함부위의 공유포인트 및 라인을 제거하고, 상기 훼손부위의 이웃하는 영역에서 미리 설정된 크기의 블록을 추출하고, 상기 추출된 블록의 형상을 상기 훼손부위에 삽입하여 상기 훼손부위를 보완하는 것을 특징으로 하는 유물형상 보완 모델링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계는,
    상기 획득된 3차원 스캔데이터로부터 제1 메쉬 데이터를 추출하는 단계;
    상기 추출된 제1 메쉬 데이터의 사이즈를 경량화하여 제2 메쉬 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 제2 메쉬 데이터를 이용하여 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유물형상 보완 모델링 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 유물형상 보완 모델링 장치에 있어서,
    명령어를 저장하는 메모리; 및
    상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 명령어는,
    복원대상 유물에 대한 3차원 스캔데이터를 획득하는 단계;
    상기 획득된 3차원 스캔데이터를 전처리하여, 상기 획득된 3차원 스캔데이터를 경량화하고, 상기 경량화된 3차원 데이터로부터 복원대상 유물의 형상수치정보를 산출하는 단계;
    상기 전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여, 상기 전처리된 3차원 스캔데이터로부터 보완대상부분을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 보완대상부분을 보정하여 상기 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계를 포함하는 유물형상 보완 모델링 방법을 수행하고,
    상기 보완대상부분을 추출하는 단계는,
    전처리된 3차원 스캔데이터를 분석하여 노이즈, 데이터 결함부위 및 훼손부위를 포함하는 상기 보완대상부분을 추출하고,
    상기 복원대상 유물의 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계는,
    상기 노이즈를 제거하고, 상기 데이터 결함부위를 단순화하고, 상기 훼손부위를 보완한 1차 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계; 및
    상기 1차 3차원 형상보완모델과 상기 3차원 스캔데이터를 병합하여 최종 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 1차 3차원 형상보완모델을 생성하는 단계는,
    라플라시안 스무딩 알고리즘을 이용하여 상기 노이즈를 찾아 제거하고, 결함부위의 공유포인트 및 라인을 제거하고, 상기 훼손부위의 이웃하는 영역에서 미리 설정된 크기의 블록을 추출하고, 상기 추출된 블록의 형상을 상기 훼손부위에 삽입하여 상기 훼손부위를 보완하는 것을 특징으로 하는 유물형상 보완 모델링 장치.
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