본 논문은 range map과 texture map이 포함된 range image를 삼각형 메쉬로 된 3차원 형상으로 복원하고, 이 삼각형 메쉬를 기하학적 축소 알고리즘을 적용하여 간략화하는 방법에 대하여 기술한다. 그리고 이 논문에는 복원된 3차원 모델에 texture mapping이 가능하고 간략한 정도를 사용자가 쉽게 결정할 수 있으며, 실시간 multiple level-of-detail에 적용 가능한 빠른 속도의 간략화 방법을 제시한다. 구현한 방법을 국보급 문화재를 스캐닝한 실험 데이터에 적용하여 그 유효성을 입증한다.
21세기 정보화 시대에 효과적으로 대비하기 위해 세계 여러나라에서 추진하고 있는 정보화 사회를 구축하는데 필수적인 요소로 lnfrastructure인 초고속 정보 통신망을 구축하고 있다. 이에 따라 국내에서도 정부주도로 초고속망을 이용한 대국민 서비스 사업을 추진하고 있고, 이 사업의 일환으로 문화체육부에서도 국립중앙박물관을 중심으로 대국민 서비스용 문화정보망 구축을 추진하고 있다. 이러한 문화정보망 사업의 최종 목표는 종래의 개념을 넘어선 인간에게 가장 현실감을 줄 수 있는 "가상박물관"과 같이 문화재를 글, 그림 이외에 3차원 업체형상을 가진 문화재를 3차원적으로 표현하여 보이지 않는 부분을 볼 수 있도록 문화재를 이동, 회전 및 확대, 축소 표현이 가능한 3차원 형상정보 데이타베이스를 구축하여야 한다. 본 과제에서는 이러한 3차원 형상정보 데이타베이스 구축을 위해, 컴퓨터 그래픽스 기술과 인공지능 기술이 복합적으로 구현된 3차원 입체형상 자동 입력 시스템 및 모델링 시스템과 지원 도구 개발을 목표로 진행되고 있다. 이 시스템이 완성되면 문화재 형상의 영구보존, 문화재의 특성(크기,색,무늬,질감) 보존, 문화재 형상 복원 및 문화재의 시대적 상대평가를 용이하게 하는 효과를 얻을 뿐아니라, 컴퓨터 그래픽스 기술 및 정보처리 기술을 문화재 연구와 전시에 적용하여 문화정보망 사업의 구체적 효과를 가시화 할 수 있다.
여러 장의 입력 영상으로부터 3차원 형상 정보를 복원하는 기법은 크게 스테레오(stereo) 기법과 각선 기반 방법으로 나누어져 있다. 특히 복셀 기반 방법은 스테레오 기법에서의 대응점 문제를 극복하고 가리어짐 현상이나 컬러의 변화가 적은 영역에서의 현상 복원 능력이 우수한 것으로 알려져 있지만 광학적 외피(photo hull) 이라는 근본적인 복원 한계성을 가진다. Photo hull은 바라보는 카메라의 위치에 크게 의존하는 성질을 보인다. 조건에 맞는 최적의 카메라 위치를 결정하는 것을 시점 계획(view planning)이라 고 하고 거리 영상(range images)로부터 형상을 복원하는 기법에 활발히 연구되어져 왔다. 본 논문에서는 복셀 기반 방법에서의 단점인 photo hull을 줄이기 위해 최적의 시점을 선택하는 시점 계획(view planning)에 대한 알고리듬을 제안하고 photo hull의 효과를 최소로 하여 형상이 복원되는 것을 실험을 통해 검증한다.
본 논문에서는 정현파 줄무의 패턴을 이용하여 고속이면서도 정밀하게 측정체 표면의 3차원 형상을 측정하는 시스템을 구성하였다. 또한 획득영상의 위상정보 부족 영역에대하여 효율적인 위상복원 방법을 사용하여 측정효율을 높이는 방법을 제안하였고 이를 실험적으로 확인하였다. 카메라의 측정각도와 측정체의 형상에 따라 카메라에 획득되는 영상에는 필연적으로 위상 정보가 부족한 영역이 존재하며 본 논문에서는 이 영역을 추출하고 가변 크기의 위상복원 창과 가변 비율을 갖는 정규화 방법을 사용하여 위상을 효과적으로 복원함으로써 시스템의 측정 효율을 높였다.
2006년 전남 고흥군 안동고분에서 발굴된 5세기의 백제 금동관모의 3D 스캐닝작업을 통하여 정밀실측 및 디지털 영상복원을 실시하였다. 3D 스캐닝은 대상물의 정밀한 형상을 3차원 공간상에 구현하여 디지털데이터로 보존하는데 목적이 있다. 데이터 구축은 3차원 형상과 색상정보를 획득하는 과정인 3D 스캐닝(부위별 원시 데이터 촬영) - 3D 모델링(원시 데이터 정합 및 비촬영부 재생과 손실부 복원) - CG영상 제작 순으로 이루어 졌다. 복원 CG영상은 원시데이터의 정합된 형상을 기초근거로 하였고 도면상(CAD)의 각 부재 실측 수치를 참고하여 제작하였다. 이때 비촬영 부분과 소실된 부분은 각 부재의 실측자료와 더불어 옛 백제지역에서 출토된 5~8세기의 관모들을 조사하여 복원하였다. 이러한 3D영상 복원은 손상된 유물의 복원방법 중 하나로써 고증과 검증을 통해 유물의 직접적인 손상 없이 유물을 재구성하여 복원함으로써 역사적 및 학술적 가치향상과 유물 복원에 의미가 있다고 하겠다.
본 논문에서는 2매의 2차원 얼굴영상으로부터 이들을 합성하여 3차원 얼굴의 가상형상을 복원한다. 여기서 2매의 2차원 얼굴영상은 정면과 측면 영상을 사용한다. 우선 임의의 일반 얼굴에 대한 기준모델을 설정하고, 이 모델에서, 얼굴형상의 특징을 표현하는 귀, 2개의 눈, 코 및 입 부분에 집중적으로 특징점을 규정하고, 그 외에 이마 및 턱 부분에도 특징 점을 규정하여 그 위치좌표를 저장해 둔다. 그 후 정면영상의 좌 우측에 측면영상을 대칭적으로 접속하고 영상의 기하변환 방법을 적용하여 점차적으로 합성한다. 이때 나타나는 합성부분에 색상 및 명도의 차를 제거하기 위해 선형보간법을 적용하여 자연스런 3차원 가상얼굴을 구현하게 된다. 그 결과 불특정 얼굴형상도 3차원으로 구현할 수 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 레이저 슬릿 빔을 이용한 능동 스테레오 정합 기법과 모자이크 기법을 결합한 3차원 형상 복원 기법을 제안한다. 능동 스테레오 정합 기법은 레이저 슬릿 빔이 조사된 좌, 우 영상에서 색상과 밝기 변화를 분석하여 레이저 라인의 위치정보를 검출하고, 등극선(epipolar line)에서 이를 비교하여 깊이 정보를 획득하는 방법이다. 모자이크 기법은 해리스 코너 검출 방법(harris corner detection)을 이용하여 영상의 특징점을 검출하고, 특징점 기술자(keypoint descriptor) 색인 분류 방법으로 연속 영상 간 특징점의 대응쌍을 찾고 상호 변환 관계를 추정하는 방법이다. 능동 스테레오 정합기법과 모자이크 기법을 이용하여 전체 연속 영상의 깊이 정보를 계산하였다. 이와 같은 방법으로 획득한 연속 영상의 깊이 정보를 영상의 색상, 질감 정보와 융합(blending)과정을 거쳐 최종 3차원 형상 정보로 복원하였다. 제안한 복원기법은 레이저 슬릿 빔과 스테레오 카메라를 사용함으로써 장소와 거리 제약 조건을 극복하여 용이하면서도 강인한 3차원 거리 정보를 획득할 수 있었다.
본 논문에서는 평판형 디스플레이 장치의 필수 구성품인 투명한 ITO(Indium-Tin-Oxide) 유리를 가공하기 위한 펨토초(Femto-second) 레이저 미세 가공의 효율을 극대화하기 위해 가공 대상체의 정보를 추출하는 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 레이저 스캐닝 시스템을 활용하여 펨토초 레이저빔의 초점 거리 오차와 각도 오차를 사전에 계측하고 3차원으로 형상을 복원한다. 본 시스템은 라인 스캔 레이저, 고해상도 카메라, 리니어 모션 가이드(Linear Motion Guide), 시스템 제어부로 구성되어있다. 또한 본 시스템의 모델링을 통한 카메라와 레이저의 위치와 측정 결과와의 관계를 나타낼 수 있는 민감도 지수를 정의하고, 이를 활용하여 더욱더 정확한 측정이 가능한 시스템을 설계할 수 있었다. 가공 대상체인 ITO 유리의 높이와 표면 형상을 측정하고 3차원으로 형상을 복원하여 주사 탐침 현미경(SPM)으로 얻은 결과와 비교하여 본 시스템의 성능을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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