KR20010076765A - 실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 삼차원 스캐너를 통해 얻어진 단면에 대한 삼차원 데이터들로부터 일정한 간격의 삼차원 데이터를 갖는 삼차원 입체를 생성하는 방법에 관한 것이다.
종래에는 삼차원 스캐너에서 얻어지는 단면들의 겹쳐지는 부분을 찾아서 연결하는 방법을 사용하였기 때문에, 시간이 많이 걸리고 겹쳐진 부분이 다른 부분에 비해 조밀한 거리 정보값을 가지게 되는 문제점이 있었으며, 색칠을 할 경우에는 겹쳐지는 부분과 그렇지 않은 부분에서 색깔의 불일치가 발생하였다.
따라서, 본 발명은, 삼차원 스캐너에서 얻어진 단면들의 위치정보를 반경이 무한대인 실린더 벽면에 투영하여 실린더 좌표값(높이, 각도)을 구하고, 상기 단면들의 실린더 좌표값을 이차원 배열에 저장하되, 단면들 사이의 중복된 부분은 모든 좌표값들을 더해서 저장하며, 상기 이차원 배열의 각 행렬 인자의 평균값을 구해 저장하여 3차원 입체를 생성하고, 색정보를 실린더 투영법에 적용하여 하나의 실린더 색 이미지를 생성하고 이 실린더 색 이미지를 상기 3차원 입체에 입힘으로써, 종래의 문제를 해결한다.

Description

실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법 { A Method for Constructing a Solid Object from Multiple Profiles of Range Image Using Cylindrical Projection }
본 발명은 삼차원 스캐너를 통해 얻어진 단면에 대한 삼차원 데이터들로부터 일정한 간격의 삼차원 데이터를 갖는 삼차원 입체를 구성하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 모아레를 이용한 3차원 스캐너에서 단면들의 거리정보를 이용하여 삼차원 입체를 구성하는 방법에 관한 것이다.
종래에는 삼차원 입체를 얻기 위하여, 두 단면의 겹치는 부분을 찾아내고 이선들을 서로 연결하는 방법을 사용해 왔다. 이러한 종래의 방법은 두 단면의 공통부분을 찾아내기 위한 탐색이 필요하므로 시간이 많이 걸리고, 두 단면이 이어지는 부분에서 겹치지 않는 곳보다 조밀한 거리 정보값들이 나타나는 문제점이 있다. 또한, 물체 단면의 색 정보를 생성된 입체에 색칠할 때, 겹쳐지는 부분에서 두 단면의 공통된 부분이 두 번 칠해지기 때문에, 겹치는 부분과 그렇지 않은 부분에서 색깔의 불일치가 발생한다.
이와 같이 현재 사용되는 단면 정합방법을 이용한 삼차원 입체 생성방법은, 단면의 유사성을 이용하여 단면을 합치기 때문에 계산시간이 오래 걸리고 두 단면이 합쳐지는 부분에서는 조밀한 데이터가 생성된다. 또한, 단면의 색 정보를 합성된 입체에 입히는 과정에서, 여러 단면을 입체에 색칠하기 때문에 시간이 많이 걸리고, 두 단면이 합쳐지는 부분에서는 색채의 부조화가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 단면 정합방법이 두 단면 사이의 공통부분을 탐색하기 위하여 대부분의 시간을 소비하는 문제를 해결하고, 단면에서 합성된 입체의 정합면에서 볼 수 있는 조밀한 거리정보를 균등하게 하기 위한 실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 단면들의 색 정보를 하나의 이미지로 만들어서 생성된 입체에 입힘으로써, 속도를 향상시키고 겹치는 부분의 색깔 불일치 문제를 해결하는 실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 실린더 투영법을 이용한 삼차원 물체 자동 정합시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 삼차원 입체 생성방법을 도시한 동작 흐름도이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 삼차원 입체 생성방법은, 삼차원 스캐너에서 얻어진 단면들의 위치정보를 반경이 무한대인 실린더 벽면에 투영하여 실린더 좌표값(높이, 각도)을 구하는 제 1 단계와; 상기 단면들의 실린더 좌표값을 이차원 배열에 저장하되, 단면들 사이의 중복된 부분은 모든 좌표값들을 더해서 저장하는 제 2 단계; 및 상기 이차원 배열의 각 행렬 인자의 평균값을 구해 저장하여 3차원 입체를 생성하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 단면의 거리정보와 함께 색정보가 제공되는 경우, 색정보를 실린더 투사법을 이용하여 하나의 실린더 색 이미지를 만들고, 위에서 생성된 3차원 입체 위에 실린더 색 이미지를 입혀서 균일한 색상으로 텍스춰 맵핑한다.
또한, 본 발명에 따르면, 컴퓨터에 상술한 실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법"을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 실린더 투영법을 이용한 삼차원 물체 자동 정합시스템을 도시한 구성도이다. 이는 모아레를 이용한 삼차원 스캐너(11)와, 생성하고자 하는 삼차원 물체가 안착되어 회전하는 회전테이블(12), 및 삼차원 입체가 생성되는 컴퓨터(13)로 이루어진다.
도 2는 도 1의 삼차원 스캐너에 의해 얻어진 거리정보를 실린더 투사법을 이용하여 겹쳐지는 부분을 제거하고 이차원 배열에 저장하는 과정을 도시한 동작 흐름도이다.
삼차원 스캐너가 모아레 측정하면(S21), 삼차원 물체의 단면에 대한 거리정보(Xyz)와 색 정보(RGB)가 얻어지는데(S22), 모든 단면의 거리정보에 대해 단계 S23 내지 단계 24를 수행한다(S23, S25). 단계 S23에서는 단면의 거리장보를 실린더 투영법을 이용하여 실린더 좌표값으로 변환한다. 즉, y축 중심에서 xz평면에 수직인 벡터를 기준으로 각도와 높이를 구한다. 여기서, 높이와 각도를 구하는 이유는 실린더를 정의하기 위해 필요한 요소, 즉 각도, 높이, 실린더의 반경 중 본 발명에서 쓰이는 실린더 투영법은 실린더의 반경이 무한대인 실린더이므로 각도와 높이만 필요하다. 이 실린더 좌표값들을 구하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 각도를 구하는 방법은, 공간에 위치시킨 거리정보까지의 벡터를 r(x,y,z)이라고 할 때, xz평면에 투영시킨 벡터는 r'(x, 0, z)이고, r' 벡터와 기준벡터(origin)가 이루는 각은 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
cos(각도) = ∥origin∥∥r'∥
각도 = acos( cos(각도) )
또한, 높이를 구하는 방법은, 공간에 위치시킨 거리정보까지의 벡터를 r(x,y,z)이라 하고, 물체의 중심에서 y축 방향으로 가장 아래부분의 좌표를 yMin이라 할 때, 높이는 수학식 2와 같이 구할 수 있다.
[수학식 2]
높이 = y - yMin
이렇게 얻어진 실린더 좌표값을 이차원 배열에 저장한다(S24). 아래에서는 위에서 얻어진 각도와 높이를 이차원 배열에 저장하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 물제의 높이 최대값을 yMax, 높이의 최소값을 yMin, y축의 샘플링할 값을 samplingHeight라 할 때, 이차원 배열의 높이값은 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
배열의 높이 = ((yMax - yMin) / samplingHeight) + 1
또한, 실린더를 샘플링할 각도를 samplingDegree라 할 때, 이차원 배열의 넓이는 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
배열의 넓이 = 360 / samplingDegree
위의 수학식 3과 수학식 4에 의해 형성된 이차원 배열에, 거리정보 r로부터 구한 각도와 높이값을 각각 저장하는데, 해당 배열이 비어있으면 바로 저장하고, 이미 다른 값이 저장되어 있으면 두 값을 더해서 저장한다.
모든 거리정보에 대한 각도와 높이값을 이차원 배열에 모두 저장한 후(S23, S25), 이차원 배열 중 2개 이상의 값이 더해진 행렬 인자에 대해 평균값을 계산하고 그 평균값을 저장한다. 이로써, 정합된 메쉬데이터를 얻을 수 있다(S27).
이상과 같은 방법으로 단면들로부터 삼차원 입체를 생성하면, 샘플링된 각도와 높이로 정의된 격자에 하나의 데이터만을 가지므로 균일한 정합 메쉬데이터를 얻을 수 있다.
색 정보의 경우도 같은 방법으로 구할 수 있는데, 각 단면의 색 정보를 실린더 투영법을 이용하여 실린더 좌표값으로 변환하고, 이 실린더 좌표값을 이차원 배열에 저장한다. 이때, 겹쳐지는 행렬 인자에 대해서는 평균값을 구해서 새롭게 저장한다. 이렇게 함으로써 단면들의 색정보를 하나의 실린더 이미지로 만들 수 있으며, 텍스춰 맵핑을 간단하게 처리할 수 있다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 종래기술의 문제점을 해결하면서 균일하고 정확하고 빠르게 삼차원 입체를 생성할 수 있다. 또한, 색정보를 하나의 실린더 이미지로 만들어서 삼차원 입체에 입히기 때문에, 텍스춰 맵핑을 간단하게 처리할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 삼차원 스캐너에서 얻어진 단면들의 위치정보를 반경이 무한대인 실린더 벽면에 투영하여 실린더 좌표값(높이, 각도)을 구하는 제 1 단계와;
    상기 단면들의 실린더 좌표값을 이차원 배열에 저장하되, 단면들 사이의 중복된 부분은 모든 좌표값들을 더해서 저장하는 제 2 단계; 및
    상기 이차원 배열의 각 행렬 인자의 평균값을 구해 저장하여 3차원 입체를 생성하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 삼차원 스캐너에서 얻어진 단면들의 색정보를 반경이 무한대인 실린더 벽면에 투영하여 하나의 색 이미지를 만들고, 상기 3차원 입체에 입히는 제 4 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법.
  3. 컴퓨터에,
    삼차원 스캐너에서 얻어진 단면들의 위치정보를 반경이 무한대인 실린더 벽면에 투영하여 실린더 좌표값(높이, 각도)을 구하는 제 1 단계와;
    상기 단면들의 실린더 좌표값을 이차원 배열에 저장하되, 단면들 사이의 중복된 부분은 모든 좌표값들을 더해서 저장하는 제 2 단계; 및
    상기 이차원 배열의 각 행렬 인자의 평균값을 구해 저장하여 3차원 입체를 생성하는 제 3 단계를 포함하는 실린더 투영법을 이용한 삼차원 입체 생성방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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