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문제 정의
- , 2018). 따라서 복제품은 실제 치미의 휘어지는 방향을 토대로 자연스럽게 휘어지도록 수정하고자 하였다.
- 왕흥사지 치미는 유실부의 규모가 클 뿐만 아니라, 잔존하는 부분은 대칭을 이루지 않고 일정한 방향으로 휘어져있어 수작업을 통한 접촉식 복원 방식을 적용함에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 3차원 스캐닝 기술을 활용하여 치미의 유실부를 보다 정확히 복원하고 이를 통해 왕흥사지 치미의 역사적 가치를 회복하고자 하였다.
제안 방법
- 스캔에는 표면색이 어두운 복원 대상에 효과적인 구조광 스캔 방식을 선택하였으며, 치미의 질감과 미세 문양 스캔을 위해 메가픽셀의 해상도가 구현되는 3차원 스캐너(SmartSCAN-HE-R8, Breuckmann, DEU)을 사용하여 정밀 스캔하였다. 3차원 스캐너는 백색 광원을 사용하고, 정밀도가 28 ㎛로 매우 정밀하며, 비대칭으로 배치된 카메라를 이용하여 다각도로 측정하여 어려운 형상에서도 정확한 측정이 가능하도록 하였다.
- 데이터 편집을 위해 먼저 취득한 데이터에서 치미 이외에 불필요한 노이즈 부분을 제거하였다. 그 후 여러 개로 나누어진 스캔 데이터를 각각 중첩되는 데이터를 기준으로 하여 3차원 공간에 좌표 정렬하고 하나의 3차원 형상으로 정합하였다(Figure 6).
- 기초 데이터를 수정하여 복원부 모델링을 진행하였다. 수정을 하지 않고 실제 유물의 3D 스캔 데이터와 매칭을 진행한 경우, Figure 8A와 같이 상⋅하단의 경계면과 몸통에 양각된 층단의 선, 등의 곡률, 종대의 너비 등에서 차이가 발생하였다.
- 본 연구에서는 치미의 복원재료로 실제 유물과의 결합 및 이동하는 과정을 고려하여 유물에 손상을 주지 않는 가벼운 재료를 사용하였다. 또한 이질감을 최소화하기 위해 복제품을 경시멘트로 표면처리를 하였으며 아크릴 물감을 사용한 2차 색맞춤을 통해 보완작업을 실시하였다. 그 결과, 유물의 손상은 물론, 실제 유물과 복제품 사이의 이질감도 최소화할 수 있었다.
- 병합 작업 후 데이터의 배열상태와 품질을 확인하고 누락된 부분을 보정하였다. 치미는 특성상 굴곡과 세부 문양이 많아 스캔 데이터의 공백이 발생하기 쉬운데, Figure 7의 C에서도 층단의 문양과 내부에 흑색으로 보이는 공백이 발생한 것을 확인할 수 있다.
- 또한 수정전 기초 데이터에서는 능골과 몸통의 계단형무늬 등의 각도가 달라 상단과 하단의 연결이 자연스럽지 못하며, 종대와 날개부의 너비가 상이하여, 유물의 조화를 헤친다(Figure 9A). 복원부 능골 및 몸체 문양 등의 각도를 조절하고, 장식부의 너비를 기존 유물과 동일하게 수정하여 상단과 하단의 일체감을 주었다(Figure 9).
- 부여 왕흥사지 치미와 국내 치미의 제작 기법과 조형적 특성을 비교 연구하여 치미의 복원에 합당한 처리방침을 정하였으며, 이를 통해 유실부를 복원을 진행하였다. 복원부 제작은 복원하고자 하는 부위가 크기 때문에 재료를 녹여 적층하는 3차원 프린팅 방법을 적용하기에 무리가 있다고 판단하여, 작업성이 우수하고 표면처리가 용이한 CNC 가공을 활용하였다.
- 본 연구에서는 3차원 스캐닝 기술과 CNC 가공을 접목하여 부여 왕흥사지 치미의 유실부를 복원하였으며, 이를 통해 디지털 기술을 활용한 유물 복원 시 고려해야 할 사항과 장단점을 다음과 같이 정리하였다
- 본 연구에서는 3차원 스캐닝과 CNC 가공을 이용하여 왕흥사지 치미를 복원하였다. 치미 유실부를 복원하기 위해 유물을 3D 스캔하고 이를 편집하여 복원부 모델링을 진행하였다.
- 연구 대상인 왕흥사지 치미는 유실부가 넓으며, 대칭을 이루는 유물이 아니기 때문에 접촉식 복원 방법을 활용하기 어려워 3차원 스캐닝 기술을 활용하여 복원부 모델링하는 방법을 선택하였다. 부여 왕흥사지 치미와 국내 치미의 제작 기법과 조형적 특성을 비교 연구하여 치미의 복원에 합당한 처리방침을 정하였으며, 이를 통해 유실부를 복원을 진행하였다. 복원부 제작은 복원하고자 하는 부위가 크기 때문에 재료를 녹여 적층하는 3차원 프린팅 방법을 적용하기에 무리가 있다고 판단하여, 작업성이 우수하고 표면처리가 용이한 CNC 가공을 활용하였다.
- 스캔 데이터 획득을 위해 스캐너와 연동되는 Aicon사(DEU)의 소프트웨어(Optocat)를 사용하여 초기 데이터를 수집하였으며, 치수검사를 통해 스캔데이터의 형태 및 크기가 원본 대상과 동일한지 대조하며 작업하였다(Figure 5).
- 치미의 복원부 모델링을 위한 기초 데이터 마련을 위해 먼저 실제 유물을 3D 스캔하였다. 스캔에는 표면색이 어두운 복원 대상에 효과적인 구조광 스캔 방식을 선택하였으며, 치미의 질감과 미세 문양 스캔을 위해 메가픽셀의 해상도가 구현되는 3차원 스캐너(SmartSCAN-HE-R8, Breuckmann, DEU)을 사용하여 정밀 스캔하였다. 3차원 스캐너는 백색 광원을 사용하고, 정밀도가 28 ㎛로 매우 정밀하며, 비대칭으로 배치된 카메라를 이용하여 다각도로 측정하여 어려운 형상에서도 정확한 측정이 가능하도록 하였다.
- 첫 번째, 3차원 스캐닝은 유물의 형태와 크기, 표면색 등을 고려하여 유물에 적합한 방법을 선택하여야 한다. 왕흥사지 치미는 크기가 크고 유물의 크기에 따른 작업속도와 정확성, 유물의 표면 색 등을 고려하여 구조광 방식으로 정밀 스캔하고 이를 기초 데이터로 하여 유실부 디지털 복원을 진행하였다. 그 결과, 작업시간이 단축됨과 동시에 보다 정확한 데이터를 추출하여 정밀한 복제품을 제작할 수 있었다.
- 1 cm으로 그 차이가 매우 큰 것을 확인할 수 있다. 유물과 복원품의 연결부가 일치하도록 너비와 각도 등의 데이터를 수정하였다(Table 2). 이러한 편집 과정을 거쳐 왕흥사지 치미의 유실부를 디지털 복원하였다(Figure 10).
- 그러나 사전에 치미의 완형의 모습을 확인하기 위해 상단과 하단의 치미를 연결한 결과, 길이와 너비 등에서 큰 차이를 보였으며, 문양이 자연스럽게 연결되지 않고 결합면 사이에 이격이 발생하였다. 이는 치미가 좌우대칭을 이루는 유물이 아닌 것에 기인한 것으로 판단되며 치미의 합당한 복원을 위해 왕흥사지 치미의 형태를 면밀히 관찰하고 다음의 기준을 선정하여 복제품을 제작하였다.
- 그러나 치미에 비해 강도가약하기 때문에 하단부 복원품의 경우 상부의 실제 유물의 하중에 의해 손상이 발생할 위험이 있다. 이를 방지하기 위해 내부에 보강물을 추가하여 강도를 높여주었다. 보강물 제작은 복원부 모델링 데이터를 기준으로 제작하였다.
- 복원에는 데이터의 편집을 거쳐 컴퓨터 수치제어(computer numerical control, 이하 CNC) 가공을 활용하였는데 이는 복원 재료의 절삭하는 방법으로 적층식의 3D 프린팅에 비해 작업성이 우수하여 복원품의 규모가 큰 치미의 복원에 적합하다. 제작된 복원품은 실제 유물과의 통일감을 주기 위해 표면처리를 진행하였다.
- 본 연구에서는 3차원 스캐닝과 CNC 가공을 이용하여 왕흥사지 치미를 복원하였다. 치미 유실부를 복원하기 위해 유물을 3D 스캔하고 이를 편집하여 복원부 모델링을 진행하였다. 이 과정에서 치미에 합당한 복원을 진행하기 위해 왕흥사지 치미 및 그 밖의 국내 치미의 형태를 면밀히 관찰하여 유실부 복원 기준을 마련하였다.
- 치미의 복원부 모델링을 위한 기초 데이터 마련을 위해 먼저 실제 유물을 3D 스캔하였다. 스캔에는 표면색이 어두운 복원 대상에 효과적인 구조광 스캔 방식을 선택하였으며, 치미의 질감과 미세 문양 스캔을 위해 메가픽셀의 해상도가 구현되는 3차원 스캐너(SmartSCAN-HE-R8, Breuckmann, DEU)을 사용하여 정밀 스캔하였다.
대상 데이터
- 3D systems의 소프트웨어(Geomagic DesignX)를 활용하여 데이터 편집을 진행하였다. 이는 3차원 스캐너로부터 획득한 스캔 데이터를 기반으로 파라메트릭한 CAD 모델을 생성하는데 최적화된 소프트웨어로 3차원 프린팅, CNC 가공, 컴퓨터 그래픽 분야 같은 폴리곤 메쉬 기반 분야에 활용되고 있다.
- 이를 방지하기 위해 내부에 보강물을 추가하여 강도를 높여주었다. 보강물 제작은 복원부 모델링 데이터를 기준으로 제작하였다.
- 황삭 가공에는 30 mm 직경의 날을 사용하였고, 세부 문양의 가공에는 3 mm 직경의날을 사용하였다(Figure 11A). 복원 재료로는 조각용 발포 폴리스타이렌(expanded polystyrene)를 사용하였다. 이는 가공이 쉽고 단단하며, 가벼워 유물에 무리를 주지 않는다는 점에서 복원재료로 적합하다.
- 세 번째, 복원재료는 실제 유물의 재질과 중량 등을 고려하여 이질감이 크지 않고 손상을 주지 않는 안전한 재료를 선택하여야 한다. 본 연구에서는 치미의 복원재료로 실제 유물과의 결합 및 이동하는 과정을 고려하여 유물에 손상을 주지 않는 가벼운 재료를 사용하였다. 또한 이질감을 최소화하기 위해 복제품을 경시멘트로 표면처리를 하였으며 아크릴 물감을 사용한 2차 색맞춤을 통해 보완작업을 실시하였다.
- 연구 대상인 왕흥사지 치미는 유실부가 넓으며, 대칭을 이루는 유물이 아니기 때문에 접촉식 복원 방법을 활용하기 어려워 3차원 스캐닝 기술을 활용하여 복원부 모델링하는 방법을 선택하였다. 부여 왕흥사지 치미와 국내 치미의 제작 기법과 조형적 특성을 비교 연구하여 치미의 복원에 합당한 처리방침을 정하였으며, 이를 통해 유실부를 복원을 진행하였다.
성능/효과
- 또한 이질감을 최소화하기 위해 복제품을 경시멘트로 표면처리를 하였으며 아크릴 물감을 사용한 2차 색맞춤을 통해 보완작업을 실시하였다. 그 결과, 유물의 손상은 물론, 실제 유물과 복제품 사이의 이질감도 최소화할 수 있었다.
- 왕흥사지 치미는 크기가 크고 유물의 크기에 따른 작업속도와 정확성, 유물의 표면 색 등을 고려하여 구조광 방식으로 정밀 스캔하고 이를 기초 데이터로 하여 유실부 디지털 복원을 진행하였다. 그 결과, 작업시간이 단축됨과 동시에 보다 정확한 데이터를 추출하여 정밀한 복제품을 제작할 수 있었다.
- 치미 연결부의 일치성 확인을 위해 상⋅하단 단면을 중첩하였으며, 수정 전 기초 데이터에서는 두께와 길이 등이 상이하였다. 날개 단면을 확대하여 비교해보면 하단 치미 길이는 약 11.1 cm, 너비는 약 3.7 cm인 것에 비해 상단 치미는 길이가 약 16.5 cm, 너비가 약 5.1 cm으로 그 차이가 매우 큰 것을 확인할 수 있다. 유물과 복원품의 연결부가 일치하도록 너비와 각도 등의 데이터를 수정하였다(Table 2).
- 두 번째로 고려할 점은 국내 치미의 형태가 좌우대칭이 아니며 일정한 방향으로 휘어진다는 것이다. 왕흥사지 북측 치미의 전체적인 형태가 상부로 올라갈수록 좌측으로 휘어져 올라가는 것을 확인하였다. 이러한 휘어짐은 정도의 차이는 있으나 국내 치미에서 공통적으로 확인되었다.
- 국내의 경우 2015년에 국립중앙박물관에서 복원품인 삼국시대의 차륜형 토기와 고려시대 청자 투각칠보무늬 향로의 유실부 복원을 시도한 사례가 있으며, 이를 바탕으로 실제 소장유물인 백자수주의 유실부도 성공적으로 복원을 해내었다(Lee and Wi, 2015). 이 사례는 우리나라에서 최초로 문화유산 복원에 3차원 스캐닝 및 프린팅 기술을 적용하여 성공했다는 점에서 그 의미가 크다. 3차원 스캐닝과 CNC 가공 기술을 활용하여 목판 복원을 시도하였으며(Han, 2015), 최근에는 국립부여문화재연구소에서 본 연구대상인 부여 왕흥사지 치미를 3차원 스캐닝으로 가상 재조립한 데이터를 토대로 3년에 걸쳐 현재의 모습으로 복원하는 등 문화유산의 복원에 활발히 활용되고 있다(Buyeo National Research Institute of Cultural Heritage,2017).
- 이러한 데이터 공백을 데이터 형상의 각도를 고려하여 적합한 직선과 곡선을 사용하여 면을 메워주었다(Figure 7A, 7B). 이와 같은 편집 과정을 거쳐 기초 데이터를 마련하였으며 3차원 스캔 데이터의점군 데이터 수는 최고 면적에서 2,878,755, 최저 면적에서는 1,299,227이고, 폴리곤 수는 최고 면적에서 5,675,962, 최저 면적에서 2,388,262 수준이다.
- 첫 번째, 3차원 스캐닝은 유물의 형태와 크기, 표면색 등을 고려하여 유물에 적합한 방법을 선택하여야 한다. 왕흥사지 치미는 크기가 크고 유물의 크기에 따른 작업속도와 정확성, 유물의 표면 색 등을 고려하여 구조광 방식으로 정밀 스캔하고 이를 기초 데이터로 하여 유실부 디지털 복원을 진행하였다.
후속연구
- 두 번째, 잘못된 복원으로 원형이 왜곡되지 않도록 유물에 대한 심도 있는 이해와 연구를 통해 복원의 근거와 기준을 마련하고 이를 기준으로 복원하여야 한다. 3차원 스캐닝 기술을 활용하여 제작한 복원재료는 매우 정밀하지만,유물은 각각의 고유한 특성과 형태를 가지고 정형화되어있지 않기 때문에 3D 스캔만으로는 완벽한 복원을 할 수 없는 한계가 있다.
- CNC 가공은 작업 효율이 뛰어나고 표면 처리가 용이하며, 가공에 활용하는 날의 종류와 크기를 조절 가능하여 다양한 질감표현이 가능하다. 본 복원법의 특성을 고려한 연구가 지속적으로 진행된다면 보다 다양한 유물의 복원에 적용 가능할 것으로 사료된다.
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