KR20000064227A - 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 입수된 인공위성 영상을 토대로 좌표를 변환하고 격자구조로 영상 처리하여 벡터구조로 변환하는 과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 인공위성 영상 처리기와; 촬영된 항공사진을 토대로 지형측량에서 세부측량을 수행하는 도화과정과 벡터 편집 및 정위치 편집과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 해석 도화기와; 클라이언트로부터 전송되는 정보검색요청을 처리하는 서버 프로그램과 CGI 형식에 의해 입력된 정보를 처리하는 처리 프로그램을 포함하여 목표물의 3차원 가상공간을 생성하고, 인공위성 영상 처리기 및 해석 도화기로부터 전송되는 정보를 해석하고 처리하는 웹서버; 및 처리 프로그램에서 처리된 정보를 저장하고, 처리 프로그램의 요청에 의해 저장된 정보를 추출하여 전송하는 데이터베이스 서버를 포함한다. 따라서, 본 발명에 의하면 아바타를 이용하여 특정 건물의 내부 구조까지 실제와 동일한 느낌으로 체험할 수 있는 효과가 있다.

Description

지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법{Method and System for Searching Three-Dimension Virtual Space using Geographic Information System}

본 발명은 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인공위성 영상 및 항공사진을 이용하여 각 지역별 지리정보를 구축하고 실제와 동일한 구조로 설계된 3차원 가상공간을 구현하여 데이터베이스화하고, 아바타를 이용하여 특정 건물의 3차원 가상현실공간을 실제와 동일한 느낌으로 체험할 수 있는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법에 관한 것이다.

지금까지 이론이나 연구 단계에만 머물러 있던 가상현실 기술이 컴퓨터 하드웨어를 비롯한 주변 기기의 성능 향상과 통신망의 발달로 우리의 실생활 속에 서서히 파고들기 시작했으며, 21세기에 펼쳐질 인간 중심의 가상사회를 건설하는데 없어서는 안될 불가결한 핵심 기술로 부각되고 있다. 가상현실 기술은 단어 자체에서도 가상(virtual)과 현실(reality)이란 상반된 의미를 하나로 통합했을 뿐만 아니라 가상현실을 구현하는 기술도 하드웨어와 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터 기술과 심리학, 생리학, 인간 공학 등의 다양한 분야가 총망라되어 있는 새로운 방법을 제공하는 복합기술이며, 컴퓨터가 만들어낸 실세계와 거의 동일한 3차원의 가상공간을 컴퓨터 속의 분신인 아바타(avatar)를 이용하여 직접 체험하게 해주는 기술이다.

가상현실 기술은 바로 컴퓨터와 인간 사이에서 일어날 수 있는 상호작용, 조작 및 시각화를 위한 2000년대 새로운 컴퓨터 사용자 인터페이스의 주류를 이루게 될 것이다. 그러나, 가상공간에서 완전한 현실감을 느끼기 위해서는 아직도 기술적인 제약이 많이 산재해 있으며, 다른 관련 기술들과의 연계가 완전하게 이루어지고 있지 않은 실정이다.

올바른 가상현실 세계를 구현하기 위해서는 다른 관련 기술들과의 연계가 필수적이며, 특히 지리정보 시스템(GIS: Geographic Information System)과의 연계가 무엇보다도 중요하다. 인간이 지리에 대한 정보를 얻기 위해서는 전통적인 수단으로 지도가 이용되어 왔으며 지도는 중요지형, 시설물 등 지리에 대한 정보가 기록되어 있는 각각의 해당분야에 필요한 정보를 제공하는 자료원이었다. 그러나 지도는 수시로 변하는 내용들을 수록하지 못함으로 이용에 한계를 느끼게 되었다. 이에 컴퓨터를 이용, 자료를 수집, 처리, 분석함으로써 효과적인 이용방안을 제시하게 되었으며, 방대하고 다양한 자료를 효율적으로 처리할 수 있는 종합적 공간 처리기술 인 지리정보 시스템이 발달하기에 이르렀다.

지리정보 시스템은 자연 및 사회, 경제적 정보를 지리적 공간위치에 맞추어 입력, 저장해서 여러 목적에 맞게 활용, 분석하는 기술로써 각종 데이터의 수집과 처리작업에 대해 경제성과 능률성을 제공해 주며 디지털 컴퓨터의 이용으로 데이터 저장 및 공간정보 이용에 획기적인 계기를 마련해 주었다. 지리정보시스템은 실제 세계의 모델을 의미하며, 자료는 상호 관련되어 접근, 변화, 관리되기 때문에 환경변화의 분석, 경향분석(Analysis of trends) 또는 의사결정과 결과의 예측 등을 실험할 수 있는 모델이다. 이는 컴퓨터 기술과 공간자료(spatial data)를 효율적으로 이용하고자 시작되었는데, 자료수집 방법은 종래의 지도나 보고서, 최근에는 인공위성이나 항공촬영용 비행기로부터 센서를 통하여 입수된 HDDT(High Density Digital Tape)의 수집 방법이 중요하게 작용하고 있다.

또한, 인터넷의 기술을 GIS와 접목하여 지리정보의 입력, 수정, 조작, 분석, 출력 등 GIS 데이터와 서비스의 제공이 인터넷 환경에서 가능하도록 구축된 인터넷 GIS가 등장하였다. 과거 독자적 방식의 GIS가 네트웍 상에서의 활용에 한계가 있었던 반면, 인터넷 GIS는 웹을 통해 공간데이터에 대한 검색 및 분석을 가능하게 한다. 인터넷 GIS의 이러한 특징은 특정 전문가만 사용하는 도구이던 GIS를 일반인들이 일상 생활에 활용할 수 있는 도구로 변화시키고 있다. 인터넷 GIS의 가장 큰 장점은 통합된 동적(dynamic) 클라이언트/서버 컴퓨팅 환경을 구현할 수 있게 해준다는 점이다. 인터넷 GIS는 기능수행을 위해 클라이언트/서버의 개념을 응용하는데, 클라이언트가 요구한 기능은 서버 측으로 전송되고, 서버는 요구된 기능을 직접 수행하여 결과를 클라이언트로 보내주거나 필요한 데이터와 분석도구를 클라이언트에 보내어 클라이언트 측에서 그 기능을 수행하게 한다. 이러한 작동방식은 GIS 데이터와 분석도구를 동적으로 사용자에게 연결하여 데이터와 기능에 있어서 항상 최신성을 유지할 수 있게 해 준다.

그러나, 이와 같은 종래의 지리정보 시스템 또는 인터넷 지리정보 시스템을 이용하여 가상공간을 구현하는 방법은 여러 가지 문제점을 내포하고 있다. 첫째, 다른 관련 기술들과의 연계가 완전하게 이루어지지 않아 평면적(2차원)인 지리정보를 근거로 서비스를 제공한다는 것이다. 따라서, 사용자는 현실감이 떨어진 서비스를 제공받게 된다. 둘째, 종래의 지리정보 시스템은 특정 장소의 위치만을 제공하기 때문에 해당 장소의 내부 구조를 알 수 없다는 것이다. 따라서, 지리정보를 얻고자 하는 사용자는 해당 장소의 위치만을 제공받고, 그 장소의 내부 구조를 검색할 수 없다. 셋째, 사용자에게 제공되는 가상공간 서비스가 소수의 가입 건축물에 국한된다는 것이다. 따라서, 사용자는 가상공간 서비스 제공업체에서 제공하는 몇몇의 국한된 가상공간(예를 들면, 할인매장, 백화점, 음식점 등 소비성 상점)만을 이용할 수 있으므로 자신이 원하는 다양한 가상공간(예를 들면, 특정 건물의 층별 구조 및 각 층별 세부 구조 등)을 체험할 수 없다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 원하는 가상공간의 층별 구조 및 각 층별 세부 구조를 아바타를 이용하여 실제와 동일한 느낌으로 상세하게 검색할 수 있는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2 목적은 인공위성 영상 및 항공사진을 이용하여 각 지역별 지리정보 및 건물정보를 구축하고 실제와 동일한 구조로 설계된 3차원 가상공간을 구현하고, 해당 정보들과의 연계를 통해 정확하고 상세한 가상공간 서비스를 사용자에게 제공할 수 있는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제3 목적은 인터넷 등의 통신망을 이용하여 다른 나라와 가상공간에 관한 정보(예를 들면, 지리정보, 건물정보, 3차원 건축물정보 등)를 공유 또는 연계함으로써, 외국의 특정 건물에 대한 가상공간 서비스를 구현할 수 있는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제4 목적은 가상공간 내에 광고 및 그 광고 사이트의 URL 주소를 디스플레이 함으로써, 광고주를 가상공간으로 유도하여 다양한 서비스를 제공하는 가상도시를 건설할 수 있는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가상공간 검색 시스템의 구성을 보여주는 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 인공위성 영상 처리과정을 설명하는 흐름도이고,

도 3은 도 2의 인공위성 영상에 대한 일례를 나타내는 예시도이고,

도 4는 본 발명에 따른 항공사진 처리과정을 설명하는 흐름도이고,

도 5는 도 4의 항공사진에 대한 일례를 나타내는 예시도이고,

도 6은 본 발명에 따른 3차원 건축물 구현과정을 설명하는 흐름도이고,

도 7a 및 도 7b는 도 6의 3차원 건축물에 대한 일례를 나타내는 예시도이고,

도 8은 본 발명에 따른 3차원 가상공간 검색 방법에 대한 전체적인 동작을 설명하는 흐름도이고,

도 9는 테이블 창의 화면 예시도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 클라이언트 30: 웹서버

40: 인공위성 영상 처리기 50: 해석 도화기

60: 데이터베이스 서버 70: 외부 가상공간 서버

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인터넷에 접속하기 위한 웹브라우저가 설치된 클라이언트를 이용하여 3차원 가상공간을 체험하는 3차원 가상공간 검색 시스템에 있어서, 입수된 인공위성 영상을 토대로 좌표를 변환하고 격자구조로 영상 처리하여 벡터구조로 변환하는 과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 인공위성 영상 처리기와; 촬영된 항공사진을 토대로 지형측량에서 세부측량을 수행하는 도화과정과 벡터 편집 및 정위치 편집과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 해석 도화기와; 인터넷과 인공위성 영상 처리기 및 해석 도화기에 연결되어 있고, 클라이언트로부터 전송되는 정보검색요청을 처리하는 서버 프로그램과 CGI 형식에 의해 입력된 정보를 처리하는 처리 프로그램을 포함하여 목표물의 3차원 가상공간을 생성하고, 인공위성 영상 처리기 및 해석 도화기로부터 전송되는 정보를 해석하고 처리하는 웹서버; 및 웹서버의 처리 프로그램과 상호 연결되어 있으며, 처리 프로그램에서 처리된 정보를 저장하고, 처리 프로그램의 요청에 의해 저장된 정보를 추출하여 전송하는 데이터베이스 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 지리정보 시스템을 이용하여 3차원 가상공간을 체험하는 3차원 가상공간 검색 방법에 있어서, 인공위성 영상과 항공사진 및 3차원 건축물 정보를 수치화하여 저장하는 단계와; 클라이언트에서 요구된 정보에 의해 컴퓨터 속의 분신인 아바타를 생성하는 단계; 및 클라이언트에서 요청된 정보를 분석 처리하여 요청된 정보에 해당하는 정보를 추출하여 디스플레이 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가상공간 검색 시스템의 구성을 보여주는 도면이며, 본 발명의 가상공간 검색 시스템은 클라이언트(10), 인터넷(20), 웹서버(30), 인공위성 영상 처리기(40), 해석 도화기(50) 및 데이터베이스(DB) 서버(60)로 구성되어 있으며, 웹서버(30)는 서버 프로그램(32)과 처리 프로그램(34)을 포함하고, DB 서버(60)는 지리정보 DB(62), 건물정보 DB(64), 3차원 건축물 DB(66) 및 회원정보 DB(68)를 포함하여 이루어져 있다.

클라이언트(10)는 본 발명의 가상공간 검색 사이트를 방문하는 일반 인터넷 사용자가 사용하는 컴퓨터로서, 컴퓨터에 설치되어 있는 넷스케이프 또는 인터넷 익스플로러와 같은 웹브라우저(web browser)를 의미한다. 인터넷 사용자는 웹브라우저를 이용하여 가상공간 검색 사이트에 접속한 후 회원으로 가입하거나 회원정보를 변경할 수 있으며, 가상공간 검색 사이트에서 제공되는 모든 컨텐츠를 이용할 수 있다. 또한, 가상공간 검색 사이트의 모든 컨텐츠를 이용하기 위해 본 사이트측에서 제공하는 브라우저(예를 들면, 액티브 월드 브라우저)를 다운로드 받을 수 있다. 인터넷(20)은 클라이언트(10)와 외부 서버[예를 들면, 웹서버(30), 외부 가상공간 서버(70)]를 연결시켜 주는 데이터 통신망이며, 인터넷을 통한 각종 서비스는 인터넷 서비스 제공업체(ISP)에 의해 제공된다. 일반 컴퓨터 사용자들이 인터넷 서비스를 제공받기 위해서는 인터넷 서비스 제공업체에 등록하거나 등록된 컴퓨터를 사용하면 된다.

웹서버(30)는 인터넷(20)에 연결되어 있고, 서버 이름이 도메인 네임서버에 등록되어 있고, 일반 인터넷 사용자가 URL(Uniform Resource Locator)형식(예를 들면, www.dadaexpo.com)으로 정보를 검색할 수 있는 서버하드웨어로서 본 발명의 가상공간 검색 사이트를 원활하게 운영하기 위한 웹서버 프로그램이 반드시 설치되고 실행되어야 한다. 웹서버(30)는 클라이언트(10)로부터 전송되는 URL형식의 정보검색요청을 처리하기 위하여 실행되는 서버 프로그램(32)과 인터넷 사용자의 정보요구(예를 들면, 회원가입, 검색하고자 하는 지역 및 장소 입력, 메뉴선택 등)를 처리하기 위하여 서버-클라이언트 상호작용을 지원하는 처리 프로그램(34)을 포함한다. 서버 프로그램(32)에는 유닉스용 서버인 NCSA, CERN, Apache, JIGSAW, 윈도우NT용 서버인 IIS, 그리고 윈도우NT와 윈도우95/98겸용 서버인 WebSite 등이 있고, 처리 프로그램(34)은 일반적으로 CGI(Common Gateway Interface)라는 표준화된 정보의 상호전달 방식을 사용한다. CGI 형식에 맞추어 웹서버(30)에 전달된 정보는 웹서버(30)에 설치된 CGI 프로그램이 인터넷 사용자의 정보요구를 CGI 표준형식에 맞추어 적절히 해석하여 처리하게 된다.

인공위성 영상 처리기(40)는 인공위성과 직접 송수신을 행하는 지구국으로부터 입수된 인공위성 영상을 토대로 좌표를 변환하고 격자구조로 영상 처리하여 벡터구조로 변환하는 과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 기능을 수행하고, 해석 도화기(50)는 촬영된 항공사진을 토대로 지형측량에서 세부측량을 수행하는 도화과정과 벡터 편집 및 정위치 편집과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 기능을 수행한다. 나라별 수치지도는 인공위성 영상 처리기(40)를 이용하고 지역별(예를 들면, 구, 동 등) 수치지도는 항공사진을 이용한 해석 도화기(50)를 이용하는 것이 바람직하다. 여기에서, 인공위성 영상 처리기(40)를 이용한 인공위성 영상 처리과정과 해석 도화기(50)를 이용한 항공사진 처리과정은 각각 도 2 및 도 4를 참조하여 상세하게 후술한다.

데이터베이스 서버(60)는 웹서버(30)의 처리 프로그램(34)과 상호 연결되어 있으며, 인공위성 영상 처리기(40)에 의해 작성된 수치지도를 저장하기 위한 지리정보 DB(62), 해석 도화기(50)에 의해 작성된 수치지도를 저장하기 위한 건물정보 DB(64), 각각의 건물에 대한 3차원 모델을 저장하기 위한 3차원 건축물 DB(66) 및 회원들의 개인신상정보를 저장하기 위한 회원정보 DB(68)로 구성되어 있다. 각각의 DB들은 해당 정보를 저장하고 저장된 정보를 갱신하거나 기록하는 등의 데이터베이스 갱신을 위하여 웹서버(30)의 처리 프로그램(34)과 연동하여 작동된다. DB 서버(60)에 저장된 각각의 자료들은 서로 긴밀한 연관관계를 가지면서 정보가 자유롭게 교환될 수 있도록 호환성을 가지는 것이 바람직하다.

외부 가상공간 서버(70)는 인터넷(20)과 상호 연결되어 있으며, 본 발명의 웹서버(30)와는 별도로 구축되어 있는 것으로서 해당 국가의 지리정보와 건물정보 및 3차원 건축물 정보를 보유하고, 나라별 가상공간 서버와 해당 정보를 공유하거나 인터넷 등의 통신망을 이용하여 해당 정보를 연계하기 위한 기능을 수행한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법에 대한 동작 상태를 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

다음에 인용되는 수치지도는 컴퓨터를 이용한 지도제작을 통칭하는 것으로, 도형자료와 속성자료가 수치의 형태로 저장되고 출력 및 관리되기 때문에 수치지도라고 한다. 도형자료의 입력은 디지타이징(digitizing), 스캐닝(scanning), 인공위성 영상, 항공사진, COGO(coordinate geometry)의 방식을 사용하며, 속성자료의 입력은 모든 자료를 수작업으로 입력하는 방식과 모든 자료를 동시에 입력하고 추후 도형자료와 연계시켜 이용하는 두 가지 방식이 있다. 디지타이징 방식은 디지타이저(digitizer)를 이용하여 필요한 주제(도형자료)의 형태를 XY 좌표값으로 입력하여 작업자가 마우스를 통해 좌표값을 얻는 방식이다. 스캐닝에 비하여 시간이 많이 걸리고 정보의 신뢰성이 떨어질 수 있으나 변화가 적은 지역이나 대축척 지도나 식별이 어려운 낡은 지도 작업에 유용하다. 스캐닝 방식은 디지타이저처럼 특정정보만을 입력하는 것은 불가능하지만, 지도를 이미지의 형태로 저장하며 도상의 모든 자료(도형과 문자 자료 전체)를 입력할 수 있다. 평판형과 원통형 스캐너가 널리 이용된다. 인공위성 영상 방식은 입수된 영상 정보의 좌표를 변환하고 격자구조로 영상 처리하여 벡터구조로 변환하는 과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 방식이다. 항공사진 방식은 주로 지형도 부문에서 많이 사용되며, 한 쌍의 항공사진으로부터 3차원 좌표값을 산출하여 위치정보에 대한 정확한 자료를 얻을 수 있는 방식이다. COGO 방식은 실제 측량에서 얻은 자료를 컴퓨터에 입력하고, 지형분석용 소프트웨어를 이용하여 지표면의 형태로 생성한 후 수치의 형태로 저장하는 방식이다. 본 발명에서는 인공위성 영상 및 항공사진을 주로 이용하지만, 상기의 방식을 모두 사용할 수 있고 각각의 방식을 조합하여 도형자료를 입수할 수 있음은 본 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다.

도 2는 본 발명에 따른 인공위성 영상 처리과정을 설명하는 흐름도이고, 인공위성 영상에 대한 일례를 나타내는 예시도가 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 인공위성 영상은 대한 민국을 나타낸 것이며, 인터넷 접속자가 외국을 선택한 경우에는 해당 국가의 인공위성 영상이 디스플레이 된다. 이하, 인공위성 영상 처리과정을 각 단계별로 세분하여 설명한다.

먼저, 인공위성 영상 처리기는 인공위성 영상을 지구국으로부터 입수한다(S202). 인공위성은 약 700Km 이상의 상공에서 북극→남극→북극 방향으로 지구를 회전하는데, 같은 시각에 같은 지역 위를 주기적으로 지나면서 지구에 대한 각종 자료를 수집하여 지구국으로 송신한다. 대한 민국은 일부 위성에서 오는 자료를 10여 개의 지구국에서 수신하여 분석 활용하고 있다. 이러한 인공위성 영상은 지구국으로부터 입수하거나 지구국을 직접 운영하여 인공위성 영상을 직접 입수할 수 있다. 입수된 인공위성 영상은 전처리(preprocessing) 단계를 통해 불필요한 정보를 분리 제거한다(S204). 전처리 단계는 입수된 인공위성 영상으로부터 원하는 정보를 추출하기 쉽게 하기 위하여 해당 정보를 부분 설정하거나 설정된 부분을 정형하여 불필요한 정보를 분리 제거하기 위한 예비적인 조작을 수행하는 단계이다. 전처리된 정보는 대상 지역과 동일한 좌표계로 변환되고(S206), 인공위성 영상 처리기는 변환된 정보가 이용 목적에 적합한지를 판단한다(S208).

변환된 정보가 적합하지 않으면 상기 단계(S206)로 진행하여 대상 지역에 적합한 좌표계로 변환하고, 변환된 정보가 적합하면 해당 자료를 추출하여 격자구조로 영상을 처리한다(S210). 격자(grid)는 지상의 자료 유형의 수치로서, 그물망 형태로 일정하게 분포된 점들을 이용하여 해당 지역의 표면을 형성한다. 가까운 점 값에 더 큰 가중치와 영향력을 주고 이웃한 그물망의 점 값들에 대하여 평균을 산출하여 그물망 내의 모든 표면값을 계산한다. 격자구조를 생성하기 위해서는 IDW(Inverse Distance Weighted), 스프라인(Spline), 크리징(Kriging) 및 폴리노미얼 트랜드(Polynomial trend) 등의 내삽(assumptions) 기법을 사용한다. 래스터 자료의 가장 간단한 형태는 격자, 셀(Cell), 또는 픽셀(Pixel)로 구성된 배열(Array, Raster, Matrix, or Lattice)이다. 각 셀은 행과 열의 값으로 참조되며 지도화 되는 속성의 값이나 유형을 나타내는 수치를 가지고 있다. 래스터 구조에서 점은 하나의 셀로 표현된다. 또한 선은 한 방향으로 배열되어 인접하고 있는 셀들의 집합으로 표현되며, 면은 사방으로 인접하고 있는 셀의 집합으로 표현된다. 이 자료구조는 행과 열의 배열을 쉽게 저장, 조작하고 표현할 수 있으나, 표현되는 사상에 비하여 셀의 크기가 클 때 자료의 정밀도가 떨어지는 경향이 있다. 래스터 구조는 디지털 이미지와 유사한 방식의 데이터 구조를 말한다. 즉 스캐닝된 이미지나 위성사진 등과 같이 대상을 셀 단위로 분할하여 각 셀에 필요한 정보를 기록하는 방식이다. 손쉽게 얻을 수 있으나 자료의 양이 방대하고 갱신이 어려운 단점이 있다.

영상 처리된 격자구조는 정확하게 표현하고 자료의 크기를 최소화하기 위한 벡터구조로 변환된다(S212). 벡터구조로의 변환은 래스터 자료의 경우 자료 공간전체에 대해 모든 cell의 속성을 일일이 기술하는 것이 아니라 대상으로 하는 특정사상에 대해서만 위치, 길이, 연결만을 표현함으로써 자료의 크기를 줄이고 원하는 만큼의 정확도로 코드화 하는 것이 가능한데 그 정확도는 측량의 정확도와 같은 실제적인 데이터의 정확도에 따라 좌우된다. 벡터구조는 공간요소를 점, 선, 면 객체로 정의하고 표현하고자 하는 공간 대상을 각 객체의 기하구조로 표현한다. 각 객체는 크기와 방향성을 가지며 각 객체 별로 데이터가 관리되며 그 위치는 x, y 좌표 값의 연속으로 저장된다. 일반적으로 CAD와 유사한 형태의 구조를 가진다. 벡터구조는 초기 데이터 생성이 어려우나 유지 관리 및 갱신이 용이하다는 장점이 있다.

벡터구조로 변환된 데이터는 웹서버의 처리 프로그램에 의해 처리되어 지리정보 DB에 저장한다(S214). 여기에서, 벡터구조로 변환된 데이터를 인공위성 영상 처리기에 연결된 프린터를 이용하여 출력할 수 있고, 출력된 자료를 바탕으로 검사 및 교정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 출력된 자료의 일 실시예가 도 3에 도시되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 항공사진 처리과정을 설명하는 흐름도이고, 항공사진에 대한 일례를 나타내는 예시도가 도 5에 도시되어 있다. 항공사진은 항공기 등을 타고 공중에서 지표를 촬영한 사진을 말하며, 공중사진이라고도 한다. 지표를 바로 위쪽에서 촬영한 것을 수직사진이라 하고 비스듬히 촬영한 것을 사각사진이라고 하는데, 사진측량 및 사진판독 등의 전문적인 분야에서 사용되는 것은 대개 수직사진이며 사각사진은 보도용으로 이용된다. 본 발명에서는 사각사진을 이용하는 것이 바람직하며, 항공사진은 직접 촬영하여 입수하거나 촬영된 사진을 다른 경로를 통해 입수할 수도 있다.

먼저, 해당 지역을 항공 촬영하고 축척을 결정하기 위한 기준점을 측량한다(S402). 정확한 항공사진 촬영을 위해 지형도의 축척, 사용목적, 사용시기 등을 감안하여 사진축척, 중복도, 촬영경로 및 촬영고도 등의 촬영계획을 상세하게 수립하여야 한다. 지형도 제작을 위한 항공사진 축척은 보통 1/15OOO 내지 1/37000이며, 촬영시기는 대상지역 지형지물이 상세하게 촬영될 수 있도록 적설기와 홍수기를 피하고, 가을에서 이른봄의 구름이 없는 청명한 날 오전 10시에서 2시 사이가 적당하다. 또한, 표준 기준점을 이용하여 3차원 모형의 축척을 결정하기 위해서는 최소한 수평위치 기준점 2개와 경사를 조정하기 위한 높이 기준점 3개가 필요하다.

직접 촬영하거나 다른 경로를 통해 입수된 항공사진은 해석 도화기를 통해 지도형태로 제작된다(S404). 도화방식에는 기계식 도화방식과 해석식 도화방식이 있는데, 본 발명에서는 컴퓨터를 이용한 방법으로 정위치 또는 벡터 등의 편집이 필요 없고 수치지도 제작을 연계하여 수행하는 해석식 도화방식을 사용한다. 도화단계는 항공사진의 영상이 실세계와 일치되도록 2개의 투영기에 투명양화를 장착하여 촬영시와 같은 형태로 재현하는 표정단계로, 내부표정, 상호표정, 절대표정 및 접합표정 등이 있다. 표정점의 좌표를 입력하면 해석 도화기 상에 피사체 지형과 같은 광학적 입체모형이 구성되고, 모형을 측표 또는 부점(floating mark)으로 추적하여 원하는 지형, 지물을 묘사한다.

다음에, 도화된 항공사진을 바탕으로 현장지리를 조사한다(S406). 제작된 지형도에 표기되는 지형과 건물 및 이와 관련된 주지사항을 항공사진을 기준으로 조사한다. 변경된 사항은 평면도 또는 사진 등을 첨부하여 추후의 보정 자료로 활용한다. 현장지리 조사 후, 제작된 지형도가 이용목적에 적합한지를 판단(S408)하여 적합하지 않으면 상기 단계(S404)로 진행하여 도화단계를 반복 수행하고, 적합하면 벡터 편집 및 정위치 편집 단계를 수행한다(S410). 벡터 편집은 작성된 지형도를 정확하게 표현하고 자료의 크기를 최소화하기 위한 것으로, 항공사진을 이용하여 제작된 지형도를 디지타이저로 수동 입력하거나 스캐너를 이용하여 래스터 자료를 산출한 후, 반자동 또는 자동으로 입력하는 방식으로 수치 지형도를 제작하기 위해 래스터값을 추적하여 벡터값으로 표현하는 단계이다. 디지타이저에 의한 수동 입력은 장비 가격이 저렴하고 전문기술이 필요치 않지만 대량의 수치 지형도 제작에는 비경제적이고, 스캐너에 의한 자동 입력은 도형의 성격에 따라 처리 방식이 결정되며 등고선의 경우에는 자동화된 방식이 이용될 수 있어 다량의 지도를 입력하는데 이용된다. 정위치 편집은 누락 및 변경된 부분을 정확한 조사값으로 입력하는 단계이며, 현지 보측에 의해 수정 편집된 데이터 파일로 정위치 도화원도 혹은 정위치 자기테이프를 작성하는 기능을 수행한다.

수치 지형도에 대한 벡터 편집 및 정위치 편집이 마무리되면, 수치 지형도의 정확성을 제고하고 수치 지형도 작성과정에 발생할 수 있는 문제점을 최소화하기 위해 제작된 수치 지형도를 검사(S412)하여 수정할 사항이 있는가를 판단한다(S414). 항공사진 촬영검사는 사진의 중복도, 수평 및 수직이탈, 사진의 선명도 및 도화가능 여부 등을 검사하고, 항공사진 도화검사는 누락된 지형지물의 존재여부, 삼각 및 수준오차가 평균오차와 최대오차의 한도를 벗어 났는지의 여부 등을 조사하고, 지리조사 검사는 항공사진과 도화원도를 기본으로 사진 상의 모든 지형지물과 이에 관련된 모든 지명을 조사한다. 수정 사항이 있으면 상기 단계(S410)로 진행하여 정확한 데이터 값을 입력하고, 수정 사항이 없으면 해당 정보를 웹서버의 처리 프로그램을 통해 건물정보 DB에 저장한다(S416). 여기에서, 해석 도화기에 연결된 프린터를 이용하여 제작된 수치 지형도를 출력할 수 있고, 출력된 자료를 바탕으로 수정 작업을 수행하여 정확한 데이터 값을 입력할 수 있다. 출력된 자료의 일 실시예 즉, 서울시 강남구 삼성동 주변의 지형도가 도 5에 도시되어 있다.

도 6은 본 발명에 따른 3차원 건축물 구현과정을 설명하는 흐름도이고, 3차원 건축물에 대한 일례를 나타내는 예시도가 도 7a 및 7b에 도시되어 있다. 도 7a는 아셈 타워의 전경을 나타낸 예시도이고, 도 7b는 아셈 타워 내부의 회의실 전경을 나타낸 예시도이다.

먼저, 설계자는 구축하고자 하는 건축물의 표면 모델(surface model)을 생성한다(S602). 표면 모델은 지리적 데이터베이스에서 중요한 주제 레이어(layer)를 구성하며, 격자(Grid)와 틴(TIN)의 두 가지 모델을 이용하여 구축한다. 실제 표면은 끊임없이 변하기 때문에 표면 위에 모든 위치를 기록한다는 것은 거의 불가능하다. 따라서, 실제 표면을 모방하는 표면 모델은 샘플간의 차이를 줄이기 위해 내삽이라는 수학기법을 이용한다. 표면 모델은 USGS DEM, DTED 파일, ASCII 파일 등의 이미지 포맷으로 표면을 구축할 수 있고, 점 자료에 IDW, Spline, Kriging 등의 내삽기법을 수행하여 격자를 만들 수 있다. TIN은 점, 선, 폴리곤(polygon)이나 격자로 표현되는 삼각형 사상으로 생성 및 수정할 수 있다. 이러한 표면으로부터 3차원 분석은 점의 고도, 프로파일, 고도, 가시권, 경사도 등을 구할 수 있으며, 공간분석 기능으로 얻은 새 정보는 그 자체로 사용되거나 다른 공간자료 및 연산자와 함께 GIS에 통합되어 모델링 될 수 있다.

표면 모델이 생성되면 2차원 선 형상을 3차원으로 변환하기 위해 고도를 분석하여 고도 정보를 내삽하고(S604), 관찰자와 목표 사이의 가시성과 목표 자체의 가시성을 결정하여 목표에 대한 가시권을 분석한다(S606). 고도 정보의 목록에는 형상 클래스가 3차원인 구조(shape)와 수치 속성 필드 등이 포함된다. 다음에, 설계자는 목표물의 형상 유형을 결정하고 목표물의 부피를 측정 및 비교한다(S608). TIN에 대해 지원되는 표면 모델의 형상 유형은 삼각형의 개별적인 점 또는 브레이크 라인(breakline)으로 이루어진 매스 포인트(mass point), 셋 이상의 연속적인 삼각형 모서리들로 닫혀진 폴리곤 형상, 폴리곤 내의 모든 지역들이 내삽 지역의 외부에 있다고 표시되는 이래이즈 폴리곤(erase polygon) 등이 있다.

표면 모델의 형상 유형 및 부피가 측정되면, 3차원 벡터 사상을 이용하여 3차원 모델을 생성한다(S610). 벡터식 자료 표현의 목적은 사상을 가능한 한 정확하게 표현하고 자료의 크기를 최소화하는데 있다. 래스터 자료의 경우 자료 공간전체에 대해 모든 셀의 속성을 일일이 기술하는 것이 아니라 대상으로 하는 특정사상에 대해서만 위치, 길이, 연결만을 표현함으로써 자료의 크기를 줄이고 원하는 만큼의 정확도로 코드화 하는 것이 가능한데, 그 정확도는 측량의 정확도와 같은 실제적인 데이터의 정확도에 따라 좌우된다. 벡터구조는 공간요소를 점, 선, 면 객체로 정의하고 표현하고자 하는 공간 대상을 각 객체의 기하구조로 표현한다. 각 객체는 크기와 방향성을 가지며 각 객체 별로 데이터가 관리되며 그 위치는 x, y 좌표 값의 연속으로 저장된다. 일반적으로 CAD와 유사한 형태의 구조를 가진다.

다음에, 생성된 3차원 모델을 이용 목적에 부합되도록 가시화 한다(S612). 가시화하는 방법에는 몇 개의 데이터 세트로 구성된 멀티레이어(mutilayer) 디스플레이를 생성하는 방법과 3차원 모델를 조작하는 동안 실행속도와 모양을 조절하는 방법이 있다. 설계자는 가시화된 3차원 모델의 정확성을 파악하여 수정사항이 있는가를 판단하여 수정사항이 있으면 상기 단계(S610)로 진행하여 정확한 3차원 모델을 다시 생성하고, 수정사항이 없으면 해당 정보를 웹서버의 처리 프로그램을 통해 3차원 건축물 DB에 저장한다(S616). 3차원 모델은 지리정보 시스템과 연계되도록 생성되어야 하며, 주소에 의한 위치 지정이 가능하도록 설계되어야 한다. 또한, 목표물에 도달하기 위한 최적 거리 및 안내 표지판 등을 함께 제작하여 사용자가 목표물에 빠르고 정확하게 접근할 수 있도록 설계할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 3차원 가상공간 검색 방법에 대한 전체적인 동작을 설명하는 흐름도이고, 도 9의 A는 검색하고자 하는 지역을 입력할 때의 화면 예시도이고, 도 9의 B는 검색하고자 하는 장소를 입력할 때의 화면 예시도이고, 도 9의 C는 선택한 건물의 층별 구성을 나타내고 해당 위치로 이동하기 위한 메뉴 예시도이다. 화면에 디스플레이 되는 윈도우는 2개이며, 하나의 윈도우(이하, '디스플레이 창'이라 칭함)에는 지리 정보, 건물 정보 및 3차원 건축물 정보가 디스플레이 되고, 다른 하나의 윈도우(이하, '테이블 창'이라 칭함)에는 도 9와 같은 화면 예시도가 디스플레이 된다.

먼저, 인터넷 사용자는 3차원 가상공간을 이용하여 특정한 건물을 검색하기 위해 3차원 가상공간 검색 사이트의 URL 주소(예를 들면, www.dadaexpo.com)를 입력하여 본 사이트에 접속한다(S802). 인터넷 사용자가 본 사이트에 접속하면 웹서버는 회원여부를 판별하기 위해 ID 및 암호의 입력 창을 디스플레이 해주고, 인터넷 사용자는 디스플레이 된 ID 및 암호 입력 창에 ID 및 암호를 입력한다(S804). 웹서버는 입력된 데이터를 검색하여 인터넷 사용자가 회원인지의 여부를 판별하고(S806), 회원이 아니면 회원가입 절차를 진행하도록 지시하고(S808), 회원이면 본 사이트의 모든 컨텐츠를 이용할 수 있는 권한을 부여한다.

본 사이트에 접속한 회원은 가상공간을 대신 체험할 컴퓨터 속의 분신인 아바타를 생성한다(S810). 아바타는 회원이 직접 선택하며, 웹서버에서 제공되는 각각의 유형별(예를 들면, 얼굴형, 머리모양, 복장 등) 캐릭터를 선택하여 자신의 아바타를 생성한다. 생성된 아바타는 회원의 선택에 의해 자유롭게 변경될 수 있다.

다음에, 웹서버는 회원이 '3차원 가상공간 검색' 메뉴를 선택하였는가를 판단(S812)하여 '3차원 가상공간 검색'이외의 메뉴를 선택하면 해당 메뉴를 실행한 후 모든 처리과정을 종료하고, 회원이 '3차원 가상공간 검색' 메뉴를 선택하면 초기화면을 디스플레이 한다(S816). 초기화면은 2 개의 창으로 구성되며, 디스플레이 창에는 해당 국가의 지리 정보(예를 들면, 도 3)가 디스플레이 되고, 테이블 창에는 검색하고자 하는 지역의 정보를 입력하기 위한 지역 검색 테이블(예를 들면, 도 9의 A)이 디스플레이 된다. 인공위성 영상은 인공위성 영상 처리기에 의해 수치화 되어 지리정보 DB에 저장된 데이터를 추출하여 디스플레이 한다. 이 때, 회원이 원하는 지역의 항공사진을 검색하기 위해서는 테이블 창에 디스플레이된 지역 검색 테이블의 주소란에 해당 지역 및 동 이름(예를 들면, 서울시 강남구 삼성동)을 입력하고, '검색'키를 선택하면 된다(S818). 여기에서, '취소'키를 선택하면 이전 화면으로 복귀된다.

회원이 지역 검색 테이블에 주소를 입력한 후 '검색'키를 선택하면, 웹서버는 해석 도화기에 의해 수치화 되어 건물정보 DB에 저장된 데이터를 추출하여 디스플레이 창에는 건물정보(예를 들면, 도 5)가 디스플레이 되고, 테이블 창에는 검색하고자 하는 건물의 이름을 입력하기 위한 장소 검색 테이블(예를 들면, 도 9의 B)이 디스플레이 된다(S820). 이 때, 회원이 원하는 건물의 3차원 가상공간을 검색하기 위해서는 테이블 창에 디스플레이된 장소 검색 테이블의 이름란에 해당 건물의 이름(예를 들면, 아셈 타워)을 입력하고, '검색'키를 선택하면 된다(S822). 여기에서, '취소'키를 선택하면 이전 화면으로 복귀된다.

회원이 장소 검색 테이블에 건물 이름을 입력한 후 '검색'키를 선택하면, 웹서버는 3차원 건축물 DB에 저장된 데이터를 추출하여 디스플레이 창에는 3차원 건축물 정보(예를 들면, 도 7a)가 디스플레이 되고, 테이블 창에는 특정 건물의 층별 구조 및 각 층별 세부 구조를 설명하고 해당 장소로 이동하기 위한 선택메뉴 테이블(예를 들면, 도 9의 C)이 디스플레이 된다(S824). 이 때, 회원이 특정 건물의 3차원 가상공간을 검색하기 위해서는 테이블 창에 디스플레이된 선택메뉴 테이블 중에서 원하는 층수를 선택하면 된다. 예를 들어, 회원이 10층을 선택하면 도 7b에 도시된 회의장 전경이 디스플레이 된다. 회원이 원하는 장소가 디스플레이 되면, 아바타를 이용하여 가상공간을 현실과 동일한 느낌으로 체험할 수 있다(S826). 아바타가 가상공간을 체험할 때 다른 방문자가 있을 경우 대화를 나눌 수 있고, 체험 도중에 문의사항이 있으면 본 사이트의 관리자(또는 도우미)에게 실시간으로 질문할 수도 있다.

이상의 설명은 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 첨부한 특허청구범위 내에서 다양하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템 및 방법에 의하면, 인터넷 사용자가 원하는 지역의 특정 건물에 대한 정보를 현세계와 동일하게 구축하여 디스플레이 함으로써, 인터넷 사용자는 아바타를 이용하여 특정 건물의 내부 구조까지 실제와 동일한 느낌으로 체험할 수 있는 효과가 있다.

또한, 가상공간 내에 광고 및 그 광고 사이트의 URL 주소를 디스플레이 함으로써, 광고주는 방문여부 및 고객성향을 파악하여 적극적인 마케팅 전략을 수립할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 인터넷에 접속하기 위한 웹브라우저가 설치된 클라이언트를 이용하여 3차원 가상공간을 체험하는 3차원 가상공간 검색 시스템에 있어서,

   입수된 인공위성 영상을 토대로 좌표를 변환하고 격자구조로 영상 처리하여 벡터구조로 변환하는 과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 인공위성 영상 처리기;

   촬영된 항공사진을 토대로 지형측량에서 세부측량을 수행하는 도화과정과 벡터 편집 및 정위치 편집과정을 거쳐 해당 지역의 수치지도를 작성하는 해석 도화기;

   상기 인터넷과 상기 인공위성 영상 처리기 및 상기 해석 도화기에 연결되어 있고, 상기 클라이언트로부터 전송되는 정보검색요청을 처리하는 서버 프로그램과 CGI 형식에 의해 입력된 정보를 처리하는 처리 프로그램을 포함하여 목표물의 3차원 가상공간을 생성하고, 상기 인공위성 영상 처리기 및 상기 해석 도화기로부터 전송되는 정보를 해석하고 처리하는 웹서버; 및

   상기 웹서버의 처리 프로그램과 상호 연결되어 있으며, 상기 처리 프로그램에서 처리된 정보를 저장하고, 상기 처리 프로그램의 요청에 의해 저장된 정보를 추출하여 전송하는 데이터베이스 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 인터넷과 상호 연결되어 있으며, 외국에 구축되어 해당 국가의 지리정보와 건물정보 및 3차원 건축물 정보를 보유하고, 해당 정보를 공유 또는 연계하기 위한 외부 가상공간 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 데이터베이스 서버는

   상기 인공위성 영상 처리기에 의해 작성된 수치지도를 저장하기 위한 지리정보 데이터베이스;

   상기 해석 도화기에 의해 작성된 수치지도를 저장하기 위한 건물정보 데이터베이스;

   상기 웹서버에 의해 작성된 3차원 건축물을 저장하기 위한 3차원 건축물 데이터베이스; 및

   회원들의 개인신상정보를 저장하기 위한 회원정보 데이터베이스를 포함하는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 시스템.
4. 지리정보 시스템을 이용하여 3차원 가상공간을 체험하는 3차원 가상공간 검색 방법에 있어서,

   (a) 인공위성 영상과 항공사진 및 3차원 건축물 정보를 수치화하여 저장하는 단계;

   (b) 클라이언트에서 요구된 정보에 의해 컴퓨터 속의 분신인 아바타를 생성하는 단계; 및

   (c) 상기 클라이언트에서 요청된 정보를 분석 처리하여 상기 요청된 정보에 해당하는 정보를 추출하여 디스플레이 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 (c) 단계는

   (c1) 3차원 가상공간 검색을 요청하면, 저장된 인공위성 영상 및 원하는 지역을 검색하기 위한 지역 검색 테이블을 디스플레이 하는 단계;

   (c2) 검색할 장소의 주소를 입력하면, 해당 장소의 항공사진 및 원하는 목표물을 검색하기 위한 장소 검색 테이블을 디스플레이 하는 단계;

   (c3) 검색할 장소의 이름을 입력하면, 해당 장소의 3차원 가상공간 및 원하는 위치로 진입하기 위한 선택 메뉴 테이블을 디스플레이 하는 단계; 및

   (c4) 상기 선택 메뉴 테이블의 입력에 의해 해당 위치의 3차원 건축물 전경을 디스플레이 하는 단계를 포함하는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 (c) 단계는

   상기 인공위성 영상과 상기 항공사진 및 상기 3차원 건축물 정보를 디스플레이 하는 디스플레이 창과 원하는 목표물을 검색하기 위한 테이블 창으로 구분하여 디스플레이 하는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 (c) 단계는

   원하는 목표물을 마우스로 선택하면 해당 목표물을 디스플레이 하는 지리정보 시스템을 이용한 3차원 가상공간 검색 방법.