3D 모델링은 건축, 기계, 제품 및 영화영상의 다양한 콘텐츠 제작 등에 폭넓게 활용되고 있으며 첨단 제작기술들이 적용되고 있다. 모델링은 시간이 많이 소요되는 작업으로 이러한 단점을 보완하기 위해서 최근 3D스캐닝 기술을 적용하여 제작기간을 단축시키려는 시도가 활발하다. 소형 오브젝트에 대한 3D스캐닝은 레이저나 광학을 이용하여 직접 데이터를 얻지만 대형의 건물이나 조형물은 고가의 장비가 필요하므로 직접적이 데이터 취득이 힘들다. 본 연구에서는 포토메트리를 이용하여 대형 오브젝트에 대한 3차원 모델링 데이터를 획득한다. 영상 데이터를 획득하기위해 드론을 이용하였으며 조형물과 드론의 일정한 간격유지와 비행 동선에 대한 측정방법을 제시하였다. 또한 획득된 3차원점군 데이터를 애니메이션에 활용할 수 있는 제작환경과 렌더링 된 애니메이션 결과물을 제시하여 다양한 환경에서 제작할 수 있는 방안을 모색하였다.
3D 모델링은 건축, 기계, 제품 및 영화영상의 다양한 콘텐츠 제작 등에 폭넓게 활용되고 있으며 첨단 제작기술들이 적용되고 있다. 모델링은 시간이 많이 소요되는 작업으로 이러한 단점을 보완하기 위해서 최근 3D스캐닝 기술을 적용하여 제작기간을 단축시키려는 시도가 활발하다. 소형 오브젝트에 대한 3D스캐닝은 레이저나 광학을 이용하여 직접 데이터를 얻지만 대형의 건물이나 조형물은 고가의 장비가 필요하므로 직접적이 데이터 취득이 힘들다. 본 연구에서는 포토메트리를 이용하여 대형 오브젝트에 대한 3차원 모델링 데이터를 획득한다. 영상 데이터를 획득하기위해 드론을 이용하였으며 조형물과 드론의 일정한 간격유지와 비행 동선에 대한 측정방법을 제시하였다. 또한 획득된 3차원 점군 데이터를 애니메이션에 활용할 수 있는 제작환경과 렌더링 된 애니메이션 결과물을 제시하여 다양한 환경에서 제작할 수 있는 방안을 모색하였다.
3D modeling is extensively used in the field of architecture, machinery and contents production such as movies. Modeling is a time-consuming task. In order to compensate for these drawbacks, attempts have recently been made to reduce the production period by applying 3D scanning technology. 3D scann...
3D modeling is extensively used in the field of architecture, machinery and contents production such as movies. Modeling is a time-consuming task. In order to compensate for these drawbacks, attempts have recently been made to reduce the production period by applying 3D scanning technology. 3D scanning for small objects can be done directly with laser or optics, but large buildings and sculptures require expensive equipment, which makes it difficult to acquire data directly. In this study, 3D modeling data for a large object is acquired using photometry with using drones to acquire the image data. The maintenance method for uniform spacing between the sculpture and the drone, the measurement method for the flight line were presented. In addition, we presented a production environment that can utilize the obtained 3D point cloud data for animation and a rendered animation result to find ways to make it in various environments.
3D modeling is extensively used in the field of architecture, machinery and contents production such as movies. Modeling is a time-consuming task. In order to compensate for these drawbacks, attempts have recently been made to reduce the production period by applying 3D scanning technology. 3D scanning for small objects can be done directly with laser or optics, but large buildings and sculptures require expensive equipment, which makes it difficult to acquire data directly. In this study, 3D modeling data for a large object is acquired using photometry with using drones to acquire the image data. The maintenance method for uniform spacing between the sculpture and the drone, the measurement method for the flight line were presented. In addition, we presented a production environment that can utilize the obtained 3D point cloud data for animation and a rendered animation result to find ways to make it in various environments.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이러한 역설계방식을 활용한 제작방식은 다양한 콘텐츠분야에 대입함으로써 모델링데이터의 제작환경 변화와 정확한 이미지획득에 많이 활용될 것으로 기대되고 있다. 따라서 본 연구는 사진 스캐닝 기술을 이용하여 보다 빠른 모델링 생성방법을 연구하였고 데이터를 재가공함으로써 다른 환경에서 활용할 수 있는 방안을 모색하였다. 본론은 필요에 따라 3-4 개의 장으로 편집할 수 있습니다.
드론으로 대형의 조형물을 촬영하여 사진으로 모델링데이터를 획득하는 것은 간단한 작업은 아니었으나 기존의 측정기술로 표현되는 것 보다 빠른 제작시간을 얻게 되었다. 또한 애니메이션의 결과물로 다른 분야에 적용할 수 있는 가능성을 알게 하였다. 이러한 역설계방식을 활용한 제작방식은 다양한 콘텐츠분야에 대입함으로써 모델링데이터의 제작환경 변화와 정확한 이미지획득에 많이 활용될 것으로 기대되고 있다.
하단성당 주위에는 큰 주차장이 위치해 있어 드론촬영시 안전상의 문제가 없음을 확인했다. 또한 촬영하고자 하는 예수상 주위도 드론의 항공로 동선이 확보될 수 있는지에 대해 확인한다.
3D 스캐닝을 활용한 모델링의 제작방식은 특히 제조업에 많은 영향을 미치고 있으며 건축 및 복원 산업에 많이 활용되고 있다. 본 연구는 3D 스캐너 기술 중 사진으로 측량된 영상데이터를 가지고 서로 조합하여 원하는 대상물을 3D 데이터로 재구성하는 기술과 평면적인 영상정보를 가지고 포인트 클라우드를 생성하여 폴리곤 모델링 데이터를 획득하는 방법적 기술을 연구의 목적으로 한다. 또한 드론촬영에서 필요한 촬영위치와 간격유지에 대한 동선을 연구하고 포토스캐닝 방식을 활용하여 모델링 데이터 획득과 애니메이션에 활용될 수 있는 제작환경을 제시하고 렌더링 결과물을 보여주고 분석한다.
제안 방법
전환된 데이터는 3D MAX 전문 소프트웨어를 활용하여 모델링데이터의 대한 활용을 시도하였다. 10초간의 애니메이션을 하기 위해 3대의 조명을 설치하였고 가상카메라를 이용하여 키 애니메이션을 적용했다. 기존의 촬영되었던 텍스쳐의 맵핑에 대한 색은 3D MAX 소프트웨어에서 조명의 의해 색이 변할 수 있다.
이렇게 생성된 맵 재질과 3D 모델링 데이터는 다른 형태의 데이터로 변환해서 다른 목적을 위해 사용된다. 3D 모델링 데이터 생성이후 본 연구는 3D MAX에서 다양하게 작업하기 위하여 3ds파일로 전환하여 export 하였다. 다른 응용소프트웨어를 사용할 경우에는 obj, wrl, stl, fbx, dxf등 다양한 포맷의 데이터로 변환하여 지원한다.
GS PRO 앱에서 고도 높이는 12m를 최대로 설정하고 대상물 주위로 총 4바퀴를 돌면서 촬영할 수 있도록 셋팅을 했다. 표 3은 드론촬영을 위한 장비 및 카메라 셋팅이다.
포토스캔에서 제작된 모델링 데이터를 활용할 경우 3D MXA에서는 총 126개의 카메라가 설치되어 있는 것을 볼 수 있다. 가상카메라를 활용하여 기존의 촬영된 카메라의 위치 값을 모두 삭제하고 새로운 카메라를 셋팅했다. 카메라의 앵글과 화각을 정하고 카메라의 동선을 설정하여 10초간의 애니메이션을 제작하였다.
대상물의 재질과 텍스쳐 과정을 거친 후 애니메이션에 활용할 수 있는 제작환경에서 다시 재작업 할 수 있는 조건을 만들었다. 그 결과물로 10초간 대상물에 대한 조명과 가상카메라의 움직임을 활용하여 간단한 애니매이션을 제작하였다. 드론으로 대형의 조형물을 촬영하여 사진으로 모델링데이터를 획득하는 것은 간단한 작업은 아니었으나 기존의 측정기술로 표현되는 것 보다 빠른 제작시간을 얻게 되었다.
본 연구는 사진스캐닝 기술을 활용하여 3D 애니메이션까지 활용하는 방법으로 제작되었다. 대형의 대상물을 촬영함에 있어 드론을 이용하여 항공 동선과 촬영의 간격유지 거리를 확보하였다. 여러 번의 경험의 수치로 획득된 126장의 영상데이터는 이미지 정렬 작업 이후 카메라의 위치와 방향을 찾아 포인트클라우드를 생성하는 방법으로 진행되었다.
사진 스캐닝 방법을 활용하여 모델링 데이터 생성하였다. 드론 촬영에서 126장의 영상데이터를 획득한 후 이를 조합하여 포인트 클라우드 생성 및 메쉬데이터로 변환하여 모델링데이터 3ds파일로 전환하였다. 전환된 데이터는 3D MAX 전문 소프트웨어를 활용하여 모델링데이터의 대한 활용을 시도하였다.
드론 촬영을 하기 위해서 대상물에 일정한 간격과 카메라의 포지션 및 위치 값을 일정한 간격으로 촬영할 수 있도록 GS(Ground Station) PRO라는 앱을 설치하였다. 일정한 고도를 유지 하는 것과 촬영 포인트의 간격을 유지하는 작업은 매우 중요하다.
본 연구는 3D 스캐너 기술 중 사진으로 측량된 영상데이터를 가지고 서로 조합하여 원하는 대상물을 3D 데이터로 재구성하는 기술과 평면적인 영상정보를 가지고 포인트 클라우드를 생성하여 폴리곤 모델링 데이터를 획득하는 방법적 기술을 연구의 목적으로 한다. 또한 드론촬영에서 필요한 촬영위치와 간격유지에 대한 동선을 연구하고 포토스캐닝 방식을 활용하여 모델링 데이터 획득과 애니메이션에 활용될 수 있는 제작환경을 제시하고 렌더링 결과물을 보여주고 분석한다.
모델링데이터의 활용적인 측면에서는 기존의 셋팅되어 있는 카메라의 위치들은 모두 제거한 후 다시 재설정하여 10초간 키애니메이션을 활용하여 카메라의 동선을 정한 후 렌더링하였다. 표 9는 애니메이션 된 렌더링데이터 결과이다.
대형의 물체나 조형물의 경우에는 정확한 측량과 맵을 설정하는 것은 매우 어려운 환경조건이다. 본 연구는 사진스캐닝 기술을 활용하여 3D 애니메이션까지 활용하는 방법으로 제작되었다. 대형의 대상물을 촬영함에 있어 드론을 이용하여 항공 동선과 촬영의 간격유지 거리를 확보하였다.
사진 스캐닝 방법을 활용하여 모델링 데이터 생성하였다. 드론 촬영에서 126장의 영상데이터를 획득한 후 이를 조합하여 포인트 클라우드 생성 및 메쉬데이터로 변환하여 모델링데이터 3ds파일로 전환하였다.
사진스캐닝을 수행하기 위한 작업으로 대형의 조형물을 조사하였다. 대형의 조형물 주위의 환경과 촬영할 수 있는 환경을 고려하여 대상물의 대한 파악과 위치설정 및 카메라 포지션을 정확하게 설정하고 촬영을 진행해야한다.
데이터 활용을 위해 3D MAX 에서 모델링데이터를 불러드린 후 다시 가상 카메라를 설정하고 애니메이션 작업을 하기 위한 조명 설치 및 키프레임을 카메라에 설정하였다. 사진으로 생성된 모델링 데이터를 활용하기 위해서 3D MAX 소프트웨어서 새로운 환경조건을 만들었다. 표 7은 3D MAX 에서 활용하기 위해 애니메이션 셋팅 시스템이다.
대형의 대상물을 촬영함에 있어 드론을 이용하여 항공 동선과 촬영의 간격유지 거리를 확보하였다. 여러 번의 경험의 수치로 획득된 126장의 영상데이터는 이미지 정렬 작업 이후 카메라의 위치와 방향을 찾아 포인트클라우드를 생성하는 방법으로 진행되었다. 또한 점으로 이루어진 클라우드 데이터는 폴리곤 메쉬 데이터로 변환하여 다각형의 모델링데이터를 획득한다.
최근 비접촉식 3D 스캔방식에서 사진스캐닝 기술을 기반으로 한 3D 모델링 데이터 생성 기술이 발전하고 있다. 이 기술은 여러 장의 사진 정보를 활용하여 물체와 카메라의 위치정보를 찾아내고 영상정보의 특정 패턴 및 픽셀에 대한 정보를 찾아서 합성한다. 합성된 데이터는 3D 데이터로 변환 되어서 모델링 데이터를 생성하는 방식이다[8].
드론촬영에서는 안전을 유의해야한다. 이러한 조건을 갖추기 위해 부산의 여러 장소를 섭외하고 사전답사를 진행하였다. 촬영장소로는 부산 사하구 하단에 위치해있는 하단성당 안 예수상에 대한 조형물을 설정하였다.
카메라의 앵글과 화각을 정하고 카메라의 동선을 설정하여 10초간의 애니메이션을 제작하였다. 적당한 빛을 만들기 위해 3개의 라이트를 설치하여 자연스러운 분위기를 연출하였다. 카메라는 대상물체의 근접거리와 멀리서 줌인(Zoom in)하여 다양한 각도에서 표현 할 수 있게 하였다.
드론 촬영에서 126장의 영상데이터를 획득한 후 이를 조합하여 포인트 클라우드 생성 및 메쉬데이터로 변환하여 모델링데이터 3ds파일로 전환하였다. 전환된 데이터는 3D MAX 전문 소프트웨어를 활용하여 모델링데이터의 대한 활용을 시도하였다. 10초간의 애니메이션을 하기 위해 3대의 조명을 설치하였고 가상카메라를 이용하여 키 애니메이션을 적용했다.
가상카메라를 활용하여 기존의 촬영된 카메라의 위치 값을 모두 삭제하고 새로운 카메라를 셋팅했다. 카메라의 앵글과 화각을 정하고 카메라의 동선을 설정하여 10초간의 애니메이션을 제작하였다. 적당한 빛을 만들기 위해 3개의 라이트를 설치하여 자연스러운 분위기를 연출하였다.
대상 데이터
영상데이터는 드론이 1바퀴 비행할 때마다 31~32장으로 영상을 획득했다. 고회상도의 영상데이터와 사진조합 및 패턴 인식을 위해 총 126장 영상을 확보했다. 표4는 드론으로 총 4바퀴를 비행할 때 얻어진 영상데이터이다.
드론으로 촬영된 총 126장의 영상사진을 가지고 포토스캔(photoscan) 프로그램을 활용하여 데이터를 조합한다. 불러드린 영상데이터는 사진을 선택한 후 이미지를 정렬(align photos) 시킨다.
드론을 촬영하기 위해 투입된 인원 3명으로 작업을 진행했다. 또한 지상의 고도와 대상물의 일정한 반경을 유지할 수 있는 거리는 7m로 설정하였다.
사진스캐닝 방식으로 제작 할 경우는 일정한 각도의 변화와 진행된 영상데이터를 수집해야한다. 또한 고품질, 고해상도를 가진 카메라를 이용하여 영상데이터틀 획득한다. 사진으로 스캐닝을 진행할 수 있는 소프트웨어는 많이 개발되어 있다.
여러 번의 경험의 수치로 획득된 126장의 영상데이터는 이미지 정렬 작업 이후 카메라의 위치와 방향을 찾아 포인트클라우드를 생성하는 방법으로 진행되었다. 또한 점으로 이루어진 클라우드 데이터는 폴리곤 메쉬 데이터로 변환하여 다각형의 모델링데이터를 획득한다. 대상물의 재질과 텍스쳐 과정을 거친 후 애니메이션에 활용할 수 있는 제작환경에서 다시 재작업 할 수 있는 조건을 만들었다.
그림 6은 드론과 석조상간의 간격유지와 촬영동선을 표현한 그림이다. 영상데이터는 드론이 1바퀴 비행할 때마다 31~32장으로 영상을 획득했다. 고회상도의 영상데이터와 사진조합 및 패턴 인식을 위해 총 126장 영상을 확보했다.
이러한 조건을 갖추기 위해 부산의 여러 장소를 섭외하고 사전답사를 진행하였다. 촬영장소로는 부산 사하구 하단에 위치해있는 하단성당 안 예수상에 대한 조형물을 설정하였다. 표1은 하단성당의 대한 주위환경을 지도로 설명하였다.
후속연구
점으로 만들어진 포인트 클라우드 데이터는 3D 모델링 이후 맵핑을 진행하는 것처럼 텍스쳐 맵핑을 직접 진행할 수 있다. 이 데이터는 메쉬데이터로 전환되어 전문적인 3D 소프트웨어에서 다양하게 활용할 수 있는 3D데이터로 사용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3D 스캐닝이란 무엇인가?
3D 스캐닝은 3D 모델링 데이터를 생성하기 위해 기본적인 시점을 다각화하여 기존의 사물에 대한 표면적 깊이 및 정보를 3D 디지털 데이터로 생성하는 기술이다. 이러한 기술은 물체에 대한 외형적 데이터를 다양한 산업에 적용하기 위한 역설계 방식중의 하나다.
3D 스캔의 기본적인 구성요소는 무엇인가?
이러한 기술은 물체에 대한 외형적 데이터를 다양한 산업에 적용하기 위한 역설계 방식중의 하나다. 3D 스캔의 기본적인 구성요소들은 광원, 광수신부, 통신장치, 디스플레이 등이 있고 물체에 빛을 발산하다. 또한 데이터를 분석하고 소프트웨어에서 재구성된다.
접촉식 3D 스캐너의 단점은 무엇인가?
측정의 정확도는 우수하고 정밀도 또한 섬세하게 진행할 수 있다[7]. 그러나 물체에 직접 접촉을 해서 사용하기 때문에 부드러운 물체나 유연한 물질에 대해서는 데이터가 정확하지 않은 점과 측정 속도가 느리다는 단점이 있다. 비접촉식측정방식에서는 삼각측량법을 활용하여 측정하고 레이저 측정 기술의 바탕이 된다.
참고문헌 (9)
C. S. Ryu, C. W. Hur, "Zsphere 3D animation character modeling using ZSphere Character." Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 16, no. 6, pp. 1313-1334, June 2012.
S. H. Han, S. I. Hong, N. S. Kim, S. S. Kim, "Generation of 3D Models for 3D Printers based on the Characteristics of Objects." The Journal of Korean institute Information Technology , vol. 12, no. 5, pp. 149-156, Dec. 2014.
J. H. Cho, J, "An Analysis on the Effects of 3D Printers on Visual Entertainment." Journal of the Korean Society of Design Culture, vol. 21, no. 2, pp. 589-599, June 2015.
J. J. Wan, "A Study on the way of revitalization for design Industry of 3D Printing Technology." Joumal of Korea Design Knowledge, vol. 31, pp. 43-52, Sept. 2014.
H. H. Keun, "A Study on the Utilization of Reverse Engineering for the the Modeling Process of Product Design." Joumal of Korea Design Knowledge, vol. 27, pp. 13-20, Sept. 2013.
K. Lee, U. Y"Fast 3D mesh generation using for line laser-based 3D Scanners." Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 20, no.3, pp. 513-518, March 2016.
D. W. AN, "The Concept and Limitation for practical Use of 3D Scan Data for the Survey Report of Wooden Architectural Heritage." The Animation Society of Korea, vol. 29, no. 9, pp. 141-149, Sept. 2013.
K. S. Park, "A Study on the Reproduction of 3D Shapes using Multi-view Shooting and 3D Scanners." The Society of Modern Photography & Video, vol. 20, no. 3, pp. 53-65, Nov. 2017.
J. B. Koo, "The Study on Recording Method for Buried Cultural Property Using Photo Scanning Technique." Journal of Digital Contents Society, vol. 16, no. 5, pp. 835-847, Oct. 2015.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.