[논문]GIS 표준 웹 서비스 적용을 위한 3차원 실내모델의 효율적 시각화

정장윤; 염재홍

GIS 표준 웹 서비스 적용을 위한 3차원 실내모델의 효율적 시각화
Effective 3D Inner Model Visualization for GIS Web Service 원문보기

한국측량학회지 = Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, v.27 no.1, 2009년, pp.701 - 711

정장윤 (세종대학교 지구정보공학과) , 염재홍 (세종대학교 지구정보공학과)

초록
AI-Helper

건물의 형태가 고층화되고 대규모의 복합공간을 이루게 되면서 건물의 실내공간은 더욱 복잡하고 다양한 활동들이 일어나는 공간으로 새롭게 인식되고 있기 때문에, 실내공간을 3차원으로 모델링하여 위치정보를 기반으로 다양한 분야에서 활용될 수 있도록 할 필요가 있다. 본 연구에서는 GIS 표준 웹서비스 기술과 3차원 시각화 기술을 화재 대피 시설물 관리 상권 분석과 같은 건물과 관련된 어플리케이션에 활용하여 효율적인 의사결정을 내릴 수 있도록 3차원 실내모델의 정보를 제공할 수 있도록 하였다. GIS 표준 웹 서비스를 활용하여 건물정보를 공유할 수 있도록 건물의 3차원 실내공간을 효율적으로 모델링하고 시각화하기 위한 방안을 제시하기 위해 실내모델의 다양한 구성요소들을 분할하여 모델링 된 공간데이터베이스의 지정된 데이터테이블에 저장하고, 각각을 GIS 웹 서버를 이용하여 웹서비스 할 수 있도록 설정하였다. 3차원 그래픽 렌더링 엔진을 이용하여 GIS 웹서비스로 전달되는 실내모델을 동적으로 재구성함으로써 효율적으로 3차원 시각화할 수 있는 모듈을 개발하여 다양한 어플리케이션에 활용할 수 있는 방안을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The inner space of building is increasingly becoming complex as urban activities increase in variety, and the actual space size also increases. This trend necessitate the utilization of three dimensional position information within the inner space of buildings. Standard GIS web service technology and visualization technology are applied to 3D inner space building data to share these information for better decision making in building related applications such as fire evacuation, facilities management and market analysis. This study aims to effectively model and visualize the three dimensional space of building interiors in the GIS aspect, and to be able to share the information through standard GIS web service. The various elements of inner model was assigned and stored into pre-designed spatial database tables respectively. GIS web server was then configured to service the database which was populated with 3D inner model data. On the client side, 3D visualization modules was developed using a 3D graphic rendering S/W engine.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

CityGMLe 도시 및 지역에 관한 모델에서 주제가 되는 지리정보요소에 대한 객체와 객체들 사이의 관계를 3차원 기하, 3차원 위상, 의미 및 표현 등의 속성들로 정의하여, 도시모형, 도시자료의 취합, 시설물관리, 그리고 주제검색과 같은 여러 응용분야에서 복잡한 분석업무를 수행할 수 있는 포괄적이고 일반적인 가상의 3D 도시모델을 구성하는데 그 목적 이 있다.
이 연구는 GIS 표준 웹 서비스로 전달되는 3차원 실내모델의 효율적인 시각화를 위하여 건물 구성요소를 객체 단위로 구분하여 모델링하고 서비스하여 3차원으로 시각화 하는 방안을 제시하고자 한다. 따라서 실험 및 분석을 위하여 13개의 실험 데이터를 선별하고 2개의 비교 그룹을 만들어 서비스 과정 및 3차원 시각화에서 소요되는 시간을 분석하였다.
이 연구는 GIS 표준 웹 서비스에 적용하기 위하여 3 차원 실내모델을 구성요소 단위로 모델링함으로써 공간 데이터베이스에 저장 및 관리하고 전문화된 그래픽렌더 링 엔진을 활용하여 웹을 통해 전달되는 3차원 실내모델의 구성요소를 3차원으로 시각화 하는 시스템을 개발하였다.

제안 방법

. 개발된 시스템은 GIS 오픈소스 프로그램 기반의 공개된 API와 프로그램을 활용하여 파일 단위로 관리 되는 3차원 실내모델을 분석하고 객체 모델링하여 공간 데이터베이스의 데이터 테이블 형태로 저장하는 과정을 자동화함으로써 체계적인 관리가 될 수 있도록 하였다.
GIS 표준 웹 서비스를 통하여 전달되는 3차원 실내모델의 구성요소를 동적으로 재구성하고 3차원으로 시각화하기 위하여, 그림 7의 (a)와 같이 Eclipse RCP를 기반으로 GIS 표준 웹 서비스를 수용하여 2차원으로 시각화하고 다양한 공간분석 기능을 제공하는 오픈소스 기반의 uDig 프로그램에 3차원 시각화 모듈인 ogreViewer를 개발하여 추가하였다.
GIS 표준 웹 서비스에 적용을 위한 3차원 실내모델의 효율적인 시각화를 위한 방안을 제시하기 위하여, 공간 데이터베이스에 저장되어있는 3차원 실내모델의 각 구성요소들을 OGC 표준의 웹 서비스를 제공하는 오픈소스 기반의 GIS 표준 웹 서버인 GeoServer와 연결하여 WFS 방식으로 사용자에게 서비스 할 수 있도록 하였다. GeoServer는 JAVA 프로그래밍 환경에서 개발된 오픈소스 API로써 다양한 공간정보를 다루는 Geo Tools를 기반으로 하기 때문에 그림 6과 같이 DataStore라는 인터페이스를 활용하여 다양한 형태의 공간정보로부터 GIS 표준 웹 서비스에 필요한 객체들을 추출할 수 있는 구조를 가지고 있다(정장윤 등, 2008).
JAVA 프로그래 밍 언어와 Eclipse RCP(Rich Client Platform) 플랫폼을 활용하여, CityGML 모델의 구성요소를 분할하고 객체 모델링하여 공간 데이터베이스에 저장하는 과정을 자동으로 처리할 수 있는gmlTOpostgis 모듈을 개발하였다.
gmlTOpostgis 모듈은 RCP 기반으로 개발되어 졌기 때문에 동일한 기반의 어플리케이션과 유기적으로 통합될 수 있으므로, 그림 4와 같이 오픈소스 기반의 웹 클라이언트 프로그램으로써 GIS 표준 웹 서비스를 수용하는 uDig (User-Friendly Desktop Internet GIS) 프로그램에 플러그 인 형태로 추가하여 3차원 시각화 모듈과 함께 실험 및 분석에 활용할 수 있도록 구성하였다.
그러나 이 연구에서는 그림 8과 같이 3차원 실내모델의 웹을 통한 효율적인 전달을 통하여 분산 환경에서 3 차원 공간정보를 원활하게 공유하고 활용 할 수 있는 방안의 모색을 목표로 하고 있으므로 그래픽 렌더 링 엔진이 웹을 통해 전달되는 Feature들을 읽어 들일 수 있도록 공간분석 API의 Feature API와 그래 픽 렌더 링 엔진의 MeshManager API를 함께 사용하여 동적으로 ManualObject를 생성하도록 하였다.
그리고 OGRE4J 엔진은 GeoTools로부터 전달된 Feature의 속성정보를 분석하여 각각의 Feature가 3차원 실내모델의 어느 구성요소인지를 판별하고 그에 따라 3차원 시각화를 위한 Mesh 구성방법을 다르게 적용하여 효율적인 3차원 시각화가 되도록 한다.
따라서 객체를 구성하는 모든 좌표가 실제 지상의 위치를 나타냄으로 이 연구에서는 공간데이터베이스 활용하여 모든 객체를 저장 및 관리하기위해서 다양한 지리 좌표를 수용하고 공간분석이 가능한 PostGIS 공간 데이터베이스를 활용하였다.
시각화 하는 방안을 제시하고자 한다. 따라서 실험 및 분석을 위하여 13개의 실험 데이터를 선별하고 2개의 비교 그룹을 만들어 서비스 과정 및 3차원 시각화에서 소요되는 시간을 분석하였다.
저장 및 관리하도록 하였다. 또한 GIS 표준 웹 서비스를 수용하는 웹 서버를 활용하여 웹 서비스하고 전문화된 그래픽 렌더 링 엔진을 활용하여 개발된 3차원 시각화 모듈인 ogreViewer 모듈을 이용하여웹으로 전달되는 실내모델을 동적으로 재구성하고 효율적으로 3차원 시각화 할 수 있도록 하였다.
또한, 구축된 공간데이터베이스를 GIS 표준 웹 서비스를 제공하는 웹 서버와 연계하여 WMS 및 WFS 방식으로 사용자에게 3차원 실내모델의 구성요소를 서비스할 수 있도록 하였으며, 컴퓨터 그래픽 분야의 전문화된 그래픽 렌더링 엔진과 공간정보를 분석 및 처리할 수 있는 API를 활용하여 웹 서비스를 통해 전달되는 3 차원 실내모델의 구성요소들을 동적으로 재구성하여 효율적으로 3차원 시각화 할 수 있도록 하였다.
또한, 그래픽 렌더 링 엔진을 이용하여 공간분석 API 가 배열로 구성해놓은 위치좌표와 Feature의 속성정보를 분석하여 Feature가 3차원 실내모델의 어떤 구성요소 인지를 판단하고 구성요소의 특징에 따라 동적으로 위치좌표를 재구성하여 ManualObject 형태로 생성하였다. 생성된 ManualObject는 그래픽 렌더링 엔진의 SceneManager를 통해 Resource로 등록을 하게 되고, MaterialManager의 스타일 규칙에 적용하여 3차원으로 ManualObject를 시각화 한다.
또한, 두 그룹을 대상으로 3차원 시각화에 소요되는 시간을 분석하기 위하여 이 연구에서 개발한 ogreViewer가 공간데이터베이스와 표준 웹 서버에 각각 데이터를 요청하여 전달받고, 3차원 실내모델을 재구성하여 최종적으로 3차원 렌더링을 하는데 까지 소요된 시간을 그림 12와 같이 3 단계 구간으로 구분하여각 구간 별 시간을 분석하고 문제점을 분석하여 성능향상을 위한 방안을 제시하였다.
실험 및 분석을 위하여 GIS 분야의 3차원 도시 공간정보의 표준 데이터 모델인 CityGML을 대상으로, CityGML 모델에 포함된 각각의 기하학적 인 세부 요소들을 분할하여 창, 문, 바닥, 벽으로 이루어진 객체 단위로 재 모델링하여 세분화시키고, 각각의 구성요소들을 3차원 공간정보를 관리할 수 있는 공간 데이터베이스에 저장하여 체계적인 관리와 활용이 용이하도록 하였다.
이 연구에서 개발된 gmlTOpostgis 모듈을 이용하여 실험 데이터 인 CityGML 모델을 파싱하여 각각의 구성요소를 분할하고 객체화하여 공간데이터베이스에 저장한 결과는 표 2와 같다.
이 연구에서는 GIS 표준 웹 서비스로 전달되는 3차원 실내모델의 효율적인 시각화를 위한 모델링 및 3차원 시각화 방안을 제시하기 위하여 그림 1과 같이 3차원 도시 공간정보의 표준 데이터 모델을 대상으로 개발된 데이터 처리 모듈인 gmlTOpostgis 모듈을 이용하여 실내구조를 표현하는 요소를 분석한 후 구성요소 단위로 분할하였으며, 공간데 이 터 베이스를 이용하여 분할된 구성요소를 저장 및 관리하도록 하였다. 또한 GIS 표준 웹 서비스를 수용하는 웹 서버를 활용하여 웹 서비스하고 전문화된 그래픽 렌더 링 엔진을 활용하여 개발된 3차원 시각화 모듈인 ogreViewer 모듈을 이용하여웹으로 전달되는 실내모델을 동적으로 재구성하고 효율적으로 3차원 시각화 할 수 있도록 하였다.
이 연구의 목적 수행을 위해 적용된 실험의 타당성과 적합성을 분석하기 위하여 다음의 항목을 기준으로 실험의 과정과 결과를 비교 하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 CityGML 모델은 Door, Window, WallSurface, FloorSurface의 4가지 구성요소를 가지는 XML(eXtensible Markup Language) 기반의 문서로써,구성요소의 기하학적인 위치좌표가 실제 지상의 지리 좌표계인 “EPSG:2097” 을 기준으로 작성 되어있다. 따라서 객체를 구성하는 모든 좌표가 실제 지상의 위치를 나타냄으로 이 연구에서는 공간데이터베이스 활용하여 모든 객체를 저장 및 관리하기위해서 다양한 지리 좌표를 수용하고 공간분석이 가능한 PostGIS 공간 데이터베이스를 활용하였다.
실험에 사용된 CityGML 모델은 서울시의 구 단위의 행정구역 중에서 13개구에 해당하는 총 4, 878개의 아파트 데이터를 기준으로 하였으며, CityGML 모델 하나당 하나의 데이터 스키마로 구성되어 있다.
이 연구에서는 3차원 실내모델의 각 구성요소를 모델링하기 위하여 CityGML로 작성되어 있는 실내구조를 포함하는 3차원 아파트 모델을 실험데이터로써 사용하였다.
이 연구의 연구 범위는 표 1과 같으며, 연구를 위해 사용된 3차원 실내모델은 서울시 13개구의 총 4, 878개 CityGML(City Geography Markup Language) 아파트 모델을 대상으로 하였다(CityGML, 2008). CityGML 아파트 모델은 CAD 형식의 3차원 도면으로부터 CityGML 형식으로 변환되었으며 Door, Floor, Wall, Window의요소를 포함하여 1개의 아파트당 1개의 파일단위로 구성되어 있다.

이론/모형

건축설계 분야의 IFC 에 비하여 CityGMLe 단지 건물 모델 뿐만 아니라 다양한 지리정보의 매우 광범위한 객체에 대한 경우를 수용할 수 있는 3차원 공간정보의 표준 명세에 중점을 두고 있으며, 그림 2와 같이 객체를효율적으로 표현하기 위한 LoD(Level of Detail) 개념을적용하였다.

성능/효과

. 웹으로 전달되는 3차원 실내모델을 동적으로 재구성하여 3차원 시각화함으로써 다양한 분야의 어플리케이션에 효율적으로 3차원 실내모델이 활용될 수 있음을 보여주었다.
그림 13의 분석 결과에서 3차원 시각화에 소요된 전체 시간은 공간데이터베이스에 직접 접속한 경우, 3차원 실내모델을 구성요소 단위로 객체화하여 구성한Multi table 그룹이 0.6초로 그렇지 않은 1.1 초의 Singletable 그룹 보다 약 46% 감소 된 것을 확인할 수 있다.
따라서 GIS 표준 웹 서비스 적용을 위해서는 제시한 바와 같이 3차원 실내모델을 구성하는 각 요소들을 객체 단위로 분할하여 각 구성요소 별로 모델링하는 것이 더욱 효율적이며, 웹 서비스 과정에서 방대한 데이터를 한 번에 처리하여 전송하면서 발생할 수 있는 처리 시간, 네트워크 및 메모리의 부하 등의 문제를 방지할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
또한 WFS의 경우에도 Multi table 그룹이 2.3초로 그렇지 않은 4.5초의 Single table 그룹 보다 약 48% 감소된 것을 확인할 수 있다. 각각의 구간별 소요시간에서도 Multi table 그룹의 경우가 Single table 그룹의 경우보다 대체적으로 그 시간이 짧게 소요되는 것을 확인할 수 있다.
또한 그림 9는 uDig를 이용하여 공간 데이터베이스에 저장된 모든 아파트 데이터를 GIS 데이터인 서울시 행정구역 데이터와 중첩한 결과로써 실험데이터가 서울시의 각 행정구역에 적절하게 위치하여 중첩되고 있음을 확인하였으며, gmlTOpostgis 모듈이 원활하게 텍스트 기반의 CityGML 모델을 분석하고 구성요소들을 재구성하여 객체 단위로 형식의 데이터를 효과적으로 객체화하여 공간데이터베이스에 저장하고 있음을 확인하였다.
형태로 각각 저장하였다. 이를 활용하여 공간 데이터베이스에 저장되어 있는 CityGML 모델의 지리적인 위치를 그림 10과 같이 기존에 활용되고 있는 GIS 데이터인 서울시 행정구역, 도로, 건물 등의 데이터와 중첩하여 시각화함으로써 개발된 S/W 모듈이 기존의 오픈소스 프로그램에 추가적인 기능으로써 성공적으로 확장된 것을 확인하였다.
특호], DBMS의 경우 Multi table 그룹이 Single table그룹에 비하여 전체적으로 시간이 단축되었으나,Transmission 구간에서는 약 178% 증가한 것을 확인할 수 있다. 이로써 공간데이터베이스의 경우 한 번의 접속으로 실내모델의 구성요소를 전부 가져오는 것이 여러 차례에 걸쳐 접속과 해제를 반복하면서 각각의 구성요소를 가져오는 것보다 좋은 성능을 유지 할 수 있다고 판단된다.
표 2의 결과에서 gmlTOpostgis 모듈을 이용하여 성공적으로 공간데이터베이스에 저장한 결과는 총 4, 797개로써 약 98%의 수행능력을 나타내었다. 그러나 강남구, 강북구, 강서구, 광진구의 4개의 행정구역에서 각각 27, 17, 27, 10개의 CityGML 모델이 공간데이터베이스로의저장에 실패한 것으로 나타났다.

후속연구

만약, 환기구, 엘리베이터, 계단, 전기 배선, 수도 배관 등과 같은 매우 상세한 3차원 실내모델의 구성요소를 공간 데이터베이스를 활용하여 모델링하게 된다면, 다양한 어플리케이션에서 이를 이용하여 효율적으로 시스템을 구성하고 3차원 시각화 및 각각의 분야에 적합한 공간 분석을 적용할 수 있을 것이다.
이 연구에서 실험데이터로 사용한 CityGML 모델eWallSurface, Window, Door, FloorSurface 의 구성요소만을 포함하고 있으므로, 그림 14와 같이 ogre Viewer가 활용적인 측면에서 각각의 어플리케이션에 필요한 건물 구성요소를 선별적으로 구성하고 3차원으로 시각화하는 효과를 나타내는데 한계가 있었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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