2022. 4. 19. 16:24ㆍ정밀형3D스캔
순창 성황대신 사적 현판을 3D스캐닝하다!
(주)레플리카는 지난 2021년 초 순창의 중요민속문화재 제 238호인 '순창 성황대신 사적 현판'을 3D스캐닝하였습니다. 고객사의 3D스캔 서비스 요구사항으로는 컬러 텍스처 데이터와 함께 고해상도 실사 스캔이 요구되었습니다. 다시 말하면, 높은 정확도와 높은 해상도의 형상 데이터(3D매쉬 데이터)가 요구되어졌습니다.
순창 성황대신 사적 현판은 택배로 받아서 스캔할 수 있는 대상체가 아니었기에, 직접 (주)레플리카의 대표님을 포함한 전문 엔지니어가 직접 현장을 방문하여 3D스캐닝을 진행하였습니다. 방문한 곳은 순창군 내 대모암 자타불이각 전시실입니다. 내부에 잘 모셔진 순창 성황대신 사적 현판을 만나볼 수 있었습니다.
3D스캔을 하기 위해 대상체 순천 성황대신 사적 현판의 이동 가능 여부부터 파악하고, 3D스캐너와 이를 연결할 PC를 세팅하였습니다. 해당 현판은 고려시대부터 조선시대까지 성황신을 섬기던 기록을 적은 현판으로서 나무로 된 겉면 재질 위에 음각으로 글씨를 파낸 대상입니다. 3D스캔을 해야하는 부분은 현판의 윗면과 아랫면을 포함한 완벽한 전체 형상입니다.
Polyga Carbon을 활용한 정밀형 3D스캔 시작!
Polyga Carbon은 광학식 고정형 3D스캐너로서, 문화재 분야의 유물 스캔에 가장 많이 쓰이는 고정식 3D스캐너입니다. 특히 고해상도 컬러 텍스처 데이터를 추출할 수 있으며 이와 동시에 실제 형상과 가장 근접한 3D매쉬 데이터를 취득할 수 있는 3D스캐너입니다.
스캔 데이터의 정밀도가 최고 +-0.025mm 이며, 500만화소의 고해상도 CCD카메라로 스캔하기 때문에, 매우 조밀한 포인트 클라우드 데이터를 스캔 컷당 500만개 취득합니다.
이는 폴리곤 수로 변환되면, 스캔 컷 당 1000만 폴리곤을 취득할 수 있는 3D스캐너입니다. 스캔 당 취득할 수 있는 포인트클라우드 수가 많기 때문에 그만큼 대상체와 1:1 스케일의 완벽한 복제 3D데이터를 취득할 수 있습니다.
Polyga Carbon 3D스캐너를 삼각대 위에 올린 후 스캔 대상체와의 거리를 조절하여 3D스캔 작업환경을 마련합니다. 그리고 Polyga Carbon을 통제하는 FlexScan3D S/W가 설치된 PC(혹은 전용 노트북)에 스캐너를 연결하면 작업 준비 끝!
순창 성황대신 사적 현판은 3D스캐닝 하기에 매우 어려운 대상체입니다. 왜냐하면, 나무재질 위에 음각으로 파인 글자형상이 깊게 파인곳도 있지만 얇게 파인곳도 있으며 글자 하나하나가 매우 작기 떄문입니다. 또한 광학식 3D스캐너가 스캔하기 취약한 검정색인 부분도 있어 스캔하기 여간 쉽지 않습니다. (문화재의 경우 현상액을 뿌려 스캔할 수 없는 조건도 어려운 조건을 만드는데 한몫 합니다.)
그래서 FOV(화각)을 자유롭게 변경할 수 있는 Polyga Carbon이 해당 대상체를 위한 3D스캐너로 가장 알맞게 활용됩니다. Polyga Carbon의 FOV(화각)을 가장 좁게 설정하여 스캔하면 매우 작은 형상도 선명하게 3D스캔이 됩니다. 하지만 한번에 보이는 FOV(화각)은 작아져 3D스캔 컷수가 많아질 수 있습니다.
또한 Polyga Carbon은 광학식 3D스캐너이지만 어두운 대상체도 밝은 광원을 쏘아 스캔할 수 있도록 설계되었기 때문에, 현상액을 궃이 뿌리지 않고도 스캔할 수 있습니다.
그래서 글자가 새겨진 디테일을 요구하는 부분들은 Polyga Carbon의 FOV(화각)을 가장 좁게 설정하여 디테일한 부분을 스캔하고, 순창 성황대신 사적 현판의 뒷면과 같은 글자가 없는 부분들은 FOV(화각)을 가장 넓게 설정하여 큼직큼직하게 스캔해 줍니다.
순창 성황대신 사적 현판의 경우 대상체의 크기가 매우 큰 반면 글자가 파인 부분 부분에 대한 정밀함도 요구하는 작업이기에, 이렇게 스캔 컷 별 세심한 3D스캔 작업이 필수입니다. 대략적으로 현판의 윗면 스캔에 약 1시간 30분이 넘게 소요되었답니다. 또한 현판의 윗면과 측면 그리고 뒷면을 스캔하는데 추가적으로 많은 시간이 소요되었습니다.
위 사진을 통해 글자의 음각진 부분이 얼마나 얕은지 알 수 있습니다. 타사의 3D스캐너 혹은 핸드헬드 3D스캐너로는 해당 디테일을 스캔할 수 없을 것입니다. 스캔을 하더라도 세밀한 부분이 뭉개지거나 누락되어 표현 될 수 있습니다.
디테일도 잘 스캔한다는 소형 FOV를 가진 타사의 핸드헬드 3D스캐너도 스캔은 가능하겠지만, 이 큰 대상체를 전부 스캔하여 정합하기에는 어렵습니다. 그리고 핸드헬드 3D스캐너 특성상 디테일을 표현하는 수준은 광학식 3D스캐너에 비하면 높지 않습니다. 그래서 이러한 작업은 문화재 분야에서 가장 많이 활용하는 고정밀 광학식 3D스캐너인 Polyga Carbon을 활용합니다.
Polyga Carbon의 FOV(화각)을 최대로 넓히다
디테일한 글자부분을 모두 스캔하고, 이제는 현판의 측면 바디와 후면 바닥부분을 스캔할 차례입니다. 글자와 같은 디테일을 요구하는 부분이 없기 때문에 Polyga Carbon의 FOV(화각)을 최대한 크게 만들어 줍니다. 이를 위해서 Polyga Carbon에 장착된 500만화소의 CCD카메라의 위치를 가장 외각으로 위치시켜 양 카메라가 동시에 보는 화각(FOV)을 키워 줍니다.
화각을 변경했다면 Calibration(보정)작업이 필요합니다. Polyga 전용 Calibration Board(칼리브레이션 보드)를 활용하여, 보정작업을 진행합니다. Polyga Carbon은 카메라의 위치를 변경하여 FOV(화각)을 변경시킬 때 마다 정확도 보정작업을 진행해야 합니다. 현장에서 10분이면 보정 작업을 완료할 수 있답니다.
넓어진 Polyga Carbon의 화각을 이용하여, 더 멀리서 이렇게 큰 멱적을 한번에 스캔할 수 있습니다. 현판의 측면부와 전체적인 부분을 동시에 스캔하여 줍니다. 그리고 이전에 스캔하였던 글자 부분의 데이터와 정합을 시켜 하나의 완성된 3D데이터로 만들어 나갑니다.
측면의 3D스캔이 다 완료되었다면, 순창 성황대신 사적 현판을 거꾸로 돌려 뒷면을 모두 스캔하였답니다. 더욱 커진 FOV 덕분에 큼직큼직하게 한 컷씩 스캔할 수 있어 작업시간이 단축되었답니다. FOV가 커졌지만 그래도 나무 표면의 주름과 파인 부분들이 디테일하게 잘 3D스캔 되었답니다.
Polyga Carbon으로 취득한 스캔 데이터 보기
이렇게 최종 3D스캔 데이터를 OBJ로 납품할 수 있었습니다. 스캔 컷 당 1,000만 폴리곤을 취득하기 때문에, 최종 3D스캔 데이터는 매우 조밀하고 무거운 데이터입니다. 따라서 3D매쉬 데이터의 삼각형의 수를 어느정도 줄여주는 작업(decimation)을 진행한 후 전체 데이터를 하나의 obj 파일로 납품할 수 있었답니다. (obj파일은 3D스캔 데이터의 형상정보(3D매쉬)와 컬러 텍스처 맵(jpg 혹은 png)를 담고 있는 파일셋입니다.)
이렇게 납품된 스캔 데이터는 실제 사이즈를 기반으로 측정(3D스캔)된 데이터이기 때문에 해당 문화재의 2D 설계 도면을 만드는데도 활용됩니다. 그리고 문화재의 손실된 부분을 복원하기 위해 또는 현 문화재 상태의 디지털 보존을 위해 3D스캔이 활용된답니다.
(주)레플리카는 문화재 분야 뿐만 아니라 VR/AR/XR 및 메타버스와 VFX 및 CG에 활용되는 Digital Twin 데이터를 3D스캔 솔루션으로 서비스하고 있습니다. 공간/지역/건물 또는 사물/인체 등의 실물 대상체를 실측 기반의 3D 디지털 복제 데이터로 제작하는 서비스를 전문으로 합니다.
(주)레플리카에 문의 주시면 언제든지 친절하게 3D스캔 서비스를 진행해 드립니다. 추가로 광대역 3D스캐너와 포토그라메트리 기술을 활용하여 Unreal Engine에 실시간으로 활용할 수 있는 실사 컬러가 담긴 공간 데이터도 생성(스캔)하는 역할을 대행합니다.
순창성황대신사적현판 스캐닝 과정 및 최종 데이터를 영상으로 확인해보세요! (아래 영상 클릭!)