KR200209594Y1 - 입체 지도 제작 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 입체 지도 제작 중에 변형되는 지도 이미지의 위치 오차를 보정하여 보다 정밀한 입체 지도를 제작할 수 있는 입체 지도 제작 장치에 관한 것이다.

본 고안에 따르면, 2차원 지도 이미지로부터 3차원 그래픽 오브젝트를 형성하는 3차원 컴퓨터 그래픽 어플리케이션 시스템부; 3차원 컴퓨터 그래픽 어플리케이션 시스템부의 제어 하에, 3차원 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 지형 모형을 제작하는 입체 형상 제작부; 및 입체 지형 모형을 사용해서 2차원 지도 이미지와 동일한 크기의 2차원 격자 이미지를 모의 인쇄하여 얻은 2차원 격자 이미지에 기초하여, 2차원 지도 이미지를 보정하는 2차원 지도 이미지 보정부를 포함하는 입체 지도 제작 장치가 제공된다.

Description

입체 지도 제작 장치{3D MAP MANUFACTURING APPARATUS}

본 고안은 입체 지도 제작 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 입체 지도 제작 중에 변형되는 지도 이미지의 위치 오차를 사전에 보정하는 이미지 보정 디바이스를 포함하는 입체 지도 제작 장치에 관한 것이다.

일반적으로 지형을 판독할 때에는, 지면(紙面)에 일정한 등고선 및 색채를 표시함으로써 지형의 높낮이를 2차원적으로 나타낸 지도를 사용하는데, 이러한 지도는 지형지물의 복잡한 입체 굴곡면을 표현하지 못하고 단지 지형지물의 수직 요소만을 일정한 색채나 등고선으로 표시할 뿐이므로, 지형을 직관적으로 파악하기가 어렵다. 게다가, 복잡한 지형일수록 이러한 지도를 사용하여 3차원의 실제 지형을 판독해내는 것은 더욱 어렵다.

상술한 한계점을 극복하기 위한 방안으로서, 지형의 다양한 높낮이 및 그 굴곡면을 입체 지형 모형으로 재현시킨 입체 지도 제작 장치가 개발되었다. 이러한 입체 지도 제작 장치는, CAD/CAM 시스템 등과 같은 컴퓨터 시스템을 이용하여, 지도의 지형 정보로부터 3차원 위치 좌표 정보를 추출해서 형상 모델링한 3차원 그래픽 오브젝트로부터 입체 지형 모형을 제작하고, 제작된 입체 지형 모형의 상면에 지도 이미지를 인쇄하여 입체 지도를 제작한다. 다른 예로는, 상술한 방식으로 형성된 3차원 그래픽 오브젝트에 기초하여, 지도 이미지가 미리 인쇄되어 있는 소재로 입체 지형 모형을 제작함으로써 입체 지도를 얻을 수 있는 입체 지도 제작 장치도 있다.

그런데, 종래에는 3차원 입체면을 출력하기 위한 장치를 제공하는 데 목적을 두고, 주로 3차원 입체면을 구현하는 장치 및 그 방법에 대하여 연구되었을 뿐, 3차원 입체면 상에 인쇄되는 지도 이미지가 입체 지형 모형 상에 정확하게 위치하는 가는 고려되지 않았다. 그러나, 사실상 2차원 소재 상의 지도 이미지를 3차원 입체면 상에 정확하게 위치하도록 인쇄하는 것은 어려운 문제이다. 왜냐하면, 2차원 지도 이미지를 등고선 정보에 의해 XY 평면 좌표로부터 XYZ 입체 좌표로 맵핑하여 3차원 그래픽 오브젝트로 형성함으로써 입체 지형 모형을 제작했다 할지라도, 2차원 지도 상의 임의의 두 점 간의 거리와 그에 대응하는 입체 지도 상의 두 점 간의 실제 거리는 다르므로, 어떠한 보정없이 2차원 지도 이미지를 3차원 입체면 상에 그대로 인쇄하거나, 보정되지 않은 2차원 지도 이미지가 인쇄된 소재로 입체 성형하게 되면, 3차원 입체면 상에 인쇄된 지도 이미지는 본래 위치되어야 할 지점으로부터 벗어나 버리게 되기 때문이다.

보정되지 않은 상태의 2차원 지도 이미지가 인쇄된 입체 지형 모형을 위에서 수직으로 바라볼 때 얻게 되는 2차원 지도 이미지는, 본래의 2차원 지도 이미지와 다르다.

따라서, 본 고안은 2차원 지도 이미지를 입체면 상에 인쇄하거나 2차원 지도 이미지가 인쇄된 소재로 입체 성형할 때 발생되는 위치 오차를 보정하여 보다 정밀한 입체 지도를 획득하기 위한 입체 지도 제작 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 고안에 따르면, 지도 이미지가 인쇄 또는 입체 성형될 때 발생되는 위치 오차를 사전에 측정하고, 측정된 위치 오차를 사전에 반영한 보정된 지도 이미지로 인쇄하거나 입체 성형하면, 2차원 지도 이미지가 입체 지형 모델 상에 정확하게 위치하게 된다.

본 고안의 일 특징에 따르면, 입체 지도를 제작하기 위한 장치에 있어서,

2차원 지도 이미지로부터 추출된 2차원 지형 정보를 형상 모델링하여 3차원 그래픽 오브젝트를 형성하는 수단;

상기 3차원 그래픽 오브젝트 형성 수단의 제어 하에, 상기 3차원 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 지형 모형을 제작하는 수단; 및

상기 입체 지형 모형을 사용해서 상기 2차원 지도 이미지와 동일한 크기의 2차원 격자 이미지를 모의 인쇄하여 얻은 2차원 격자 이미지에 기초하여, 상기 2차원 지도 이미지를 보정하는 수단을 포함하는 입체 지도 제작 장치가 제공된다.

도 1은 본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치(100)의 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 입체 형상 제작부(120)의 일례인 프레스 성형에 의한 입체 지형 모형 제작 장치의 입체 지형 모형 제작 절차를 도시하는 도면.

도 3은 도 2의 입체 지형 모형 제작 장치에 의해 제작된 금형의 일례를 도시하는 도면.

도 4는 본 고안에 따른 2차원 지도 이미지 보정부(130)의 지도 이미지 보정 절차를 도시하는 도면.

도 5는 본 고안에 따른 2차원 지도 이미지 보정부(130)에서의 지도 이미지 보정 과정을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 원래의 2차원 격자 이미지를, (b)는 인쇄 또는 성형 후의 변형된 2차원 격자 이미지를, (c)는 변형된 격자를 변형값만큼 변형 방향의 반대 방향으로 보정된 2차원 격자 이미지를 도시하는 도면.

도 6은 본 고안에 따른 2차원 지도 이미지 보정부(130)에서의 지도 이미지 보정 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5의 (a)의 격자 단위로 분할된 지도 이미지를 도 5의 (c)의 보정된 격자 단위의 지도 이미지로 변환시키는 과정을 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치(100)에 의해 완성된 입체 지도의 일례를 도시하는 도면.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 입체 지도 제작 장치

110 : 3차원 컴퓨터 그래픽 어플리케이션 시스템부

120 : 입체 형상 제작부

130 : 2차원 지도 이미지 보정부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치(100)의 구성을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치(100)는 3차원 컴퓨터 그래픽 어플리케이션 시스템부(3D computer graphic application system ; 이하, 3D CGA 시스템부라 함, 110), 입체 형상 제작부(120), 및 2차원 지도 이미지 보정부(130)를 포함한다.

3D CGA 시스템부(110)는, 2차원(이하, 2D라 함) 지도로부터 추출된 2D 지형 정보로부터 2D 지도 이미지를 형상 모델링하여 3D 그래픽 오브젝트를 형성하는 그래픽 정보 처리를 수행하는 한편, 후술될 입체 형상 제작부(120)가 3D 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 지형 모형 또는 입체면을 제작할 수 있도록 제어하는 기능을 수행한다. 통상, 3D CGA 시스템부(110)는 CAD/CAM 시스템일 수 있다.

입체 형상 제작부(120)는, 3D CGA 시스템부(110)의 제어 하에, 3D 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 지형 모형 또는 입체면을 제작한다. 본 고안은 상술한 장치들을 사용하여 제작된 입체 지도에 인쇄될 지도 이미지를 보정하여 보다 정밀한 입체 지도를 제작할 수 있는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있으므로, 상술한 시스템부(110) 및 입체 형상 제작부(120)는 예컨대 통상의 시스템 및 통상의 입체 형상 제작 장치를 사용하여도 무관하다. 예를 들어, 본 고안의 일 실시예에서는 3D CGA 시스템부(110)로서 범용 CAD/CAM 시스템을 사용하였고, 입체 형상 제작부(120)로서 프레스(press) 성형에 의한 입체 지형 모형 제작 장치를 사용하였다.

프레스 성형에 의한 입체 지형 모형 제작 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, CAD/CAM 시스템에 의해 코아(core)와 캐비티(cavity)로 이루어진 금형(도 3 참조)을 제작한 후, 금형 사이에 2D 소재를 두고 프레스 성형함으로써 입체 지형 모형을 제작한다. 입체 지도는, 지도 이미지가 인쇄된 2D 소재를 금형 사이에 두고 프레스 성형하거나, 지도 이미지가 인쇄된 셀로판지와 그 밑에 지도가 인쇄될 2D 소재를 금형 사이에 두고 프레스 성형함으로써 얻을 수 있다.

그런데, 지도 이미지를 보정하지 않은 상태로 프레스 성형하게 되면 상술한 바와 같이 지도 이미지가 입체 지형 모형 상의 인쇄되어야 할 위치로부터 벗어나게 된다. 제작된 입체 지형 모형 또는 입체면에 보정되지 않은 지도 이미지를 인쇄하면 3차원 입체면 상에 대한 지도 이미지의 위치 오차가 발생하게 되는 것이다. 그러므로, 이러한 위치 오차를 보정하여 인쇄하는 공정이 요구된다.

따라서, 본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치에는, 지도 이미지의 위치 오차를 사전에 측정하고, 측정된 위치 오차를 보정한 새로운 지도 이미지를 생성하는 2D 지도 이미지 보정부(130)가 제공된다.

본 고안에 따른 2D 지도 이미지 보정부(130)는 위치 오차를 사전에 측정하기 위해 격자를 이용한다. 즉, 본 고안에 따른 2D 지도 이미지 보정부(130)는, 인쇄하려는 지도 이미지와 동일한 크기의 2D 격자 이미지로 먼저 모의 인쇄(본 실시예에서는 프레스 성형)한 다음, 변형된 격자들의 변형량 및 변형 방향을 측정하고, 변형 방향의 반대 방향으로 변형량만큼 이동시킴으로써, 보정된 2D 격자 이미지를 획득하여, 원래의 2D 격자 이미지 및 보정된 2D 격자 이미지에 기초하여 변환된 지도 이미지를 인쇄하면, 변형량이 상쇄되어 지도 이미지의 위치가 정확하게 인쇄된다는 것을 기본적인 개념으로 하여 설계되었다.

이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여 도 1에 도시된 본 고안에 따른 2D 이미지 보정부(130)의 기능 및 역할에 대해 상세히 설명할 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 2D 이미지 보정부(130)는 다음과 같은 동작을 수행함으로써 2D 이미지를 효과적으로 보정한다. 먼저, 인쇄될 지도 이미지의 크기와 동일하고 바둑판과 같은 형태로 된 2D 격자 이미지를 일반 CCD 카메라(도시되지 않음)로 촬영한다(131). 여기서, 격자의 크기는 입체 지도 제작자의 의도에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 그 다음, 제작된 입체 지형 모형 또는 입체면 상에 2D 격자 이미지를 모의 인쇄하거나, 2D 격자 이미지가 인쇄된 소재로 입체 성형(본 실시예의 경우에는, 프레스 입체 성형)하여 모의 인쇄된 입체 지형 모형 또는 입체면을 얻는다. 이어서, 모의 인쇄된 입체 지형 모형 또는 입체면을 위에서 바라본 상태에서 일반 CCD 카메라(도시되지 않음)를 사용하여 촬영한다(132). 촬영하여 얻은 이미지는 도 5의 (a) 및 (b)에 각각 도시된 바와 같이 원래의 2D 격자 이미지 및 변형된 2D 격자 이미지이다. 일반적인 그래픽 툴을 이용하여, 변형된 2D 격자 이미지에서 변형량과 변형 방향을 측정한 다음(133), 원래의 격자 선분을 축으로 하여 대칭시킨다. 즉, 변형 방향의 반대 방향으로 변형량만큼 이동시켜 인쇄 또는 입체 성형 시에 발생된 변형량을 상쇄시킴으로써 변형된 2D 격자 이미지를 보정할 수 있다(135). 보정된 2D 격자 이미지는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같다. 이어서, 인쇄될 지도 이미지를 도 5의 (a)에 도시된 격자 단위로 분할하는 한편, 도 5의 (c)에 도시된 격자 단위로 분할한다(137). 그 다음, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 분할된 원래의 격자 단위의 지도 이미지를 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 분할된 보정된 격자 단위의 지도 이미지로 변환시킨다(139).

이러한 이미지 변환은, 도 6에 도시된 바와 같이, 격자 단위의 지도 이미지 각각에 대하여 수행된다. 본 이미지 변환은 예를 들어 픽셀 레벨로 수행되고, 이러한 이미지 변환은 변환식을 구한 후에 픽셀 레벨의 이미지 변환을 수행함으로써 이루어지며, 이미지 변환의 구현은 일반적인 그래픽 툴을 사용하여 수행될 수도 있고 통상의 당업자에 의해 간단하게 프로그래밍하여 실시될 수도 있다.

이제, 변환식을 구하여 이미지 변환하는 방법에 관하여 상세히 설명한다. 도 6의 (a)에 도시된 원래의 격자 단위의 지도 이미지 내의 임의의 픽셀 좌표가 (x, y)이고, 도 6의 (b)에 도시된 보정된 격자 단위의 지도 이미지 내의 대응하는 픽셀 좌표가 (x', y')이라 할 때, 변환식은 다음과 같다.

여기서, 격자 이미지의 좌표를 이용하면, 예컨대 격자 이미지의 꼭지점 좌표로, 도 6의 (a)에 도시된 원래의 격자 단위의 지도 이미지 내의 픽셀 좌표 a, b, c, 및 d와, 도 6의 (b)에 도시된 보정된 격자 단위의 지도 이미지 내의 대응하는 픽셀 좌 표 a', b', c', 및 d'을 이용하면, 상술한 변환식, 수학식 1 및 수학식 2의 계수 c_i(i = 1, 2, …, 8)의 값을 구할 수 있다.

계수가 결정되면 원래의 격자 단위의 지도 이미지가 보정된 격자 단위의 지도 이미지로 변환되는 변환식이 완성되므로, 간단한 그래픽 프로그래밍 또는 일반적인 그래픽 툴을 사용하면 원래의 격자 단위의 지도 이미지를 보정된 격자 단위의 지도 이미지로 변환시킬 수 있다. 이러한 변환은 모든 격자 단위의 지도 이미지에 대하여 재귀적(recursion)으로 수행되어야 한다.

따라서, 상술한 변환 과정을 거쳐 보정된 지도 이미지를 획득하면, 보정된 지도 이미지로 입체 지도 모형 또는 3D 입체면 상에 인쇄하거나, 보정된 지도 이미지가 인쇄된 2D 소재로 입체 성형함으로써, 위치 오차가 보정된 정밀한 입체 지도를 얻을 수 있다.

도 7은 본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치(100)에 의해 완성된 입체 지도의 일례를 도시한다.

본 고안에 따르면, 2D 지도 이미지의 인쇄 또는 입체 성형 시 발생되는 위치 오차를 보정하여 보다 정밀한 입체 지도를 제작할 수 있는 입체 지도 제작 장치가 제공된다.

본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치에 의해 제작된 입체 지도는 2D 지도 이미지가 정확하게 위치한 정밀한 지도이므로, 유명 등산로나 골프 코스, 군사 작전이나, 토목 공사, 및 도시 개발용 입체 지도 등으로 널리 적용될 수 있다.

본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치를 사용하면, 입체 지도 제작을 위해 요구되는 재료나 공정 등이 간단하여 제작에 소요되는 비용도 저렴할 뿐만 아니라, 주요 지형을 입체적이면서 정확하게 나타낼 수 있으므로, 본 고안에 따른 입체 지도 제작 장치에 따라 제작된 입체 지도는 양호한 품질로 대량 보급될 수 있는 장점을 갖는다.

본 고안에 대하여 상술된 모든 것은 단순한 예시에 불과한 것이므로, 이를 가지고 한정적으로 해석되어서는 안 되며, 본 고안의 기술적 사상 및 범위 내에 존재하는 모든 변형예는 본 고안의 청구 범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

1. 입체 지도를 제작하는 장치에 있어서,

   2차원 지도 이미지로부터 추출된 2차원 지형 정보를 형상 모델링하여 3차원 그래픽 오브젝트를 형성하는 수단;

   상기 3차원 그래픽 오브젝트 형성 수단의 제어 하에, 상기 3차원 그래픽 오브젝트에 기초하여 입체 지형 모형을 제작하는 수단; 및

   상기 입체 지형 모형을 사용해서 상기 2차원 지도 이미지와 동일한 크기의 2차원 격자 이미지를 모의 인쇄한 입체 지도로부터 얻은 2차원 격자 이미지에 기초하여, 상기 2차원 지도 이미지를 보정하는 수단을 포함하는 입체 지도 제작 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 3차원 그래픽 오브젝트 형성 수단은 범용 CAD/CAM인 입체 지도 제작 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 입체 지형 모형 제작 수단은 프레스(press) 성형에 의한 입체 지형 모형 제작 장치인 입체 지도 제작 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 모의 인쇄하여 얻은 2차원 격자 이미지는, 일반 CCD 카메라를 사용하여, 상기 모의 인쇄하여 얻은 입체 지도를 위에서 바라본 상태에서 촬영한 것인 입체 지도 제작 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 2차원 지도 이미지 보정 수단은,

   상기 2차원 지도 이미지와 동일한 크기의 2차원 격자 이미지를 기준으로, 상기 입체 지형 모형을 사용하여 상기 모의 인쇄된 2차원 격자 이미지의 변형량 및 변형 방향을 측정하는 수단;

   상기 모의 인쇄된 2차원 격자 이미지를 상기 변형량만큼 상기 변형 방향의 반대 방향으로 이동시키는 보정을 수행하는 수단;

   상기 2차원 지도 이미지를 상기 모의 인쇄 이전의 원래의 격자 이미지의 격자 단위로 분할하고, 또한 상기 모의 인쇄된 2차원 격자 이미지의 격자 단위로 분할하는 수단; 및

   상기 원래의 격자 단위의 지도 이미지 각각을 상기 보정된 격자 이미지의 격자 단위의 이미지로 이미지 변환시킴으로써 보정된 2차원 지도 이미지를 생성하는 수단을 포함하는 입체 지도 제작 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 보정된 2차원 지도 이미지를 상기 입체 지형 모형 상에 인쇄하는 수단;

   상기 보정된 2차원 지도 이미지가 인쇄된 2차원 소재로 상기 입체 지형 모형을 입체 성형하는 수단;

   상기 보정된 2차원 지도 이미지가 인쇄된 2차원 소재 및 상기 인쇄될 2차원 소재로 상기 입체 지형 모형을 입체 성형하는 수단중 어느 한 수단을 더 포함하는 입체 지도 제작 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 지도 이미지 변환 수단은, 픽셀 수준에서 상기 이미지 변환을 수행하되, 상기 원래의 격자 단위의 지도 이미지 내의 임의의 픽셀 좌표가 (x, y)이고, 상기 보정된 격자 단위의 지도 이미지 내의 대응하는 픽셀 좌표가 (x', y')이라 할 때, 다음과 같은 수학식에 의해 모든 격자 단위의 지도 이미지를 이미지 변환시키며,

   x' = r(x, y) = c₁x + c₂y + c₃xy + c₄

   y' = s(x, y) = c₅x + c₆y + c₇xy + c₈

   상기 계수 c_i(i = 1, 2, …, 8)는 상기 원래의 격자 단위의 지도 이미지 내의 임의의 픽셀 좌표 4개와 상기 보정된 격자 단위의 지도 이미지 내의 대응하는 픽셀 좌표 4개에 의해 정해지는 값인 입체 지도 제작 장치.