KR20200082611A

KR20200082611A - 수치표고모델을 이용한 3차원 가상 환경 저작 시스템 및 그것의 동작 방법

Info

Publication number: KR20200082611A
Application number: KR1020180173354A
Authority: KR
Inventors: 추창우; 강경규; 김혜선; 박창준; 반윤지; 유동완; 유정재; 이만희
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2018-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2020-07-08
Also published as: KR102318522B1

Abstract

본 발명에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템의 동작 방법은, 수치표고모델(DEM, Digital Elevation Model), 수치고도모델(DSM, Digital Surface Model), 및 정사영상을 입력하는 단계, 건물의 3차원 모델을 입력하는 단계, 상기 건물에 대한 상기 3차원 모델의 위치를 초기화시키는 단계, 및 상기 수치표고모델에 대한 상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

수치표고모델을 이용한 3차원 가상 환경 저작 시스템 및 그것의 동작 방법{SYSTEM FOR AUTHORING 3D VIRTUAL ENVIRONMENT USING DIGITAL ELEVATION MODEL AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 수치표고모델을 이용한 3차원 가상 환경 저작 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)은, 지형의 고도값을 수치로 저장함으로써 지형의 형상을 나타내는 자료이다. 수치표고모델은 자료 자체로서 경사도, 경사방향, 지형분석 등이 가능하다. 또한 위성영상과 같은 래스터 이미지의 조감도 작성, 3차원 동영상 제작, 배수구역 분석 및 적지분석, 지형의 고도차로 인해 발생하는 영상자료의 기하학적 왜곡 보정 등과 같은 여러 가지의 목적으로 사용된다. 수치표고모델이 만들어지고 저장되는 방식은 크게 네가지로 구분할 수 있다. 일정크기의 격자로서 저장되는 격자방식의 DEM, 높이가 같은 지점을 연속적으로 연결하여 만든 등고선에 의한 방식, 단층에 의한 프로파일 방식, 그리고 불규칙한 삼각형에 의한 TIN(Triangular Irregular Network)방식 등이 있다.

등록특허: 10-1027758, 등록일: 2011년 3월 31일, 제목: 항공 LiDAR과 음향측심이 결합된 하이브리드형 지형 데이터를 통한 유역.하상의 DEM/DSM 데이터 생성 장치 및 방법 공개특허: 10-2017-0097826, 공개일: 2017년 8월 29일, 제목: 수치표고모델 기반 댐 건설 계획 방법, 이를 위한 장치 및 이를 기록한 기록 매체

본 발명의 목적은 가상 환경을 효율적으로 저작하는 수치표고모델을 이용한 3차원 가상 환경 저작 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템의 동작 방법은, 수치표고모델(DEM, Digital Elevation Model), 수치고도모델(DSM, Digital Surface Model), 및 정사영상을 입력하는 단계; 건물의 3차원 모델을 입력하는 단계; 상기 건물에 대한 상기 3차원 모델의 위치를 초기화시키는 단계; 및 상기 수치표고모델에 대한 상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 수치표고모델, 상기 수치고도모델, 및 상기 정사영상을 수신하는 단계는, 상기 수치표고모델에 상기 정사영상을 텍스처로 활용하여 화면에 출력시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 수치표고모델, 상기 수치고도모델, 및 상기 정사영상은 동일한 좌표계로 지오레퍼런싱(geo-referencing) 되는 것을 특징으로 한다.

실시 예에 있어서, 상기 3차원 모델은 상기 건물을 3차원 그래픽스 소프트웨어로 모델링한 모델, 상기 건물을 여러 방향에서 촬영한 영상에 3차원 컴퓨터 비전 및 사진측량 기술을 이용하여 3차원 복원한 건물, 라이다로 스캐닝한 포인트 클라우드를 이용하여 생성한 3차원 건물 중에서 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.

실시 예에 있어서, 상기 3차원 모델의 위치를 초기화시키는 단계는, 상기 건물의 외곽선 드로잉을 통해 상기 건물의 상기 3차원 모델의 위치를 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 수치표고모델과 상기 수치고도모델을 이용하여 상기 건물의 외곽선을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 3차원 모델의 위치를 초기화시키는 단계는, 상기 정사영상에 대한 영역 분할을 통해 상기 건물의 상기 3차원 모델의 위치를 초기화하는 단게를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하는 단계는, 상기 건물의 상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하기 위한 매개 변수를 추정하고 상기 3차원 모델을 최적화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 매개 변수는 상기 3차원 모델의 생성 방식이 따라 다른 것은 특징으로 한다.

실시 예에 있어서, 상기 매개 변수를 추정하고 상기 3차원 모델을 최적화하는 단계는, 3차원 그래픽스 소프트웨어로 모델링한 상기 3차원 모델의 경우, 상기 건물의 위치, 방향, 상기 건물이 배치될 지면의 높이, 상기 건물의 높이와 크기에 대한 매개 변수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 매개 변수를 추정하고 상기 3차원 모델을 최적화하는 단계는, 상기 건물 위치의 초기값을 이용하여 상기 건물의 위치, 방향, 및 크기를 추정하는 단계; 및 비선형 최적화 기법을 이용하여 상기 3차원 모델을 최적화하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하는 단계는, 상기 건물의 위치, 방향, 및 크기를 최적화시킨 후에, 대응하는 영역에 대한 상기 수치고도모델의 높이값을 이용하여 상기 건물의 높이를 추정 및 최적화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템은: 수치표고모델 혹은 정사영상을 이용하여 3차원 공간 모델을 생성하는 3차원 공간 모델 생성부; 수치고도모델을 생성하는 수치 고도 모델 생성부; 건물에 대한 3차원 모델을 생성하는 3차원 건물 모델 생성부; 및 상기 3차원 공간 모델을 상기 수치고도모델과 상기 3차원 모델을 이용하여 위치, 방향, 크기 및 높이로 정합하고 피팅하는 정합 및 피팅부를 포함하는 3차원 가상 환경 저작 시스템.

실시 예에 있어서, 상기 3차원 모델은 상기 건물에 대한 3차원 메쉬 모델을 포함하고, 상기 3차원 메쉬 모델은 상기 건물의 일부분 지정을 통하여 상기 건물의 위치를 초기화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템 및 그것의 동작 방법은, 수치표고모델과 수치고도모델을 이용하여 3차원 건물 모델을 정확한 위치, 방향, 크기, 높이로 정합 및 피팅 함으로써, 간단한 위치 초기화 방법으로 통해 구현 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템 및 그것의 동작 방법은, 높낮이만 표현하는 3차원 공간 모델에 수치고도모델(DSM)과 3차원 건물 모델을 더함으로써, 현실감있는 3차원 가상 공간을 구축할 수 있다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템(100)을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
도 3은 3차원 그래픽스 소프트웨어로 모델링 한 건물을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4은 도3에 도시된 3차원 건물의 위치를 사용자의 건물의 외곽선 드로잉을 통해 초기화시킨 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 수치표고모델(DEM)과 수치고도모델(DSM)을 이용하여 건물의 일부분(a)을 지정할 때 건물의 외곽선(b)이 추정되는 것을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 S110 단계에서 입력한 수치고도모델(DSM)을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 S120 단계에서 건물 3차원 모델을 도 4에 도시된 방법을 통해 건물 3차원 모델의 위치 초기화하고, 정합 및 피팅 시킨 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.

아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 하지만 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경을 저작하기 위한 시스템 및 그것의 동작 방법은, 수치표고모델(DEM; Digital Elevation Model)에 3차원 건물 메쉬 모델을 정확한 위치에 정합 및 피팅함으로써, 3차원 가상 환경을 효율적으로 저작할 수 있다.

일반적으로 광역 지역에 대한 3차원 가상 환경 제작을 위해서, 위성영상 혹은 드론 등의 비행체에 탑재된 카메라로 촬영한 영상을 이용하여 3차원 복원을 할 수 있다. 위성영상을 이용한 3차원 복원의 경우, 넓은 지역에 대한 수치고도모델(DSM; Digital Surface Model)을 생성할 수 있다. 하지만, 위성 영상은 드론 등 낮은 고도에서 촬영한 영상에 비해 상대적으로 GSD(Ground Sampling Distance)가 낮아 복원한 모델에서 건물, 수목 등을 포함한 전체적인 고도 변화를 알 수 있으나 건물의 자세한 부분을 복원하는데 어려움이 있다. 또한, 건물의 옆면에 대한 정보도 복원할 수 없다.

반면에, 경비행기 혹은 드론으로 촬영한 영상의 경우, 촬영 고도를 조절하여 다양한 해상도의 영상을 획득할 수 있다. 따라서, 필요에 따라 고해상도의 영상을 획득하여 건물의 자세한 복원이 가능하다. 또한, 건물의 옆면을 촬영할 수 있기 때문에 옆면의 정보도 복원할 수 있다. 이와 같이 광역 지역에 대한 3차원 가상 환경을 구축하기 위해서는 다양한 방법으로 복원한 지형 및 건물 모델을 적절히 융합하는 방법이 어느 한가지 방법만으로 가상 환경을 구축하는 것 보다 효과적이다.

일반적으로, 광역 지역에 대한 지형의 높낮이는 등간격으로 샘플링된 지점의 높이값으로 표시하는 수치표고모델(DEM; Digital Elevation Model)을 사용하여 표현 될 수 있다. 수치표고모델(DEM)에 지오레퍼런싱(geo-referencing)된 정사영상을 텍스처로 활용함으로써 지형의 높낮이가 3차원으로 화면에 출력될 수 있다. 수치표고모델(DEM)의 특성으로 인해, 건물 등의 인공 구조물은 3차원 구조가 표시되지 않는다. 따라서, 건물 등은 별도의 방법으로 생성하여 수치표고모델(DEM)에 정합되어야 한다.

한편, 건물의 3차원 구조는 라이다(LiDAR; Light Detection and Ranging)로 스캐닝하여 획득한 포인트 클라우드(point cloud)를 후처리하거나, 건물을 여러 방향에서 촬영한 다수의 영상을 이용하여 복원하거나, 3차원 컴퓨터 그래픽스 소프트웨어를 이용하여 수작업으로 디자인하는 등의 방법을 통해 생성할 수 있다.

또한, 건물의 3차원 모델을 수치표고모델(DEM)에 정합하기 위해서는 건물의 위치, 방향, 가로, 세로 길이, 높이를 결정해야 한다. 건물의 3차원 모델은, 그 생성 방법에 따라 수치표고모델(DEM)에 정합하기 위해 결정해야 할 서로 다른 변수의 종류를 가진다.

예를 들어, 라이다(LIDAR) 혹은 다수의 영상을 이용하여 3차원 복원하는 경우에는 지상기준점(GCP; Ground Control Point) 측량을 통해 지오레퍼런싱된 3차원 건물 모델을 생성하기 때문에, 수치표고모델(DEM)에 어려움 없이 정합 될 수 있다.

하지만, 지상기준점이 없거나, 3차원 컴퓨터 그래픽스 소프트웨어를 통해 수작업으로 디자인한 건물 모델은 시행착오를 겪어가면서 수많은 반복 작업을 통해 수치표고모델(DEM)에 정합되어야 한다. 특히, 3차원 컴퓨터 그래픽스 소프트웨어를 통해 수작업으로 디자인한 건물 모델은 건물의 위치, 방향뿐만 아니라, 크기도 디자이너가 임의로 지정하기 때문에 다른 3차원 건물 생성 방법에 비해 더 많은 수작업을 통해 수치표고모델에 정합 될 수 밖에 없다.

또한, 건물을 촬영한 다수의 영상을 통해 건물을 3차원 복원하는 경우는 건물의 가로, 세로, 높이 비율이 실제와 동일하게 3차원 복원될 수 있다. 이런 경우에는 3차원 건물의 위치, 방향, 스케일을 결정을 통해 수치표고모델에 정합 및 피팅 될 수 있다. 만약 드론을 이용하여 건물을 여러 방향에서 촬영하고, 이를 통해 건물을 3차원 복원한다면, 드론으로부터 수신한 위도, 경도, 고도 데이터를 이용하여 지오레퍼런싱 될 수 있다. 하지만, 일반적으로 드론에 장착된 GPS(Global Positioning System) 수신기의 정확도 문제로 대략적인 위치로 정합 할 수 있을 뿐, 정확한 정합을 위해서는 수작업이 필요하다.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경을 저작하는 시스템 및 그것의 동작 방법은 수치표고모델(DEM; Digital Elevation Model)에 3차원 건물 메쉬 모델을 정확한 위치에 정합 및 피팅 함으로써 효율적으로 저작할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경을 저작하는 시스템 및 그것의 동작 방법은 3차원 건물 메쉬 모델의 생성 방법에 무관하며, 지상기준점이 없더라도, 간단한 초기화 작업을 통해 수치표고모델에 건물의 3차원 모델을 정합 및 피팅 할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경을 저작하는 시스템 및 그것의 동작 방법은 수치표고모델(DEM)에 3차원 메쉬의 위치, 방향, 크기를 정합 및 피팅함으로써 광역지역에 대한 3차원 가상 환경 구축을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템(100)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 3차원 가상 환경 저작 시스템(100)은 3차원 공간 모델 생성부(110), 수치 고도 모델 생성부(120), 3차원 건물 모델 생성부(130) 및 정합 및 피팅부(140)를 포함할 수 있다.

3차원 공간 모델 생성부(110)은 수치표고모델(DEM), 혹은 정사영상(orthophoto)에 관련된 데이터를 수신하여 지면의 높낮이를 표현하는 3차원 공간 모델을 구현할 수 있다. 여기서 정사영상은 사진 촬영 당시 카메라 자세 및 지형 기복에 의해 발생된 대상체의 변위를 제거한 영상을 의미한다.

수치 고도 모델 생성부(120)는 수치 고도 모델(DSM)에 관련된 데이터를 수신하여 수치 고도 모델(DSM)을 구현할 수 있다. 3차원 건물 모델 생성부(130)는 다양한 방법으로 3차원 건물 모델을 구현할 수 있다. 정합 및 피팅부(140)는 3차원 공간 모델과 수치 고도 모델을 이용하여 3차원 건물 모델의 정확한 위치, 방향, 크기, 높이 등 정합 및 피팅을 수행하도록 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템(100)은 3차원 공간 모델과 수치 고도 모델을 이용하여 3차원 건물 모델의 정확한 위치, 방향, 크기, 높이 등 정합 및 피팅을 간단한 위치 초기화 방법을 통해 수행함으로써, 누구나 쉽게 이용 가능하다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 가상 환경 저작 시스템(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 3차원 가상 환경 저작 시스템(100)의 동작 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다.

수치표고모델(DEM), 수치고도모델(DSM), 정사영상이 입력될 수 있다(S110). 입력하는 수치표고모델(DEM)에 정사영상을 텍스처로 활용하여 화면에 출력함으로써 사용자는 지표면의 높낮이를 식별할 수 있다. 이때, 수치표고모델(DEM), 수치고도모델(DSM), 정사영상은 동일한 좌표계로 지오레퍼런싱(geo-referencing)되어 있다고 가정하겠다. 여기서 수치고도모델(DSM)은 건물의 위치, 방향, 크기를 정합, 피팅하는 데 활용될 수 있다.

수치표고모델(DEM)에 정합 및 피팅 할 건물의 3차원 모델이 시스템의 메모리로 로딩될 수 있다(S120). 이때, 건물의 3차원 모델은 트림블(Trimble)사의 스케치업(SketchUp), 오토데스크(Autodesk)사의 마야(Maya) 등 3차원 그래픽스 소프트웨어로 모델링한 모델뿐만 아니라, 대상 건물을 여러 방향에서 촬영한 영상에 3차원 컴퓨터 비전(Computer Vision) 및 사진측량(photogrammetry) 기술을 이용하여 3차원 복원한 건물, 라이다(Lidar)로 스캐닝한 포인트 클라우드(point cloud)를 이용하여 생성한 3차원 건물 등 일 수 있다. 한편, 본 발명의 건물의 3차원 모델 생성 방법과는 여기에 제한되지 않는다고 이해 되어야 할 것이다.

도 3은 3차원 그래픽스 소프트웨어로 모델링 한 건물을 예시적으로 보여주는 도면이다. S120 단계 이후에, 메모리에 로딩된 3차원 건물의 정합할 대략적인 위치가 초기화 될 수 있다(S130).

도 4은 도3에 도시된 3차원 건물의 위치를 사용자의 건물의 외곽선 드로잉을 통해 초기화시킨 예를 보여주는 도면이다.

한편, S110 단계에서 입력한 수치표고모델(DEM)과 수치고도모델(DSM)을 이용하면, 도 5의 (a)와 같이 건물의 일부분을 지정하여도 건물의 외곽선(b)이 추정될 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 건물 위치 초기화 방법은, S130 단계에 적용할 수 있는 예시적인 하나의 방법에 불과하다고 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 건물 위치의 초기화 방법은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 정사영상에 대한 영역 분할(segmentation)을 통한 초기화 결과 등 다양한 방법이 이용될 수 있다.

S130 단계 이후에, 건물의 3차원 모델을 정합 및 피팅하기 위한 매개변수가 추정되고 최적화 될 수 있다(S140). 실시 예에 있어서, S120 단계에 입력한 3차원 건물의 생성 방식에 따라 추정 및 최적화할 매개변수가 달라질 수 있다.

예를 들어, 3차원 그래픽스 소프트웨어로 모델링한 3차원 모델의 경우, 건물의 위치, 방향, 건물이 배치될 지면의 높이, 건물의 높이와 크기에 대한 매개변수가 추정되어야 한다. 반면에, 라이다 장비를 이용하여 스캐닝한 데이터를 이용하여 생성한 3차원 건물의 경우, 건물의 크기에 대한 매개변수는 추정되지 않아도 된다.

또한, S130 단계에서 획득한 건물 위치의 초기값을 이용하여 건물의 위치, 방향, 크기가 추정되고, 이것들은 비선형최적화 기법을 이용하여 최적화 될 수 있다. 건물의 위치, 방향, 크기를 최적화한 후에, 대응하는 영역에 대한 수치고도모델(DSM)의 높이값을 이용하여 건물의 높이가 추정 및 최적화될 수 있다. 즉, 수치고도모델(DSM)의 높이값을 이용하여 건물의 위치, 방향, 크기가 피팅 될 수 있다. 이후에 모든 건물의 3차원 모델 처리 되었는지가 판별될 수 있다(S150). 만일 모든 건물의 3차원 모델이 처리되었다면 완료하고, 그렇지 않다면 S120 단계로 진입할 것이다.

도 6은 S110 단계에서 입력한 수치고도모델(DSM)을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 7은 S120 단계에서 건물 3차원 모델을 도 4에 도시된 방법을 통해 건물 3차원 모델의 위치 초기화하고, 정합 및 피팅 시킨 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.

이상에서 서술한 바와 같이 본 발명은 지형 모델에 3차원 건물 메쉬 모델을 정확한 위치에 정합 및 피팅하여, 이를 기반으로 3차원 가상 환경을 효율적으로 저작하는 시스템에 관한 것으로, 도2에서 예시한 특정 방법을 통해 생성한 3차원 건물에 국한되지 않고, 도3및 도4에서 예시한 특정 방법의 건물 3차원 모델 위치 초기화 방법에 국한되지 않으며, 도1의 단계 140의 정합 및 피팅 방법에 있어 특정한 방법에 국한되는 않는 3차원 가상 환경 저작 시스템이다.

실시 예에 따라서는, 단계들 및/혹은 동작들의 일부 혹은 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/혹은 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 혹은 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/혹은 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/혹은 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/혹은 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/혹은 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.

본 발명의 구성에 따르면, 수치표고모델(DEM), 정사영상으로 지면의 높낮이만을 표현할 수 있는 3차원 공간 모델에 수치고도모델(DSM)과 3차원 건물 모델을 더하여 보다 현실감 있는 3차원 가상 공간을 구축할 수 있다. 이때, 본 발명의 각 단계에 의해 입력한 3차원 건물 모델은 수치표고모델과 수치고도모델을 이용하여 정확한 위치, 방향, 크기, 높이로 정합 및 피팅하는 효과가 있다. 또한, 입력한 건물의 3차원 모델은 그 생성 방법에 종속되지 않으며, 간단한 위치 초기화 방법을 통해 정확한 위치로 정합 및 피팅 가능하여 누구나 쉽게 사용할 수 있는 저작 시스템이다.

한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.

100: 3차원 가상 저작 시스템
110: 3차원 공간 모델 생성부
120: 수치 고도 모델 생성부
130: 3차원 건물 모델 생성부
140: 정합 및 피팅부

Claims

3차원 가상 환경 저작 시스템의 동작 방법에 있어서,
수치표고모델(DEM, Digital Elevation Model), 수치고도모델(DSM, Digital Surface Model), 및 정사영상을 입력하는 단계;
건물의 3차원 모델을 입력하는 단계;
상기 건물에 대한 상기 3차원 모델의 위치를 초기화시키는 단계; 및
상기 수치표고모델에 대한 상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하는 단계를 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수치표고모델, 상기 수치고도모델, 및 상기 정사영상을 수신하는 단계는,
상기 수치표고모델에 상기 정사영상을 텍스처로 활용하여 화면에 출력시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수치표고모델, 상기 수치고도모델, 및 상기 정사영상은 동일한 좌표계로 지오레퍼런싱(geo-referencing) 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 모델은 상기 건물을 3차원 그래픽스 소프트웨어로 모델링한 모델, 상기 건물을 여러 방향에서 촬영한 영상에 3차원 컴퓨터 비전 및 사진측량 기술을 이용하여 3차원 복원한 건물, 라이다로 스캐닝한 포인트 클라우드를 이용하여 생성한 3차원 건물 중에서 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 모델의 위치를 초기화시키는 단계는,
상기 건물의 외곽선 드로잉을 통해 상기 건물의 상기 3차원 모델의 위치를 초기화하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 수치표고모델과 상기 수치고도모델을 이용하여 상기 건물의 외곽선을 추정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 모델의 위치를 초기화시키는 단계는,
상기 정사영상에 대한 영역 분할을 통해 상기 건물의 상기 3차원 모델의 위치를 초기화하는 단게를 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하는 단계는,
상기 건물의 상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하기 위한 매개 변수를 추정하고 상기 3차원 모델을 최적화하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 매개 변수는 상기 3차원 모델의 생성 방식이 따라 다른 것은 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 매개 변수를 추정하고 상기 3차원 모델을 최적화하는 단계는,
3차원 그래픽스 소프트웨어로 모델링한 상기 3차원 모델의 경우, 상기 건물의 위치, 방향, 상기 건물이 배치될 지면의 높이, 상기 건물의 높이와 크기에 대한 매개 변수를 추정하는 단계를 포함하는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 매개 변수를 추정하고 상기 3차원 모델을 최적화하는 단계는,
상기 건물 위치의 초기값을 이용하여 상기 건물의 위치, 방향, 및 크기를 추정하는 단계; 및
비선형 최적화 기법을 이용하여 상기 3차원 모델을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 3차원 모델을 정합 및 피팅하는 단계는,
상기 건물의 위치, 방향, 및 크기를 최적화시킨 후에, 대응하는 영역에 대한 상기 수치고도모델의 높이값을 이용하여 상기 건물의 높이를 추정 및 최적화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
3차원 가상 환경 저작 시스템에 있어서:
수치표고모델 혹은 정사영상을 이용하여 3차원 공간 모델을 생성하는 3차원 공간 모델 생성부;
수치고도모델을 생성하는 수치 고도 모델 생성부;
건물에 대한 3차원 모델을 생성하는 3차원 건물 모델 생성부; 및
상기 3차원 공간 모델을 상기 수치고도모델과 상기 3차원 모델을 이용하여 위치, 방향, 크기 및 높이로 정합하고 피팅하는 정합 및 피팅부를 포함하는 3차원 가상 환경 저작 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 3차원 모델은 상기 건물에 대한 3차원 메쉬 모델을 포함하고,
상기 3차원 메쉬 모델은 상기 건물의 일부분 지정을 통하여 상기 건물의 위치를 초기화시키는 것을 특징으로 하는 3차원 가상 환경 저작 시스템.