KR20110110880A - 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 숙련된 기술이 없이도 신속하고 용이하게 3차원적으로 스캔한 문화재의 3D 모델에 원래의 재질을 표현할 수 있도록 한 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법에 관한 것이다.

Description

3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법{method for representing original texture for 3D cultural construction assets}

본 발명은 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법에 관한 것으로, 특히 숙련된 기술이 없이도 신속하고 용이하게 3차원적으로 스캔한 문화재의 3D 모델에 원래의 재질을 표현할 수 있도록 한 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법에 관한 것이다.

우리나라에는 불교의 영향으로 불탑이나 성문 등과 같은 건조물문화재가 전국에 산재하고 있는바, 이러한 건조물문화재의 관리 및 소실이나 훼손에 따른 복원을 위해 이들 건조물문화재의 모양, 형상 또는 구조를 영상 자료화하여 저장하는 작업이 활발하게 진행되고 있다.

일반적으로 건조물문화재를 컴퓨터로 가상 복원하기 위해서는 3D 스캐닝(scanning) 작업을 거치게 된다.

한편, 기존에 3D 스캐너를 통하여 스캔되어온 문화재 모델들은 단순히 3차원적인 위치값 만을 가지고 있을 뿐 실제 색에 대한 정보를 가지고 있지 않다. 따라서, 아무리 3D 스캔에서 위치값을 자세히 표현한다고 하더라도 원형재질의 느낌을 내기는 힘들다. 그리하여 우리는 실제 사진을 찍어서 3D 모델의 어느 부분에 입혀져야 하는가를 정해주는데, 이러한 작업을 컴퓨터 그래픽 분야에서는 텍스처 맵핑(Texture Mapping)이라고 하는바, 본 발명에서는 ‘원형 재질 복원’기술이라고 칭한다.

도 1은 종래의 일반적인 3D 매핑 방법을 설명하기 위한 도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 3D 맵핑 방법에 따르면, 3D 모델의 모양은 점의 위치를 이용하여서 정의되어 있다. 즉, 기본적으로 x, y, z 위치값을 가져서 3D 상에 어느 부분에 점이 찍히는가를 알려준다. 그리고, 이러한 위치값에 색을 입혀주고 싶을 경우에는 위치값을 저장해 준 것처럼 이미지의 어느 부분을 참조하는지 위치값을 넣어주면 된다.

도 1에서 왼쪽 부분이 이미지이고 오른쪽 부분이 3D모델이며, 3D 모델의 정점옆에 쓰여있는 값이 2D 이미지에서의 좌표값이 된다.

도 2는 종래 3D 원형재질 표현(이하 ‘맵핑’(Mapping)이라 한다) 방식을 설명하기 위한 도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 문화재에서만이 아니라 일반적인 3D 모델에서 맵핑 방법은 통상적으로 ‘3DS MAX’라는 3D 모델링 제작 툴을 이용하여 모델을 만드는데, 이렇게 만들어진 3D 모델의 표면을 일일이 나눠서 화면에 펼쳐 놓게 된다. 이렇게 펼쳐 놓은 후 각각의 면에 들어가야 할 그림들을 그려주거나 사진을 붙여 넣고, 그 후 그 그림을 적용시켜 주면 최종적으로 원형재질이 표현된 3D모델이 나오게 된다. 그런데 도 2에 예시한 3D 모델은 폴리곤 점의 좌표가 얼마 없기 때문에 표면을 펼쳐 놓는데 있어 그 양이 많지 않지만 세밀하고 많은 폴리곤을 가지고 있는 3D 모델의 경우에는 이를 표면에 펼쳐 놓는 일이 대단히 복잡해지고, 여기에 실제 재질이나 색을 매칭시키는데 고도의 숙련성과 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 숙련된 기술이 없이도 신속하고 용이하게 3차원적으로 스캔한 문화재의 3D 모델에 원래의 재질을 표현할 수 있도록 한 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 숙련된 기술이 없이도 신속하고 용이하게 3차원적으로 스캔한 문화재의 3D 모델에 원래의 재질을 표현할 수 있도록 한 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법을 제공한다.

본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법에 따르면, 숙련된 기술이 없이도 신속하고 용이하게 3차원적으로 스캔한 문화재의 3D 모델에 원래의 재질을 표현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 3D 매핑 방법을 설명하기 위한 도,
도 2는 종래 3D 원형재질 표현 방식을 설명하기 위한 도,
도 3은 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법의 개괄을 설명하기 위한 도,
도 4는 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 텍스쳐 아틀라스 툴에 의해 처리된 석탑의 텍스쳐 아틀라스 맵의 모양을 예시한 도,
도 6은 3D 모델의 표면에 색상을 입히는 과정을 설명하기 위한 도,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법을 설명하기 위한 컴퓨터 예시 화면,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법을 설명하기 위한 컴퓨터 예시 화면,
도 9는 3D 모델과 2D 이미지 및 텍스쳐 아틀라스의 맵핑 관계를 설명하기 위한 도,
도 10은 텍스쳐 아틀라스 툴에서 특징점 추출을 위해 특징 키우는 코드를 보인 도표,
도 11은 도 10과 관련된 확장 도표,
도 12는 텍스쳐 아틀라스 툴에서 패킹 과정을 설명하기 위한 도,
도 13은 텍스쳐 아틀라스 툴에서 원본인 2D 이미지와 3D 모델 및 텍스쳐 아틀라스 이미지를 맵핑하는 원리를 설명하기 위한 도이다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법의 개괄을 설명하기 위한 도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 먼저 사용자가 촬영한 문화재의 실물 사진, 즉 2D 이미지를 로딩하고, 다음으로 사전에 3D 스캐너로 스캔하여 데이터베이스화한 문화재의 3D 모델을 로딩한다. 이 상태에서, 3D 모델을 회전 및 이동시켜서 2D 이미지에 정합시킨 후에 고정하는 간단한 작업에 의해 3D 모델에 원형 재질을 표현할 수가 있다.

도 4는 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법을 설명하기 위한 흐름도인바, 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 단계 S10에서는 문화재를 3차원 스캔하여 3D 모델 DB를 구축하는데, 이러한 3D 모델 데이터는 폴리곤에 대한 각 정점의 3차원적인 위치 데이터로 될 수 있을 것이다. 다음으로, 단계 S20에서는 해당 문화재의 2D 이미지, 즉 해당 문화재를 촬영한 사진 이미지를 3D 모델의 스캔 데이터와 함께 텍스쳐 아틀라스 툴로 처리하여 텍스쳐 아틀라스맵 DB를 구축한다. 여기에서 텍스쳐 아틀라스(Texture Atlas)란 다수의 서브 이미지를 갖는 대형 이미지(아틀라스)를 말하는데, 3D 모델의 모든 면, 즉 서브 이미지들의 정보를 포함하고 있다. 도 5는 텍스쳐 아틀라스 툴에 의해 처리된 석탑의 텍스쳐 아틀라스 맵의 모양을 예시한 도이다.

도 6은 3D 모델의 표면에 색상을 입히는 과정을 설명하기 위한 도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 3D 모델의 표면을 다수의 메쉬로 분할한 후에 해당 메쉬에 원하는 색상을 자동으로 부여할 수가 있다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법을 설명하기 위한 컴퓨터 예시 화면이다.

다시 도 4로 돌아가서, 단계 S30에서는 사용자의 명령에 따라 컴퓨터 화면의 좌측에 해당 문화재의 2D 이미지를 로딩하여 디스플레이하는데, 이에 따라 단계 S40에서는 도 7a에 도시한 바와 같이 화면의 우측에 여기에 로딩할 3D 모델을 볼 수 있도록 해당 문화재의 2D 이미지를 반투명하게 처리하여 디스플레이한다.

다음으로, 단계 S50에서는 사용자의 명령에 따라 화면의 우측에 3D 모델을 로딩한 후 도 7의 b에 도시한 바와 같이 사용자의 마우스 조작에 따라 3D 모델을 이동 및 회전시켜서 2D 이미지에 비슷하게 정합하게 된다.

다음으로, 단계 S60에서는 정합이 완료되었는지를 판단하는데, 이는 사용자로부터의 고정 명령의 존재 여부에 따라 수행될 수 있다. 즉, 사용자가 정합을 완료한 후에 고정 명령을 입력하면, 도 7의 c에 도시한 바와 같이, 3D 모델 상에 2D 이미지가 고정된다. 그리고 이렇게 고정을 시켜줄 때 3D 모델에 2D 이미지의 색상 정보를 넣어주게 된다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법을 설명하기 위한 컴퓨터 예시 화면인바, 도시된 바와 같이 3D 모델 상에 2D 이미지의 재질이 함께 표현되어 있음을 알 수 있다.

도 9는 3D 모델과 2D 이미지 및 텍스쳐 아틀라스의 맵핑 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 3D 모델은 고정적으로 텍스쳐 아틀라스 맵의 위치 데이터만을 참조하는데, 이러한 텍스쳐 아틀라스 맵에는 2D 이미지의 색상 정보가 담겨져 있음을 알 수 있다.

여기서 2D 이미지의 색상 정보를 텍스쳐 아틀라스 맵에 넣는 기준에 대해 설명하면, 3D 모델을 이동하고 회전하여서 2D 이미지와 최대한 같은 위치로 놓게 되면 3D 모델에서 참조하고 있는 텍스쳐 아틀라스 맵의 위치를 알아낼 수 있으므로 그 텍스쳐 아틀라스 맵의 위치값에다 현재 3D 모델과 같은 위치에 놓여있는 2D 이미지의 색상 정보를 넣어주게 된다.

도 10은 텍스쳐 아틀라스 툴에서 특징점 추출을 위해 특징 키우는 코드를 보인 도표이고, 도 11은 도 10과 관련된 확장 도표이다.

한편, 텍스쳐 아틀라스 툴에서 하나의 텍스처에 모든 정보를 다 넣어 주는 작업을 팩킹(Packing) 과정이라 하는데, 도 12는 이러한 패킹 과정을 설명하기 위한 도이다.

도 13은 텍스쳐 아틀라스 툴에서 원본인 2D 이미지와 3D 모델 및 텍스쳐 아틀라스 이미지를 맵핑하는 원리를 설명하기 위한 도이다. 도 13에 도시한 바와 같이 원본인 2D 이미지와 3D 모델을 같은 위치에 배치한 후 3D 모델에 해당하는 위치로 사진의 색상을 입히는 기술을 사용하고 있다. 이 경우에 내부적으로는 실제 3D에 색상 정보가 들어가는게 아니고 텍스쳐 아틀라스 맵에 색상 정보가 들어가게 되며, 3D 모델의 정점들은 항상 텍스쳐 아틀라스 맵의 위치를 참조한다.

본 발명의 3차원 문화재의 원형 재질 복원 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (2)

1. 컴퓨터를 이용한 3D 원형재질 표현 방법에 있어서,
   소정의 문화재를 3차원 스캔하여 3D 모델 DB를 구축하는 단계;
   상기 문화재의 2D 이미지를 상기 3D 모델의 스캔 데이터와 함께 텍스쳐 아틀라스 툴로 처리하여 텍스쳐 아틀라스맵 DB를 구축하는 단계;
   상기 컴퓨터 화면의 일 측에 해당 문화재의 2D 이미지를 로딩하고 반투명하게 디스플레이하는 단계;
   상기 컴퓨터 화면의 일 측에 3D 모델을 로딩한 후 마우스 조작에 따라 3D 모델을 이동 및 회전시켜서 2D 이미지에 정합하는 단계;
   상기 정합 단계에서 정합이 완료되면, 고정명령에 따라 3D 모델의 표면을 다수의 메쉬로 분할하고 해당 메쉬에 원하는 색상을 자동으로 부여하여 3D 모델 상에 2D 이미지를 고정하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 3D 모델 상에 2D 이미지를 고정하는 단계는 3D 모델에 2D 이미지의 색상 정보를 넣어주는 것을 특징으로 하는 3차원 문화재의 원형 재질 표현 방법.

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