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문제 정의
- 이 시스템은 이런 자료들이 보관되어 있는 위치와 상태 그리고 수량을 파악하고 체계적으로 수집·관리하며, 연구자들이 자료에 접근하여 내용을 구체적으로 검색하고 효과적으로 공유할 수 있는 방법의 토대를 마련한다.
- 이 연구에서는 국내에 독자적으로 보관 중인 지질연구 자료를 수집하고 그 자료를 체계적으로 정리(데이터베이스 구축)하여 국내의 지질연구에 효율적으로 활용할 수 있는 기반을 마련한다. 이를 위하여 국내 대학의 지질학 관련 학과에서 보유하고 있는 암석과 화석 및 박편 시료 1000여개를 수집하여 메타데이터를 구축하였다.
- 이 연구의 목표는, 전국적으로 방치되어 있는 지질연구 자료의 확보 및 관리, 자료에 보다 쉽게 접근할 수 있는 기회 마련, 중요한 자료에 대한 상호 접근과 공유, 무한하지 않은 지질 연구 자료에 대한 메타데이터의 구축, 그리고 자료를 관리하는 통합 시스템에 대한 필요성의 인식이다.
제안 방법
- 관찰 배율은 40배(대물렌즈 ×4, 접안렌즈 ×10)이며, 색채균형조절(color balancing)을 위해 NCB11 필터를, 밝기 조절을 위해 ND8 필터를 사용하였다.
- 따라서 이 연구에 사용된 시료의 수집 및 기재는 암석학 및 광물학 전공자에 의해 실행되었고, 숙달된 전문가의 교차 점검을 통해 오류를 낮추고 정확도와 신뢰도를 높이는 과정을 거쳤다.
- 11) 지구과학 데이터 리포지토리 시스템에 등록된다. 메타데이터는 자료의 제목, 자료의 생산자, 자료의 생산 장비 및 방법, 자료의 내용, 요약, 획득지역(위치 좌표) 및 시기, 자료의 형식, 자료의 품질 등으로 구성되어 자료에 대한 자세한 설명을 제시한다. 연구 자료로 구성된 메타데이터를 등록하는 목적은 미래에 자료 등록자(생산자)가 아닌 다른 사용자가 등록된 연구 자료를 사용하는데 불편함과 어려움이 없도록 하는 것이다(KIGAM, 2016).
- 박편 사진은 교차니콜(Crossed polarized light, XPL)과 개방니콜(Plain polarized light, PPL) 상태의 사진을 각 시료마다 촬영하여(각 시료마다 2 장씩 촬영) 두 사진의 결정 광학적 차이점을 제시하였다.
- 스케일 바와 함께 촬영된 사진을 포토샵(Adobe Photoshop)으로 편집, 수정하였다. 사진의 크기와 방향을 메타데이터 구축에 적합한 크기와 모양으로 편집하였고, 스케일 바의 위치를 적절한 장소로 이동시켰다(Fig. 2). 시각적인 편리성을 위해 스케일 바의 길이를 직접 스케일 바에 표현하는 방법을 사용하였다.
- 선택된 박편 시료를 Nikon사의 편광현미경(ECLIPSE LV100POL)을 이용하여 관찰하였다(Fig. 4).
- 수집된 암석, 화석, 박편 시료 자료를 메타데이터로 변경하고, 저장에 용이한 형태인 워드 프로세서 파일(MS-Word)과 PDF 파일로 변환하였다. 스케일 바와 광물 기호를 포함한 고화질 사진을 문서의 왼쪽에 배치하고 시료를 기재한 내용을 오른쪽에 배열하였다(Figs.
- 스캐너로 획득한 자료를 3D 스캔프로그램(Autodesk 3D max 2020)을 사용하여 편집하였다.
- 스케일 바와 함께 촬영된 사진을 포토샵(Adobe Photoshop)으로 편집, 수정하였다.
- 2). 시각적인 편리성을 위해 스케일 바의 길이를 직접 스케일 바에 표현하는 방법을 사용하였다.
- 암석 시료와 동일한 기준으로 박편 시료를 선택하였으며, 박편 전체 중에서 현미경적 특징이 잘 관찰되는 부분을 촬영하였다.
- 암석과 화석 시료 표면의 불규칙을 감안하여 다초점 방식으로 촬영이 진행되었고, 사진 촬영 카메라의 흔들림을 최소화하고 일정한 사진 크기와 초점을 유지하기 위해 카메라 촬영 어플리케이션(Camera Connect, Fig. 1e)과 카메라 거치대(Fig. 1f)를 사용하였다.
- 암석의 색, 조직, 그리고 구성 광물의 종류에 따라 반사도에 차이가 발생할 수 있으며, 이로 인해 과도한 양의 빛이 카메라에 입사되어 사진 화질에 불필요한 영향을 줄 수 있기 때문에 암석의 종류 따라 조명에 가림막을 설치하여 촬영하였다(Fig. 1c).
- 육안상 특징이 잘 발달되어 있지만 표면의 풍화가 심한 시료의 경우 암석 절단기를 이용하여 내부 절단면을 확인하였고, 투명 광택제를 절단면에 도포하여 암석의 조직을 용이하게 관찰할 수 있도록 처리한 후 자료를 수집하였다.
- 촬영 대상 시료를 움직이지 않는 곳에 올려놓은 뒤, 사용자가 직접 대상물의 표면을 스캔하고, 각도에 따라 변하는 대상물과 스캐너의 위상차를 계산하여 3D 모델을 구축하였다(Fig. 6b).
- 따라서 시료의 표면 형태와 촬영 방향에 따라 그림자가 형성되기도 하며, 이는 촬영된 사진을 확인했을 때 시료 테두리에 왜곡 현상을 발생시키기도 한다. 촬영 장치 내부의 천정에 다수의 LED 램프로 구성된 조명 세트를 두 개 설치하여(Fig. 1b) 사진 촬영 시 발생하는 그림자를 최소화 하였다. 암석의 색, 조직, 그리고 구성 광물의 종류에 따라 반사도에 차이가 발생할 수 있으며, 이로 인해 과도한 양의 빛이 카메라에 입사되어 사진 화질에 불필요한 영향을 줄 수 있기 때문에 암석의 종류 따라 조명에 가림막을 설치하여 촬영하였다(Fig.
- 스캐너로 획득한 자료를 3D 스캔프로그램(Autodesk 3D max 2020)을 사용하여 편집하였다. 편집과정에서 불필요하게 스캔된 부분을 제거하고, 바닥과 접촉하고 있어 스캔되지 못한 부분을 모델 내부와 함께 솔리드(solid) 재질을 채워 넣는 보간 작업을 실시하였다(Fig. 7).
대상 데이터
- 강원대학교 사범대학 과학교육학부와 자연과학대학 지질지구물리학부에 보관중인 암석과 화석 시료를 선별하여 화성암 214개, 변성암 217개, 퇴적암 268개, 화석 221개, 총 920개에 대한 메타데이터를 구축하였다. 시료는 다음의 기준에 부합하는 것을 우선적으로 선택하였다.
- 강원대학교 사범대학 과학교육학부와 자연과학대학 지질지구물리학부에서 보관 중인 박편 시료를 선별하여 화성암 박편 25개, 변성암 박편 24개, 퇴적암 박편 27개, 화석 박편 46개, 광물 박편 4개, 총 126개에 대한 메타데이터를 구축하였다(Fig. 3).
- 연구를 위해 수집된 지질 시료는 약 900여개의 암석과 화석 시료, 100여개의 박편 시료로 구성되며, 각 시료의 사진, 분류, 이름, 보유기관, 산지, 좌표, 특징 등에 대한 메타데이터가 구축되었다(Table 3). 또한 암석과 화석 시료 중 100개를 선별하여 추가적으로 3D 모델링에 대한 메타데이터도 구축하였다. 암석과 화석 시료에 대한 자료를 수집할 때, 대부분의 경우 육안으로 관찰되는 자료를 수집한 뒤에 박편 시료에 대한 자료를 수집한다.
- 메타데이터화가 결정된 시료들 중 상대적으로 풍화와 변질의 영향이 적어서 상태가 양호하고 암석의 특징적인 구조를 잘 보이며 3D 모델로 확인할 때 가치가 있는 시료를 선별하였다. 화성암 26개, 변성암 23개, 퇴적암 23개, 화석 41개, 총 113개의 시료에대해 3D 모델 자료를 구축하였다.
- 어도비 일러스트레이터(Adobe Illustrator)를 이용해 사진에 스케일 바와 광물 기호를 추가하였다(Fig. 5).
- 연구를 위해 수집된 지질 시료는 약 900여개의 암석과 화석 시료, 100여개의 박편 시료로 구성되며, 각 시료의 사진, 분류, 이름, 보유기관, 산지, 좌표, 특징 등에 대한 메타데이터가 구축되었다(Table 3).
- 이 연구는 국내 대학교와 연구기관에 산재해 있는 지질 연구 자료를 체계적으로 수집하고 관리하는 통합 시스템을 구축하며, 우선적으로 강원대학교 사범대학 지구과학교육학부와 자연과학대학 지질지구물리학부에서 보관 중인 시료 1,000여개(암석, 화석 시료 900여개, 박편 시료 100여개)에 대한 메타데이터를 구축하였다.
- 이를 위하여 국내 대학의 지질학 관련 학과에서 보유하고 있는 암석과 화석 및 박편 시료 1000여개를 수집하여 메타데이터를 구축하였다.
- 일정한 광량이 유지되는 상태에서 고해상도 사진을 촬영하기 위해 외부와 차단된 촬영 장치(스튜디오 포토박스)를 사용하였다(Fig. 1a). 빛의 효과적인 차단을 위해 외부는 검은색 재질로 만들어졌으며, 내부의 흰색 재질은 장치 내에서 빛이 시료에 균등하게 조사되는 역할을 한다.
- 촬영에 사용된 카메라 모델은 Canon EOS 70D이며 렌즈는 Canon EF-S 18-55 mm 모델을 사용하였다(Fig. 1d). 암석과 화석 시료 표면의 불규칙을 감안하여 다초점 방식으로 촬영이 진행되었고, 사진 촬영 카메라의 흔들림을 최소화하고 일정한 사진 크기와 초점을 유지하기 위해 카메라 촬영 어플리케이션(Camera Connect, Fig.
- 메타데이터화가 결정된 시료들 중 상대적으로 풍화와 변질의 영향이 적어서 상태가 양호하고 암석의 특징적인 구조를 잘 보이며 3D 모델로 확인할 때 가치가 있는 시료를 선별하였다. 화성암 26개, 변성암 23개, 퇴적암 23개, 화석 41개, 총 113개의 시료에대해 3D 모델 자료를 구축하였다.
이론/모형
- 시료에 대한 기재는 암석의 분류, 암석이름, 주요광물, 보유기관, 산지, 좌표, 특징으로 구성되며, 이 형식은 Pellant (2002), Levy et al. (2008), Zoehfeld (2012) 등을 참고하였다. 암석과 광물에 대한 육안 관찰 및 현미경 관찰은 지질학 중에서도 높은 전문성과 많은 경험을 요구하는 분야이다.
- 3D 모델 자료를 구축하기 위해 핸디형 3D 스캐너 Sense 2 모델(3D Systems Inc.)을 사용하였다(Fig. 6a).
- 암석, 화석 시료와 마찬가지로 시각적인 편리성을 위해 스케일 바의 길이를 직접 스케일 바에 표현하였으며, 사용된 광물 기호는 Whitney and Evans (2010)를 참고하였다.
성능/효과
- Kobayashi (1934)에 의해 연구가 시작된 이후 수 십 년 동안 많은 지구과학 전공자들이 표식지로서 이 노두를 방문하여 무분별하게 시료를 채집하였다. 따라서 화석 자체의 개체수가 많이 줄어들었을 뿐만 아니라 노두 전체가 크게 훼손되어 지금은 화석을 예전처럼 쉽게 찾을 수 없게 되었다. 이 지역에서 채집된 다량의 화석 시료의 대부분은 독자적으로 보관 및 관리되고 있기 때문에 현재 이 시료들은 유실되었거나 개인적인 공간에 방치되어 있을 가능성이 높다.
후속연구
- 완성된 자료는 데이터베이스로 구축되어 3D 구현 소프트웨어를 통해 확인할 수 있으며, 조만간에 한국지질자원연구원의 지구과학 데이터 리포지토리 시스템에 등록될 예정이다.
- 네트워크를 이용해 자료에 쉽게 접근할 수 있는 시스템은 연구자들이 더 높은 수준의 연구 수행을 가능하게 하며, 국제적으로 경쟁력을 갖춘 연구 성과를 획득할 가능성을 높인다. 이 연구가 장기적으로 계속 진행되어, 중요한 자료의 유실 및 방치가 줄어들고 연구자들 사이의 공유가 효과적으로 이루어지며 현장에서의 연구 자료의 훼손이 방지되는 발판이 마련되기를 기대한다.
- 개별적으로 관리되고 있는 지질 연구 자료는 다음과 같은 특징을 가진다: (1) 자료의 양을 측정하기 어렵고, (2) 유실 및 방치 가능성이 높으며, (3) 자료에 대한 접근성이 떨어져 공유 가능성이 낮다. 이 연구를 통해 체계적으로 수집된 방대한 양의 지질 연구 자료는 효율적으로 보존 및 관리될 수 있으며, 수집된 지질 연구 자료를 필요기관과 공유함으로써 선진적인 연구를 도출하기 위한 기반을 제공할 수 있다. 이는 불필요한 중복 지질 조사를 방지하여 시간, 인력 및 경제적 측면의 긍정적인 효과를 기대할 수 있으며 기존 연구 결과를 효과적으로 활용할 수 있는 장점을 제공한다.
- 이번 연구에서는 암석과 화석 시료에 대한 메타데이터 확보 및 구축이 우선적으로 수행되었으며, 앞으로 연구를 계속 수행하여 박편 시료에 대한 더 많은 자료를 구축할 것으로 기대한다.
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