국토교통부 공간정보오픈플랫폼으로 인해 3차원 공간정보자료에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구는 3차원 공간정보자료 중 텍스쳐 자료를 효율적으로 관리 및 저장에 관한 것으로, 다방향 항공 카메라 및 수직 항공 카메라에 의해 획득된 원시영상을 이용하여 항공삼각측량 및 3차원 저작을 통해 제작된 3차원 공간자료를 추출하고, 이 자료로부터 해당 텍스쳐 자료를 최적 저장 공간에 정렬 및 배치하여 단일 텍스쳐 자료를 생성하는 방안을 연구하고 관련 기법을 개발하였다. 실험 결과, 기존 방안인 단일 파일 저장 방식에 비해 최대 1/8배에 상응하는 용량 축소 효과가 있었으며, 다중 파일 저장 방식과 비교하였을 때 파일 관리 효율성을 증진시킬 수 있음을 최종 확인하였다. 본 연구 성과는 다수의 3차원 공간정보자료를 효율적으로 관리하기 위한 초석이 될 것으로 판단되며, 향후 알고리즘의 개선 및 추가 연구를 통해 활용 방안이 증대될 것으로 사료된다.
국토교통부 공간정보 오픈플랫폼으로 인해 3차원 공간정보자료에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구는 3차원 공간정보자료 중 텍스쳐 자료를 효율적으로 관리 및 저장에 관한 것으로, 다방향 항공 카메라 및 수직 항공 카메라에 의해 획득된 원시영상을 이용하여 항공삼각측량 및 3차원 저작을 통해 제작된 3차원 공간자료를 추출하고, 이 자료로부터 해당 텍스쳐 자료를 최적 저장 공간에 정렬 및 배치하여 단일 텍스쳐 자료를 생성하는 방안을 연구하고 관련 기법을 개발하였다. 실험 결과, 기존 방안인 단일 파일 저장 방식에 비해 최대 1/8배에 상응하는 용량 축소 효과가 있었으며, 다중 파일 저장 방식과 비교하였을 때 파일 관리 효율성을 증진시킬 수 있음을 최종 확인하였다. 본 연구 성과는 다수의 3차원 공간정보자료를 효율적으로 관리하기 위한 초석이 될 것으로 판단되며, 향후 알고리즘의 개선 및 추가 연구를 통해 활용 방안이 증대될 것으로 사료된다.
Recently, interests in space information data are increasing due to the initiation of spatial information open platform service by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport. The purpose of this study is optimizing management and storing of the texture data, one kinds of 3D-spatial data. Fir...
Recently, interests in space information data are increasing due to the initiation of spatial information open platform service by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport. The purpose of this study is optimizing management and storing of the texture data, one kinds of 3D-spatial data. First, extract 3D-spatial data through the aerial triangulation and 3D-writing using raw image taken with the Multi-directional aerial camera and the vertical aerial camera. And develop the method to create single texture data and related technique by align and place corresponding 3D-spatial data to optimal storage space. Through experiment, the results show effect of 8 times of storage capacity reduction compared to existing single-file storage method, additionally, new method can improve file management efficiency in comparison with multiple file storage method. The results of this study can be cornerstone of three-dimensional space information management when dealing with bulk data, and utilizations will be enhanced through the further studies and algorithm improvement.
Recently, interests in space information data are increasing due to the initiation of spatial information open platform service by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport. The purpose of this study is optimizing management and storing of the texture data, one kinds of 3D-spatial data. First, extract 3D-spatial data through the aerial triangulation and 3D-writing using raw image taken with the Multi-directional aerial camera and the vertical aerial camera. And develop the method to create single texture data and related technique by align and place corresponding 3D-spatial data to optimal storage space. Through experiment, the results show effect of 8 times of storage capacity reduction compared to existing single-file storage method, additionally, new method can improve file management efficiency in comparison with multiple file storage method. The results of this study can be cornerstone of three-dimensional space information management when dealing with bulk data, and utilizations will be enhanced through the further studies and algorithm improvement.
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문제 정의
본 연구에서는 앞서 언급한 텍스쳐 저장 방식을 통해 단일 파일 저장 방식을 선택하는 것이 관리 측면에서 가장 용이할 것으로 판단하였다. 단, 이로 인해 발생하는 용량 낭비 문제가 발생하므로, 이를 해결하기 위한 방안으로 파일 내 텍스쳐 이미지 배치 최적화를 모색하였다.
본 연구는 3차원 공간정보자료를 효율적으로 관리하고 각 자료의 용량을 최적화할 수 있는 방안을 도출하기 위해, 기존의 텍스쳐 이미지 파일 저장 방식을 분석함으로써 각 방안이 가진 장점을 취하고 단점을 보완할 수 있는 방안을 도출하여 최적의 방안을 도출하였다.
이에, 본 연구에서는 3차원 공간정보자료의 텍스쳐 저장 방안을 연구하고 새로운 방법을 도출함으로써 다수의 텍스쳐 파일을 효율적으로 관리하고 저장 공간을 최소화할 수 있는 최적의 텍스쳐 저장 방안을 도출하였다.
제안 방법
실험은 선별된 3차원 공간정보자료에 대한 텍스쳐 이미지를 다중 파일과 단일 파일로 각각 제작하였으며, 본 연구에서 도출한 최적 방안으로 제작하였다. <표 2>는 각 방안에 대해 제작된 텍스쳐 자료의 최종 용량 및 파일 개수를 정리한 것으로 본 연구에서 도출한 최적 텍스쳐 배치 알고리즘의 성능을 비교하기 위함이다.
최적의 텍스쳐 배치는 다음과 같다. 우선, 초기 저장공간상의 좌측 상단 즉 원점(0,0)에 첫 번째로 정렬된 텍스쳐를 배치하고 배치된 영역(Footprint)을 저장한다. 그 후 정렬된 두 번째 텍스쳐 자료는 배치된 영역의 버텍스를 기준으로 이동량(Offset)과 텍스쳐 경계를 설정한다.
최초 저장 공간의 크기가 산출되면 각각의 텍스쳐의 크기에 대해 내림차순 정렬을 수행한다(그림 6). 이후, 텍스쳐를 배치하기 위해 각 텍스쳐 자료의 이동량, 영상영역(MBR) 및 최종 텍스쳐 영상경계를 계산한다<;표 1>. 연산에 필요한 각종 정보가 산출되면, 해당 정보를 이용하여 최종 텍스쳐 경계를 생성한다(그림 7).
대상 데이터
실험에 사용한 데이터는 상용 소프트웨어를 통해 제작한 3차원 건물로써 공간정보 오픈플랫폼에 사용되는 3차원 공간정보자료와 동일한 사양을 가진 파일이다. 비교적 모양이 간단하고 용량이 적은 파일과 복잡하고 텍스쳐의 개수가 많은 건물을 선별하여 실험을 진행하였다.
실험에 사용한 데이터는 상용 소프트웨어를 통해 제작한 3차원 건물로써 공간정보 오픈플랫폼에 사용되는 3차원 공간정보자료와 동일한 사양을 가진 파일이다. 비교적 모양이 간단하고 용량이 적은 파일과 복잡하고 텍스쳐의 개수가 많은 건물을 선별하여 실험을 진행하였다.
성능/효과
모든 실험 대상에 대해 동일한 용량으로 이미지 파일이 생성된 이유는 최종 제작된 텍스쳐 경계의 최대 영역이 모두 2,048×1,024 크기를 초과하지 않기 때문인 것으로 확인되었다.
비록 파일의 개수가 많으나, 타 방안과 달리 불필요한 공간 없이 사용자가 입력한 영상 정보만을 보유하고 있기 때문인 것으로 파악된다. 반면, 텍스쳐 이미지를 단일 파일로 저장할 경우, 불필요한 공간이 너무 많이 늘어나 다중 파일 저장 방식에 비해 최소 4.3배에서 최대 9.6배까지 용량이 배가되는 것을 확인할 수 있었다. 크기가 작은 텍스쳐 이미지가 많을수록 이로 인해 발생한 빈 공간을 보충하기 위해 추가된 불필요한 공간이 기하급수적으로 늘어났기 때문이다.
본 연구에서는 앞서 언급한 텍스쳐 저장 방식을 통해 단일 파일 저장 방식을 선택하는 것이 관리 측면에서 가장 용이할 것으로 판단하였다. 단, 이로 인해 발생하는 용량 낭비 문제가 발생하므로, 이를 해결하기 위한 방안으로 파일 내 텍스쳐 이미지 배치 최적화를 모색하였다.
실험 결과, 선별된 4가지 실험 대상에 대해 텍스쳐 이미지를 다중 파일로 저장할 경우에 대해 파일 용량이 가장 적은 것으로 나타났다. 비록 파일의 개수가 많으나, 타 방안과 달리 불필요한 공간 없이 사용자가 입력한 영상 정보만을 보유하고 있기 때문인 것으로 파악된다.
실험 결과, 연구를 통해 도출된 최적 텍스쳐 배치 알고리즘이 단일 파일 저장 방식에 비해 저장 공간을 최대 1/8배 축소시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 다수의 이미지 파일들을 관리해야하는 다중 파일 저장 방식과 달리 하나의 이미지 파일만을 관리하면 되어 관리의 효율성을 증진시켰다.
한편, 본 연구에서 도출한 최적 텍스쳐 배치 알고리즘을 적용한 결과, 실험 대상에 관계없이 동일 용량을 가진 하나의 텍스쳐 이미지 파일이 생성되었다. 모든 실험 대상에 대해 동일한 용량으로 이미지 파일이 생성된 이유는 최종 제작된 텍스쳐 경계의 최대 영역이 모두 2,048×1,024 크기를 초과하지 않기 때문인 것으로 확인되었다.
한편, 주어진 텍스쳐 이미지들을 이용하여 최적의 배치 방안을 수립하였음에도 불구하고, 최종 생성된 텍스쳐 이미지를 보면 비교적 넓은 공간들이 비어있는 것을 확인할 수 있다. 이는 기존의 텍스쳐 이미지를 변환시키지 않고 그대로 삽입하도록 명령하였기 때문이다.
후속연구
만약, 각각의 텍스쳐 이미지에 대해 회전 요소를 고려하여 이미지를 배치하도록 구현한다면 최종 이미지의 왼편으로 텍스쳐 이미지들이 배치될 것으로 보이며, 경우에 따라 영역 확장 없이 최소 영역에 모든 이미지가 삽입되어 현재보다 더 용량이 축소될 가능성이 존재한다. 이에, 본 연구의 알고리즘을 개선하기 위한 추가 연구가 필요할 것으로 판단되나, 본 연구의 성과도 그 활용 가치가 매우 높을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국토교통부에서 개시한 공간정보 오픈플랫폼은 무엇인가?
국토교통부에서 개시한 공간정보 오픈플랫폼은 미국 구글社에서 제공하는 “구글 어스” 서비스와 유사한 한국형 3차원 대민 지도 서비스이다. 2012년 공식 서비스를 개시한 공간정보 오픈 플랫폼은 우리나라의 주요 도심지나 관광지와 같은 랜드마크성 지역을 3차원 공간정보자료로 제작한 뒤, 이를 인터넷을 통해 서비스함으로써 가상의 현실 세계를 일반인도 쉽게 활용할 수 있도록 제작한 지도 서비스이다[3, 10].
3차원 공간정보자료를 현실과 같은 것으로 만들기 위해선 어떤 과정을 거쳐야 하는가?
사진측량기법에 의해 초기 제작된 3차원 공간정보자료는 현실에 존재하는 인공 지물과 형상만이 동일하고 색상은 부여되지 않는다. 따라서 대상물을 촬영한 항공사진 혹은 지상사진을 해당 공간정보자료에 입히는 텍스쳐 부여 작업을 수행하여야 현실과 동일한 3차원 공간정보자료 제작이 가능하다[1, 5, 7, 8, 9]. 한편, 각 인공 지물에 부여된 사진 즉, 텍스쳐는 해당 3차원 공간정보자료와 함께 전자 파일 형태로 저장되는데, 인공 지물의 개수가 많아질수록 전체 파일 용량이 증가하고 관리해야할 텍스쳐의 수가 급증한다.
공간정보 오픈플랫폼에 사용되는 3차원 공간정보자료는 어떻게 제작된 것인가?
2012년 공식 서비스를 개시한 공간정보 오픈 플랫폼은 우리나라의 주요 도심지나 관광지와 같은 랜드마크성 지역을 3차원 공간정보자료로 제작한 뒤, 이를 인터넷을 통해 서비스함으로써 가상의 현실 세계를 일반인도 쉽게 활용할 수 있도록 제작한 지도 서비스이다[3, 10]. 서비스에 사용된 3차원 공간정보자료는 고정밀의 3차원 공간정보 제작을 지원하는 사진측량기법에 의해 구축된 것으로써, 고해상도의 항공사진과 지상에서 취득한 사진 및 3차원 좌표 정보를 사용하여 제작된다[6, 7].
참고문헌 (11)
J. S. Go, I. H. Jeong, H. S. Shin, Y. S. Choi, S. K. Cho, "A Study on the Construction of Indoor Spatial Information using a Terrestrial LiDAR", Journal of Korea Spatial Information Society, Vol.21, No.3, pp.89-101, June 2013.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, Administrative guideline for 3D National Geographic Information Data Production Services, 2008.
M. W. Oh, H. J. Kim, J. W. Koh, "A Study on the Development of the Tourism Information Service based on a Service Science -Focus on Using VWORLD-", Journal of Korea Spatial Information Society, Vol.21, No.1, pp.23-36, February 2013.
National Geographic Information Institute, Work regulation of 3D National Geographic Information Data, 2013.
P. J. Neugebauer, K. Klein, "Texturing 3D Models of Real World Objects from Multiple Unregistered Photographic Views", Computer Graphics Forum, Vol.18, Issue3, pp.245-256, September 1999.
S. B. Kim, The Study on 3D Model Construction Algorithm Using Digital Oblique Imagery, 2011.
S. B. Kim, J. S. Go, H. G. Cho, J. W. Lee, "Construction of High-Precision 3D Spatial Information", Korean Society of Civil Engineers Journal, Vol.59, No.10, pp.18-23, October 2011.
S. J. Lee, (A) method for effective texture mapping using 3D graphics tools, 2010.
Weinhaus, F. M., and V. Devarajan, "Texture mapping 3D models of real-world scenes", Journal ACM Computing Surveys, Vol.29, Issue4, pp.325-365, 1997.
Y. O. Kang, N. H. Cho, A. T. Kang, J. Y. Park, "Strategic Plan for Application of Geospatial Information Technology in the Field of Education", Journal of Korea Spatial Information Society, Vol.22, No.2, pp.19-29, April 2014.
S. C. Noh, S. C. Moon, "A Study on Analytical Methods of u-Healthcare Services Software Architecture Requirements for Quality Assurance", Journal of Digital Contents Society, Vol.14, No.4, pp. 439-445, December 2013.
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