KR20160148885A

KR20160148885A - 2d 이미지를 이용한 3d모델링 및 3차원 형상 제작 기법

Info

Publication number: KR20160148885A
Application number: KR1020150085649A
Authority: KR
Inventors: 하찬효; 하동효; 이창우; 예희영
Original assignee: (주)유니드픽쳐; 하찬효
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-12-27
Also published as: KR101693259B1

Abstract

본 발명은 PC나 모바일 등의 휴대 단말기를 통해 전송받은 2D이미지를 분석하고 편집하여 분석된 심도값을 3D편집툴에 적용하여 3D 모델링을 형성하고, 3D 형상화 된 이미지에 2D이미지 매칭하여 원본과 동일한 컬러를 가진 3D 형상을 제작하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법에 관한 것이다.

Description

2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법{3D modeling and 3D geometry production techniques using 2D image}

본 발명은 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법에 관한 것으로서, 이를 더욱 상세하게 설명하면, 2D 이미지를 분석하여 편집 및 심도값을 부여하고, 분석된 값에 따라 3차원 형상을 제작할 수 있도록 하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법에 관한 것이다.

종래의 3D 프린터는 기업에서 어떤 물건을 제품화하기 전에 시제품을 만들기 위한 용도로 개발되었으나, 플라스틱 소재에 국한되었던 초기 단계에서 발전하여 나일론과 금속 소재로 범위가 확장되었고, 산업용 시제품뿐만 아니라 여러 방면에서 상용화 단계로 진입하였다.

일반적으로 3D 프린터는 입체 형태를 만드는 방식에 따라 크게 한 층씩 쌓아 올리는 적층형(첨가형 또는 쾌속조형 방식)과 큰 덩어리를 깎아가는 절삭형(컴퓨터 수치제어 조각 방식)으로 구분하며, 입체 형상의 대상물은 다양하게 결정될 수 있는데, 예를 들어 인물 또는 사물이 그 대상물일 수 있다.

입체 형태를 제작하는 단계는 모델링(modeling), 프린팅(printing), 피니싱(finishing)으로 이루어진다.

상기 모델링(modeling)은 3D 도면을 제작하는 단계로, 3D CAD(computer aided design)나 3D 모델링 프로그램 또는 3D 스캔기기 등을 이용하여 제작한다. 일반적으로 건설업계나 자동차 제조 공장에서와 같이 처음부터 3차원 설계는 하는 곳 이외에는 상기 3D 스캔기기를 이용하는데, 3D 스캔기기는 실제 물건의 모양을 본떠 모니터에 3차원으로 그리는 기계로서, 탐침을 이용하여 물건의 전체를 훑어서 3차원 데이터를 얻거나, 레이져 같은 빛을 물건에 쏜 뒤 반사하는 빛을 받아서 3차원 데이터를 얻거나, 물건의 위와 아래 사면 등 6개의 시각에서 촬영한 사진을 합성하여 3차원 데이터를 얻을 수 있도록 하였다. 그러나, 종래의 스캔 방식은 스캔기기가 비치된 장소로 방문해야 하는 번거로움이 있었으며, 스캔기기의 성능에 따라 스캐닝 데이터의 품질이 달라질 수 있다. 예를 들어, 인물에 대한 스캐닝일 수행한 경우 머리카락 부분은 스캐닝 데이터로서 생성되지 않을 수 있는 것으로서, 이와 같은 스캐닝 데이터로는 올바른 3D 데이터를 생성할 수 없게 되는 것이다.

따라서, 스캔기기의 성능과는 무관하게 올바른 3D 데이터를 생성할 수 있도록 하는 발명의 등장이 요구된다.

대한민국 특허청 공개특허공보 제10-2015-0046557호 대한민국 특허청 등록특허공보 제10-1495810호

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 카카오톡, 메시지, 이메일 등으로 부터 전송받은 2D 사진을 이용하여 3D 모델링이 이루어지므로 기존의 스캔방식의 3D 모델링을 위한 공간적 한계를 극복할 수 있도록 하며, 2D 사진을 이용하므로 모든 피사체의 3차원 형상 제작이 가능한 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 2D 이미지의 그림자 및 색을 보정하는 2D 이미지 보정단계와; 상용 이미지 편집툴을 이용하여 보정된 이미지의 심도값을 설정하는 2D 이미지 분석단계와; 상기 2D 이미지 분석단계에서 산출된 값을 3D 편집툴에 적용하여 3D 이미지를 생성하는 3D 모델링 생성단계 및; 상기 3D 모델링 생성단계에서 형상화된 3D 이미지와 2D 이미지를 매칭하여 제품을 완성하는 제품 완성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 2D 이미지 분석단계는 보정된 2D 이미지를 부위별로 나뉘어 음영 생성을 통한 심도값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 2D 이미지 분석단계는 부위별로 달리 생긴 음영에 따라 디스플레이스 맵(Displace-map)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 디스플레이스 맵(Displace-map)은 흑색은 0, 백색은 100으로 지정하되 흑색과 백색 사이를 6단계 레벨로 나뉘어 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 3D 모델링 생성단계는 심도값을 이용하여 Z축값으로만 입체화된 3D 이미지를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 3D 모델링 생성단계는 Z축값 이외에 X,Y축의 픽셀 움직임을 제한하여 원본의 형태를 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 제품 완성 단계는 3D 형성화된 이미지에 2D이미지를 매칭하여 원본과 동일한 컬러로 복원하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 구성에 의해 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법에 있어서, PC나 모바일들을 이용하여 전송받은 2D 사진의 이미지를 분석, 편집하여 3D모델링을 형성할 수 있도록 하는 것으로 별도의 스캔기기가 필요치 않으므로 스캔기기를 비치하기 위한 공간적인 제약을 극복할 수 있고, 스캔기기가 구비된 촬영장소를 방문하지 않아도 되므로 기타 소요비용 및 시간을 절약할 수 있도록 하는 효과를 지닌다.

또한, 본 발명은 스캔기기 대신 일반적인 2D 이미지를 이용하므로 흉상, 반신상, 전신상 및 모든 피사체의 3차원 형상화가 가능하며, 기존 클레이나 점토 등을 이용한 수작업보다 정교하고 정확한 작업이 가능하며, 2D 이미지의 컬러를 그대로 표현 가능한 효과를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법을 개략적으로 블럭도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법을 이용하여 디스플레이스 맵을 형성한 예를 개략적으로 도시한 예시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법을 이용하여 디스플레이스 맵에 적용되는 레벨 구성방법을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법을 이용하여 Z값이 적용된 3D이미지를 개략적으로 도시한 예시도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법에 있어서 3D 편집툴을 이용하여 디테일 묘사를 한 예를 개략적으로 도시한 예시도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법에 있어서 생성된 3D 이미지와 원본 이미지를 매칭하여 제품이 완셩된 예를 개략적으로 도시한 예시도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 3D 형상물 제작을 위한 다수, 다각의 고객이 원하는 기념물을 직접 제작하기 위한 3D 프린터와 편집장치 등 시설물을 필요로 하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 2D 이미지 보정단계(S100); 2D 이미지 분석단계(S200); 3D 모델링 생성단계(S300) 및; 제품 완성 단계(S400)를 포함한다.

상기 2D 이미지 보정단계(S100)는 사용자가 의뢰한 형상물에 대한 이미지를 보정하는 단계로서, 사용자는 본인이 휴대하고 있는 단말기(PC,PDMA,스마트폰 등)를 이용하여 카카오톡과 같은 메신져나 일반 메시지 또는 이메일 등을 통해 이미지를 제공한다. 상기 이미지는 사진이나 그림 등과 같은 2D로 형성된 이미지를 지칭한다. 수신받은 이미지는 3D 형상 제작에 필요한 이미지만 존재할 수 있도록 그림자를 제거하거나 흐릿한 선 또는 점 등으로 표현된 색을 보정하여 원본 이미지가 훼손되지 않는 범위내에서 보정한다.

상기 2D 이미지 분석단계(S200)는 상기 2D 이미지 보정단계(S100)를 거친 이미지를 상용되는 이미지 편집툴을 이용하여 이미지를 분석하고 그에 따른 심도값을 산출하는 단계로서, 보정된 2D 이미지를 부위별로 나누고 나눈 부위별로 음영이 생성될 수 있도록 심도값을 설정한다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 전신상을 제작하기 위해서는 얼굴, 목, 상체, 하체, 기타 등으로 나누어 음영을 생성하여 디스플레이스 맵(Displace-map)을 가공한다.

상기 디스플레이스 맵(Displace-map)은 흑색을 0으로 지정하고 백색으로 갈수록 100으로 지정하되 이를 6단계의 레벨로 나뉘어 구성될 수 있도록 하며, 나뉘어진 음영에 따라 심도값(Depth-Rate)을 지정하여 후술되는 상기 3D 모델링 생성단계(S300)의 Z축 값으로 제공될 수 있도록 한다.

따라서, 상기 심도값(Depth-Rate)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이스 맵(Displace-map)으로 산출된 음영에 각각 높이값을 주는 것으로, 검정색으로 칠해진 영역을 휘도값 0에 해당하도록 하고, 흰색으로 칠해진 영역은 휘도값 255에 해당될 수 있도록 하며, 흰색의 최대 높이는 100으로 한정될 수 있도록 하고 검정색과 흰색의 사이의 그레이(회색) 계조는 피사체가 어떻게 보여야 하는지의 판단에 따라 그 값을 달리 설정하여 도 3과 같이 사람의 흉상의 측면을 예를 들었을 때 검정색으로 표현된 귀를 중심으로 형성된 라인은 높이를 0으로 설정하고 코끝은 흰색으로 하여 최대 높이 100으로 설정될 수 있도록 한다.

상기 3D 모델링 생성단계(S300)는 3D 편집툴에 상기 2D 이미지 분석단계(S200)에서 산출된 디스플레이스 맵(Displace-map) 및 심도값(Depth-Rate)을 적용하여 3D 모델링된 이미지를 형성하는 것으로서, 디스플레이스 맵(Displace-map)에 음영에 따른 심도값이 적용된 Z축값을 적용하여 돌출되게 함으로서 2D 이미지를 입체화할 수 있도록 한다.

일반적으로 3D 편집툴에서 베이스 없이 작업할 경우 수백만의 폴리곤으로 형성된 표면을 밀고 당기기를 수없이 반복해 작업함으로서 많은 시간이 소요되며 면에 적용된 원본 이미지 또한 일그러지거나 인물의 해상도가 변형될 수 있는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 3D 편집툴에 디스플레이스 맵(Displace-map)과 심도값(Depth-Rate)을 제공하여 원본 이미지가 훼손되는 것을 방지하고 작업시간을 단축시키는 효과를 도모할 수 있도록 한다.

또한, 상기 3D 편집툴을 이용하여 디테일을 묘사하기 위해서는 특수명령으로 인하여 심도값이 적용된 Z축값 이외에 X축과 Y축으로 형성되는 픽셀의 움직임을 제한하여 원본을 유지하면서도 한정된 기능만을 활용하여 디테일한 형상이 만들어질 수 있도록 한다.

상기 제품 완성 단계(S400)는 상기 3D 모델링 생성단계(S300)에서 형상화된 3D 이미지와 원본 2D 이미지를 매칭하여 2D 이미지가 갖고 있던 컬러를 동일하게 복원하여 제품을 완성하는 단계이다.

상기와 같이 매칭이 완료된 이미지는 3D 프린터를 통해 적층형(첨가형 또는 쾌속조형 방식)과 큰 덩어리를 깎아가는 절삭형(컴퓨터 수치제어 조각 방식) 중에서 선택된 방법에 의해여 프린팅이 될 수 있도록 한다.

본원 발명은 2D 이미지를 분석하여 디스플레이스 맵(Displace-map)과 심도값(Depth-Rate)을 산출하고 이를 3D 편집툴에 제공하여 3D 이미지 파일을 형성하므로 입체사진, 피규어, 기념패나 트로피, 또는 흉상 등 고객이 원하는 모든 형상을 제작 가능할 수 있도록 하고, 3D 이미지와 원본 이미지를 매칭함으로서 원본의 컬러를 그대로 표현 가능하게 함으로서 제품의 완성도를 높일 수 있도록 한다.

출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

S100 : 2D 이미지 보정단계
S200 : 2D 이미지 분석단계
S300 : 3D 모델링 생성단계
S400 : 제품 완성 단계

Claims

2D 이미지의 그림자 및 색을 보정하는 2D 이미지 보정단계와;
상용 이미지 편집툴을 이용하여 보정된 이미지의 심도값을 설정하는 2D 이미지 분석단계와;
상기 2D 이미지 분석단계에서 산출된 값을 3D 편집툴에 적용하여 3D 이미지를 생성하는 3D 모델링 생성단계 및;
상기 3D 모델링 생성단계에서 형상화된 3D 이미지와 2D 이미지를 매칭하여 제품을 완성하는 제품 완성 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법.
제1항에 있어서,
상기 2D 이미지 분석단계는 보정된 2D 이미지를 부위별로 나뉘어 음영 생성을 통한 심도값을 산출하는 것을 특징으로 하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법.
제1항에 있어서,
상기 2D 이미지 분석단계는 부위별로 달리 생긴 음영에 따라 디스플레이스 맵(Displace-map)을 형성하는 것을 특징으로 하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법.
제3항에 있어서,
상기 디스플레이스 맵(Displace-map)은 흑색은 0, 백색은 100으로 지정하되 흑색과 백색 사이를 6단계 레벨로 나뉘어 구성되는 것을 특징으로 하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법.
제1항에 있어서,
상기 3D 모델링 생성단계는 심도값을 이용하여 Z축값으로만 입체화된 3D 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법.
제1항에 있어서,
상기 3D 모델링 생성단계는 Z축값 이외에 X,Y축의 픽셀 움직임을 제한하여 원본의 형태를 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법.
제1항에 있어서,
상기 제품 완성 단계는 3D 형성화된 이미지에 2D이미지를 매칭하여 원본과 동일한 컬러로 복원하는 것을 특징으로 하는 2D 이미지를 이용한 3D모델링 및 3차원 형상 제작 기법.