Ⅰ. 서론 최근 코로나19 팬데믹으로 사회, 경제, 문화를 비 롯한 대부분의 활동이 비대면으로 전환되면서, 사 회망 서비스(SNS), 원격 회의, 원격 수업과 같은 비 대면 소통 방식이 일상화되고, 메타버스와 같은 가 상세계를 통한 문화적 소통에 관심이 증가하고 있 다. 특히 엔터테인먼트와 게임 산업에서 가상현실 (VR), 증강현실(AR), 가상공연, 실감 콘텐츠와 같은 3D 데이터 생성 기술에 기반한 응용서비스 수요가 급증하고 있다. 컴퓨터 비전 분야에서 3D 데이터 생성 기술은 물 체에서 반사되거나 투과되는 에너지를 측정하는 광 학식 3D 모델링 기법이 주로 연구되어 왔다. 특히 광학식 기법 중 능동방식인 3D 스캐닝 기술과 수동 방식인 포토그래메트리(Photogrammetry) 기술이 광 학 기술 발전과 컴퓨팅 성능 향상으로 활발히 연구 되어 다양한 분야에서 활용되고 있다. 3D 스캐닝 기술은 정밀한 3D 데이터 생성을 위 한 대표적인 방식으로, 물체에 빛이나 특정 패턴을투영하고 물체의 표면에 투영된 패턴의 왜곡(굴곡) 을 취득한 후, 물체의 깊이와 표면 정보를 계산하여 3D 모델링을 수행하는 기술이다. 이 기술은 3차원 좌표뿐만 아니라 구조물 표면의 재질까지도 표현 가능한 정확도를 제공한다. 따라서 건설, 고고학, 문화유산 보존, 지질학, 제조 등 다양한 산업 분야에 서 사용되고 있다. 특히, 의료와 역공학 분야에서 정 밀한 측정을 위해 활용되고 있다. 포토그래메트리 기술은 2차원 이미지를 기반으 로 기하학적인 3차원 형상 정보를 구축하는 기술로, 여러 위치에서 물체를 촬영한 영상을 통해 위치, 형 상, 크기 등을 파악하여 3차원 데이터를 생성한다. 주로 지형 지도 제작, 건축, 엔지니어링, 품질 관리, 경찰 조사, 문화유산 및 지질학과 같은 분야에 사용 되고 있다. 본고에서는 3D 데이터 생성 기술 중 고품질 데 이터를 지원할 수 있는 3D 스캐닝 기술과 포토그래 메트리 기술에 대한 분석 및 연구 동향을 살펴보고, ETRI에서 연구 중인 고해상도 3D 데이터 생성 기 술을 소개한다. Ⅱ. 3D 데이터 생성 기술 분석 및 연구 동향 1. 3D 스캐닝 기술 능동방식 3D 스캐닝 기술에는 직접 거리 측정방 식과 삼각측량 방식이 있다[1-4]. 직접 거리 측정방 식은 비행시간 측정방식(ToF: Time of Flight)과 위상 변이(Phase-Shift) 측정방식이 있으며, 삼각측량 방식 은 수동적인 형태의 3D 스캐닝 방식에서도 쓰이지 만, 이 절에서는 능동적인 형태의 광 삼각법 방식 위 주로 설명하고자 한다. 비행시간 측정방식은 레인지 파인더(Range Finder) 가 대표적이며, 빛을 스캐닝 대상에 보내 그 빛이 돌 아오는 시간을 측정하여 거리를 구하는 방식이다. 이때 빛은 주로 레이저를 사용하며, 레이저 거리 측 정기는 시야 방향에서 한 지점까지의 거리만 측정 할 수 있으므로 시야 방향을 변경하여 다른 지점을 스캐닝함으로써 전체 시야를 한 지점씩 스캔하게 된 다. 측정 방향을 변경하는 방법에는 거리 측정기 자 체를 회전하는 방법과 회전하는 거울을 사용하는 방 법이 있는데, 회전하는 거울을 적용하는 방법이 훨 씬 가볍고 정확하게 회전할 수 있어서 더 많이 활용 되고 있다. 위상 변이 측정방식은 송출 신호와 수신 신호의 위상차를 분석하여 측정 대상과의 거리를 계산하는 방식이다. 보통 레이저 광이 변조되어 측정 대상의 표면에 송출되면 반사된 레이저 광이 수신 센서에 서 획득된다. 이때 송출되었던 레이저 광의 파형과 반사되어 수신된 파형과의 위상차를 측정하여 지연 시간을 계산한 후 측정 대상과의 거리를 도출해내 는 원리이다. 능동방식의 광 삼각법은 레이저가 멀리 떨어져 있는 물체와 부딪힌 후, CCD 카메라 소자에 다른 위치로 보이는 원리를 이용한 방식이다. 그림 1[5] 과 같이 레이저와 CCD 카메라 소자 사이의 거리와각도를 미리 알 수 있으므로 카메라 화각 내에서 수 신 광선이 CCD 소자의 상대적 위치에 따른 스캐닝 대상과의 거리 차를 구할 수 있다. 광 삼각법을 사용하는 3D 스캐너 중에는 휴대성 측면을 강화한 핸드헬드형 스캐너도 있다. 일반적 으로 점과 선 타입의 레이저를 스캐닝 대상에 투사 하는 레이저 송신 장치, 반사된 레이저를 수신하는 장치, 내부 좌표계를 기준 좌표계로 변환하기 위한 시스템으로 구성되어 있다. 상대적으로 작은 대상 을 근거리에서 스캔하기에 유용하고, 고정형에 비 해 정확도나 해상도는 낮지만, 휴대성이 높아 다양 한 산업에서 사용되고 있다. 그 외 광 삼각법을 이용한 스캐너 중 백색광 방식 과 변조광 방식의 3D 스캐너들이 있다. 백색광 방 식은 특정한 패턴 영상을 스캐닝하고자 하는 대상 에 투영하고 투영된 패턴의 형태를 분석하여 3D 형 상 정보를 파악한다. 사용되는 패턴은 크게 1차원 패턴 방식과 2차원 패턴 방식으로 나눌 수 있다. 1차 원 패턴 방식은 선 형태의 패턴 영상을 스캐닝 대상 에 투영한다. 스캐닝 대상에 투영된 패턴 영상은 해 당 패턴 영상을 인식하기 위한 별도의 카메라를 통 해 인식되며, 이때 광 삼각법을 이용하여 표면의 깊 이 값을 계산한다. 2차원 패턴 방식은 그리드(Grid) 나 줄무늬의 패턴을 이용한다. 2차원 패턴을 사용할 경우, 1차원 패턴보다 많은 데이터를 얻을 수 있다. 백색광 방식의 최대 장점은 측정 속도가 빠르다는 점이다. 스캐닝 대상의 전체 촬영 영역좌표를 동시 에 얻어 낼 수 있고, 불필요한 장치의 움직임이 없기 때문에 측정 정확도 또한 높일 수 있다. 변조광 방식은 스캐닝 대상의 표면에 주파수가 다른 빛을 송출하면, 이 빛을 수신하는 센서에서 주 파수의 변화를 감지하여 깊이 값을 계산해내는 방 식이다. 해당 방식은 스캐너가 송출하는 특정 주파 수 대역만 식별하기 때문에 해당 권역 외 주파수로