기본적인 투영기법인 평행투영, 원근투영 기법과 Octree 모델을 사용하여 임의의 시각방향에서 모델의 2차원 투영영상을 생성하고 노드표면을 시각방향으로 평행 투영하여 이들 벡터의 곱의 절대값을 사용하여 2차원 투영영상을 Pseudo gray로 표현해 본다. 또한 평행투영과 원근투영 하에서 2차원상의 모델에서 3차원 모델의 특징점을 찾을 수 있는 기법을 제안하고 두 개의 모델 영상에 적용해 증명해 보았다. 이 기법은 3차원 물체 인식에 중요한 정보로 유용하게 사용 될 수 있다.
비형식학습의 준비된 장소이며 대표적인 비형식 과학교육 기관인 천체투영관은 세계적으로 약 3000개 이상이 설치되었으며 국내에도 약 100여 곳이 운영되고 있다. 이제 국내에서도 천체투영관의 양적 증가가 아닌 질적 향상을 위한 노력과 함께 관련 연구가 시급하다. 또한 비형식학습을 통한 대국민의 천문학 인식 제고를 위하여 천체투영관의 교육적 활용에 대한 연구 또한 필요하다. 천체투영관의 교육적 활용을 위한 연구의 기초자료를 만들기 위하여 국내 80개 천체투영관 운영자들을 전화로 인터뷰하여 천체관의 현황을 조사하였다. 1)국내 천체투영관의 연방문객은 약 200만 명, 2)디지털방식의 투영장치를 갖춘 천체투영관이 조사된 천체투영관의 약 80%, 3) 돔스크린의 크기가 10m 미만인 곳은 조사된 천체투영관의 약56%를 차지하는 것으로 조사되었다. 이번 발표에서는 조사결과와 함께 천체투영관의 교육적 활용에 대한 연구 방향을 제시해 보고 관심 있는 관계자들의 의견을 듣고자 한다.
올해는 1967년 광화문 우체국에 설치된 천체투영관을 시작으로 국내에 천체투영관이 도입된 지 50주년이 되는 해이다. 지방자치제의 시행과 더불어 디지털 투영기가 보급되면서 국내 천문시설은 급격히 증가하게 되었고, 현재 국내에는 약 80곳의 천체투영관이 있으며 연간 약 250만명이 방문하는 인기 있는 천문시설 중 하나로 자리 잡게 되었다. 하지만 현재의 천체투영관은 영상물 상영 위주의 운영이 주를 이루고 있고 교육 시설로의 활용은 부족한 편이다. 반면 해외에서는 1960년대부터 학교와 지역사회에서 천체투영관을 활용한 교육이 활발하게 이루어지고 있다. 또한 천체투영관의 교육적 효과에 대한 연구도 지속적으로 이루어지고 있으며 천문학적 개념 형성에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타나고 있다. 따라서 본 발표에서는 해외에서 이루어지고 있는 천체투영관을 활용한 다양한 방식의 연구방법과 사례를 살펴보고 현재 국립대구과학관에서 개발하여 운영 중인 프로그램과 활용방법에 대해 소개하고자 한다.
최근 프로젝터는 휴대용 프로젝터의 등장으로 원하는 장소에서 영상을 투영할 수 있어 현장에서의 회의에 사용되는 등 그 용도가 확장 되었다. 하지만 이러한 휴대성으로 인하여 백색의 균일한 투영면에 영상을 투영하지 못하는 경우 투영면의 색에 의하여 투영된 영상에서 색 왜곡이 발생한다. 따라서 색을 지닌 투영면에 의해 발생된 색 왜곡을 보정하기 위해 여러 알고리즘들이 제안되었다. 하지만 이들 알고리즘은 측정 장치를 사용하여 휴대용 프로젝터에 적용에 있어 제한적이다. 본 논문에서는 카메라를 측정 장치로 사용하여 유색의 투영면과 백색의 투영면에서의 색을 일치시키는 알고리즘을 제안한다. 먼저, 각 채널당 9단계의 계조를 나타내는 테스트 영상을 백색과 유색의 투영면에 투영한 후 카메라로 획득한다. 다음으로, 두 투영면에서의 각 각의 계조를 나타내는 테스트 영상의 획득한 영상을 통해 디지털 값을 획득한다. 획득한 디지털 값은 같은 패치에 대해 투영면에 따라 다른 값을 가지게 된다. 백색의 투영면에서 테스트 영상의 값을 기준으로 유색의 투영면에서 같은 값을 가지게 하는 테스트 영상을 찾는다. 두 개의 투영면에서 테스트 영상의 값을 일치 시키는 입력 디지털 값씩 차이는 색씩 변화를 나타낸다. 따라서, 두 투영면에서의 테스트 영상의 값을 일치 시키는 두 투영면에서의 입력 디지털 값을 다항 희귀 방정식에 대입하여 색 보정 행렬을 구한다. 실험을 통하여 제안한 방법과 이전 방법을 비교하였고 주관적 평가와 객관적 평가에서 제안한 방법이 우수한 성능을 나타내었다.
Zeiss사에 의해 고안되어 제작된 최초의 근대식 천체투영기(Planetarium)는 1923년 독일박물관에 설치되었다. 세계 최초의 천체투영관은 큰 이목을 끌었고, 이 소식은 전세계로 전해져 유럽의 퍼지기 시작했고 1930년대에는 미국의 갑부들이 자기 도시에 천체투영관을 설립하였다. 우리나라는 재일동포 사업가 이현수에게 일본 GOTO사의 천체투영기를 기증받아 1967년 4월 29일 광화문 전화국 옥상에 최초의 천체투영관이 개관하였다. 이 투영기는 1970년 남산어린이회관으로 이전되었다가, 1975년 광진구에 있는 어린이회관으로 옮긴 후 2005년 퇴역하였다. 2017년은 천체투영관이 도입된 지 50주년이 해로, 2017년 10월 현재 우리나라에 88곳의 천체투영관이 운영중이며 연 200만명이 방문하는 중요한 천문교육시설이 되었다.
2010년 현재 국내에는 약 30여 개의 천체투영관(Planetarium)이 운영 중에 있으며 매년 2-3개의 천체투영관이 건설 되고 있다. 국내 다수의 천체교육시설은 천문학전공자가 아닌 비전문가들의 건설기획 운영으로 천체투영관의 근본적 역할과 기능을 다하고 있지 못한 실정이다. 천체투영관의 긍정적 운영과 교육적 활용을 높이기 위하여 1)현재 운영 중인 천체투영관의 운영실무자들에게 설문지를 배포하여 각 천체투영관 시설 현황과 운영 교육 프로그램을 조사하고, 2)설문조사 결과와 학년별 과학과 교육과정을 분석하여 천체투영관을 활용한 천문교육 프로그램을 개발하려 한다. 본 발표에서는 설문조사 결과와 교육프로그램 개발 계획에 대해 이야기 하고자 한다. 향후 개발된 교육프로그램은 국립과천과학관에서 시범운영하고 설문결과를 얻어 발표할 예정이다.
우리나라는 1910년대 토지조사사업에서 설정된 횡원통상사투영법을 사용하고 있다. 그러나 이 투영법은 수학적 유도 방법과 절차에 따라 다른 형태의 투영함수가 존재하며, 대표적인 것이 측지 및 공공측량에 사용하는 Gauss-Kruger(GK) 함수와 지적 분야의 Gauss-Schreiber(GS) 함수이다. 또한 이들 함수들은 실제 전산 구현 방법과 계수 선택에 따라 그 형태의 차이가 있어 투영변환 계산 결과에 영향을 미친다. 본 연구에서는 횡원통상사투영의 GS 계열 2가지와 3가지 GK 정 역변환 함수를 과학기술계산용 소프트웨어인 MATLAB에 의해 구현하고, 이들 특성 비교를 위한 다양한 수치시험을 수행 하였다. 그 결과를 바탕으로 투영 범위에 따른 투영함수의 정확도, 변환좌표의 차이, 축척계수에 의한 왜곡 특성을 분석 하였다. 이와 함께 4계로 이루어진 투영체계에 대해 GS 및 GK 함수를 통해 투영변환을 실시하고, 좌표의 일치성 및 투영 면적왜곡을 정량적으로 분석하여 그 결과를 요약하였다.
투영 클러스터링은 고 차원 데이타집합에서 서로 다른 부분공간들에서 클러스터들을 찾으려고 모색한다. 사용자가 출력 클러스터들의 개수와 투영 클러스터들의 부분공간의 평균 차원수를 지정하지 않아도, 거의 최적인 투영 클러스터들을 탐사해내는 알고리즘을 제안한다. 클러스터링의 각 단계에서 알고리즘의 목적 함수는 투영 에너지, 품질, 그리고 이상치들의 개수를 계산한다. 클러스터링에서 투영 에너지를 최소화하고 품질을 최대화하기 위하여, 전체 차원의 표준 편차들을 비교함으로 입력 점들의 밀도 상에서 각 클러스터의 최선의 부분영역을 찾기 시작한다. 부분공간의 각 차원에 대한 가중치 요소가 투영 거리 측정에서 확률 오차를 없애기 위하여 사용된다. 제안된 알고리즘이 투영 클러스터들을 정확하게 발견해내고 대 용량의 데이타 집합에서 비례확장성을 갖는다는 것을 여러 가지 실험으로 보여준다.
국립과천과학관 천체투영관은 연간 약 20만 명의 관람객이 방문하고 있어 일반 대중들에게 천문학을 쉽고 재미있게 접하게 하고 홍보할 수 있는 좋은 시설이다. 과거의 천체투영관에서의 천문학 교육은 별자리나 좌표계 설명이 대부분이었지만 디지털 천체투영장치의 보급과 함께 천문학의 다양한 분야를 소개하는 영상물들이 제작되어 여러 가지 방식의 천문학 교육이 가능하게 되었다. 하지만 국내에는 많은 수의 천체투영관이 있으며 그 수가 점점 증가하고 있음에도 불구하고 그에 걸맞는 수준의 콘텐츠가 개발되고 있지는 못하는 실정이다. 본 연구에서는 해외에서는 어떤 방식으로 어떤 종류의 영상물들이 제작되고 있는지와 천문올림피아드 실습교육 등 국립과천과학관 천체투영관에서 이루어지고 있는 천문학 교육 내용들을 소개하고, 천체투영관 운영 경험을 바탕으로 우리나라에서는 천문올림피아드 실습교육을 포함한 다양한 천문학 실습교육에 활용되고 있 어떤 종류의 콘텐츠가 개발되는 것이 필요할 것인지 제시해보고자 한다.
우리나라는 역사적으로 Gauss 이중투영과 Gauss-Kruger투영이 혼용되어 현장실무자들에게 있어서 혼돈이 되고있다. 본 연구에서 이러한 두가지 투영법에 대한 특성과 차이 및 적응에 따른 문제점을 재조명하고자 한다. 결론적으로 이들 투영법에 의한 차이가 기준점의 허용오차를 15센티미터 이내로 할 경우에는 GIS나 지도제작에는 문제가 없으나, 기준점의 성과계산에서는 투영에 따른 차이점이 고려되어야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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