KR100609786B1 - 도화원도를 이용한 3차원 건물 모델링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수치지도를 제작하기 위해 사용되던 부산물로만 여겨지던 도화원도로부터 3차원 수치지도에 필요한 3차원 정보를 추출하고, 이로부터 지형지물의 정확한 3차원 모델링을 수행함으로써 경제적 효과의 극대화 및 정확한 지도를 제작하기 위한 방법이다. 본 발명은, 기준점 측량자료로부터 3차원 좌표값 데이터가 포함되어 있는 도화원도를 작성하는 단계; 도화원도로부터 높이가 있는 지형지물인 건물데이터에 대해서 3차원 정위치 편집 및 구조화 편집을 수행하여 건물데이터를 3차원화하는 단계; 상기 편집된 건물데이터를 3차원 모델링하는 단계로 구성된다.

수치지도, 도화원도, 3차원 건물, 모델링, DEM

Description

도화원도를 이용한 3차원 건물 모델링 방법{Method of modelling 3-dimensional building using original drawing map}

도1은 종래의 2차원 수치지도 제작의 처리 흐름도.

도2의 (A)는 도화원도의 일례를 나타낸 것이고, (B)와 (C)는 각각 도화원도 데이터와 이로부터 제작된 수치지도 데이터를 비교하기 위한 것.

도3은 본 발명에 따른 3차원 수치지도 제작의 처리 흐름도.

도4는 도3의 처리 흐름도의 단계별 예를 나타내기 위한 이미지 캡쳐.

도5는 본 발명에 따른 3차원 수치지도 제작 방법의 기본 개념도.

도6은 벽면정보 취득의 실제 구현예를 나타내는 개념도.

도7은 건물의 지표상의 3차원적 위치를 결정하기 위한 처리 흐름도.

도8은 다양한 모델링 방법 중의 일례를 나타내는 개념도.

본 발명은 기존의 2차원으로 표현하는 수치지도의 건물 정보를 도화원도를 이용하여 3차원으로 표현하도록 하는 3차원 건물모델링 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 3차원 도화정보를 이용하여 수치지도의 지형지물 정보로부터 건물정보 만을 추출하여 이를 3차원으로 모델링하는 방법에 관한 것이다.

여기서 도화원도라 함은 수치지도를 제작하기 위하여 촬영한 일정면적의 입체화된 항공사진 및 도화기를 이용하여 제작된, 초기의 수치지도의 근간이 될 수 있는 도면을 말한다. 그런데, 기존에 제작된 도화원도는 활용도 및 자료처리 비용 등의 문제로 인하여 폐기 혹은 보관하고 있다.

기존의 수치지도 제작은 일정한 축척으로 안전율을 고려하여 촬영된 항공사진 또는 위성영상을 이용하여 입체시 상태의 두 영상을 표정 작업을 통해서 입체시 상태에서 도화 원도를 작성한다. 현장조사에서는 도화원도를 이용하여 주요 지형지물의 명칭 혹은 용도 등을 조사하며, 영상에서 취득하지 못한 여러 지형지물을 현지측량을 이용하여 취득한다. 이러한 도화 원도를 기존의 국가 도곽 체계에 맞게 재편집하는 과정에서, 정위치 편집 및 현지조사 자료를 이용하는 구조화 편집을 이용하여 수치지도를 제작한다.　이와 같은 과정에 의해 제작되는 지도는 3차원의 등고선을 제외하면 2차원 정보만을 포함하게 된다.

이러한 기존의 수치지도 제작 방식을 간략하게 나타내면 도1과 같다. 즉, 항공 촬영에 의해 취득한 영상을 해석도화기 또는 수치도화기를 이용해 도화작업을 수행하여 도화원도를 얻는데, 종래에는 이 도화원도로부터 2차원의 수치지도를 얻고 있다. (본 발명에서는 중간 산출물인 3차원 도화정보를 이용하여 수치지도의 지형지물 정보로부터 건물정보만을 추출하여 이를 3차원으로 모델링하는 방법을 제공한다.)

참고로 도2의 (A)는 도화원도의 일례를 나타낸 것이고, (B)와 (C)는 각각 도 화원도 데이터와 이로부터 제작된 수치지도 데이터를 비교하고 있다. (B)는 건물 레이어에 대한 도화원도 데이터로서, 특정 정점(vertex)에 대한 좌표가 x, y, z을 포함하고 있어서 3차원 데이터임을 알 수 있고, (C)는 상기 도화원도 데이터로부터 편집된 2차원 수치지도 데이터로서, x, y 좌표는 있으나 z좌표는 0인, 즉, 2차원 좌표를 나타내고 있음을 알 수 있다.

한편, 최근에 3차원 수치지도의 수요가 늘어나면서 3차원 수치지도의 제작에 대한 관심이 집중되고 있다. 3차원 지도는 실세계(real world)를 구현할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 현재 3차원 수치지도를 위한 자료(z값)를 취득하는 방법은 매우 다양한데, 줄자를 이용하는 방법이나 작업자의 판단으로 취득할 수 있는 목측 등의 수작업을 통하여 취득하는 방법에서부터 최신의 Lidar 및 3차원 Scanner에 의한 방법 등의 신기술에 이르기까지 다양한 방식으로 취득할 수 있다.

그러나 이러한 종래 방식에 의해 취득되는 3차원 정보는 단위면적당 소요비용이 매우 많이 요구되며, 또한 수치지도의 지형지물 자료를 다시 얻어야 하는 문제점들을 내포하고 있다.

이와 같이, 현재 국내의 수치지도에 포함되는 건물은 평면상의 2차원 정보만을 제공하고 있으므로 실제 지형지물에 대한 정보의 왜곡 및 손실이 불가피하여 그 용도와 활용이 제한적이다.

따라서 본 발명은 수치지도를 제작하기 위해 사용되던 부산물로만 여겨지던 도화원도로부터 3차원 수치지도에 필요한 3차원 정보를 추출하고, 이로부터 지형지 물의 정확한 3차원 모델링을 수행함으로써 경제적 효과의 극대화 및 정확한 지도를 제작하기 위한 방법을 제공하고자 한다.　본 발명에서는, 기존의 2차원 지도에 단순히 표고좌표 정보를 추가한 것 이상으로, 실세계에 대한 지리정보 모델의 기본이 되는 3차원 수치지도의 편집, 제작, 그리고 3차원 모델링을 포함하는 방법을 이루고자 한다.　　

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 종래의 수치지도 제작시에 작성되는 도화원도로부터 기존 수치지도의 2차원 건물을 제작하는 것이 아니라, 3차원 건물을 제작하기 위한 일련의 과정으로 이루어지는 방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명은, 기준점 측량자료로부터 3차원 좌표값 데이터가 포함되어 있는 도화원도를 작성하는 단계; 도화원도로부터 높이가 있는 지형지물인 건물데이터에 대해서 3차원 정위치 편집 및 구조화 편집을 수행하여 건물데이터를 3차원화하는 단계; 상기 편집된 건물데이터를 3차원 모델링하는 단계로 구성된다.

여기서 상기 건물데이터의 3차원화 단계는, 2차원 수치지도에 포함되는 건물데이터에 면처리를 하여 해당 레이어에 대한 속성값을 부여하는 단계와, 상기 면처리된 건물데이터에 대해서 체적처리를 수행하되, 도화원도에 포함되어 있는 표고좌표를 이용하여 3차원의 건물데이터를 얻는 단계를 포함한다.

상기 건물데이터의 3차원화 단계는 또한, 도화원도에 포함된 건물데이터의 지붕정보와 DEM을 이용하여 벽면정보값을 얻는 단계를 포함하는데, 이 단계는 건물데이터의 지붕정보에 포함된 각 꼭지점으로부터 수직선으로 내린 위치와 도화원도 의 등고선에서 추출한 DEM과의 교점을 추출하여, 두 교차점을 건물이 지면에 닿는 부분으로 인식함으로써 건물의 벽체정보를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 건물데이터의 3차원 모델링 단계는, 건물데이터의 지붕정보 및 벽체정보를 렌더링하여 이루어지는 것이 바람직하며, 다양한 지붕높이 정보를 갖고 있는 건물의 경우에는 지붕높이를 동일한 것끼리 분할한 섹션별로 렌더링을 수행하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예의 구성에 대해서 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 3차원 건물 모델링 방법의 일련의 흐름을 나타내고 있다. 도3을 참조하면, 우선 지리조사에 의해 기준점을 측량한 자료나 항공사진 촬영 등의 자료로부터 3차원 도화원도를 작성하고 가편집한다[110]. 도화원도의 작성은 도화규정에 의거하여 이루어지고, 건물이나 입체교차로 등에 대해서 가편집을 한다.

다음에, 상기와 같이 가편집된 도화원도에 대해서 3차원 정위치 편집[120] 및 3차원 구조화 편집[130]을 수행한다. 도화원도 작성시에 필요한 지리조사는 건물의 옆면, 입체도로의 형태 등과 같이 도화원도에서 파악할 수 없는 현장을 직접 조사하는 것이고, 이에 의해 취득된 데이터를 포함하여 도화원도를 작성하여 정위치 편집과 구조화 편집을 수행하는 것이다.

정위치 편집[120]은 3차원 수치지도 내역서를 참조하여 건물 등 높이가 존재하는 지형지물을 3차원으로 편집하는 과정이고, 구조화 편집[130]은 데이터 명세서 및 지리조사 자료, 건물대장, 시설물대장 등 각종 문헌자료를 참조하여 수행된다.

이렇게 하여 편집된 3차원 수치지도를 검수한다[140]. 즉, 3차원 검수, 기하검수, 도형검수, 속성검수, 논리적 관계검수를 수행하고 3차원 모델링에 의해 건물 모델링을 완수한다[150].

이상의 과정에 대한 이해 편의를 위해 도4에서는 도3의 각 단계에 해당하는 실제 예를 화면으로서 보여주고 있다.

도4의 (A)는 3차원 좌표값 데이터가 포함되어 있는 도화원도를 예시하고 있고, (B)는 3차원 편집에 의해(가령, 벽면 자동 생성) 건물 이미지를 3차원화한 상태의 화면을 예시하고 있다. 도4의 (C)는 3차원 모델링 기법을 적용하여 3차원 수치지도를 완성한 상태를 나타낸다. 여기에서 건물은 (B) 도면으로부터 건물 모델링을 사용하여 3차원 건물 영상으로 표시되며 도화원도로부터 DEM(digital elevation model)에 의해 3차원화된다. 한편, 도4의 (D)는 3차원 수치지도를 다양한 용도에 활용하기 위하여 사진 또는 영상촬영 등에 의해 얻은 자료를 이용하여 3차원 실사 도시모델을 작성한 것이다. 실제로 사용자에게 활용되기 위해서는 다양한 용도로 실사 도시모델을 작성할 수 있다.

이상에서 도3 및 도4을 통해 설명한 본 발명의 방법은, 기존에는 부산물로 취급되던 도화원도로부터 3차원 건물을 생성하기 위한 것인데, 이하에서는, 본 발명에 적용된 핵심 기술사상에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

(1) 도화원도를 이용하여 3차원 건물의 높이값을 추출하는 방법

도화원도로부터 제작된 등고선 및 표고정보에 포함된 3차원 정보를 이용하여 DEM(digital elevation model)을 작성하고, 또한 대상물의 높이 정보를 취득하여 3 차원 건물 모델링을 수행한다. 이 방법은, 도5에서와 같이, 기존의 수치지도와 도화원도에 포함된 2차원 위치정보를 기반으로 사용자가 원하는 건물 레이어에 표고정보를 자동으로 부여하는 기법이다.

도5에서, (A)는 2차원 수치지도 상태에서의 건물을 나타내는데, 이 상태에서는 아직 속성값이 포함되어 있지 않다. 이 2차원 건물에 대해서 면처리를 한 것이 도5의 (B)이다. 이 때에 해당 레이어에 대한 속성이 포함된다.

다음에, (B)의 2차원 수치지도 건물에 대해서 체적처리를 수행하면, (C)와 같은 3차원 수치지도를 얻을 수 있다. 여기서 3차원 수치지도는 기존의 2차원 수치지도와 도화원도에 포함된 표고좌표를 이용하여 얻은 것이다.

(2) 벽면정보의 취득

도화원도를 이용한 벽면정보는 도화원도 및 기존의 수치지도의 도화 작업시에 지붕을 위주로 도화를 수행하는데, 이러한 지붕정보와 DEM 을 이용하여 정확한 벽면정보값(z값)을 얻어낼 수 있다. 즉, 3차원 좌표값이 포함된 도화원도의 지붕의 한 꼭지점과 지면에 직각으로 수선을 내리는 방식을 활용할 수 있는데, 이와 같은 벽면정보 취득의 개념에 대해서는 도6에 간략히 설명되어 있다.

도6을 보면, 건물 지붕 아래로 수선을 내림으로써 trim을 수행하는데, 실제로 이는, 건물지붕 중 트림하고자 하는 변(63)을 마우스로 클릭할 때 트림될 선의 표고값으로 변환된 보조선(65)이 자동으로 생성되도록 프로그래밍할 수 있다. 도6에서 "61"은 도로를 나타낸다.

또한, 위와 같이 건물지붕으로부터 수직선으로 내린 위치와, 도화원도의 등고선에서 추출한 DEM과의 교점을 추출하여, 두 교차점을 건물이 지면에 닿는 부분으로 인식함으로써 건물의 벽체정보를 완성한다. 도7은 건물에 적용된 상기 개념을 나타내고 있는데, 화살표 순서대로(시계 방향으로) 살펴보면, 도화원도의 지붕정보(71)로부터 각 꼭지점으로부터 수직선을 내려서 벽면정보(73)를 생성한다. 다음에, 도화원도의 등고선 데이터에서 추출한 DEM정보(75)와 상기 벽면정보(73)의 교차점(77)을 찾는다. 이로써 건물이 위치해 있는 지면정보를 알게 되어, 건물(79)의 3차원 위치가 결정된다.

(3) 건물의 3차원 모델링

다양한 형태의 건물에 대한 모델링은 컴퓨터에 의한 렌더링 기법에 의해 처리가능하며, 각 지붕 및 벽체정보 등에 알맞은 렌더링 기법을 이용할 수 있다. 또한, 도8에서와 같이, 다양한 지붕높이 정보를 갖고 있는 건물의 경우에는 상기 지붕높이를 동일한 것끼리 분할한 섹션(81, 83)별로 렌더링을 수행할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 종래에 2차원 수치지도 제작시에 반드시 필요하지만 부산물로 취급되어 사용후에는 폐기되던 도화원도로부터 3차원 건물 모델링을 수행할 수 있으므로, 비교적 단순한 공정과 저렴한 원가비용으로 3차원 수치지도를 제작할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 수치지도상의 건물을 3차원 모델링하는 방법으로서,

   기준점 측량자료로부터 3차원 좌표값 데이터가 포함되어 있는 도화원도를 작성하는 단계,

   상기 도화원도로부터 높이가 있는 지형지물인 건물데이터에 대해서 3차원 정위치 편집 및 구조화 편집을 수행하여 건물데이터를 3차원화하는 단계,

   상기 편집된 건물데이터를 3차원 모델링하는 단계를 포함하되,

   상기 건물데이터의 3차원화 단계는

   2차원 수치지도에 포함되는 건물데이터에 면처리를 하여 해당 레이어에 대한 속성값을 부여하는 단계와, 상기 면처리된 건물데이터에 대해서 체적처리를 수행하며, 도화원도에 포함되어 있는 표고좌표를 이용하여 3차원의 건물데이터를 얻는 단계를 포함하는, 도화원도를 이용한 3차원 건물 모델링 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 건물데이터의 3차원화 단계는

   도화원도에 포함된 건물데이터의 지붕정보와 DEM을 이용하여 벽면정보값을 얻는 단계를 추가로 포함하되,

   이 단계는 건물데이터의 지붕정보에 포함된 각 꼭지점으로부터 수직선으로 내린 위치와 도화원도의 등고선에서 추출한 DEM과의 교점을 추출하여, 두 교차점을 건물이 지면에 닿는 부분으로 인식함으로써 건물의 벽체정보를 산출하는 것을 특징으로 하는, 도화원도를 이용한 3차원 건물 모델링 방법.
4. 제1항 또는 3항에 있어서, 상기 건물데이터의 3차원 모델링 단계는

   건물데이터의 지붕정보 및 벽체정보를 렌더링하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 도화원도를 이용한 3차원 건물 모델링 방법.
5. 제4항에 있어서, 건물데이터의 지붕정보를 렌더링하는 단계에 있어서, 다양한 지붕높이 정보를 갖고 있는 건물의 경우에는 지붕높이를 동일한 것끼리 분할한 섹션별로 렌더링을 수행하는 것을 특징으로 하는, 도화원도를 이용한 3차원 건물 모델링 방법.

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