ETRI, 사진을 이용한 3차원 모델링 기술 개발

- 3월 27일(목) 오후 2시 수원 중소기업청 대회의실 2층에서 기술이전설명회 -

  평범한 사진으로 3차원의 가상현실 영상을 만들어내는 기술이 국내 연구진에 의해 개발되어 각종 구조물 설계, 3D 애니메이션, 가상 모델하우스, 실가상 쇼핑몰 등에 활발히 응용될 것으로 보인다. 한국전자통신연구원(ETRI, http://www.etri.re.kr) CG기반기술연구팀(팀장 최병태)은 정보통신부 선도기반 사업인 네트워크 가상현실 저작도구 및 시스템 개발 과제의 일환으로 디지털 카메라나 평판 스캐너로 작성된 평범한 사진파일을 이용하여 마우스의 조작만으로 쉽고 빠르게 실제와 유사한 3차원 형상 모델을 생성하는 영상기반 3차원 모델링 기술을 개발하였다. 본 기술은 물체를 컴퓨터상의 3차원 그래픽 모델로 제작하는 기술로서, 마우스 클릭 4번으로 평범한 사진 파일을 실감 나는 3차원 컴퓨터 그래픽 영상으로 가공하는 기술이다. 본 기술은 오는 3월 27일(목) 오후 2시 수원 경기지방 중소기업청 대회의실 2층에서 기술이전설명회를 개최할 예정이다.

● 고도의 전문가가 고가의 장비 또는 소프트웨어로 장시간 작업

   게임, 홈쇼핑 등을 위한 각종 가상현실, 모의전투 등 국방, 건축설계 등으로 점차 활용범위가 확대되고 있는 3차원 그래픽 모델을 제작하는 일은 고가의 외산 장비나 소프트웨어가 필요한 고도의 작업이었다. 피사체를 안에 넣고 촬영하는 3차원 스캐너 장비는 5,000만 원에서 수 억 원대의 고가이고 피사체의 크기에도 제한이 따랐으며, 천 만원 대 소프트웨어를 사용해 직접 그리는 작업 역시 고도의 전문가가 장시간에 걸쳐 수행해야 했다. 최근 들어 평면 사진으로 3차원 입체영상을 만들어 내는 소프트웨어 기술이 프랑스, 캐나다 등에서 개발되었지만 역시 고가인 데다가 사진촬영에 사용된 카메라의 상세 정보와 피사체 주요 부분의 3차원 좌표를 계산해 입력해야 사용할 수 있어 기존 방식을 대체하지 못하고 있다.

● 저비용, 고효율의 세계 수준의 3차원 모델링 기반 기술 확보

   ETRI의 영상기반 3차원 모델링 기술은 평범한 사진파일 2장 이상만 있으면 사진에 찍힌 물체를 3차원 가상현실로 재현시킬 수 있는 기술로서, 핵심 원천기술인 카메라 보정기술을 포함해 순수 독자기술로 개발되었다. 편리성이나 신속성에서 선진국 기술을 훨씬 능가, 별도의 설정 없이 사진 화면에서 임의의 4개 지점을 마우스로 클릭하는 것만으로 카메라 정보 추출에서 3차원 모델 생성까지 자동으로 수행된다. 또한 윈도우즈 기반으로 개발되어 호환성이 뛰어나고, 결과물을 웹브라우저에서 열어볼 수 있게 가상현실모델링언어(VRML, virtual reality modeling language)로 산출하므로 데이터의 공유성과 인터넷 응용성이 뛰어나다.

 ● 향후 전망

   본 기술이 상용화되면 3D 영상 컨텐츠 제작, 3차원 가상 쇼핑몰 구축, 의류에서 도시계획에 이르는 각종 입체 디자인 작업 등에 널리 활용될 것으로 보인다. 또한 교육, 국방, 의료 등에 활용될 수 있는 국가 차원의 3차원 가상현실 인프라 구축에 크게 기여할 것으로 기대된다. 연구책임자인 최병태 ETRI CG기반기술연구팀장은, "이번 개발로 우리 나라 3차원 모델링 기술은 세계적 수준에 이르게 되었다"며, "향후 인터넷 기반 기술 및 그래픽스 기술과 접목, 다양한 신기술로 응용되어 관련 산업의 경쟁력을 크게 높임은 물론 도시계획, 국방 등 공공분야에도 널리 활용될 수 있다"고 말했다.

[용어설명]-------------------------------------------

• ３차원 모델링(Modeling) : 물체의 3차원 기하 정보 (크기와 모양)를 얻는 일련의 과정. 3차원 레이져 스캐너와 같은 실측 장비를 이용하는 Active Modeling 방식과 물체를 찍은 평면(2차원) 사진으로부터 3차원을 추정하는 Passive Modeling 방식이 있다.
   
• 사진영상 : 카메라로 촬영한 사진이나 캠코더를 이용하여 촬영한 2차원 영상을 지칭한다. 소개하는 모델링 방법은 이러한 사진을 이용하여 물체의 3차원 기하정보를 추정한다.
   
• 카메라 보정 : 3차원 모델링이 수행되기 위해서는 사진을 획득한 카메라의 위치나 초점거리 등과 같은 정보를 미리 알고 있어야 한다. 카메라 보정은 이러한 목적을 위해 사진 영상으로부터 카메라에 대한 정보를 추출하는 과정이다.
     
• 가상현실 : 컴퓨터를 사용하여 실제환경과 유사하게 만들어진 사이버 공간에서 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각 같은 감각들을 이용하여 가상공간을 실제 공간처럼 체험하고 대화식으로 정보를 주고받는 것을 가상 현실이라고 한다.
   
• 텍스처 맵핑 : 3차원 모델링을 통해서 얻게 되는 정보는 물체의 크기와 모양이다. 텍스쳐 매핑은 여기에 물체 표면의 색상 정보를 추가하는 과정이다. 우리는 촬영 사진으로부터 이러한 정보를 얻어 물체 표면에 색상을 맵핑한다.
   
• VRML(virtual reality modeling language, 가상현실모델링언어) : 3차원 물체 표현 국제 표준 포맷이다.  VRML을 통해 모델링한 물체를 웹 브라우져에 나타낼 수 있다.

[설명자료]-------------------------------------------

<사진영상을 이용한 3차원 모델링 기술 개념도>

[사진설명]

<왼쪽 위> 촬영 및 입력/사진 원본 : 사용자는 기존의 카메라로 촬영한 사진을 평판 스캐너로 입력하거나 디지털 카메라로 촬영한 사진을 불러온다.

<작업내용> 사진에서 임의의 4군데를 골라 마우스로 한 번 씩 클릭하면 카메라 정보 추출에서 3차원 모델 생성까지의 이후 과정들이 자동으로 수행된다.

<오른쪽 위> 와이어 프레임 모델 : 카메라 보정 결과를 이용하여 2D와 3D 영상간의 관계를 설정하여 구한 자동차 모델의 3차원 구조

<왼쪽 아래> 모델링 및 텍스처 맵핑: 사용자가 마우스로 3점만을 클릭하면 그림과 같이 자동으로 텍스처가 추가(표면에 색과 무늬를 입힘)된 3차원 모델을 추출하게 된다.

<오른쪽 아래> 3차원 모델(VRML): 본 기술을 이용하여 만든 3차원 모델은 웹 브라우저에서 볼 수 있는 VRML로 내보내기(export)하여 다른 응용 프로그램에서 사용할 수 있다.