사진 측량이란?
사진 측량은 사진에서 신뢰할 수 있는 측정값을 얻는 과정입니다. 그것은 수 세기 동안 어떤 형태로든 우리와 함께해 왔으며 지구 표면과 같은 것에 대한 우리의 이해를 구체화하는 데 도움을 주었습니다. 오늘날, 사진 측량은 많은 산업 분야에서 중요한 역할을 합니다. 이것이 무엇이고, 어떻게 작동하는지에 대한 일반적인 이해를 돕기 위한 입문서가 여기 있습니다.
개요
사진 측량은 광범위한 주제입니다. 그것은 수년간 점점 더 인기가 많아졌으며 각각 고유한 특징을 가진 많은 다양한 응용 분야에서 사용되고 있습니다. 여기에서는 사진 측량을 뒷받침하는 일반적인 개념을 소개합니다. 작동 방식, 몇 가지 일반적인 응용 분야, 일반적으로 사용되는 하드웨어, 일반적으로 사진 측량을 사용할 때와 사용하지 않을 때를 살펴봅니다.
정의부터 시작하겠습니다.
사진 측량의 정의
사진 측량은 사진에서 신뢰할 수 있는 측정값을 얻는 과정입니다. 이 정의는 다소 단순해 보일 수 있지만 용어의 어원은 이를 다음과 같이 설명합니다. "Photos"는 그리스어로 빛을 의미하고 "gramma"는 쓰기 또는 그리기를 의미하며, "metron"은 측정하는 것을 의미합니다.
또한 전자기 복사 에너지 패턴 및 기타 현상에서 측정을 포함하는 사진 측량의 몇 가지 정의를 접하게 될 수도 있습니다. 이는 일부 원에서 사진 측량의 정의에 사진뿐만 아니라 다른 다중 스펙트럼 이미지의 데이터도 포함되기 때문입니다.
요점
사진 측량은 사진에서 신뢰할 수 있는 측정값을 얻는 수단입니다.
결국 가장 중요한 것은 그 이면에 있는 일반 원칙은 다음과 같이 변하지 않는다는 것입니다. 이미지를 검사하고 해석하여 물리적 물체 치수에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 얻습니다. 대부분의 경우 이러한 이미지는 카메라(보통 DSLR)의 일반 사진입니다. 이것이 우리가 다룰 정의입니다.
따라서 눈금자를 관심 있는 물체 옆에 놓고 촬영한 범죄 현장의 오래된 이미지를 생각해 보십시오. 그것을 사진 측량이라고 할 수 있습니까? 결국 그것은 사진에서 물체를 측정하는 수단을 제공합니다.
정확히는 아닙니다. 잠시 후에 그 이유를 알아보겠습니다.
사진 측량 작동 원리
사진 측량은 사진에서 신뢰할 수 있는 측정을 하는 것으로 정의합니다. 여기서 “신뢰할 수 있는“이라는 말은 본질적으로 신뢰성이 사진 측량의 전부이기 때문에 아주 중요합니다.
범죄 현장으로 돌아가서 땅에 발자국 사진이 있고 그 옆에 포렌식 눈금자가 있다고 가정해 보겠습니다. 눈금자가 있어도 사진으로는 신발 사이즈를 자신 있게 파악할 수 없습니다. 발자국이 흙무더기 위로 굽어 있으면 위에서 볼 때 실제보다 작게 보입니다.
그러한 관점에서 볼 때, 이 발자국이 굽은 흙더미 위에 생겼다면 더 작아 보일 수 있으므로 이 사진의 측정값을 신뢰할 수 없게 될 것입니다.
정확한 측정을 위해서는 표면의 곡률을 고려해야 합니다. 그러나 카메라를 밑을 향하게 하여 발자국 바로 위에 놓는다면 지면의 윤곽을 볼 수 없습니다.
그렇다면 사진 측량은 어떻게 이 문제를 피할 수 있을까요?
간단하게 대답하자면 서로 다른 위치와 각도에서 여러 겹의 사진을 사용하는 것입니다.
사진 측량은 여러 위치와 각도에서 촬영한 여러 겹의 사진을 사용하여 장면에서 치수를 추론합니다.
관건인 원근법
사진 측량은 원근법과 그 해석에 중점을 둡니다. 사진 측량이 본질적으로 하는 일은 사진 촬영 과정에서 역행하는 것입니다. 사진은 물체나 장면을 촬영하여 2D 이미지로 평평하게 만들지만, 사진 측량은 그 반대입니다. 2D 표현을 보고 영상의 단서에서 3D 모델을 만듭니다.
그런데 얼마나 정확할까요?
우리는 카메라가 사람의 눈과 비슷한 방식으로 사물을 본다는 것을 알고 있습니다. 예를 들어, 물체가 렌즈에 가까울수록 더 크게 보입니다. 이에 대한 예는 직선 도로가 실제로 폭이 변하지 않음에도 불구하고 어떻게 점점 좁아지는 것처럼 보이는가 하는 것입니다.
이 개념에 대한 더 정교한 설명은 Albrecht Dürer의 1525년 문서인 A Painter's Manual에 나와 있습니다. 이는 기하학적으로 정확한 류트 그림을 그리려는 두 남자를 묘사하고 있습니다. 그들은 일종의 창 앞 테이블에 류트를 놓았지만 창유리 대신 캔버스를 사용했습니다. 그리고 관찰자의 눈이 있을 벽의 한 점에 끈을 고정하고 열린 창문으로 그것을 통과시킵니다.
기하학적 원근법을 보여주는 Albrecht Dürer의 A Painter‘s Manual에 있는 1525년 판화. 사진 측량은 이 개념을 사용하여 2D 이미지에서 3D 데이터를 추론합니다.
그런 다음 그들은 줄의 반대쪽 끝을 류트의 여러 점을 중심으로 이동하고, 각 점에 대해 창에서 줄의 위치를 기록하고 창틀의 각 줄 위치에 대해 캔버스에 점을 그립니다. 이러한 작업을 통해 류트의 기하학적으로 정확한 도트 매트릭스 이미지가 나타납니다.
사진 측량은 이러한 원칙에서 도출하여 물체의 치수와 물리적 특성을 추론합니다. 필요한 공간 정보를 제공하는 중첩된 사진이 충분하면 전체 물체 또는 장면의 3D 모델을 재구성할 수 있습니다.
삼각측량
중첩된 이미지를 갖는 것이 사진 측량의 핵심입니다. 여러 이미지에서 동일한 점을 식별하고 각 사진에 대한 카메라의 위치와 방향, 초점 거리, 렌즈 왜곡 및 기타 변수와 같은 매개변수를 고려하여 3D 공간에서 해당 점들이 어디에 있는지 파악할 수 있습니다. 이를 삼각측량이라 합니다.
삼각측량은 중첩된 사진에서 공통 점을 식별하고 카메라의 알려진 위치를 기준으로 3D 공간에서 해당 위치를 파악하는 방식으로 작동합니다.
서로 다른 알려진 위치에서 촬영된 두 개 이상의 사진에서 한 점이 식별되면, 두 카메라 위치에서 해당 점 방향으로 가상의 선을 그릴 수 있습니다. 그런 다음 선이 교차하는 위치를 수학적으로 결정합니다. 수렴선은 목표 점의 XYZ 좌표를 제공합니다. 그리고 점이 충분하면 장면의 모델을 구성할 수 있습니다.
실제로 인간은 직관적으로 똑같은 일을 합니다. 우리는 기본적으로 깊이와 거리를 인식하는 데 도움이 되도록 약간 떨어져 있는 두 개의 작은 카메라를 머리에 달고 걸어 다닙니다.
축척 및 방향
그러나 한 가지 주의할 점은 사진 측량 모델에는 비율은 있지만 축척이 없다는 것입니다. 모형의 크기를 조정하려면 알려진 거리가 하나 이상 있어야 합니다.
이것은 우리의 뇌가 우리가 보고 있는 것의 크기를 추정하는 데 도움이 되는 친숙한 물체가 있어야 하는 것과 비슷합니다. 사진에서 얼핏 보면 실물 크기의 건물처럼 보이는 것도 동전을 옆에 놓으면 축소 모델로 밝혀질 수도 있습니다. 사진 측량에서 그 동전에 해당하는 것은 스케일 바입니다.
사진 측량은 비율은 제공하지만 축척은 제공하지 않습니다. T자 모양의 보정된 스케일 바가 없으면 이 크랭크축이 얼마나 큰지(또는 작은지) 알 수 없습니다.
스케일 바는 표적이라고 하는 인쇄된 마커가 부착된 보정된 선형 막대입니다. 스케일 바의 표적은 코드화됩니다. 즉, 소프트웨어는 각 표적을 고유하게 식별할 수 있습니다. (사진의 크랭크축에 있는 것과 같이) 코드화되지 않은 표적은 이미지를 정확하게 엮는 데 도움이 되는 고대비 기준점을 제공합니다. 이들은 고유하게 식별할 수 없습니다.
스케일 바의 표적은 알려진 거리만큼 분리되므로 이미지 크기를 조정하는 데 사용할 수 있습니다. 일관성과 정확도를 기하기 위해 스케일 바는 온도 변화에 따라 치수가 크게 변하지 않는 재료를 사용하여 제조합니다.
표적들 역시 사진을 촬영하기 전에 장면 주위에 배치하여 사진을 엮을 때 중첩되는 이미지 사이에 일치하는 강력한 기준점을 제공합니다.
사진 측량 소프트웨어는 사진 간에 코드화된 표적을 자동으로 인식하고 일치시키고 이 정보를 사용하여 이미지를 정렬하고 모델의 방향을 결정할 수 있습니다. 코드화되지 않은 표적은 소프트웨어가 모델을 처리한 후 모델의 정확성을 확인하는 데 추가로 사용됩니다.
일관성과 품질이 핵심
사진 측량으로 이룰 수 있는 것에 영향을 주는 요소가 꽤 있습니다. 카메라, 렌즈 등과 같은 하드웨어는 달성할 수 있는 최대 품질을 결정합니다. 그리고 예상하듯이 해상도, 선명도, 피사계 심도 및 기타 요소 등 이미지의 품질도 특히 중요합니다. 이것에 대해서는 나중에 조금 더 자세히 알아보겠습니다.
그러나 품질 외에도 이미지 자체를 어떻게 촬영하느냐도 마찬가지로 중요합니다.
중요한 것은 물체가 완전히 캡처되게 하는 것입니다. 카메라 위치가 물체 주위에 일종의 돔을 만들 수 있도록 여러 개의 완전한 원을 만들어 서로 다른 거리에서 체계적으로 사진을 촬영하는 것이 좋습니다. 작은 물체의 경우, 당연히 사진 수가 더 적습니다. 그러나 어떤 경우이든 최상의 결과를 얻으려면 항상 모든 사진에서 물체 전체에 초점이 맞춰져 있도록 해야 합니다.
최상의 결과를 얻으려면 물체 주위에 여러 개의 완전한 원을 만들고 다양한 거리에서 체계적으로 사진을 촬영하는 것이 좋습니다.
건물의 정면처럼 원으로 둘러쌀 수 없는 큰 물체나 장면의 경우, 카메라를 건물 표면과 평행한 직선을 따라 이동할 수 있습니다. 전체 장면을 캡처하려면 여러 번 촬영해야 할 수도 있습니다.
요점
사진 측량은 사진 촬영 과정에서 역행합니다. 여러 사진을 보고 기하학적 원근법과 관련된 원리를 사용하여 2D 데이터에서 3D 모델을 생성할 수 있습니다.
항공 사진 측량을 하게 되면 카메라는 드론과 같은 항공기에 장착되어 아래쪽을 향하게 됩니다. 건물이나 나무와 같은 수직 물체의 측면 역시 캡처하려면 카메라를 비스듬히 움직여 이러한 표면을 적절하게 캡처하는 것이 좋습니다. 여기에서 또 일관성이 핵심입니다.
사진 측량 알고리즘의 유형
많은 면에서, 사진 측량은 인간의 시력처럼 작동합니다. 우리의 눈 각각은 깊이와 거리를 지각하는 데 사용하는 중첩된 사진을 지속해서 기록합니다. 마찬가지로 사진 측량이 효과를 발휘하려면 필요한 데이터를 추정할 수 있는 충분한 장면 정보가 들어 있는 잘 촬영된 사진 세트가 필요합니다.
그러나 사진 측량은 인간과 달리 사진을 무제한으로 찍을 수 있는 호사를 누리지 못합니다. 필요한 정보를 수집하는 데 필요한 이미지의 양은 물체나 장면의 크기와 복잡성, 그리고 아마도 더 중요한 것은 프로젝트의 요구 사항에 따라 달라집니다.
따라서 사진 측량의 기본 개념은 동일하게 유지되지만, 알고리즘은 프로젝트 요구 사항에 따라 두 가지로 광범위하게 분류됩니다.
엔지니어링을 위한 사진 측량
품질 관리이든 리버스 엔지니어링이든 또는 어떤 경우이든 물체의 모델을 만드는 엔지니어에게 이미지의 모든 픽셀이 꼭 필요한 것은 아닙니다. 예를 들어 직선을 그리려면 두 점의 위치만 알면 됩니다.
이는 때때로 미터법 사진 측량이라고 하는 것의 이면에 깔린 개념입니다. 이러한 사진 측량 분야의 초점은 정밀도입니다. 요점은 사진에서 특정한 관련된 점의 상대적 위치를 최대한 정확하게 파악하여 사진에서 정확한 측정값 및 계산값을 얻는 것입니다.
미터법 사진 측량에서 알고리즘은 여러 관련된 점을 기반으로 모델을 추출합니다. 목표는 표면을 하나도 빠짐없이 캡처하는 것이 아니라 정밀도입니다.
따라서 엔지니어는 알고리즘이 인식할 표적을 관심 영역에 배치합니다. 이 알고리즘은 표적을 사용하여 모델을 구성합니다. 그 결과 모든 표면의 밀집된 점 구름이 아니라 일종의 관련된 점들의 골격이 만들어집니다.
표적은 물체에 붙어 사진 간에 중첩되는 영역을 식별하고 정렬하는 과정을 용이하게 해줍니다.
이러한 표적 점은 정확성에 중점을 두고 물체 형상의 크기, 모양 및 위치를 명백하게 해줍니다. 이러한 점은 지형도를 생성하는 데 도움이 되는 거리, 면적 심지어 표고나 다른 기술적 용도를 위한 체적 및 단면을 계산하는 데 안정적으로 사용될 수 있습니다.
컬러 3D 모델링을 위한 사진 측량
이와는 대조적으로, 게임 개발, 영화의 CGI 또는 유산 보존과 같은 작업에는 실제 물체를 사실적으로 렌더링해야 합니다. 일반적으로 모델에 넣을 수 있는 픽셀과 디테일이 많을수록 좋습니다. 이러한 산업 분야에서 일하는 전문가들은 대개 최고의 사진 장비를 갖추고 있으므로 이미 사진 측량용 장비도 제대로 갖추고 있을 것입니다.
차이 비교: 텍스처도 캡처할 수 있는 스캐너인 Artec Leo로 만든 모델과 사진 측량으로 만든 3D 모델(왼쪽)
단점은 모델의 최종 모양이 일반적으로 불완전하다는 것입니다. 게다가 사진 측량을 사용하는 동안 필연적으로 처리해야 하는 아티팩트와 노이즈의 양이 훨씬 더 많아집니다. 결과적으로 고선명도의 텍스처를 가졌지만 노이즈가 많고 형상이 불완전한 모델이 생성됩니다. 과거에는 형상을 훌륭하게 캡처하는 전문 3D 스캐너가 반짝이거나 투명하거나 검은색 표면으로 인해 어려움을 겪는 경우가 종종 있었지만, 이러한 문제는 점점 줄어들고 있으며 CGI 분야에서 이 기술이 크게 발전하고 있습니다.
사실적이고 정확한 모델을 만들기 위해 카메라의 텍스처와 결합한 3D 스캐너의 형상
이러한 유형의 프로젝트에서는 최적의 결과를 얻기 위해 사진 측량과 3D 스캐너를 결합하는 것이 좋습니다. 이것에 대해서는 3D 스캐너와 사진 측량을 결합하는 섹션에서 더 자세히 살펴봅니다.
요점
사진 측량에는 두 가지 분야가 있습니다. 일반적으로 엔지니어링에 사용되는 측정 기술과 실제 물체의 매우 실물과 같은 CGI 지원 3D 모델 제작을 목표로 하는 풀 컬러 시각화입니다.
사진 측량 하드웨어
이미 표적과 눈금 막대에 대해 다루었듯이 장비는 사진 측량 과정에서 중요한 역할을 합니다.
사진 측량의 결과는 전적으로 프로세스에 사용된 이미지에 따라 달라집니다. 이는 사용된 이미지에 따라 결과가 전적으로 달라지기 때문입니다. 해상도, 조명 및 피사계 심도와 같은 요소는 모두 생성된 모델의 측정 정확도와 신뢰성에 중요한 역할을 합니다. 세부적이고 선명한 사진이 중요합니다.
사진 장비에 대해 혼란스러운 상황에 빠지기 쉽지만, 논의할 가치가 있는 몇 가지 유용한 개념이 있습니다. 사진작가 또는 카메라를 다루는 방법을 아는 사람은 이미 한발 앞서 있습니다. 초점거리나 조리개와 같은 용어가 작업이나 취미의 일부인 사람은 이미 그 자리에 있는 것입니다. 다음 섹션을 건너뛰고 사진 측량 응용 분야로 갈 수 있습니다.
센서
카메라는 휴대폰 카메라, CCTV, GoPros에서부터 본격적인 전문 비디오 장비에 이르기까지 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 어느 정도까지 프로젝트에 적합한지는 센서 크기로 요약할 수 있습니다.
카메라에 있어 센서는 사람의 눈에 있어 망막과 같은 것입니다. 렌즈를 통해 들어오는 사진을 기록하고 실제로 얼마나 많은 디테일을 캡처할 수 있는지 결정합니다. 센서가 클수록 더 많은 점을 캡처하여 더 높은 세밀도로 변환됩니다.
카메라 내부의 센서는 렌즈를 통해 들어오는 사진을 기록하고 이미지의 픽셀 수를 결정합니다.
따라서 소형 포인트 앤 슛(point-and-shoot) 카메라는 적절한 조명 조건에서 무난한 작업을 수행할 수 있지만 풀프레임 센서를 장착한 고급 DSLR(때로는 포인트 앤 슛 크기의 30배)은 더 많은 픽셀을 제공하여 3D 모델의 해상도를 훨씬 더 높여줍니다.
센서 크기는 크롭 팩터(crop factor)로 알려진 것에도 영향을 줍니다. 두 개의 서로 다른 센서에 있는 비슷한 렌즈는 장면의 여러 부분을 캡처합니다. 작은 센서는 더 적게 “볼“ 수 있지만 큰 센서는 각 사진에서 장면의 더 많은 부분을 커버하기 때문입니다.
렌즈
렌즈는 다음으로 중요한 퍼즐 조각입니다. 이것은 빛을 굴절시켜 카메라의 센서에 초점을 맞추며, 초점 대상, 노출, 확대 및 이미지의 화각 폭을 결정합니다.
렌즈는 빛을 굴절시켜 카메라의 센서에 초점을 맞춥니다. 이는 이미지 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.
렌즈의 한쪽 끝에는 굽은 유리가 있고 다른 쪽 끝에는 조리개(빛이 카메라로 흘러 들어가는 크기 조정 가능 구멍)가 있습니다. 이미지는 카메라의 셔터가 열리고 닫힐 때 캡처되며, 렌즈의 조리개를 통해 센서에 잠시 빛이 들어오게 됩니다. 이 조각들은 모두 결합하여 이미지의 특성을 결정하므로 사진 측량에서 중요한 고려 사항입니다.
초점 거리
초점 거리는 카메라의 센서와 렌즈의 광선이 수렴하는 지점 사이의 광학 거리(mm)를 가리킵니다. 초점 거리는 화각과 배율을 결정합니다. 숫자가 작을수록(초점 거리가 짧을수록) 시야가 넓어지고 배율이 낮아져 카메라가 더 많은 장면을 캡처할 수 있습니다. 사진 측량에서는 일반적으로 초점 거리를 고정합니다.
렌즈의 초점 거리는 배율과 시야, 즉 장면을 어느 정도 캡처할 수 있는지를 결정합니다.
조리개
이것은 렌즈의 조리개가 카메라에 빛을 전달하기 위해 열리는 정도를 나타내는 f-stop으로 표현되는 숫자입니다. 각각의 f-stop은 카메라로 들어가는 빛의 양을 두 배로 늘립니다. 혼란스러울 수 있지만 f-32와 같은 큰 숫자는 작은 개구부를 의미하고, 작은 숫자는 넓게 열린 조리개를 의미합니다.
조리개는 장면이 초점을 맞춰지는 정도인 피사계 심도를 직접적으로 결정합니다. 조리개가 넓으면 사진의 얇은 층에 초점이 맞춰지고 나머지는 흐릿해집니다. 예를 들어, 피사체에 초점이 아주 선명하고 배경에 흐릿한 보케가 풍부한 인물 사진에서 좋게 보일 수 있습니다. 이런 유형의 흐림(blur)을 초점 흐림(focus blur)라고 합니다.
조리개는 장면이 초점을 맞춰지는 정도인 피사계 심도를 직접적으로 결정합니다.
사진 측량의 경우 가능한 한 많은 장면에 초점을 유지하려고 합니다. 흐릿한 이미지는 사진을 엮는 것을 더 어렵게 만듭니다.
이것은 다른 유형의 흐림인 동작 흐림(motion blur) 효과로 잘 이어집니다.
셔터 속도 및 동작 흐림
셔터 속도는 카메라의 셔터가 열린 상태에서 센서에 빛이 닿는 시간입니다. 보통 몇분의 1초로 표현합니다. 셔터 속도는 센서에 얼마나 많은 빛이 떨어지는지에 영향을 미치는 것 외에도 동작 흐림과 직접 관련이 있습니다.
셔터가 열려 있는 동안 피사체 또는 카메라가 움직이면 사진이 흐릿해집니다. 이 효과에 대한 좋은 예로는 매우 높은 셔터 속도로 공중에 떠 있는 헬리콥터의 사진이 어떻게 회전익의 움직임을 정지시키고, 느린 셔터 속도는 움직임을 흐리게 하여 날개깃이 보이지 않게 하는지를 들 수 있습니다.
손으로 들고 사진을 촬영하는 경우 카메라를 들고 있을 때 손의 미세한 움직임에 대응할 수 있을 만큼 충분히 빠른 셔터 속도를 사용해야 합니다. 또는 삼각대를 사용하여 카메라가 전혀 움직이지 않도록 할 수 있습니다.
셔터 속도는 동작 흐림을 결정합니다. 셔터 속도가 빠르면 동작이 정지하고 속도가 느리면 동작이 흐려집니다.
결국 사진 측량으로 최상의 결과를 얻으려면 이러한 모든 요소를 신중하게 고려해야 합니다.
요점
사진 측량은 과정에 사용된 이미지의 품질에 의존하기 때문에 사진 촬영 개념을 올바르게 이해하는 것이 중요합니다. 이미지 해상도, 다양한 렌즈 속성 그리고 초점 거리, 셔터 속도 등과 같은 카메라 설정은 모두 중요한 역할을 합니다.
사진 측량 응용 분야
기술로서의 사진 측량은 그 다양성과 비용뿐만 아니라 장거리에 대한 효율성 때문에 인기가 있습니다. 가장 일반적인 용도를 몇 가지 살펴보겠습니다.
대규모 엔지니어링 프로젝트
항공 사진 측량은 대형 건설 프로젝트에서 엔지니어들이 흔히 사용합니다.
원거리 스캔 시 정확도를 감안할 때 사진 측량은 엔지니어가 드론이나 비행기를 이용해 대형 건설 프로젝트를 계획하고 평가하는 데 사용됩니다. 예를 들어 고속도로의 위치 및 설계입니다. 미터법 사진 측량 데이터를 사용하여 토목 공사량을 계산하고 토목 엔지니어에게 지형에 대한 필수 참고 사항을 제공할 수 있습니다. 또한 시간 경과에 따른 단계별 3D 렌더링을 제공하여 프로젝트 진행 상황을 평가할 때도 필수적입니다.
영화 및 엔터테인먼트
사진 측량의 도움으로 게임 및 영화 산업은 사실적으로 보이는 환경을 만드는 능력을 향상할 수 있었습니다. 영화 제작자는 사진 측량과 3D 스캐너를 함께 사용하여 사진 측량의 색상 정보가 중첩된 정확한 3D 스캔 모델에서 세트 디자인을 만들 수 있습니다. 게임 디자이너도 마찬가지로 그럴듯한 고품질 자산과 현실적인 환경을 만들 수 있습니다.
비디오 게임 개발사인 The Farm 51의 현대적인 1인칭 슈팅 게임인 World War 3를 예로 들어보겠습니다. 이 스튜디오는 휴대용 구조광 3D 스캐너를 사용하여 파우치부터 사람까지 모든 것을 빠르게 디지털화하고 캡처한 데이터를 매우 사실적인 캐릭터 모델로 전환할 수 있었습니다.
포렌식
사진 측량은 범죄 현장 조사와 포렌식에서 중요한 역할을 합니다.
미터법 사진 측량 또한 포렌식 및 범죄 현장 조사에서 중요한 역할을 하게 되었습니다. 많은 경우에 작은 디테일이 큰 차이를 만듭니다. 정밀한 측정으로 범죄 또는 사고 현장을 정확하게 캡처할 수 있다는 것은 법원 소송에서뿐만 아니라 구축된 환경을 더 안전하게 만드는 데 있어 더욱 중요할 수 있습니다.
한 예를 들자면 조사관이 노면 사진의 타이어 자국을 분석하여 스키드 마크가 한 여성이 운전한 자동차 타이어의 치수와 일치하는지 그리고 그녀의 차량과 충돌하여 그녀에게 중상을 입힌 두 번째 차량과 관련하여 그녀 차량의 도로상 위치를 결정할 수 있었던 방법입니다. 미터법 사진 측량은 사고가 발생했을 때 두 차량의 위치에 대한 상반되는 주장을 해결하는 데 중요하다는 것이 입증되었습니다.
이러한 응용 분야는 사진 촬영만의 전유물도 아닙니다. 법의학을 위한 3D 스캐닝도 계속해서 성장하고 있는 것이 새로운 동향입니다. 범죄 현장 디지털화이든 교통사고 재구성이든, 빠르고 정확한 전문가급 3D 스캐닝은 이미 수사관들이 법정 증거를 수집하는 데 도움을 주고 있습니다.
토지 측량
항공 사진 측량은 토지 측량을 위해 지방 자치 단체와 토목 엔지니어가 자주 사용합니다.
미터법 사진 측량은 또한 건설 공사 인부, 건축가 및 지방자치단체가 토지의 경계를 결정하거나 건설 프로젝트를 계획하거나 데이터를 분석하기 위해 사용합니다. 위성 사진에서도 이러한 정보를 얻을 수 있지만, 항공 사진 측량이 특정 관심 영역에 있어 정확도가 더 높은 경우가 많습니다.
많은 엔지니어와 건축가들이 빌딩 규모로 작업하면서 LiDAR 스캐닝을 사용하여 세밀한 현장 모델을 캡처하고 효율성을 높이고 있습니다. Dodman Ltd.와 같은 공장에서는 계획 및 점검을 위해 시설의 디지털 트윈을 만들기도 합니다. 이 회사의 경우, LiDAR와 휴대형 3D 스캐닝을 결합하는 것이 최고의 디지털화 솔루션이라는 것을 알게 되었고, 이를 통해 하루도 안 되는 시간에 공장 현장 전체를 고해상도로 캡처할 수 있었습니다.
부동산 사진 측량
사진 측량은 또한 예비 소유자가 볼 수 있는 가상 주택 모델을 만드는 데 사용됩니다. 많은 구매자가 이미 구매 결정을 내리기 위해 온라인 목록에 의존하고 있었습니다. 코로나19 이후 온라인 시청으로의 전환은 더욱 가속화되고 있습니다. 부동산 중개업자들은 적은 비용으로 현대의 사진 측량을 통해 자신들이 광고하는 주택의 가상 경험을 제공할 수 있습니다.
매핑
드론, 비행기 또는 위성을 통해 촬영한 사진을 사용하여 사진 측량은 지형을 3D 매핑하는 데 사용되었습니다. 항공기 또는 잠수정에서 촬영한 고해상도 이미지를 사용하여 훨씬 빠른 처리 시간 내에 수중을 포함하여 접근하기 어려운 영역의 모델을 만들 수 있습니다.
사진 측량은 드론, 비행기 또는 위성에서 촬영한 사진을 사용하여 지형을 3D 매핑하는 데 사용해 왔습니다.
Google Earth는 지구 지형의 정확한 이미지를 만들기 위해 사진 측량을 사용한 지금까지 가장 야심 찬 프로젝트입니다. Google은 도로, 차선 표시, 건물 및 강과 같은 물체 사이의 정확한 거리를 포함한 지역에 대한 세부 정보를 표시하기 위해 거리 뷰, 항공, 위성 이미지 등 여러 출처에서 가져온 모두 엮은 수십억 개의 이미지를 사용합니다.
고고학
고고학에서 지역을 매핑하고 유적 현장의 배치와 구조를 이해하는 능력은 절대적으로 중요합니다. 미터법 사진 측량을 통해 고고학자는 지역을 매핑하고 관심 있는 유물을 빠르고 정확하게 기록할 수 있습니다. 또한 3D 렌더링을 공유할 수 있기 때문에 현장에 없을 수도 있는 다른 고고학자들과도 쉽게 협업할 수 있습니다.
고고학 3D 스캐닝의 경우도 마찬가지입니다. Time Team과 협력하여 Shadow Tor Studios는 이 기술을 사용하여 발견물을 실시간으로 캡처하기 시작했습니다. 이는 측정보다는 디지털화 사례 연구에 가까웠지만, 데이터를 캡처하고 3D 모델링하는 사실성과 속도는 여전히 매우 인상적입니다!
사진 측량의 가장 일반적인 용도 중 하나는 유산 보존입니다.
요점
사진 측량은 다양한 산업 분야에 걸쳐 매우 다양한 시나리오에서 사용합니다. 측정과 관련된 상황이나 실제 물체를 모델링하는 데 주로 적용합니다.
사진 측량을 사용하지 않는 경우
사진 측량을 사용할지 여부를 결정할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 함정이 있습니다. 간단히 말해서, 고려해야 할 사항은 프로젝트의 요구 사항에 따라 결정됩니다.
특수 장비가 없는 미터법 사진 측량
정확한 측정이 목표이고 색상 정보가 우선 사항이 아닌 경우, Hexagon의 고급 사진 측량 시스템과 같은 측정 관련 응용 분야를 위해 특별히 설계된 우수한 사진 측량 키트가 있는 경우에만 사진 측량을 사용해야 합니다. 이러한 키트에는 디지털카메라, 표적 세트 및 정확하게 보정된 스케일 바 세트가 함께 제공되어 작업에 완벽하게 대비할 수 있습니다.
측정 관련 응용 분야를 위해 특별히 설계된 완전한 사진 측량 키트
그러나 그러한 키트조차 정확함에도 불구하고 우수한 3D 스캐너에 비해 분포가 희박한 점 구름을 생성한다는 점을 명심하십시오.
절대적으로 확실하게 측정해야 하는 경우 Artec 계측 키트와 같은 전용 3D 광학 측정 시스템에 투자할 수도 있습니다. 산업 검사에 있어 이 키트는 독립적인 측정 솔루션으로서 거리에 따른 높은 정확도를 제공하고 그 이상의 기능을 갖춘 참조 도구 역할까지 하는 이상적인 키트입니다.
고밀도 점 구름을 통한 높은 정확도
따라서 정확도 이외에 고밀도 점 구름도 필요한 경우, 초당 최대 2백만 개의 점을 캡처하고 동시에 처리할 수 있는 최대 0.1mm의 정확도를 갖는 Artec Eva와 같은 스캐너가 훨씬 더 나은 선택입니다.
실제로 Eva는 구조화 광 스캐닝 기술을 통해 표면이 까맣고 반짝이는 물체를 포함하여 거의 모든 종류의 물체를 표적 없이 정확하게 캡처하는 탁월한 만능 솔루션입니다.
고급 카메라 없는 색상 및 질감 데이터
한편, 사진 측량에서 얻고자 하는 것이 측정과 관련이 없고 사진 측량을 주로 텍스처를 캡처하기 위해 사용하는 경우, 먼저 사진 측량에 사용하는 카메라 장비가 텍스처를 캡처하는 스캐너인 Artec Space Spider 또는 Artec Leo와 같은 스캐너보다 더 나은 품질을 제공할 수 있도록 해야 합니다.
사진 측량을 사용하여 텍스처를 캡처하는 경우, 사용하는 카메라가 Artec Space Spider 또는 Artec Leo와 같은 텍스처를 캡처하는 스캐너보다 더 나은 품질을 제공할 수 있도록 하십시오.
영화나 게임 디자인 분야에 종사하는 사람들은 일반적으로 고급 사진 장비를 가지고 있습니다. 이러한 특수 장비는 일반 3D 스캐너의 카메라로 생성한 텍스처를 능가하는 매우 높은 품질의 이미지를 생성합니다.
즉, 이러한 유형의 사진 측량은 표적을 사용하지 않으므로 정확하지 않기 쉽습니다. 따라서 고품질 카메라를 사용하더라도 텍스처와 결합할 정확한 모델을 생성하는 전문 3D 스캐너와 함께 사용하는 것이 좋습니다. 모든 Artec 3D 스캐너는 표적 없이 스캔할 수 있으므로 이러한 유형의 사진 측량과 쌍을 이루는 탁월한 선택이 될 것입니다.
3D 스캔 데이터 캡처 및 처리 프로그램인 Artec Studio가 발전하면서 사진 측량으로 품질을 향상하여 동급 최고의 형상과 사실적인 텍스처라는 두 가지 장점을 모두 얻을 수 있는 기능도 점점 더 향상되고 있습니다.
사진 측량의 일반적인 단점
전반적으로, 사진 측량의 단점은 시간이 오래 걸리고, 정확하게 해내기 위해 상당한 전문 지식이 필요하며, 그런데도 조건이 맞지 않으면 필요한 결과를 내지 못할 수 있다는 것입니다. 수십, 때로는 수백 장의 사진을 한 장씩 촬영해야 할 수도 있으며, 각 사진이 아주 고품질이고 사진 간에 겹치는 부분이 적절해야 합니다.
또한 제어된 조명으로 장면을 준비하는 것이 어렵지 않았다면. 한 사진에서 다음 사진으로 조명 조건에 극적인 변화가 없도록 해야 합니다. 예를 들어 한 사진에서 물체에 드리워진 그림자가 최종 모델에도 나타납니다.
사진 측량에는 고르고 적절한 조명이 필요하므로 그에 따라 장면을 계획하고 준비해야 합니다.
대조적으로, 대부분의 휴대용 3D 스캐너는 자체적으로 빛을 생성하고 스캔하는 동안 피사체를 비춥니다. 따라서 스캔에서 좋은 품질의 텍스처를 얻는 것이 목표가 아니라면 사진 측량에 대해 하는 걱정의 절반도 할 필요가 없습니다. 휴대용 3D 스캐너의 경우 장면을 스캔하는 데 필요한 준비 작업이 비교적 적습니다.
요점
정확도가 높은 고밀도 점 구름을 원할 경우, 일반적으로 3D 스캐너를 사용하는 것이 좋습니다. 사진 측량은 사실적인 텍스처를 원하고 3D 스캐너 카메라보다 뛰어난 카메라가 있는 경우 효과가 좋습니다. 전문 키트가 있고 희박한 점 구름을 얻어도 좋은 경우에만 측정 목적으로 사진 측량을 사용하십시오.
무선 Artec Leo에는 실시간 피드백을 제공하는 터치 스크린이 탑재되어 있어 완벽한 이동성과 직관적인 스캔 경험을 제공합니다. 온보드 처리, 내장 배터리, 두 번째 장치로 스트리밍할 수 있는 수준의 무선 연결 기능을 갖춘 Leo를 사용하면 사용자는 마치 비디오를 촬영하는 것처럼 스캔할 수 있습니다. 단순히 가리키고 클릭하기만 하면 됩니다.
즉, 사진 측량에는 나름의 장점이 있습니다. 3D 스캐닝에 비해 저렴한 비용으로 수행할 수 있습니다. 일반적으로 몇 미터 이상인 넓은 영역을 스캔하는 경우에도 효과적입니다.
사진 측량과 3D 스캐닝 결합
요약: 텍스처는 이차적으로 중요하고 노이즈를 최소화하고 매우 높은 정확도로 고밀도 점 구름을 생성하는 것이 더 중요하다면 3D 스캐닝이 올바른 방법입니다. 최고의 3D 스캐너는 매우 빠른 스캔 기능, 자동 처리 및 몇분의 1mm의 3D 점 정확도를 제공합니다.
그러나 프로젝트에 실제와 같은 텍스처와 실제와 같은 모델이 필요하고 반드시 자신의 최고급 사진 장비가 필요지 않다면 사진 측량을 사용하는 것이 좋습니다. 문제는 텍스처를 위한 사진 측량에서는 불완전한 형상을 사용해야 한다는 것입니다. 텍스처를 원하면 더 많은 사진이 필요하고 표적 없이 촬영되기 때문입니다. 이로 인해 많은 노이즈와 아티팩트가 생기고 예외 없이 정확도가 떨어집니다.
실제와 같은 텍스처와 실물과 같은 모델이 필요하고 전문 장비가 있는 경우, 비록 3D 스캐너가 생성하는 정도의 기하학적 정확도를 만들어내지는 않지만 사진 측량이 좋은 솔루션입니다.
사진 측량과 3D 스캔 데이터를 결합하여 이 두 가지의 장점을 모두 활용할 수 있으며, 이는 사진 측량을 Artec Eva와 함께 사용하여 이 숨 막히는 자동차 모델을 제작한 아래 비디오에서 시연된 기술입니다.
3D 스캐너의 기하학적 데이터를 고급 카메라의 텍스처와 결합하여 매우 정확한 렌더링을 만들 수 있습니다.
또는 휴대용 Artec Space Spider를 사용하여 캡처한 운동화의 멋진 렌더링을 예로 들 수 있습니다. 최종 모델은 300장이 넘는 사진을 함께 엮어 스캔한 데이터와 결합했습니다. 색상이 화려하고 세밀도가 뛰어납니다.
이 둘을 결합하면 최적의 솔루션이 되며, 이는 가장 까다로운 업계 전문가들도 선호하는 솔루션입니다. 예를 들어, Barack Obama 대통령 주변에 배치된 일련의 카메라에서 얻은 이미지를 Artec Eva의 스캔 데이터와 결합하여 최초로 미국 대통령 3D 초상화를 만들었습니다.
카메라는 세밀하고 풍부한 텍스처를 제공했으며 3D 스캐너의 정확도는 노이즈가 최소화된 구조를 생성하여 텍스처를 적용했습니다.
요점
텍스처를 위한 고급 카메라와 기하학적 데이터를 위한 전문 3D 스캐너를 사용한 다음 Artec Studio와 같은 소프트웨어를 사용하여 이 둘을 결합하면 놀라운 텍스처와 적은 노이즈 그리고 매우 정밀한 기하학적 데이터라는 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
사진 측량 소프트웨어
다양한 사진 측량 소프트웨어가 시장에 나와 있습니다. 조금만 조사하면 무료 애플리케이션에서 수천 달러씩 하는 소프트웨어 패키지에 이르기까지 모든 것을 찾을 수 있습니다. 다시 말해 이 모든 것은 사용자의 요구 사항과 사용 가능한 리소스로 귀결됩니다.
사진 측량을 이제 막 시작하는 경우 3DF Zephyr, Meshroom 또는 Visual SFM과 같은 무료 솔루션으로 시작하는 것이 좋습니다. 그러나 이러한 솔루션은 기능이 제한적이며 속도가 느리거나 덜 정확도가 떨어질 수 있습니다. 또한 색상이 있는 텍스처 메시를 만드는 등의 작업을 수행하려면 추가 플러그인을 설치해야 할 수도 있습니다.
더 많은 기능이 필요한 경우 Elcovision, iWitness 또는 Photo Modeler와 같은 더 포괄적인 옵션을 선택할 수 있습니다. MetaShape, Pix4D 및 Reality Capture도 인기 있는 옵션입니다.
계측을 위해 사진 측량을 사용하는 사람들에게는 Hexagon의 Aicon 3D Studio와 같은 패키지는 생산 제어, 모니터링 및 분석을 위한 지능적이고 강력한 도구가 되고 있습니다.
Artec Studio는 CGI 전문가 또는 형상과 텍스처 품질 모두에서 절대적인 최고를 원하는 사람을 위해 완벽한 형상과 우수한 텍스처 품질을 달성할 수 있는 간편한 작업 흐름을 제공합니다. 이 소프트웨어는 3D 스캐너의 메시 데이터에 텍스처 매핑을 원활하게 만드는 업데이트를 거쳤습니다.
수상 경력에 빛나는 Artec의 3D 스캐너는 매우 정확한 스캔이 가능하여 휴대용 모델 중 하나인 Artec Space Spider의 경우 최대 0.05mm의 정확도, 데스크톱 스캐너인 Artec Micro II의 경우 최대 5미크론의 고정밀도 등 업계 최고의 기준이 되고 있습니다.
Artec Studio의 강력한 기능을 통해 고해상도 카메라의 픽셀 단위의 사진을 정밀한 계측 등급 스캐너의 3D 스캔에 자동으로 정렬하고 믿을 수 없을 정도로 사실적인 3D 모델을 구현할 수 있습니다.
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3D 모델을 생성하는 프로세스는 작업에 적합한 도구를 선택하는 것으로 시작하며, 이 선택은 주로 3D 모델이 필요한 용도, 즉 3D 모델의 사용 계획을 중심으로 이루어집니다. 가장 많이 사용되는 도구로는 3D 스캐닝과 사진 측량이 있으며, 이 기사에서는 특정 프로젝트에 대해 이 두 개의 도구 중 어떤 것을 선택해야 하는지 그리고 언제 이 두 개의 도구를 결합할 수 있는지 설명합니다.
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최근에는 한때 대부분의 사람들이 접근할 수 없었던 사진 측량의 진입 장벽(주로 가격과 사용 가능한 기술)이 상당히 완화되었습니다. 이는 사진 측량이 더욱더 광범위하게 채택될 수 있는 길을 열어 더 나아지고 성능이 우수하며 사용자 친화적인 소프트웨어의 개발을 장려했습니다. 여기에서 현재 시중에 나와 있는 소프트웨어를 살려봅니다. 호환성, 가격, 장단점 및 사진 측량 요구 사항에 대한 솔루션을 찾고 있는 경우 상황을 파악하는 데 도움이 되는 몇 가지 중요한 세부 사항에 대해 이야기해 보겠습니다.
지난 10년 동안 비디오 게임의 캐릭터 모델과 환경은 게임 콘솔 하드웨어 업그레이드뿐만 아니라 사진 측량과 같은 디지털화 프로세스의 채택으로 인해 비약적으로 발전했습니다. 이제 이 기술을 사용하면 전 세계적으로 점점 그 수가 늘어나는 게이머에 전례 없는 수준의 몰입감을 제공하는 사실적인 세계를 만들 수 있습니다. 사진 측량에 익숙한 사람은 그것을 통해 인상적으로 높은 수준의 텍스처 품질을 특징으로 하는 3D 모델로 수집되고 변환된 대상 물체의 다양한 이미지를 효과적으로 볼 수 있다는 것을 알 것입니다. 하지만 게임 산업에서 이 프로세스는 정확히 어떻게 사용되고 있을까요? 다음 기사에서는 작업 흐름 단계부터 대안으로 3D 스캐닝을 사용할 가능성에 이르기까지 모든 것을 다루면서 이 주제에 대해 알아봅니다.
인터넷에서 구매할 수 있는 최고의 3D 스캐너 목록을 검토한 결과, 당사는 대부분 스캔해야 하는 물체의 주요 매개 변수에 대한 정보를 포함하지 않는다는 것을 알았습니다. 물체 크기 및 스캐너를 사용할 적용 분야와 같은 중요한 범주가 다뤄지지 않습니다. 이 리뷰는 이러한 차이를 메우고 프로젝트에 가장 적합한 3D 솔루션을 찾는 데 도움이 되고자 합니다.