최근 스마트 컴퓨팅 기술(IEEE, 2016)의 급격한 발달에 따라 3차원 항해시스템에 대한 연구가 활발해지고 있으며, 이를 적용한 상용 3차원 항해 시스템 및 3D VTS 시스템이 등장하고 있다. 비록 3차원 기술이 널리 알려지고 사용되고 있다 하더라도, 베일에 쌓인 숨겨진 코드에 대한 내용은 밝혀진 바가 없다. 본 연구의 목적은 S-52 전자해도 표현 표준을 만족할 수 있도록, 3차원 디스플레이 환경 하에서 전자해도 객체를 표현하는 기초적인 접근 방법을 보이는 것이다. 향후에 스마트폰 및 패드와 같은 모바일 기기에서도 사용하고, 웹기반의 선박관제시스템에도 사용할 수 있도록 OpenGL ES를 이용하여 3D ENC Viewer를 개발하였다. 특히 면객체 삼각화(area object triangulation), 텍스처 매핑에 의한 복합선 표현, 폴리곤 패턴 채우기, 심볼 작도 등에 대해 자세히 설명한다. 삼각화된 공간정보를 포함하는 시스템전자해도(System ENC)의 파일크기와 디스플레이 속도의 상관관계를 검토하여 성능을 검증하였다.
최근 스마트 컴퓨팅 기술(IEEE, 2016)의 급격한 발달에 따라 3차원 항해시스템에 대한 연구가 활발해지고 있으며, 이를 적용한 상용 3차원 항해 시스템 및 3D VTS 시스템이 등장하고 있다. 비록 3차원 기술이 널리 알려지고 사용되고 있다 하더라도, 베일에 쌓인 숨겨진 코드에 대한 내용은 밝혀진 바가 없다. 본 연구의 목적은 S-52 전자해도 표현 표준을 만족할 수 있도록, 3차원 디스플레이 환경 하에서 전자해도 객체를 표현하는 기초적인 접근 방법을 보이는 것이다. 향후에 스마트폰 및 패드와 같은 모바일 기기에서도 사용하고, 웹기반의 선박관제시스템에도 사용할 수 있도록 OpenGL ES를 이용하여 3D ENC Viewer를 개발하였다. 특히 면객체 삼각화(area object triangulation), 텍스처 매핑에 의한 복합선 표현, 폴리곤 패턴 채우기, 심볼 작도 등에 대해 자세히 설명한다. 삼각화된 공간정보를 포함하는 시스템전자해도(System ENC)의 파일크기와 디스플레이 속도의 상관관계를 검토하여 성능을 검증하였다.
Recently, due to the rapid development of smart computing technology, there have been a lot of studies on 3D navigation, and consequently the advanced commercial 3D navigation system and 3D VTS system are on the market. Even the 3D technology is well known and wide spreaded, unfortunately, the secre...
Recently, due to the rapid development of smart computing technology, there have been a lot of studies on 3D navigation, and consequently the advanced commercial 3D navigation system and 3D VTS system are on the market. Even the 3D technology is well known and wide spreaded, unfortunately, the secret of code behind is still unleashed. The purpose of this paper is to show the basic methodologies to display ENC features under 3D display environment to meet the requirement of S-52 standards. The OpenGL ES is used to develop 3D ENC Viewer for further use on mobile platforms and web based vessel monitoring system. P articularly, area object triangulation, complex line drawing, polygon pattern filling and symbol drawing by texture mapping are explained in detail. The result of performance test is shown as table for correlation of SENC file size to display speed.
Recently, due to the rapid development of smart computing technology, there have been a lot of studies on 3D navigation, and consequently the advanced commercial 3D navigation system and 3D VTS system are on the market. Even the 3D technology is well known and wide spreaded, unfortunately, the secret of code behind is still unleashed. The purpose of this paper is to show the basic methodologies to display ENC features under 3D display environment to meet the requirement of S-52 standards. The OpenGL ES is used to develop 3D ENC Viewer for further use on mobile platforms and web based vessel monitoring system. P articularly, area object triangulation, complex line drawing, polygon pattern filling and symbol drawing by texture mapping are explained in detail. The result of performance test is shown as table for correlation of SENC file size to display speed.
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문제 정의
본 연구는 3차원 가시화 환경에서 3D 전자해도 시스템을 구현하기 위한 기초 연구로서, OpenGL ES의 3차원 가시화 환경에서 경도와 위도의 2차원 정보를 갖는 전자해도를 S-52 표준에 따라 표현하는 방법에 대해 연구한다.
본 연구는 웹기반 4차원 항해 시스템을 개발하기 위한 기초 단계로서 3차원 가시화 환경에서 S-52 표준을 적용하는 방법을 연구하였다.
본 연구를 통해 지금까지의 해양지리정보시스템(Marine GIS)과 3차원 가시화 시스템에 대한 선행 연구를 둘러보았고, 3차원 항해시스템과 더불어 시계열 데이터를 포함하는 4차원 항해시스템과 Web 기반 3차원 항해시스템에 대해서도 검토하였다.
본 연구에서는 화면 표시를 위한 좌표 변환 계산량을 줄이기 위해 모든 공간정보 자료를 점장변위에 따라 미리 점장하여 저장하였고, 확대, 축소 및 이동을 위하여 다음과 같은 좌표 체계를 고안하였다. Fig.
본 연구의 주요 목적은 심볼 그리기, 복합선 그리기, 패턴 채우기와 같은 S-52 표현 방법을 텍스처 매핑으로 구현하는 방법과 육지 지역, 수심지역과 같은 면 객체를 삼각화하여 3차원으로 표시하는 방법을 연구하고 그 전산 구현 결과를 보이는 것이다.
본 장에서는 3차원 가시화 환경에서 S-52 심볼로지 명령을 적용하기 위한 기초 연구로서, 점장도법을 적용한 좌표체계의 구성과 패턴라인 그리기, 복합선 그리기, 심볼 그리기 및 패턴 채우기 방법에 대해 설명한다.
주요 성과는 여러 상용 시스템이 있음에도 불구하고 지금껏 잘 알려지지 않은 전자해도의 3차원 표현 방법에 대해 알고리듬을 연구하고 전산 코드를 구현함으로써 3차원 표현 방법에 대한 학문적인 접근 방안을 마련하였다는 데 있다.
제안 방법
3단계의 간단한 행렬계산으로 화면의 확대, 축소 및 이동이 가능하도록 좌표체계와 그리기 함수를 구성하였다.
OpenGL ES에는 패턴 라인을 그리는 기능이 없으므로 본 연구에서는 텍스처 매핑 기법을 사용하여 패턴라인 그리기 기능, 복합선, 등대, 부이 같은 포인트 심볼 그리기 기능 및 다각형 채우기 기능을 개발하였다.
픽셀단위로 화면크기를 설정하는 glViewport 함수, 정사영투영(Orthographic Projection)을 설정하는 Matrix.Ortho 함수, 화면 중심을 이동하는 translate 함수, 회전을 적용하는 rotate 함수 및 전자해도 객체의 경위도 좌표를 화면 좌표로 변환하는 MoveCenter 함수를 조합하여 전자해도의 경위도 좌표에서 컴퓨터의 3차원 화면 좌표로 변환한다. 좌표변환의 구체적인 흐름은 Fig.
다각형을 삼각형으로 분할한 후에 OpenGL ES의 glDrawArrays 함수를 사용해 내부를 동일한 색으로 채움으로써 다각형을 작도한 것처럼 보이게 한다.
먼저 선(line)을 기본 단위 두께를 갖는 사각형으로 이해하여 심볼을 반복하여 그리는 방법으로 패턴라인 그리기 기능을 구현하였으며, 점선 또는 쇄선 같은 패턴 대신에 묘박지 경계선 심볼(Fig. 6의 (b))과 같은 심볼을 선분의 구성요소로 사용함으로써 복합선을 구현하였다.
이러한 구조의 S-57 공간정보와 속성 정보를 저장하고 S-52 Look up table, Presentation Library를 저장할 수 있는 클래스를 설계하고 구현하였다. 프로그램 개발도구로는 다중 플래폼용 프로그램을 제작할 수 있는 QT4)(https://www.
전자해도는 S-57에 정의된 표준에 따라 독립점(Isolated Node), 연결점(Connected Node) 및 선분(Edge)으로 점, 선, 면 공간 정보를 모델링하며, S-52에 정해진 표현 방법에 따라 화면에 도시한다. S-57에 정의된 공간 정보(Spatial Data)는 2차원을 바탕으로 자료구조를 구성하였기 때문에 3D로 구현하기에 적합하지 않다.
이론/모형
다각형의 삼각화에 관한 주제는 최근 100년간 꾸준히 연구되어 온 고전적인 연구 분야로 Recursive Ear Cutting algorithm, Sweep Line algorithm, Incremental Randomized Algorithm의 주요 3가지 알고리듬이 있다 (Wu, Poly2Tri). 본 연구는 Wu의 개선된 Sweep Line Algorithm을 사용하여 삼각화를 수행하였다.
이러한 구조의 S-57 공간정보와 속성 정보를 저장하고 S-52 Look up table, Presentation Library를 저장할 수 있는 클래스를 설계하고 구현하였다. 프로그램 개발도구로는 다중 플래폼용 프로그램을 제작할 수 있는 QT4)(https://www.qt.io)를 사용하였다.
성능/효과
000 확장자를 갖는 공인 전자해도 파일과 변환된 2D SENC 파일 그리고 3D SENC 파일의 크기 변화 및 운영체제에 따른 디스플레이 속도 변화를 Table 2에 보인다. 3D 데이터로 변환 시 공간정보량이 최대 4배 가량 늘어나지만 디스플레이 속도는 2배 이상 빨라지는 것을 확인하였으며, 안드로이드 스마트 폰에서도 1초 안에 디스플레이가 완료 되는 것을 확인하였다. 시험환경으로 i7 CPU, 8 GB RAM을 갖는 Windows 7 환경의 데스크탑과 삼성 엑시노스 5433 Octa Core 1.
텍스처 매핑 기법을 이용해 포인트 심볼, 패턴 라인, 복합선 그리기 및 다각형 채우기가 가능함을 확인하였는데, 3차원 가시화를 위해서는 S-52 표준 역시 보완될 필요가 있다는 것을 알았다.
특히, 3차원 표현을 위해서는 면 객체(Area Object)를 삼각 분할 하는 것이 필요하므로 현재의 S-57 표준을 삼각형 격자(mesh) 기반의 3D형식에 적합하도록 변경하는 것도 고려해야함을 알았다.
현재 S-57의 자료구조로는 면 객체를 삼각형으로 분할하여 표시해야 되므로 자료 저장 장소나 디스플레이 속도 면에서 효율적이지 않다는 것을 알았고, 3D 표현에 적합한 SENC 구조를 개발해야 한다는 것을 알았다.
후속연구
Fig. 10에서의 화면은 육상 지형의 높이 및 해저 지형의 깊이 값을 적용하지 않으므로 그 결과는 2D 전자해도와 같이 보이며, 향후 Fig 11에서 보인 것과 같이 수심정보를 이용한 3차원 해저지형 구성에 관한 연구가 완료 되면 Fig. 1과 같은 시스템을 구성할 수 있다.
Fig. 11에서 보는 바와 같이 전자해도의 수심선과 수심정보를 이용하여 자연스럽고 부드러운 연속적인 3차원 해저지형정보(Bathymetric Information)로 변환하는 후속 연구도 필요하다.
전자해도의 3차원 표현 방법은 본 연구에서 제안한 것 외에 여러 가지 방법이 있을 수 있으므로, 본 연구를 기점으로 앞으로 효율적이고 효과적인 다양한 여러 표현 방법에 관한 연구가 수행되기를 바란다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
심볼로지 명령어는 어떤 내용을 담고 있는가?
추출된 심볼로지 명령어에 따라 객체를 묘사하는데, 심볼로지 명령어는 조건부 심볼명령(Conditional Symbology), 복합선(Complex Line), 중심심볼(Centered Symbol) 등 다양한 표현 방법에 대한 내용을 담고 있다.(Lee, 2000).
투영법으로 점장도법을 사용할 경우 고위도로 갈수록 어떤 특징을 보이는가?
점장도법이란 경도선의 간격은 고정하고 위도선의 간격을 조절하여 각도 관계가 정확해지도록 고안한 도법으로 고위도로 갈수록 위도 간의 간격이 점점 넓어지는 특징이 있다.
전자해도는 어떤 특징이 있는가?
전자해도는 S-57에 정의된 표준에 따라 독립점(Isolated Node), 연결점(Connected Node) 및 선분(Edge)으로 점, 선, 면 공간 정보를 모델링하며, S-52에 정해진 표현 방법에 따라 화면에 도시한다. S-57에 정의된 공간 정보(Spatial Data)는 2차원을 바탕으로 자료구조를 구성하였기 때문에 3D로 구현하기에 적합하지 않다.
참고문헌 (19)
Arsenault, R., Plumlee, M., Smith, S., Ware, C., Brennan, R. & Mayer, L(2003). "Fusing Information in a 3D Chart of the Future Display", In Proceedings of the U.S. Hydro 2003 Conference, Biloxi, Mississippi, USA, 24-27 March 2003.
Ford, S.F(2002), "The first three-dimensional nautical chart", In D.J. Wright (ed.), Undersea with GIS: 117-38. ESRI Press.
Gold, C. M. et al(2004). "The 'marine gis' - dynamic GIS in action", In Proceedings of ISPRS 2004 - XXth Congress, Istanbul, Turkey.
Gold, C. M. and Goralski, R. I(2007), "3D Graphics Applied to Maritime Safety", 3rd International Workshop on Information Fusion and Geographical Information Systems, St. Petersburg, Russia.
Goralski, R. I., Ray, C. and Gold, C. M(2011). "Applications and benefits for the development of cartographic 3D visualization systems in support of maritime safety.", TransNav-International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, Vol. 5, No. 4, pp. 423-431.
Hormann, K., Spinello, S., & Schroder, P(2003), "C1-Continuous Terrain Reconstruction from Sparse Contours". In VMV pp. 289-297.
IEEE, "2nd IEEE International Conference on Smart Computing (SMARTCOMP 2016)", May 18-20, 2016 St. Louis, Missouri, http://www.smart-comp.org/.
Jang, I.S. and Kim, M.S(2015), "Implementation of the Shore-based Maritime Information Service Platform for e-Navigation Strategic Implementation Plan", J . Navig. Port Res. Vol. 39, No. 3, pp. 157-163.
Jung, M. et al(2015), "Analysis of User Requirement for the Improvement of ECDIS to Enhance Navigational Safety and Work Efficiency", J . Navig. Port Res. Vol. 39, No. 3, pp. 141-147.
Lee. H. Y et al(2000), "An Implementation of an ENC Representation System which meets S-52 presentation specification and S-57 transfer standards", The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, vol. 4, No. 2, pp. 469-478.
Lee, H. Y(2004) "A Design and Implementation of SENC Structure for efficient storage of S-57 spatial data", Journal of Navigation and Port Research, Vol. 28 No. 8, pp. 673-678.
Musliman, I.A., Abdul-Rahman, A. & Coors, V(2006), "3D Navigation for 3D-GIS - Initial Requirements", Innovations in 3D Geo Information Systems: pp. 259-268. Springer-Verlag.
Oh, S. W. et al(2011), "Development of KML conversion technology of ENCs", Journal of Navigation and Port Research, Vol. 35 No. 1, pp. 9-15.
Porathe, T(2006). 3-D nautical charts and safe navigation. Ph.D. Dissertation, University of Gavle, Gavle, Sweden, p. 307.
Rescha B. et al(2014), "Web-based 4D visualization of marine geo-data using WebGL", Cartography and Geographic Information Science, Vol. 41, No. 3, pp. 235-247.
Wu L. "Poly2Tri:Fast and Robust Simple Polygon Triangulation With/Without Holes by Sweep Line Algorithm", http://sites-final.uclouvain.be/mema/Poly2Tri.
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