KR20030088563A - 산악용 입체지도 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 국가기본도의 지리정보를 백터데이터화하여 3차원의 공간적 형상으로 시뮬레이션(Simulation)함으로써 2차원적인 정보가 3차원적 공간개념의 정보로 표현 가능하도록 하여 입체감을 배가시키도록 한 산악용(山岳用) 입체지도 제작방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 2차원 기본도 상의 등고선을 원도로 하여 소정 높이에 따라 벡터이미지로 생성한 후 높이 별로 생성된 층(layer) 중 인접한 상하의 벡터이미지를 서로 대응시켜 벡터데이터로 정보를 변형하여 입체영상을 표현하기 위한 음영 소스를 생성하는 음영 소스 생성단계와; 맵핑 기술을 이용하여 지질도, 분포도, 지형을 촬영한 데이터를 분석하여 3차원 영상에 맵핑할 소스를 준비한 후 질감별로 영역을 만들어 바위, 나무 등의 지역별 분포를 지도상에 표시하여 해당 위치에 소스를 채워 넣는 맵핑 소스 생성단계와; 상기 음영 소스와 맵핑 소스를 처음부터 정북으로 작업하여 위치에 따라 보는 각도를 중심으로 할때 광선이 XY방향과 XZ방향으로 소정각도를 유지하도록 하는 광선 설정단계와; 미리 조사한 산행정보, 도로정보, 위치정보 등 2차원 정보를 3차원 그래픽 오브젝트에 투영하고 2차원 데이터가 공간적 개념을 갖게 될 때 발생되는 정보의 위치적 불일치를 보정하도록 2차원 정보를 3차원 정보로 전환시키는 정보 전환단계와; 상기 정보의 위치적 불일치 보정 후 산악용 3차원 특수지도를 완성하는 지도완성단계로 이루어진 것으로서, 완성된 산악용 입체지도가 보다 생동감 및 현실감을 줄 수 있는 효과를 제공한다.

Description

산악용 입체지도 제작방법{Fabricating method of cubic map for mountains}

본 발명은 산악용(山岳用) 입체지도 제작방법에 관한 것으로, 특히 국가기본도의 지리정보를 백터데이터화하여 3차원의 공간적 형상으로 시뮬레이션(Simulation)함으로써 2차원적인 정보가 3차원적 공간개념의 정보로 표현 가능하도록 하여 입체감을 배가시키도록 한 산악용(山岳用) 입체지도 제작방법에 관한 것이다.

종래의 수치지도를 이용한 입체지도 제작방식에서 입체형상 생성 과정은 도1a 및 도1b에 도시한 바와 같이 인접한 등고선의 곡선위의 점을 서로 대응하도록 하여 점선 표시와 같이 점과 점사이의 최단거리의 삼각 그물망 격자 이론을 채택하여 입체소스(Source)를 개발한다. 이것은 3차원 공간 개념을 이해하지 못하고 단순히 2차원의 수치값을 3차원 공간에 대응하도록 한 것이다. 그러나 이와 같은 방식은 2차원 수치값이 3차원 공간의 값으로 인식하기 위해서는 최단거리의 직선이 아니라 곡선으로 표현되어야 한다.

또한, 종래의 수치지도를 이용한 입체지도 제작방식에서 입체형상 표현 과정은도2a 및 도2b에 도시한 바와 같이 높이에 따른 층(Layer)별 등고선을 폐곡선하여 색감을 적용하고, 단순히 동일한 높이의 경계안에 동일 값(색감, 질감 등)으로만 적용하므로 현장감이 결여될 뿐만 아니라 동일한 높이에서도 현장에서는 다른 값을 갖게 된다.

또한, 종래의 인공위성을 이용한 입체지도 제작방식에서 입체형상 구현 과정은 도3에 도시한 바와 같이 태양광에 의한 그림자가 보는 각도에 따른 입체감을 충분히 살리지 못하는 문제점이 있고, 또한 인공위성에서 찍은 이미지 데이터는 시각에 따른 그림자와 위치에 따른 각도가 입체지형의 특징을 나타내는데 있어서 부적절하지 못할 뿐만 아니라 찍히는 시간대에 따라 다른 지역에서의 위치가 동일하지 못하여 일체감과 현장감이 저하된다. 즉, 이와 같은 방식은 3차원 입체지형의 전체적인 질을 저하시키게 되어 정보의 현실감마저 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 제반 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 국가기본도를 기초로 한 2차원 지도지형 정보를 이용한 3차원 오브젝트(Object)를 형성시키는 방법으로서, 기본도의 지리정보를 벡터데이터화하여 3차원의 공간적 형상으로 시뮬레이션함에 따라 2차원적인 정보가 3차원적 공간개념의 정보로 표현이 가능하도록하여 보다 생동감 및 현실감을 줄 수 있는 산악용 입체지도를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 2차원 기본도 상의 등고선을 원도로 하여 소정 높이에 따라 벡터이미지로 생성한 후 높이 별로 생성된 층(layer) 중 인접한상하의 벡터이미지를 서로 대응시켜 벡터데이터로 정보를 변형하여 입체영상을 표현하기 위한 음영 소스를 생성하는 음영 소스 생성단계와; 맵핑 기술을 이용하여 지질도, 분포도, 지형을 촬영한 데이터를 분석하여 3차원 영상에 맵핑할 소스를 준비한 후 질감별로 영역을 만들어 바위, 나무 등의 지역별 분포를 지도상에 표시하여 해당 위치에 소스를 채워 넣는 맵핑 소스 생성단계와; 상기 음영 소스와 맵핑 소스를 처음부터 정북으로 작업하여 위치에 따라 보는 각도를 중심으로 할때 광선이 XY방향과 XZ방향으로 소정각도를 유지하도록 하는 광선 설정단계와; 미리 조사한 산행정보, 도로정보, 위치정보 등 2차원 정보를 3차원 그래픽 오브젝트에 투영하고 2차원 데이터가 공간적 개념을 갖게 될 때 발생되는 정보의 위치적 불일치를 보정하도록 2차원 정보를 3차원 정보로 전환시키는 정보 전환단계와; 상기 정보의 위치적 불일치 보정 후 산악용 3차원 특수지도를 완성하는 지도완성단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기한 음영 소스 생성단계에서 벡터이미지 생성에 필요한 소정 높이는 10 m 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 광선 설정단계에서 XY방향과 XZ방향의 소정각도는 각각 45。 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 정보 전환단계에서 위치적 불일치가 발생되는 경우 이를 보정하고, 정확한 정보의 산출과 2차원 정보가 위치 결함을 갖지 않도록 기준격자를 구비하며, 산악정보 및 지역정보에서 상기 기준격자 점과 점은 서로 대응되도록 함을 특징으로 한다.

도1a, 도1b는 종래의 수치지도를 이용한 입체지도 제작방식에서 입체형상 생성 과정을 설명하는 도면.

도2a, 도2b는 종래의 수치지도를 이용한 입체지도 제작방식에서 입체형상 표현 과정을 설명하는 도면.

도3은 종래의 인공위성을 이용한 입체지도 제작방식에서 입체형상 구현 과정을 설명하는 도면.

도4는 본 발명에 따른 입체지도 제작방법에 관련된 데이터베이스 구성도.

도5는 본 발명에 따른 입체지도 제작방법을 설명하는 동작 흐름도.

도6은 본 발명에 따른 입체지도 제작방법을 구체적으로 설명하는 동작 흐름도.

도7은 본 발명에 따른 입체지도 제작방법에서 입체형상을 생성하는 과정을 설명하는 도면.

도8은 본 발명에 따른 입체지도 제작방법에서 입체형상을 표현하는 과정을 설명하는 도면.

도9a는 본 발명에 따른 입체지도 제작방법에서 입체형상을 완성하는 과정을 설명하는 도면.

도9b는 본 발명에 따른 입체지도 제작방법에서 광선 설정 과정을 설명하는 도면.

도10a, 도10b는 본 발명에 따른 입체지도 제작방법에서 2차원 정보를 3차원 정보로 전환하여 표현하는 과정을 설명하는 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 위치 산출부 20: 명령 분석부

30: 연산 처리부

이하, 본 발명을 첨부된 실시 예의 도면을 참조하여 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 입체지도 제작방법에 관련된 데이터베이스 구성도를 나타낸 것으로서, 위치산출부(10)는 지리정보 데이터를 총괄적으로 관리하는 지리정보 데이터베이스(1)로부터 지형정보 데이터만을 관리하는 지형정보 데이터 베이스(101)와, 도로정보 데이터만을 관리하는 도로정보 데이터 베이스(102)와, 지질정보 데이터만을 관리하는 지질정보 데이터 베이스(103)와 환경정보 데이터만을 관리하는 환경정보 데이터 베이스(104)로 구성된다.

상기한 위치산출부(10)는 국립지리원에서 발간한 기본도를 근거로 하여 지형정보 데이터 베이스(101)에서 관리하는 지형정보, 도로정보 데이터 베이스(102)에서 관리하는 도로정보, 지질정보 데이터 베이스(103)에서 관리하는 지질정보, 환경정보 데이터 베이스(104)에서 관리하는 환경정보 등 각각의 정보를 수치화하고 또한 정보별로 분류하는 기능을 수행한다.

정보분석부(11)는 메일서버(도시 생략됨)에서 수집한 데이터를 근거로 하여 지형상의 좌표로 전환하고, 이 좌표는 다음 단계의 3차원 좌표로 변환하기 위한 수치값으로 벡터값을 갖는 2차원 좌표로 전환하는 기능을 수행한다.

구성요소분석부(12)는 상기한 정보분석부(11)에서의 벡터값이 위치산출부(10)의 2차원 수치값과 동일선 상에 있는지 여부를 판단하여 오차를 수정하는 기능을 수행한다.

명령분석부(20)는 상기 정보분석부(11)로부터 출력되는 데이터 중 3차원 지형정보데이터만을 관리하는 3차원 지형정보 데이터 베이스(201)와, 3차원 도로정보 데이터만을 관리하는 3차원 도로정보 데이터 베이스(202)와, 3차원 산악정보 데이터만을 관리하는 3차원 산악정보 데이터 베이스(203)로 구성된다.

상기한 명령분석부(20)는 정보분석부(11)서버에서 산출된 수치값을 근거로 하여 3차원 공간의 벡터값으로 적용하는 동시에 정보별로 분류한 수치값을 3차원 벡터값으로 계산하여 3차원 지형정보 데이터베이스(201)에서 관리하는 3차원 지형정보, 3차원 도로정보 데이터베이스(202)에서 관리하는 3차원 도로정보, 3차원 산악정보 데이터베이스(203)에서 관리하는 3차원 산악정보를 데이터베이스화하는 기능을 수행한다.

위치보정부(21)는 상기한 명령분석부(20)에서 계산된 3차원 벡터값을 정보분석부(11)와 데이터를 주고받으면서 정확한 위치 근거를 갖추도록 위치를 보정하는 기능을 수행한다.

구성요소보정부(22)는 위치보정부(21)에서 완료된 3차원 벡터값을 연산하여 통합하기 위한 벡터이미지로 전환하도록 하는 기능을 수행한다.

연산처리부(30)는 상기 위치보정부(21)로부터 출력되는 데이터 중 3차원 가상공간 데이터만을 관리하는 3차원 가상공간 데이터 베이스(301)와, 3차원 환경정보 데이터만을 관리하는 3차원 환경정보 데이터 베이스(302)와, 표시처리 데이터만을 관리하는 표시처리 데이터 베이스(303)로 구성된다.

상기한 연산처리부(30)는 위치보정부(21)로부터의 벡터값과 벡터이미지를 3차원 공간에 적용함과 동시에 3차원 가상공간 데이터 베이스(301)에서 관리하는 3차원 가상공간 데이터, 3차원 환경정보 데이터 베이스(302)에서 관리하는 3차원 환경정보, 표시처리 데이터 베이스(303)에서 관리하는 표시 처리데이터 등 각각의 정보별 데이터 베이스를 통합하고, 또한 구성요소분석부(12) 및 구성요소보정부(22)와 데이터를 주고받으면서 오차를 없애도록 연산처리하는 기능을 수행한다.

도5는 본 발명에 따른 입체지도 제작방법을 설명하는 동작 흐름도를 나타낸 것이고, 도6은 본 발명에 따른 입체지도 제작방법을 보다 구체적으로 설명하는 동작 흐름도를 나타낸 것으로서, 도시한 바와 같이 2차원 기본도(S1) 상의 등고선을 원도로 하여 소정 높이에 따라 벡터이미지로 생성한 후 높이 별로 생성된 층(layer) 중 인접한 상하의 벡터이미지를 서로 대응시켜 벡터데이터로 정보를 변형(S2)하여 입체영상을 표현하기 위한 음영 소스를 생성(S3)하는 음영 소스 생성단계와; 맵핑 기술을 이용(S4)하여 지질도, 분포도, 지형을 촬영한 데이터를 분석하여 3차원 영상에 맵핑할 소스를 준비한 후 질감별로 영역을 만들어 바위, 나무 등의 지역별 분포를 지도상에 표시하여 해당 위치에 소스를 채워 넣는 맵핑 소스 생성단계와; 상기 음영 소스와 맵핑 소스를 처음부터 정북으로 작업하여 위치에 따라 보는 각도를 중심으로 할때 광선이 XY방향과 XZ방향으로 소정각도를 유지하도록 하는 광선 설정(S5)단계와; 3차원 그래픽 오브젝트를 형성(S6)하기 위하여 미리 조사한 산행정보, 도로정보, 위치정보 등 2차원 정보를 3차원 그래픽 오브젝트에 투영(S7)하고 2차원 데이터가 공간적 개념을 갖게 될 때 발생되는 정보의 위치적 불일치를 보정(S7)하도록 2차원 정보를 3차원 정보로 전환시키는 정보 전환단계와; 상기 정보의 위치적 불일치 보정 후 산악용 3차원 특수지도(입체지도)를 완성(S9)하는 지도완성단계로 이루어져 있다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 동작을 첨부된 도면 도7 내지 도10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서 입체형상을 표현하기 위한 음영 소스를 생성하는 과정을 설명한다. 도7에 도시한 바와 같이 기본도(1 : 5,000축적)상의 등고선을 원도로 하여 소정높이에 따라 벡터이미지로 만든다. 여기서 소정높이는 10m 로하는 것이 바람직하다.

이후 기본도상에는 없기 때문에 발생되는 10m 사이간 형태를 표현하는 방법을 찾아내기 위하여 높이 별로 생성된 층(layer)중 인접한 상하의 벡터이미지를 서로 대응하게 한다. 이러한 문제는 수치지도에서 10m 간격끼리 각(角)이 지게 만든다.

부드러운 3차원적 곡면을 생성하기 위해서는 10m 높이 간격간에 수많은 높이 값을 갖는 층(layer)을 만들어 주는 방법을 사용한다.

예로서, 110m 높이 층(layer)과 100m 높이 층(layer)을 대응시킨다고 가정하면, 110m 층은 음영값의 30%를 주고, 100m 층은 음영 값의 31%를 준다. 이때 두 층사이의 음영차를 이용하여 두 층사이에 수많은 층을 생성하게 된다.

이와 같은 음영차로 모든 층에서의 대응하는 인접한 상하 높이 층끼리 최대한의 층을 형성함으로써, 입체형상의 부드럽고 자연스러운 음영 소스를 생성할 수가 있다.

이것은 수치지도에서 최단거리의 직선으로 표현되어 각이 지게하는 문제점을 방지하고, 직선이 아니라 공간적 개념의 곡면화로 실물과 거의 동일한 현장감을 주게 된다. 즉 지도자체가 2D이기 때문에 3D로 표현할 경우, 표현한계의 문제점을 극복할 수가 있다. 또한 바로 이러한 음영 소스가 종래에 널리 사용되던 수치지도와 비교하여 한층 더 업그레이드된 3차원 그래픽 오브젝트의 결과물로 나타나게 된다.

다음에, 본 발명에서 입체형상을 표현하기 위한 맵핑 소스(Mapping source)를 생성하는 과정을 설명한다.

먼저, 지질도, 분포도, 지형을 촬영한 데이터를 분석하여 3차원 영상에 맵핑할 소스를 준비한다.

이어서, 질감별로 영역을 만들어 바위, 나무 등의 지역별 분포를 지도상에 표시하고, 해당 위치에 소스를 채워 넣는다. 이때 바위, 나무 등의 질감을 표현하기 위한 이미지데이터를 제작할 때, 주의해야 할 점은 그 영역 경계가 부드럽게 표현되도록하여 다른 영역과의 경계를 구별할 수 없도록 해야한다.

이러한 맵핑 소스 생성과정은 도8에 도시한 바와 같이 높이에 따른 층(layer)별 경계를 기준선으로 하여 상하 높이의 색감과 질감을 부드럽게 처리하여 3차원 정보화하였을때의 3차원 공간에서의 불일치의 보정을 도모하고, 또한 현실감 및 사실감을 극대화시킬 수 있다.

다음에, 본 발명에서 최상의 입체영상을 표현하기 위한 광선 설정과정을 설명한다.

도9a에 도시한 바와 같이 지도의 입체감의 극대화와 현장감을 살리기 위하여 최상의 태양광 위치는 도9b와 같이 입체지형상 정북(正北)을 XY축상에 놓았을 경우에 XY방향으로 45°와 XZ방향으로 45°를 이루는 것이 바람직하다. 또한 어느 위치에서든 이 값이 적용될 수 있도록 한다.

이 경우, 지형을 정면으로 보았을 때 항상 소정각도( 45°)가 되도록 지형과 광선의 방향을 상호 고정시켜둔다.

음영 소스와 맵핑 소스를 처음부터 정북으로 작업하여 위치에 따라 보는 각도를 중심으로 할 때 광선이 항상 XY 45°방향과 XZ 45°방향을 유지할 수 있도록 해야 된다. 따라서 정북이었던 지형의 중심축이 변하게 되더라도 태양광의 방향은 항상 유지되어야 한다. 이때 태양광에 의해 가려진 주요 지형들은 보조광을 조사하여 살려 줄 필요가 있다.

마지막으로, 본 발명에 따른 입체지도 제작방법에서 2차원 정보를 3차원 정보로 전환하여 표현하는 과정을 설명한다.

먼저, 도10a에 도시한 바와 같이 국토공간상에 존재하는 토지, 환경, 시설물, 도로 등 특수목적의 2차원 벡터데이터가 3차원 공간데이터로 전환될 때, 위치적 불일치가 발생되는 경우 이를 보정할 근거가 될 기준격자를 필요로 한다.

미리 조사한 산행정보, 도로정보, 위치정보 등을 3차원 그래픽 오브젝트에 맵핑시킬 때, 주의할 점은 2차원 데이터가 공간적 개념을 갖게 될 때 위치적 불일치가 발생하게 된다. 이때 위치적 불일치의 보정도 중요하지만 이에 앞서 정확한 정보의 산출과 2차원 정보가 위치 결함을 갖지 않도록 기준격자의 필요성이 선행되어야만 하는 것이다.

정밀도의 기준이 없다면 이는 2차원 벡터데이터가 3차원 공간에 적용되었을 경우 공간분석 기능을 수행할 신뢰도가 저하된다.

이러한 2차원에서의 기준격자는 3차원에서도 적용되어 위치적 불일치를 사전에 방지함으로써 공간적 정밀도를 갖도록 하며, 또한 특정 업무분야별 데이터를 통합하거나 분석하여 다양한 공간정보의 모델로 개발되어진다. 산악정보 역시 이런 요구를 반영하여 3차원 공간적 정보로 활용하기 위하여 기준격자를 이용하여 정밀도를 향상시키도록 하였다.

도10b에 도시한 바와 같이 산악정보에서 기준격자 점(X1,Y1)과 점(X1,Y1,Z1)은 서로 대응될 수 있도록 한다.

즉 기준 격자 점(X1,Y1) →(X1,Y1,Z1), (X2,Y2) →(X2,Y2,Z2), (X3,Y3) →(X3,Y3,Z3)....... 으로 대응되어야 한다.

이 값은 곡선위의 정보로 나타내어진다.

또한, 지역정보에서도 기준격자 점(X1,Y1)과 점(X1,Y1,Z1)은 서로 대응될수 있도록 한다.

즉 기준 격자 점(X1,Y1) →(X1,Y1,Z1), (X2,Y2) →(X2,Y2,Z2), (X3,Y3) →(X3,Y3,Z3)....... 으로 대응되어야 한다.

이 값은 앞서 설명한 음영 소스와 관련하여 곡면위의 정보로 나타내어진다.

이에 따라 정확한 위치의 정보를 산출할 수가 있고, 또한 오차범위를 극소화할 수가 있는 것이어서, 현실감 및 사실감을 극대화시킬 수 있는 3차원 특수지도를 완성하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 산악용 입체지도 제작방법은 국가(국립지리원)에서 발간된 기본도를 기초로 한 2차원 지도지형 정보를 이용한 3차원 오브젝트(Object)를 형성시키는 방법으로서, 기본도의 지리정보를 벡터데이터화하여 3차원의 공간적 형상으로 시뮬레이션함에 따라 2차원적인 정보가 3차원적 공간개념의 정보로 표현이 가능하도록 하여 완성된 산악용 입체지도가 보다 생동감 및 현실감을 줄 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 2차원 기본도 상의 등고선을 원도로 하여 소정 높이에 따라 벡터이미지로 생성한 후 높이 별로 생성된 층(layer) 중 인접한 상하의 벡터이미지를 서로 대응시켜 벡터데이터로 정보를 변형하여 입체영상을 표현하기 위한 음영 소스를 생성하는 음영 소스 생성단계와;

   맵핑 기술을 이용하여 지질도, 분포도, 지형을 촬영한 데이터를 분석하여 3차원 영상에 맵핑할 소스를 준비한 후 질감별로 영역을 만들어 바위, 나무 등의 지역별 분포를 지도상에 표시하여 해당 위치에 소스를 채워 넣는 맵핑 소스 생성단계와;

   상기 음영 소스와 맵핑 소스를 처음부터 정북으로 작업하여 위치에 따라 보는 각도를 중심으로 할때 광선이 XY방향과 XZ방향으로 소정각도를 유지하도록 하는 광선 설정단계와;

   미리 조사한 산행정보, 도로정보, 위치정보 등 2차원 정보를 3차원 그래픽 오브젝트에 투영하고 2차원 데이터가 공간적 개념을 갖게 될 때 발생되는 정보의 위치적 불일치를 보정하도록 2차원 정보를 3차원 정보로 전환시키는 정보 전환단계와;

   상기 정보의 위치적 불일치 보정 후 산악용 3차원 특수지도를 완성하는 지도완성단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산악용 입체지도 제작방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 음영 소스 생성단계에서 벡터이미지 생성에 필요한 소정 높이는 10 m 인 것을특징으로 하는 산악용 입체지도 제작방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 광선 설정단계에서 XY방향과 XZ방향의 소정각도는 각각 45。 인 것을 특징으로 하는 산악용 입체지도 제작방법.
4. 제3항에 있어서,

   지형을 정면으로 보았을 때 항상 상기 소정각도가 되도록 상기 지형과 광선의 방향을 상호 고정시켜두는 것을 특징으로 하는 산악용 입체지도 제작방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 정보 전환단계에서 위치적 불일치가 발생되는 경우 이를 보정하고, 정확한 정보의 산출과 2차원 정보가 위치 결함을 갖지 않도록 기준격자를 구비하며, 산악정보 및 지역정보에서 상기 기준격자 점과 점은 서로 대응되도록 함을 특징으로 하는

   산악용 입체지도 제작방법.