안녕하세요, 엔젤스윙입니다. 이번에는 드론 측량 과정에서 이뤄지는 드론 매핑과 관련해서 혼란을 야기하는 개념들을 정리해 보았습니다. 포인트클라우드와 메쉬의 개념 비교부터 정사영상과 일반사진의 차이점 비교까지, 많은 분들이 궁금해하시는 내용을 쉽게 설명해보았습니다.
1. 3차원 포인트클라우드 vs 메쉬
3차원 포인트 클라우드란, 주로 레이저스캐닝이나 사진측량(Photogrammetry)의 결과물로 생성되는 좌표값을 가진 점들의 집합입니다. 생성된 3차원 포인트클라우드는 일반적으로 CAD 모델링, 품질검사 등에서 활용되는 데요. 건설산업에서는 특히 BIM모델이나 현황도면을 작성하는 기반 데이터로 활용되거나 현장 가상화, 시공 시뮬레이션 등에 활용되고 있습니다.
한편, 3차원 메쉬는 폴리곤과 정점들의 집합으로 이루어져 있는 데이터인데요. 포인트클라우드와 유사하게 건설 현장에서 현황 파악 및 설계, 시공관리를 보다 스마트하게 만드는 중요한 역할을 수행하고 있습니다.
그렇다면 두 데이터의 차이점은 무엇일까요? 가장 큰 차이점은 그 ‘형식’에 있습니다. 쉽게 말해 3D 포인트클라우드는 ‘점’, 3D메쉬는 ‘면’으로 이루어진 데이터라고 할 수 있지요. 하지만 두 데이터는 근본적으로는 동일한 정보에 의해 생성된 데이터입니다. 먼저, 드론 매핑이나 레이저 스캐닝 등의 작업은 1차적으로 포인트 클라우드 데이터를 생성합니다. 그리고 생성된 3차원 포인트클라우드를 변환해서 얻을 수 있는 것이 바로 3차원 메쉬입니다.
다만, 3차원 메쉬는 ‘면’의 형태로 데이터를 가시화하기 때문에 포인트클라우드 데이터보다 실제에 가까운 느낌을 줍니다. 이것이 많은 분들이 ‘메쉬’ 데이터가 더 정밀한 데이터라고 착각하게 되는 큰 이유입니다. 하지만 데이터가 부족한 영역에 대해 포인트 클라우드는 성긴(Sparse) 형태를 띄며, 메쉬는 점들을 이어 면을 생성하기 때문에 빈 곳이 메꾸어져 보일 뿐입니다.
즉, 두 데이터 유형은 어떤 것이 상위의 개념이다라고 말할 것 없이, 3D모델을 구현하는 서로 다른 양식이라고 할 수 있습니다.
2. 이름도, 정의도 비슷한 DSM, DTM 그리고 DEM
수치표면모델, 수치지형모델과 수치표고모델의 차이점 역시 많은 분들이 궁금해하는 내용 중 하나인데요.
먼저, 수치표면모델(DSM, Digital Surface Model)이란, 지표면의 모든 물체의 높이를 포함한 데이터입니다. 다시 말해, 지표면 뿐만 아니라 건물 등의 인공물과 나무 등의 자연물의 높이가 포함된 데이터라고 할 수 있습니다.
한편 수치지형모델(DTM, Digital Terrain Model)은 나무 등의 자연물이나 전력선, 건물 등의 인공물의 데이터를 모두 걸러낸, 실제 지표면(Bare earth)의 데이터로 정의되고 있습니다.
하지만 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)에 대한 정의는 조금 복잡합니다. 세계 각국에서 수치표고모델(DEM)의 정의에 대한 다양한 논쟁이 진행되고 있지만, 아직까지 하나의 합일점을 찾지는 못했습니다. 그러나 일반적으로 수치표고모델(DEM)은 지리정보시스템(GIS) 구축을 위해 사용되는 자료의 통칭으로, 수치표면모델(DSM)과 수치지형모델(DTM)을 포괄하는 개념으로 정의되고 있으며, 국내 유관 기관에서도 이 정의를 채택하고 있습니다.
주장1. 수치표고모델(DEM)이 수치표면모델(DSM)과 수치지형모델(DTM)을 포괄하는 개념이다.
주장2. 수치표고모델(DEM)이 수치지형모델(DTM)과 ‘동일한 개념’이다.
주장3. 수치표고모델(DEM)은 높이 정보만을 포함하고 있으며, X,Y,Z값을 가지고 있는 수치지형모델(DTM)이 수치표고모델(DEM)의 보강된 형태이다.
수치표고모델(DEM)의 정의에 대한 논쟁은 이 글에서 더 자세하게 확인하실 수 있습니다.
이러한 수치표고모델의 생성 및 저장 방식은 크게 네 가지로 분류되는데요. 1) 일정크기의 격자로서 저장되는 격자 방식, 2) 높이가 같은 지점을 연속적으로 연결하여 만든 등고선에 의한 방식, 3)단층에 의한 프로파일 방식, 4)그리고 불규칙한 삼각형에 의한 TIN(Triangular Irregular Network)방식 등이 그것입니다. 특히 등고선에 의한 방식이 많은 분들이 익숙해하는 유형입니다.
이 같은 다양한 유형의 모델은 도로, 철도, 댐 등 각종 토목 공사의 기초 자료로 활용되거나, 경사(Slope), 향(Aspect), 음영기복(Hillshade), 가시권(Viewshed)분석 등 활용분야가 다양합니다. 최근 국내에서는 수치지형모델을 활용해 3D 공간정보 오픈플랫폼 구축하는 작업이 한창 이루어지고 있습니다.
3. 정사영상과 일반사진의 차이점
최근 건설현장에서 드론을 띄우는 모습을 자주 확인할 수 있는데요. 주로 현장을 모니터링하는 용도로 드론을 띄운다고 합니다. 그런데 드론이나 항공기로 상공에서 촬영한 낱장의 사진만 있어도 대상지를 충분히 모니터링 할 수 있을까요? 면적이 넓지 않은 대상지의 전경을 확인하기 위한 용도라면 원본 사진만으로도 충분히 만족할 수 있겠지만, 다음의 경우에는 한계가 존재할 수 밖에 없습니다.
- 대규모 부지의 전경을 촬영해야 하는 경우
- 왜곡없는 정밀한 데이터가 필요한 경우
- 건설현장 성과물로 활용하고자 하는 경우
그렇다면 위 세 가지 경우에 적합한 자료는 무엇일까요? ‘정사영상’이 바로 그 해답이라고 할 수 있습니다. ‘정사영상’이란, 촬영된 원본사진들을 ‘정사보정’한 사진으로, 영상의 왜곡을 고려하여 자료 내 모든 지점이 지도와 같이 연직으로 내려다본 것과 같은 형태를 갖도록 보정한 데이터입니다. 다시 말해, 왜곡 없이 완전히 수직에서 내려다 본 사진이라고 할 수 있지요. 원본사진에 비해 정사보정 과정에서 해상도가 다소 떨어지기는 하나, 정사영상의 해상도가 위성사진의 약 30~100배 수준이기 때문에 여전히 정밀한 결과물을 얻을 수 있습니다.
정사사진은 공간정보 기반의 국가 정책 업무에 활용되거나 토지보상관련 업무,산림 및 공원 녹지 환경 관리 업무 등 그 활용처가 다양합니다. 건설 산업에서는 주로 정사사진 위에 도면을 중첩시켜 설계 대비 시공 정확도를 관리하고, 회의 석상 내 인쇄된 도면과 위성사진을 대체할 커뮤니케이션 자료로 활용되곤 합니다.
또한 촬영된 사진들이 모두 지오태깅(geotagging)되어 있기 때문에, 즉 좌표값을 가지고 있기 때문에, 사진측량기술을 적용하여 수치표면모델(DSM), 포인트클라우드와 같은 결과물을 함께 얻을 수 있습니다. 이를 기반으로 길이, 면적, 부피값을 측정하거나 종횡단면도 등의 측량 데이터를 생성하는 기술이 건설현장에 혁신을 불러일으키고 있지요.
결국 단순히 현장을 모니터링 하는 용도로만 활용한다고 하더라도, 일반 사진 대비 정사영상이 가지는 가치가 상당히 크다는 것을 알 수 있습니다.
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