기존의 건축계획 및 설계과정에서는 건축물 내 외부의 공간감을 확인하기 위해 건물모형을 제작하였으나 건물모형은 비교적 많은 제작 시간과 노력이 들며 건물의 내부 정보를 파악하기에 어려움이 따른다. 이를 보완하기 위해 기존 설계, 계획 과정과 그에 대한 가시화 방법으로써 CAD툴을 사용하여 건물 모형으로는 파악하기 어려운 건물 내부 정보를 가시화 할 수 있었지만, 건물모형에서 확인할 수 있는 부피감을 확인하기에는 부족함이 존재한다. 기본적으로 CAD는 설계에 목적을 두고 만들어진 프로그램이며 일반적인 가시화 환경인 2차원 모니터 화면상에서 3차원 건물을 보여주게 되므로 공간에 대한 인지적 몰입감을 만족시키기에는 부족하다. 본 논문에서는 BIM 형상정보 데이터를 일련의 소프트웨어로 가공하여 증강현실 컨텐츠로 변환하는 과정을 소개한다. 이는 건축계획 및 설계과정에서 형상정보가 수정될 경우 최종 가시화까지 소요되는 비용과 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 BIM 형상정보를 증강현실기법을 이용하여 3차원 인지공간에서 가시화함으로써 3차원 건물의 내 외부 공간정보를 분석하기가 용이하다. 또한 건물의 내 외부 정보를 증강현실 환경에서 효과적으로 조작할 수 있도록 건축 요소의 제거, 슬라이스컷 등 다양한 인터랙션을 제안한다.
기존의 건축계획 및 설계과정에서는 건축물 내 외부의 공간감을 확인하기 위해 건물모형을 제작하였으나 건물모형은 비교적 많은 제작 시간과 노력이 들며 건물의 내부 정보를 파악하기에 어려움이 따른다. 이를 보완하기 위해 기존 설계, 계획 과정과 그에 대한 가시화 방법으로써 CAD툴을 사용하여 건물 모형으로는 파악하기 어려운 건물 내부 정보를 가시화 할 수 있었지만, 건물모형에서 확인할 수 있는 부피감을 확인하기에는 부족함이 존재한다. 기본적으로 CAD는 설계에 목적을 두고 만들어진 프로그램이며 일반적인 가시화 환경인 2차원 모니터 화면상에서 3차원 건물을 보여주게 되므로 공간에 대한 인지적 몰입감을 만족시키기에는 부족하다. 본 논문에서는 BIM 형상정보 데이터를 일련의 소프트웨어로 가공하여 증강현실 컨텐츠로 변환하는 과정을 소개한다. 이는 건축계획 및 설계과정에서 형상정보가 수정될 경우 최종 가시화까지 소요되는 비용과 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 BIM 형상정보를 증강현실기법을 이용하여 3차원 인지공간에서 가시화함으로써 3차원 건물의 내 외부 공간정보를 분석하기가 용이하다. 또한 건물의 내 외부 정보를 증강현실 환경에서 효과적으로 조작할 수 있도록 건축 요소의 제거, 슬라이스컷 등 다양한 인터랙션을 제안한다.
In the current construction planning and designing process, an architectural miniature model was designed to verify the interior or exterior spatial sense of a building structure, but building of the miniature model is demand much more effort and time; in addition to this it has limitation to identi...
In the current construction planning and designing process, an architectural miniature model was designed to verify the interior or exterior spatial sense of a building structure, but building of the miniature model is demand much more effort and time; in addition to this it has limitation to identify interior information of the building. For a complement of it, CAD would be used in the existing planning and designing process to visualize the building information, but its visualization is not satisfactory for the 3D volume which could be easily verified with the miniature model. CAD is the specific software for designing building structures and the 3D results are usually rendered on 2D monitor screen. Therefore, there is a shortage of cognitive immersion for the 3D space. In this paper, we introduce the conversion process of BIM shape data into the Augmented Reality contents by using a series of softwares. As a result of modification on construction plan or design we reduced the cost and time to reconstruct the final visualization. We have shown that the interior or exterior information of the building structures are easily visualized with BIM shape data on augmented reality environment. Several proposed interaction methods, such as rem oval of building components, and slice-cut operation, provide the user for the effective manipulation of models on the augmented reality environment.
In the current construction planning and designing process, an architectural miniature model was designed to verify the interior or exterior spatial sense of a building structure, but building of the miniature model is demand much more effort and time; in addition to this it has limitation to identify interior information of the building. For a complement of it, CAD would be used in the existing planning and designing process to visualize the building information, but its visualization is not satisfactory for the 3D volume which could be easily verified with the miniature model. CAD is the specific software for designing building structures and the 3D results are usually rendered on 2D monitor screen. Therefore, there is a shortage of cognitive immersion for the 3D space. In this paper, we introduce the conversion process of BIM shape data into the Augmented Reality contents by using a series of softwares. As a result of modification on construction plan or design we reduced the cost and time to reconstruct the final visualization. We have shown that the interior or exterior information of the building structures are easily visualized with BIM shape data on augmented reality environment. Several proposed interaction methods, such as rem oval of building components, and slice-cut operation, provide the user for the effective manipulation of models on the augmented reality environment.
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문제 정의
이는 건물 계획 및 설계 과정에서 BIM 형상정보가 변경되었을 때 손쉽게 증강현실 컨텐츠에 반영할 수 있다. 또한 본 논문에서는 증강현실 내에서의 BIM 형상정보를 효과적으로 가시화 하고 자유로운 사용자 상호작용을 구현하기 위해 건물 구성요소의 선택적 제거, 슬라이스컷 가시화 등을 제안한다.
본 논문에서는 BIM 건축물 데이터를 활용하여 증강현실 환경에서 몰입적 가시화를 위한 정보가공 방법을 제안하고, 다양한 사례별 활용도를 실험 결과를 통하여 제시하였다. 본 논문에서 제시한 결과는 하나의 건물에 대하여 본 연구에서 제안하는 방법에 대한 가공방법과 그 활용법을 사례별로 정리하여 제시하는데 초점을 두었으나, 앞으로 현장에서의 효과적 활용과 콘텐츠 구축을 위해서는 본 논문에서 제안한 가공과정을 자연스럽게 연결하여 처리할 수 있는 소프트웨어적인 최적화 작업이 요구된다.
본 논문에서는 BIM 기술과 증강현실 기술을 융합하여 건물 공간정보의 효율적인 관찰과 분석이 가능한 가시화 방법을 제안한다.
별도의 플러그인을 추가 설치하게 되면 물리 엔진과 인공지능 기능을 사용할 수 있다. 본 논문에서는 BIM으로 설계된 건물에 OGRE 3D를 이용하여 다양한 가시화 효과를 주었다.
본 논문에서는 건물의 전체 속성을 포함하고 있는 BIM 데이터를 활용하여 3차원 모델생성 과정없이 간단한 변환과정만을 통하여 증강현실 환경에서 가시화할 수 있도록 BIM 형상정보를 가공하는 방법을 소개한다. 이는 건물 계획 및 설계 과정에서 BIM 형상정보가 변경되었을 때 손쉽게 증강현실 컨텐츠에 반영할 수 있다.
공간정보 분석을 위한 기존의 가시화 방법으로는 2차원 디스플레이로 인한 가시성 확보와 형상정보 전달에 한계가 존재했다. 본 논문에서는 증강현실기술을 이용한 건축물 형상정보 가시화 기법을 제안하여 실세계와의 조화로운 가시화를 구현함으로써 기존의 고정된 형태의 가시화 방법에서 나타나는 한계들을 개선할 수 있었다.
제안 방법
또한, 계획 일정에 따른 4D 시뮬레이션을 현지 시점까지 수행한 후 웹 카메라를 통하여 실시간으로 시간과 공간 현장의 영상 정보를 취득하는 방법을 제안하였다. AR 솔루션 소프트웨어를 사용하여 마커 위에 마커와 정합되는 3차원 객체 모델과 공사 현장 정보를 가시화하였다[10].
3DsMax로 손상된 텍스쳐 보정 작업을 수행 한 후, OGRE 3D에서는 텍스쳐 부분과 건물 객체 부분을 독립적으로 읽어서 각각 분리하여 저장한다. 그리고 기존의 건물모델의 중심 위치가 변환과정에서 달라질 수 있으므로, 증강하였을 시 마커 위에 정확하게 증강되도록 3DsMax를 이용하여 건물의 중심 좌표를 보정하였다.
이를 위하여 ArchiCAD, 3DsMax, OGRE 3D를 활용하여 3차원 건축물 객체를 생성한 후 ARToolkit으로 BIM 데이터에 의하여 생성된 건물을 증강하였다. 다양한 마커를 추가 인식 가능하게 하여 마커 인터랙션과 슬라이스 컷 기능을 이용하여 건물의 내부 형상정보를 관찰할 수 있도록 하였다.
김현승 등(2009)은 기존의 공사 진도관리 시스템에서의 한계인 가상현실과 실세계의 이질감을 해결하기 위하여 증강현실 시스템을 도입하였다. 또한, 계획 일정에 따른 4D 시뮬레이션을 현지 시점까지 수행한 후 웹 카메라를 통하여 실시간으로 시간과 공간 현장의 영상 정보를 취득하는 방법을 제안하였다. AR 솔루션 소프트웨어를 사용하여 마커 위에 마커와 정합되는 3차원 객체 모델과 공사 현장 정보를 가시화하였다[10].
OGRE 3D는 다양한 물리적 효과를 부여할 수 있으며 간단한 수정만으로도 카메라 위치 및 조명의 위치, 건물의 방향, 스케일을 쉽게 조작할 수 있는 장점이 있다. 또한, 슬라이스 컷 기능을 부여하여 3차원 건축물의 내부 형상정보를 가시화함으로써 건물의 형상정보를 직관적으로 파악하고 분석할 수 있게 하였다. 본 연구에서는 증강하여 적용되는 모든 효과는 OGRE 3D 엔진을 사용하여 렌더링하였다.
증강현실 기술을 실제로 적용 가능하게 테스트하여 효과적인 주거지 배치 계획 수립을 위한 활용 방안을 마련하였다. 마커를 이동시키며 가상의 3차원 환경에서 주동을 배치하고 실제 환경에서 구현 가능한 테스트를 시행하였다. 증강현실 실험을 통하여 증강현실 기술이 실무적용에는 어려움이 따르겠지만, 주거단지 배치계획에는 활용될 수 있을 것이라는 결과를 얻었다[11].
먼저 와 같이 BIM 기술을 이용하여 설계된 건물의 정보를 ArchiCAD 프로그램을 이용하여 불러온 후 건물을 제외한 불필요한 환경 객체들을 제거한다.
본 논문에서는 BIM으로 설계된 3차원 모델을 이용하여 건물의 형상정보를 증강현실로 표현하는 일련의 과정을 정의하고 다양한 3차원 모델 가시화 방법을 사례별로 연구하였다. 이를 위하여 ArchiCAD, 3DsMax, OGRE 3D를 활용하여 3차원 건축물 객체를 생성한 후 ARToolkit으로 BIM 데이터에 의하여 생성된 건물을 증강하였다.
BIM 소프트웨어로는 Autodesk사의 Revit Architecture, Graphisoft사의 ArchiCAD, Bentley사의 Microstation 등이 대표적이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 ArchiCAD 소프트웨어를 사용하여 설계 및 3차원 모델링을 수행하였다.
또한, 슬라이스 컷 기능을 부여하여 3차원 건축물의 내부 형상정보를 가시화함으로써 건물의 형상정보를 직관적으로 파악하고 분석할 수 있게 하였다. 본 연구에서는 증강하여 적용되는 모든 효과는 OGRE 3D 엔진을 사용하여 렌더링하였다.
본 절에서는 ArchiCAD와 3DsMax, OGRE 3D를 활용하여 건축물 객체를 생성하고, ARToolkit으로 앞서 생성한 객체를 증강 가시화하는 과정을 설명한다.
본 논문에서는 BIM으로 설계된 3차원 모델을 이용하여 건물의 형상정보를 증강현실로 표현하는 일련의 과정을 정의하고 다양한 3차원 모델 가시화 방법을 사례별로 연구하였다. 이를 위하여 ArchiCAD, 3DsMax, OGRE 3D를 활용하여 3차원 건축물 객체를 생성한 후 ARToolkit으로 BIM 데이터에 의하여 생성된 건물을 증강하였다. 다양한 마커를 추가 인식 가능하게 하여 마커 인터랙션과 슬라이스 컷 기능을 이용하여 건물의 내부 형상정보를 관찰할 수 있도록 하였다.
이론/모형
OGRE 3D로 모든 과정을 테스트한 후 건물을 현실공간에 증강하기 위해서는 ARToolKit을 활용한다. 실험방법은 <그림 7>과 같이 웹캠을 이용하여 책상 위에 놓인 마커를 인식하면 <그림 8>과 같이 모니터 화면을 통해 마커 위에 실제로 존재하지 않지만 실제로 존재하는 것처럼 증강된 건물을 확인할 수 있다.
<그림 6>과 같이 건물을 증강현실로 가시화할 때 더 사실적인 그래픽스 렌더링 환경을 구현하기 위하여 OGRE 3D 엔진을 이용한다. OGRE 3D는 다양한 물리적 효과를 부여할 수 있으며 간단한 수정만으로도 카메라 위치 및 조명의 위치, 건물의 방향, 스케일을 쉽게 조작할 수 있는 장점이 있다.
성능/효과
또한, 슬라이스 컷 기능을 구현하여, 현실에서는 불가능하였던 건물을 원하는 방향으로 잘라서 내·외부 정보를 쉽고 빠르게 관찰할 수 있었다.
또한, 증강 시스템을 구축한 후에는 사용자의 접근성이 쉬우며 BIM 프로그램 없이도 간단하게 건물의 내·외부 정보를 가시화할 수 있으므로 사용자가 원하는 요구를 빠르게 반영할 수 있어 다양한 조합의 건축물 공간정보 가시화를 구현할 수 있었다.
본 논문에서 제안한 BIM 데이터의 증강현실 기반 가시화를 통하여, 건축물정보에 대한 3차원 가시화 콘텐츠를 보다 효과적으로 생성할 수 있음을 보여주었다. 이는 최종적으로 BIM 3차원 모델 가시화를 위한 목적으로서의 활용뿐만 아니라, 본 논문에서 제시한 다양한 사용 사례와 같이 3차원 멀티미디어 가시화 환경에서의 다양한 기능적 장점들을 최대한 활용할 수 있음을 증명하였다.
본 논문에서 제안한 가시화 방법은 수작업으로 모형을 제작하여 가시화하는 기존의 방법에 비하여, BIM 3차원 모델의 가시화를 위한 콘텐츠 제작 시간상의 효율을 향상할 뿐만 아니라, 3차원 가시화를 위한 다양한 인터랙션 기법을 동원함으로써 더욱 다양한 형태의 가시화가 가능케 되었다. 전통적인 방법으로 조형모델을 구축할 경우, 물리적으로 형태가 고정되어 있으므로 수정사항에 대한 반영이 힘들고 내부정보 가시화를 위한 해체가 불가능한 단점이 있었으나 본 논문에서 제안된 시스템은 계획 수정이나 보완에 대한 반영이 쉬우므로 보다 현장 적응적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
이는 최종적으로 BIM 3차원 모델 가시화를 위한 목적으로서의 활용뿐만 아니라, 본 논문에서 제시한 다양한 사용 사례와 같이 3차원 멀티미디어 가시화 환경에서의 다양한 기능적 장점들을 최대한 활용할 수 있음을 증명하였다. 본 논문의 연구에서는 거리와 각도에 따라 건물모델을 다양한 시점으로 관찰할 수 있었으며 추가적인 마커 인식을 통하여 건물을 선택적 가시화가 가능하였다. 또한, 슬라이스 컷 기능을 구현하여, 현실에서는 불가능하였던 건물을 원하는 방향으로 잘라서 내·외부 정보를 쉽고 빠르게 관찰할 수 있었다.
본 연구에서 제안하는 시스템을 구축 한 후에는 사용자의 접근성이 쉬우며 BIM 프로그램이 없이도 간단하게 건물의 내·외부 정보를 선택적으로 가시화할 수 있다.
본 논문에서 제안한 BIM 데이터의 증강현실 기반 가시화를 통하여, 건축물정보에 대한 3차원 가시화 콘텐츠를 보다 효과적으로 생성할 수 있음을 보여주었다. 이는 최종적으로 BIM 3차원 모델 가시화를 위한 목적으로서의 활용뿐만 아니라, 본 논문에서 제시한 다양한 사용 사례와 같이 3차원 멀티미디어 가시화 환경에서의 다양한 기능적 장점들을 최대한 활용할 수 있음을 증명하였다. 본 논문의 연구에서는 거리와 각도에 따라 건물모델을 다양한 시점으로 관찰할 수 있었으며 추가적인 마커 인식을 통하여 건물을 선택적 가시화가 가능하였다.
후속연구
최근 이슈가 되고 있는 BIM 기술은 IT 기술과 융합하여 빠르게 발전하고 있으며 기존 건축과정의 한계를 해결하는데 도움을 주고 있다[7, 19]. BIM은 단순히 기술이 아니라 건축주, 건축디자이너, 엔지니어, 시공자등 서로의 생각을 쉽게 이해하게 도와주며 의사소통을 원활하게 이루어지게 할 수 있는 하나의 수단으로 BIM 데이터를 어떠한 방법으로 어떻게 가시화하여야 더욱 뛰어난 효과를 볼 수 있을 것인지 연구할 필요가 있다.
3차원 공간정보데이터는 기존의 2차원 공간정보 데이터와는 비교할 수 없을 만큼 많은 정보를 가지고 있어 공간정보데이터의 가시화 방법이 점차 중요해지고 있다. 공간정보 데이터 가시화를 위해 건축 분야의 BIM (Building Information Modeling) 기술을 활용한다면 뛰어난 효과를 볼 수 있을 것이다. 최근 이슈가 되고 있는 BIM 기술은 IT 기술과 융합하여 빠르게 발전하고 있으며 기존 건축과정의 한계를 해결하는데 도움을 주고 있다[7, 19].
이는 매끄러운 업무동선을 고려하고 현장 실무자의 컴퓨터 활용 경험에 따라 하나의 시스템으로 통합되어 정리될 필요가 있다. 또한, 풍부한 BIM를 증강현실 환경에서 실시간으로 렌더링하기 위한 그래픽스 파이프라인 체계화를 통하여 더욱 다양한 가시화 정보를 그래픽스 환경에서 매끄럽게 재생함으로써 사용자에게 3차원 가시화 경험을 보다 몰입적으로 체험할 수 있도록 하여야 할 것이다.
본 논문에서는 BIM 건축물 데이터를 활용하여 증강현실 환경에서 몰입적 가시화를 위한 정보가공 방법을 제안하고, 다양한 사례별 활용도를 실험 결과를 통하여 제시하였다. 본 논문에서 제시한 결과는 하나의 건물에 대하여 본 연구에서 제안하는 방법에 대한 가공방법과 그 활용법을 사례별로 정리하여 제시하는데 초점을 두었으나, 앞으로 현장에서의 효과적 활용과 콘텐츠 구축을 위해서는 본 논문에서 제안한 가공과정을 자연스럽게 연결하여 처리할 수 있는 소프트웨어적인 최적화 작업이 요구된다. 이는 매끄러운 업무동선을 고려하고 현장 실무자의 컴퓨터 활용 경험에 따라 하나의 시스템으로 통합되어 정리될 필요가 있다.
또한, 게임캐릭터, 특수영상 효과, 건축인테리어, 애니메이션 등 다양한 분야에서 많은 비중을 차지하며 활용도가 점차 증가하고 있다. 본 연구에서는 주로 텍스쳐 보정과 좌표계 일치 작업에 3DsMax를 활용하였고, 부가적인 3차원 모델편집에도 유용하게 활용할 수 있다.
슬라이스 컷 기능은 건물을 자신이 원하는 방향으로 3차원 모델링한 건물을 자를 수 있어 현실에서는 보기 어려운 3차원 건축물의 내부 정보 관찰이 가능하다. 슬라이스 컷 기능을 이용하여 건물을 원하는 방향으로 다양한 각도로 잘라서 내부를 확인하여 더욱 효과적인 공간정보를 관찰할 수 있을 것이다.
본 논문에서 제안한 가시화 방법은 수작업으로 모형을 제작하여 가시화하는 기존의 방법에 비하여, BIM 3차원 모델의 가시화를 위한 콘텐츠 제작 시간상의 효율을 향상할 뿐만 아니라, 3차원 가시화를 위한 다양한 인터랙션 기법을 동원함으로써 더욱 다양한 형태의 가시화가 가능케 되었다. 전통적인 방법으로 조형모델을 구축할 경우, 물리적으로 형태가 고정되어 있으므로 수정사항에 대한 반영이 힘들고 내부정보 가시화를 위한 해체가 불가능한 단점이 있었으나 본 논문에서 제안된 시스템은 계획 수정이나 보완에 대한 반영이 쉬우므로 보다 현장 적응적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 증강 시스템을 구축한 후에는 사용자의 접근성이 쉬우며 BIM 프로그램 없이도 간단하게 건물의 내·외부 정보를 가시화할 수 있으므로 사용자가 원하는 요구를 빠르게 반영할 수 있어 다양한 조합의 건축물 공간정보 가시화를 구현할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
BIM이란?
BIM은 건물의 설계에서부터 완공까지의 시공간정보를 포함하고 있을 뿐만 아니라 유지보수가 가능하여 건축물의 수명주기 동안 생성되는 모든 정보를 관리 감독하는 기술이다[1, 18].
현행 건축설계과정의 문제점은?
특히 건물모형은 아파트 분양을 위한 모델하우스 등에 전시함으로써 고객들의 의사결정에 매우 중요한 역할을 수행하고 있다. 하지만 수작업으로 제작 되는 모형건물은 제작과정에 많은 노력과 시간, 비용이 소모된다. 만약 설계도면이 수정되었을 때 이미 만들어진 건물모형을 수정하기에는 많은 어려움이 생기게 되며, 건물 모형만으로는 내부의 형상정보를 파악하기도 힘들다. 이러한 한계는 BIM 데이터를 이용한 증강현실 기반 가시화 기법을 이용하여 건물의 형상정보를 가시화함으로써 해소할 수 있다.
3차원 공간정보데이터에서는 무엇이 점차 중요해지고 있는가?
공간정보기술은 기존의 지리정보체계 분야에 머무르지 않고 점차 발전하여 3차원 공간정보가 융합된 새로운 콘텐츠가 개발되어 다양한 분야에서 활용되고 있다. 3차원 공간정보데이터는 기존의 2차원 공간정보 데이터와는 비교할 수 없을 만큼 많은 정보를 가지고 있어 공간정보데이터의 가시화 방법이 점차 중요해지고 있다. 공간정보 데이터 가시화를 위해 건축 분야의 BIM (Building Information Modeling) 기술을 활용한다면 뛰어난 효과를 볼 수 있을 것이다.
참고문헌 (19)
Charles Thomsen, 2009, "Building Information Modeling," PMIS.
Gregory Junker, 2010, "Pro OGRE 3D Programming," Apress, p.288.
James R. Vallino, 1998, "Interactive Augmented Reality," University of Rochester, New York.
Paul Milgram, Haruo Takemura, Akira Utsumi, Fumio Kishino, 1994, "Augmented reality: A class of displays on the reality-virtuality continuum," SPIE Vol. 2351, pp.282-292.
Ronald T. Azuma, 1997, "A Survey of Augmented Reality," Teleoperators and Virtual Environments, Vol. 6, No. 4, pp.355-385.
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