KR20030071104A - 대장경판의 디지털 데이터 구축방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대장경판의 3차원 디지털 데이터 구축을 위한 관한 것으로서, 특히 팔만대장경 같이 동일한 외형을 가지는 다량의 문화재에 대하여 접촉을 최소화하며, 3차원 디지털 데이터를 구축하기 위한 방법에 관한 것이다. 경판류의 경우 그 수량이 많고, 재질의 특성상 접촉이 많으면 훼손의 우려가 있으므로, 접촉을 최소화하는 자동측정 장치가 필요하다. 본 발명은 경판을 3차원으로 측정장치는 3차원 레이저 스캐너 모듈; 상기 3차원 스캐너를 정밀하게 이동시키는 스캐너 이동장치; 측정 대상물을 안전하게 보관하고, 지지하는 대상물 지지대; 및 상기 측정된 데이터를 이용하여 편집하는 데이터 저장장치를 포함하고, 이 장치에서 획득된 데이터를 가공데이터로 사용하여 가공하는 방법을 제공한다.

Description

대장경판의 디지털 데이터 구축방법{Method of Digital Data Build for Buddhist Sutra}

본 발명은 대장경판의 3차원 디지털 데이터 구축을 위한 관한 것으로서, 특히 팔만대장경 같이 동일한 외형을 가지는 다량의 문화재에 대하여 접촉을 최소화하며, 3차원 디지털 데이터를 구축하기 위한 대장경판의 디지털 데이터 구축방법에 관한 것이다.

일반적으로, 문화유물의 복원 또는 문화유물 측정에서는 대상물의 특성상 접촉이 금지되거나 일반적인 측정으로는 측정이 되지 않는 부분이 있다. 특히, 경판의 경우 그 수량이 방대하고, 경판의 구성형식이 한 면당 230자 이상의 글자로 구성되어 있으므로, 일반적인 접촉을 이용한 측정방법을 사용하지 않고, 레이저 스캐너를 이용하여 경판을 비접촉으로 측정한다. 이러한, 레이저 스캐너를 이용한 방법은 특히 문화유물과 같이 보존 및 복원의 필요성이 절실한 대상물을 보다 정확하게 측정하고 분석하는데 있어서 필수적이며, 레이저 스캐너를 이용하여 획득된 데이터를 3차원 데이터로 복원하는 것은 필수적인 요소이다.

그러나, 이러한 3차원 데이터는 그 양이 방대하고, 이 3차원 데이터를 획득하기 위하여 별도의 자동 측정 시스템을 갖추어야 가능하다는 문제가 있으며 획득된 데이터를 활용하여 형상 복원 가공을 위해서는 미세한 글씨 형상의 재현을 위해 초정밀 스캐너와 이에 따른 정밀한 데이터의 습득이 필요하다는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 스캐너를 자동으로 이송하여 측정하는 스캐너 이송과 경판의 측정에 가장 적합한 스캐너 모듈구성과 대상물의 안전한 보관을 위한 대상물 지지대의 작동과 3차원 스캐너를 이용하여, 획득된 데이터를 원형 복제 가공하는 대장경판의 디지털 데이터 구축방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 대장경판의 3차원 정밀 계측을 위한 시스템 구성을 나타낸 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 대장경판의 정밀 계측을 위한 3차원 스캐너 이동장치의 구조를 나타낸 평면도.

도 3 은 본 발명에 따른 대장경판의 정밀 계측을 위한 3차원 스캐너 이동장치의 구조를 나타낸 단면도.

도 4 는 본 발명에 따른 대장경판의 정밀 계측을 위한 경판 지지대를 나타낸 구성도.

도 5 는 본 발명에 따른 대장경판의 3차원 정밀 계측방법을 나타낸 흐름도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10 : 3차원 스캐너 이동장치12a, 12b, 12c : Y축 가이드

14 : Y축 모터16 : Y축 받침대

20 : X축 모터22a, 22b, 22c : X축 가이드

24 : X축 받침대30 : 3차원 스캐너

32a, 32b, 32c, 32d : 조명장치40 : 컨트롤러

100 : 경판 지지대110 : 경판

120 : 고정프레임122, 124 : 고정판

130 : 위치센서132 : 압력센서

140 : 고정판 조절대150 : 조절모터

170 : 회전 테이블 모터180 : 회전 테이블

200 : 컴퓨터 시스템

상기된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 대상물을 측정하기 위하여 3차원 스캐너를 초기화하고, 스캐너 이동장치를 시작점으로 이동하여 세팅하는 단계; 상기 3차원 스캐너의 전방에 측정 대상물을 소정의 조도 위치에 배치하고, 측정 대상물을 고정 설치하여 경판 지지대를 배치하는 단계; 상기 3차원 스캐너를 이용하여 측정 대상물을 순차적으로 스캐닝하는 단계; 상기 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝된 데이터를 컴퓨터 시스템에서 각각의 점들을 이어주는 표면처리를 통해 수치를 갖는 3차원 입체영상을 완성하는 3D 데이터 모델링 단계; 및 상기 3D 데이터를 원하는 부분의 수치 데이터도 생성해 낼 수 있도록 분석하고 저장하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 대장경판의 3차원 정밀 계측을 위한 시스템 구성을 나타낸 구성도이다. 도 1에서, 스캐너 이동장치(10)는 경판의 3차원 데이터를 획득하기 위하여 비접촉 3차원 스캐너(30)와 대상물을 최적의 조도에서 측정하기 위하여 조명장치(32a, 32b, 32c)를 구비한다.

경판 지지대(100)는 상기 조명장치(32a, 32b, 32c)의 전방에 설치되며, 상기 경판 지지대(100)에 설치된 경판(110)은 상기 조명장치(32a, 32b, 32c)와 1미터 이내의 거리에 설치되고, 경판의 수직 중심축과 수평 중심축이 교차하는 점을 기준으로 상하좌우 각각 45°이상 되는 지점에 설치된다

컴퓨터 시스템(200)은 측정된 대상물의 포인트 데이터를 획득하여 3D 데이터로 모델링하여 저장하며, 상기 3차원 스캐너(30)를 데이터 획득이 필요한 영역의 수평축으로 이동시키기 위한 모터제어 신호와 측정 및 디지털 데이터의 획득이 끝나면 다음 영역 측정을 위하여 Y축으로 이동하기 위한 모터제어 신호를 출력한다.

또한, 대상물의 크기와 데이터의 정밀도에 따라 측정영역을 결정하며, 측정 영역에 따른 이송거리를 연산하여 제어한다. 상술한 대상물의 전면에 대한 측정이 완료된 경우, 상기 경판 지지대(100)를 측면 또는 후면으로 회전시켜 측정영역을 변경하여 측정한다.

도 2 는 본 발명에 따른 경판의 정밀 계측을 위한 3차원 스캐너 이동장치의구조를 나타낸 평면도이고, 도 3 은 본 발명에 따른 경판의 정밀 계측을 위한 3차원 스캐너 이동장치의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 3차원 스캐너 이동장치의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

3차원 스캐너 이동장치(10)는 3차원 스캐너(30)를 수직축으로 이동시키기 위한 Y축가이드(12a, 12b, 12c), Y축 모터(14) 및 Y축 받침대(16)를 구비하고, 상기 3차원 스캐너(30)를 수평축으로 이동시키기 위한 X축 모터(20), X축 가이드(22a, 22b, 22c) 및 X축 받침대(24)를 구비하며, 경판을 최적의 조도에서 측정하기 위한 조명장치(32a, 32b, 32c, 32d)와 상기 Y축 모터(14)와 X축 모터(20)를 제어하는 컨트롤러(40)로 구성된다.

3차원 스캐너(30)는 경판의 3차원 데이터를 획득하기 위한 것으로 레이저 또는 카메라 방식의 3차원 스캐너를 사용할 수 있으며, 바람직하게 상기 3차원 스캐너(30)는 레이저 스캐너이다.

상기 3차원 스캐너(30)를 수직축으로 이동시키기 위하여 Y축 모터(14)를 스캐너 이동장치(10)의 하부 저면에 설치하고, 상기 Y축 모터(14)의 구동에 따라 회전하는 구동 가이드(12a)가 스캐너 이동장치(10)의 길이방향으로 설치되고, 스캐너 이동시 발생되는 진동을 방지하기 위한 가이드(12b, 12c)가 상기 구동 가이드(12a)의 양측에 설치된다. 또한, 상기 3차원 스캐너(30)를 지지하는 Y축 받침대(16)는 상기 Y축 가이드(12a, 12b, 12c)를 통해 이동할 경우 발생되는 진동을 방지하기 위한 베어링을 구비한다.

상기 3차원 스캐너(30)를 수평축으로 이동시키는 X축 받침대(24)는 Y축 받침대(16)에 설치되며, 상기 3차원 스캐너(30)를 이동시키기 위하여 X축 모터(20)를 상기 Y축 받침대(16)에 설치하고, 상기 X축 모터(20)의 구동에 따라 회전하는 구동 가이드(22a)와 스캐너 이동시 발생되는 진동을 방지하기 위한 가이드(22b, 22c)가 상기 Y축 받침대(16)의 상면에 설치된다. 또한, 상기 3차원 스캐너(30)를 지지하고 있는 X축 받침대(24)는 상기 X축 가이드(22a, 22b, 22c)를 통해 이동할 경우 발생되는 진동을 방지하기 위한 베어링을 구비한다. 상기 Y축 받침대(16)와 X축 받침대(24)를 이동시키기 위한 구조는 공지된 구조를 사용할 수도 있다.

조명장치(32a, 32b, 32c, 32d)는 3차원 스캐너 이동장치(10)의 전방 프레임에 사각형태로 설치되며, 대상물을 측정할 경우 대상물 주위의 조도를 최적 조건으로 설정한다. 또한, 상기 조명장치(32a, 32b, 32c, 32d)는 조명효율을 높이기 위하여 광원의 후면부에 경판의 수평 중심축과 수직하게 반사판을 배치한다.

바람직하게, 상기 조명장치(32a, 32b, 32c, 32d)의 광원은 5파장 백색 램프를 광원으로 한다.

컨트롤러(40)는 스캐너 이동장치(10)의 하부 저면에 설치되며, 3차원 스캐너(30)가 경판을 순차적으로 측정할 수 있도록 Y축 모터(14)와 X축 모터(20)를 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 경판의 정밀 계측을 위한 경판 지지대를 나타낸 구성도이다. 도 4에서, 경판 지지대(100)는 경판(110)을 고정설치하기 위하여 고정프레임(120)의 일측에 설치된 고정판(122)과 타측에 설치된 고정판(124) 사이에 배치한다. 고정판(122, 124)에는 경판(110)의 안전한 보호 지지를 위한 홈이 형성되고,경판(110)을 지지하기 위하여 누르는 고정판(124)에는 고정판의 거리가 소정거리 이상 내려가는 것을 방지하기 위한 위치센서(130)가 설치되고, 하부에 설치된 고정판(122)에는 압력이 소정의 압력 이상으로 누르는 것을 방지하기 위한 압력센서(132)가 설치된다.

고정판(124)의 일측방향으로 연장된 고정판 조절대(140)는 고정 프레임(120)에 설치된 조절모터(150)와 결합되고, 경판(110)의 크기에 따라 상기 조절모터(150)로 경판(110)과 고정판(124) 사이의 간격을 조절하여 고정판(124)이 누르는 압력으로 경판(110)에 손상이 가는 것을 방지한다

상기 경판 지지대(100)의 하부 저면에는 경판(110)의 전방위 측정을 위한 회전 테이블 모터(170)가 설치되고, 상기 회전 테이블 모터(170)의 상부에는 고정 프레임(120)과 고정판(122)이 결합된 회전 테이블(180)이 설치된다.

도 5 는 본 발명에 따른 대장경판의 3차원 정밀 계측방법을 나타낸 흐름도이다. 도 5에서, 대상물을 측정하기 위하여 3차원 스캐너를 초기화하고, 스캐너 이동장치를 시작점으로 이동하는 3차원 스캐너를 세팅하는 단계(S1)를 수행한다.

경판 지지대에 설치할 측정대상 경판을 조명장치의 전방 1미터 이내에 배치하고, 측정대상 경판의 수직 중심축과 수평 중심축이 교차하는 점을 기준으로 상하좌우 각각 45°이상 되는 곳에 설치하여, 경판 지지대의 고정판을 하강시킨다(S2).

상기 S2단계에서, 고정판이 하강중에 측정대상 경판과의 거리가 소정거리 이하인지 여부를 판단하여(S3), 소정거리 이상인 경우 고정판을 계속 하강시키며, 소정거리 이하인 경우, 고정판이 측정대상 경판을 누르는 압력이 소정압력 이상인지여부를 판단하여(S4) 소정압력보다 낮은 경우 고정판을 계속 하강시킨다(S5).

고정판이 경판을 누르는 압력이 소정압력 이상인 경우 고정판 하강을 완료하고, 측정대상 경판의 X축 스캐닝을 수행한다(S6). 측정대상 경판의 X축 스캐닝이 완료되었는지 여부를 판단하여(S7) X축 스캐닝이 완료되지 않은 경우 X축 스캐닝을 계속 진행하며, X축 스캐닝이 완료된 경우, Y축을 이동시킨다(S8).

측정대상 경판의 포인트 데이터 획득이 완료되었는지 여부를 판단하여(S9) 데이터 획득이 완료되지 않은 경우 상기 S5단계로 리턴하고, 데이터 획득이 완료된 경우 획득된 포인트 데이터를 이용하여 각각의 점들을 이어주는 표면처리를 통해 수치를 갖는 3차원 입체영상을 완성하는 3D 데이터 모델링 단계(S10)를 수행한다. 상기 S10단계는 3D 모델링 소프트웨어를 사용하며 포인트 데이터와 색상 데이터가 동시에 처리되며, 포인트 데이터의 크기는 스캐닝 밀도에 의하여 결정되므로 형상이 복잡한 곳은 스캐닝 밀도를 높게 하여 정밀도를 높여주고 형상이 단순한 곳은 밀도를 낮게 하여 파일의 크기를 작게 한다.

상기 S10단계를 통해 얻어지는 모델링 데이터는 다시 3차원 CAD 시스템을 이용하여 데이터 획득을 원하는 부분의 수치 데이터도 생성해 낼 수 있도록 분석하고 저장하는 단계(S11)를 수행한다. 상기 S11단계는 3차원 디지털 데이터를 STL 파일 형태로 저장하며, 기계가공을 위하여 공지된 CNC 데이터로 변환된다. 상기 CNC 데이터를 이용하여 원형과 똑같은 복제품을 가공할 수 있으며, 포인트 데이터와 컬러 데이터가 동시에 시스템을 통하여 데이터를 획득하기를 원하는 어떠한 부위의 수치 데이터를 생성해 낼 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 도면을 자동으로 생성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 고려 팔만대장경과 같은 다량의 경판에 대하여 정밀, 안전, 신속하게 3차원 형상 스캐너를 사용하여 완벽한 3차원 디지털 데이터를 생성시킬 수 있는 장점이 있으며, 대상물에 대한 수작업 및 접촉을 최소화하여 측정으로 인한 대상물의 손상이나 오염의 문제가 발생하지 않는 효과가 있다.

또한, 획득된 스캐닝 데이터로부터 가공데이터를 산출하여 원형과 같은 재질에 적용하여 원형 그대로의 형상을 가공할 수 있다는 장점이 있으며, 획득된 데이터는 모델링 시스템 및 CAD 시스템을 통하여 CAD 데이터와 측정된 포인트 데이터를 비교 분석하여 오차를 측정하는 정밀조사 기능이 가능하고, 수치 데이터와 스캐닝에 의한 형상 데이터는 고려 대장경과 같은 문화재의 국내외 전시용 정밀 복제품으로 제작이 가능하며 모델링 시스템 및 CAD 시스템을 통하여 기존에는 얻을 수 없었던 3차원 분석 데이터, 3차원 웹 구현을 위한 VRML 데이터로 제공하여 사이버 상의 박물관 구축 및 운영에 활용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 완성된 데이터는 그 자체로 영구적인 보존 자료로 경판의 완벽한 3차원 수치화, 도면화가 가능하고, 훼손부위의 데이터를 과학적으로 추정해 낼 수 있어 실재의 모습으로 복원시킬 수 있는 데이터를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 가상현실 기술의 발달과 인터넷 및 고속통신망의 확대로 인한 디지털 시대를 맞이하여 보다 많은 사람들에게 현실감과 감동을 줄 수 있는 3차원 가상 박물관 구축 등에도 이용할 수 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 3차원 스캐너를 이용한 문화유물 측정방법으로서,

   대상물을 측정하기 위하여 3차원 스캐너를 초기화하고, 스캐너 이동장치를 시작점으로 이동하여 세팅하는 단계;

   상기 3차원 스캐너의 전방에 경판을 소정의 조도 위치에 배치하고, 경판을 고정 설치하여 경판 지지대를 배치하는 단계;

   상기 3차원 스캐너를 이용하여 경판을 순차적으로 스캐닝하는 단계;

   상기 3차원 스캐너를 이용하여 스캐닝된 데이터를 컴퓨터 시스템에서 각각의 점들을 이어주는 표면처리를 통해 수치를 갖는 3차원 입체영상을 완성하는 3D 데이터 모델링 단계; 및

   상기 3D 데이터를 원하는 부분의 수치 데이터도 생성해 낼 수 있도록 분석하고 저장하는 단계를 포함하는 대장경판의 디지털 데이터 구축방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 조도 위치는 경판이 광원으로부터 1미터 내에 배치하는 것을 특징으로 하는 대장경판의 디지털 데이터 구축방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 조도 위치는 광원이 경판의 수평 중심축과 수직 중심축이 교차하는 곳에서 45°이상인 곳에 배치하는 것을 특징으로 하는 대장경판의 디지털 데이터 구축방법.
4. 제 1 항에 있어서, 데이터를 분석하고 저장하는 단계는 3차원 디지털 데이터를 STL 파일 형태로 저장하고, 기계 가공을 위한 CNC 데이터로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대장경판의 디지털 데이터 구축방법.