3차원시뮬레이션을 이용하여 조망, 일조, 일영, 직광 등 3차원 공간분석에 대한 분야가 발전함에 따라 3차원 시뮬레이션에 필요한 3차원 지형모델 제작에 관한 연구가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 법선의 방정식을 이용하여 2차원 설계도면을 3차원 지형모델로 변환함으로써 개발후의 3차원 지형모델을 생성하는 방안을 제시하였다. 2차원 설계로부터 3차원 지형모델 생성을 위한 자동화 알고리즘을 개발하였으며, 향후 세부적인 연구가 필요할 것으로 예상된다.
3차원 시뮬레이션을 이용하여 조망, 일조, 일영, 직광 등 3차원 공간분석에 대한 분야가 발전함에 따라 3차원 시뮬레이션에 필요한 3차원 지형모델 제작에 관한 연구가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 법선의 방정식을 이용하여 2차원 설계도면을 3차원 지형모델로 변환함으로써 개발후의 3차원 지형모델을 생성하는 방안을 제시하였다. 2차원 설계로부터 3차원 지형모델 생성을 위한 자동화 알고리즘을 개발하였으며, 향후 세부적인 연구가 필요할 것으로 예상된다.
As the progress regarding spatial analysis on features such as landscape, sunlight, shadow, and direct ray using 3D simulation, it is required to research the creation of 3D terrain models crucial for 3D simulations. In this paper, we suggested the methods to create the 3D terrain model for the stat...
As the progress regarding spatial analysis on features such as landscape, sunlight, shadow, and direct ray using 3D simulation, it is required to research the creation of 3D terrain models crucial for 3D simulations. In this paper, we suggested the methods to create the 3D terrain model for the state after development, by transfer the 2D plan to 3D terrain model using the normal equation. Automated algorithm producing 3D terrain model from 2D plan was developed. And It is expected to be needed more studies detailed.
As the progress regarding spatial analysis on features such as landscape, sunlight, shadow, and direct ray using 3D simulation, it is required to research the creation of 3D terrain models crucial for 3D simulations. In this paper, we suggested the methods to create the 3D terrain model for the state after development, by transfer the 2D plan to 3D terrain model using the normal equation. Automated algorithm producing 3D terrain model from 2D plan was developed. And It is expected to be needed more studies detailed.
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문제 정의
본 연구는 3차원 공간좌표변환에 대한 자동화 방안을 제시하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
이와 같이 분석에 활용할 수 있는 3차원 지형모델제작의 필요성에 따라, 본 연구는 2차원 도로 설계 자료를 이용하여 3차원 공간분석에 필요한 3차원 지형모델제작 자동화 방안을 제시하고자 한 것이며, 자동화를 위한 2차원 자료의 3차원 공간정보 변환 알고리즘을 개발하였다.
제안 방법
2차원 계획선형의 3차원 상대좌표 변환은 Auto CAD Lisp을 이용하여 단순 변환하였다. 2차원의 X좌표를 3차원의 X좌표로, 2차원의 Y좌표를 3차원의 Z좌표로 변환하고, 3차원의 Y좌표를 횡단면 구간번호를 이용하여 변환하였다.
2차원 계획선형의 생성은 횡단면도를 이용하였으며, 왼쪽 원지형을 시점으로 하였다. 2차원 계획선형의 생성에 있어 횡단면도에 있는 설계레이어만를 이용할 경우 발생할 수 있는 원지형과의 오차를 줄이고자 횡단면도에 있는 원지형을 포함하였다. 설계는 원지형을 기준으로 위에 설계된 경우와 아래 설계된 경우가 있다.
2차원 계획선형의 생성은 횡단면도를 이용하였으며, 왼쪽 원지형을 시점으로 하였다. 2차원 계획선형의 생성에 있어 횡단면도에 있는 설계레이어만를 이용할 경우 발생할 수 있는 원지형과의 오차를 줄이고자 횡단면도에 있는 원지형을 포함하였다.
2차원 계획선형의 3차원 상대좌표 변환은 Auto CAD Lisp을 이용하여 단순 변환하였다. 2차원의 X좌표를 3차원의 X좌표로, 2차원의 Y좌표를 3차원의 Z좌표로 변환하고, 3차원의 Y좌표를 횡단면 구간번호를 이용하여 변환하였다.
Auto CAD Lisp을 이용하여 계획선형의 중심점에 대한 좌표를 자동으로 생성하고 절대좌표와의 변화량을 계산하여 3차원 절대좌표로 이동하였다. Figure 10은 3차원 계획선형 절대좌표로 이동한 것을 나타낸 것이다.
개발 전 3차원 시뮬레이션 제작은 정사영상과 LiDAR 데이터를 이용하였으며, 개발 후 3차원 시뮬레이션 제작은 정사영상과 3차원 공간좌표변환 알고리즘을 통하여 생성된 3차원 지형모델을 이용하였다.
0을 이용하였다. 계획노선도 도로중심선에 대한 X, Y 좌표와 종단면도로부터 얻은 Z값을 입력하고 2차원 계획선형을 입력하면 3차원 공간좌표 변환 알고리즘에 의해 3차원 절대좌표 값을 산출할 수 있도록 하였다. 또한 Point & Line 과 text 형식으로 저장이 가능하다.
이에 본 연구에서는 횡단면도의 계획 및 구조물 선형을 이용하여 2차원 계획선형을 생성한 후, 상대좌표인 계획선형을 3차원 상대좌표로 변환하였다. 그리고 계획 평면도와 종단면도를 이용하여 계획선형을 절대좌표로 전환하였다.
계획평면도는 X, Y에 대한 절대좌표로 이루어져 있으며 기 구축공간정보데이터 및 다른 자료와 호환이 가능하다. 도로중심선에 표시된 횡단측점은 횡단면의 중심점으로 본 연구에서는 상대좌표로 제작된 각 구간별 횡단면의 절대좌표 변환에 이용하였다.
건설 개발 전의 지형정보는 기 구축되어 있는 국가기본도인 1/5,000 수치지형도와 시(市)급 이상의 지방자치단체에서 구축되어진 1/1,000 수치지형도, 3차원 공간정보인 항공 LiDAR(Light Detection And Ranging) 측량 자료 등이 있으며 다양한 공간정보로부터 3차원 지형정보의 확보가 가능하다. 또한 공간모델링기법을 이용한 3차원 시뮬레이션의 제작이 용이하여 건설 개발 전의 지형 현황을 분석할 수 있다.
계획노선도 도로중심선의 X, Y는 Auto CAD Lisp을 이용하여 계획노선도의 각 측점에 대한 X, Y 좌표를 자동으로 생성하였다. 또한, Z값에 대해서는 종단면도의 측점에 표시되어 있는 값을 추출하였다. Figure 9는 계획노선도와 종단면도를 이용하여 횡단면 중심점에 대한 X, Y, Z를 나타낸 것이다.
마지막으로 설계지형에 대한 3차원지형모델은 3차원 절대좌표로 전환된 계획선형을 이용하여 불규칙삼각망(TIN)을 생성하여 제작하였다.
이에 본 연구에서는 횡단면도의 계획 및 구조물 선형을 이용하여 2차원 계획선형을 생성한 후, 상대좌표인 계획선형을 3차원 상대좌표로 변환하였다. 그리고 계획 평면도와 종단면도를 이용하여 계획선형을 절대좌표로 전환하였다.
절대좌표의 생성은 계획노선도 도로중심선을 이용하여 도로 중심선의 X, Y를 구하고 종단면도를 이용하여 계획고에 해당하는 Z값을 추출하였다. 계획노선도 도로중심선은 절대좌표로 되어 있고 실제 지형과 같은 1:1의 스케일을 가지고 있다.
지반고는 현재 지형의 높이를 의미하며, 계획고는 설계된 도로의 높이값이다. 종단면도에서 계획고는 건설이 이루어 졌을 때 해당지점의 실제 높이값이며 횡단면도에서의 횡단면 중심의 높이값이므로 본 연구에서는 종단면도의 계획고를 이용하여 횡단면의 절대좌표 변환에 이용하였다. Figure 5는 종단면도를 나타낸 것이다.
첫째, 계획평면도 및 종 · 횡단면도를 활용하여 2차원 계획선형의 생성 및 3차원 공간좌표 변환을 위한 프로세스를 정립하였다.
대상 데이터
건설 개발 후의 지형정보는 건설 대상지의 설계자료 중 토목설계 자료를 이용하여 획득할 수 있다. 토목설계 자료는 계획평면도, 횡단면도, 종단면도 등 2차원 평면도로 제작이 이루어지고 있어 토목설계 자료만으로 건설 개발 후의 지형 변화에 대한 현황 분석이 용이하지 않다.
이론/모형
3차원 상대좌표로 변환된 계획선형에 대한 3차원 절대좌표로의 변환을 위해서는 계획선형의 중심점에 대한 절대좌표와 계획선형의 방향을 결정하기 위한 회전량을 알아야 한다. 계획선형의 중심점의 절대좌표는 계획노선도 도로중심선과 종단면도의 계획고로부터 Auto CAD Lisp을 이용하여 3차원 좌표값을 추출하였으며, 계획선형의 회전량은 법선의 방정식을 이용하였다. Figure 8은 3차원 공간좌표 변환 과정을 나타낸 것이다.
계획선형의 회전량은 법선방정식에 의해 계산하였다. 법선이란 한 점 P를 지나고 그 점에서의 접선에 수직인 직선을 말한다.
성능/효과
둘째, 수작업에 의한 3차원 지형모델 제작 시간을 줄일 수 있는 데몬프로그램을 제작하였으며 이를 통해 보다 신속하게 3차원 지형모델 제작이 가능하였다.
설계도면을 분석한 결과 계획평면도는 설계지형의 평면 절대좌표, 횡단면도는 설계지형의 형상, 종단면도는 설계지형의 높이값을 추출할 수 있을 것으로 판단되었다.
후속연구
2차원 설계자료를 이용한 3차원 지형 모델의 제작 자동화는 수치지도 수정 · 갱신 사업 및 도시개발 모니터링 분야에 대한 활용을 기대할 수 있을 것으로 예상된다.
셋째, 현재 개발 후 모습에 대한 3차원 지형모델을 제작하였으나, 정확성 및 활용성 분석을 위해서는 본 연구를 통해 제작된 3차원 모델과 현장실측에 의한 좌표의 상대적인 정확도 분석이 필요하다. 본 연구 대상 노선은 공사 중인 구간으로 공사완료후의 실측 성과와 비교분석이 이루어지지 못했으며 향후 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다. 2차원 설계자료를 이용한 3차원 지형 모델의 제작 자동화는 수치지도 수정 · 갱신 사업 및 도시개발 모니터링 분야에 대한 활용을 기대할 수 있을 것으로 예상된다.
셋째, 현재 개발 후 모습에 대한 3차원 지형모델을 제작하였으나, 정확성 및 활용성 분석을 위해서는 본 연구를 통해 제작된 3차원 모델과 현장실측에 의한 좌표의 상대적인 정확도 분석이 필요하다. 본 연구 대상 노선은 공사 중인 구간으로 공사완료후의 실측 성과와 비교분석이 이루어지지 못했으며 향후 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
계획평면도란 무엇인가?
계획평면도는 수치지형도 및 현황측량도를 바탕으로 도로의 평면선형을 표시한 도면으로, 도로의 IP, 도로 중심선, 횡단 체인, 사면, 구조물 등이 표시되어있다. 계획평면도는 X, Y에 대한 절대좌표로 이루어져 있으며 기 구축공간정보데이터 및 다른 자료와 호환이 가능하다.
횡단면도란 무엇인가?
횡단면도는 계획평면도상의 일정거리의 측점 마다 도로중심선의 직각방향으로 도로, 구조물, 지형의 높이를 계획한 설계 자료로 크게 원지형, 계획 및 구조물 선형으로 나누어진다. 원지형 선형은 현재 지형의 형상을 나타내고, 계획 및 구조물 선형은 설계자가 표준횡단구성표를 작성하면서 설계한 중앙분리대, 도로, 인도, 사면, 소단, 배수시설 등에 대한 형상 정보를 가지고 있다.
횡단면도의 종류인 원지형, 계획 및 구조물 선형은 각각 무엇을 나타내는가?
횡단면도는 계획평면도상의 일정거리의 측점 마다 도로중심선의 직각방향으로 도로, 구조물, 지형의 높이를 계획한 설계 자료로 크게 원지형, 계획 및 구조물 선형으로 나누어진다. 원지형 선형은 현재 지형의 형상을 나타내고, 계획 및 구조물 선형은 설계자가 표준횡단구성표를 작성하면서 설계한 중앙분리대, 도로, 인도, 사면, 소단, 배수시설 등에 대한 형상 정보를 가지고 있다. 횡단면도의 좌표는 2차원 평면 상대좌표로 X좌표는 횡단면의 길이를 나타내고, Y좌표는 횡단의 지형 높이를 의미하지만 실제 절대좌표와는 다르다.
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