3차원 데이터 변환 방법{METHOD FOR CONVERTING 3 DIMENSION DATA INTO EXTENSIBLE 3 DIMENSION VIRTUAL REALITY DATA}

도 1은 CAD 시스템들과 변환 장치 그리고 가상현실 시스템간의 구성도,

도 2는 본 발명에 적용되는 하드웨어 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 VRML 데이터 및 CAD 데이터를 X3D 데이터로 변환하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 중앙처리장치 2 : 주기억장치

3 : 입출력 제어기 4 : 보조기억장치

5 : 입출력 장치

본 발명은 가상현실 시스템(Virtual Reality System)용 데이터 변환 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반 컴퓨터 환경하에서 CAD 데이터 및 VRML 데이터 를 X3D 데이터로 변환하는 3차원 데이터 변환 방법에 관한 것이다.

오늘날 대부분의 제조업체에서는 제품의 상세 설계를 위하여 CAD(Computer Aided Design) 시스템을 사용하고 있으며, 3D CAD는 실제 생산에 앞서 제품들의 형상 정보를 제공하게 된다. 또한, 빠르게 변화하고 다양화되는 시장에의 적응을 위해 설계 과정의 반복과 실물 시작품의 제작으로 인해 발생하는 비용 및 시간을 단축할 수 있도록, 제품 공정 모의실험(simulation) 기술을 도입하고 있다. 특히, 개발기간이 길고, 제품이 매우 복잡하며, 고객으로부터 많은 요구사항 등이 반영되어야 하는 자동차 및 선박 산업에서는 이러한 모의실험이 더욱 유용하게 이용된다.

가상현실 시스템은 제품 모델들의 설계 검토나 회의, 고객의 방문, 전시회, 멀티미디어 센터 같은 판매 활동을 위하여 설득력 있게 보여질 수 있다.

모의실험(simulation)을 위한 가상현실(Virtual Reality) 시스템은 CAD 시스템들과는 다른 여러 장치들을 필요로 한다. 현실감을 증폭시킨 상호 대화식 환경에서 3D 모델을 보여주기 위해서는 CAD 시스템의 구조적 솔리드 형상 데이터를 가상현실 데이터로 변환하고 수정해야 한다. 가상현실 기술을 이용한 설계는 제품의 초기 단계에서 제품의 사용자가 될 만한 사람들의 견해가 반영될 수 있도록 함으로써 접근 용이성(accessibility)과 조작성(manipulability) 등의 특성을 설계 과정에서 충분히 반영할 수 있다. 그리고, 가상현실 기술을 이용한 설계는 실물이 아직 없는 설계 단계에서 이미 부품을 조립하고 처리하는 전문가의 기술을 활용할 수도 있다.

한편, 최근 CAD 시스템들의 제작사들은 모두 인터넷과의 통합 방향으로 나아가고 있으므로, 형상 모델링 시스템 안에 인터넷 관련 기능을 구현하고 있으며, 이미 구현되어 있는 상황이다. 인터넷 탐색기 혹은 탐색기의 플러그인을 가지고 인터넷을 통해 형상 모델링 시스템의 기능을 사용함으로써, 설계의 초기 단계에 여러 전체 프로젝트 팀과 그 고객이 웹 형식을 통해 모델을 살펴보고 조작할 수 있다.

웹을 통해 형상 모델을 다룰 수 있게 해주는 방법 중 하나는 이를 웹 탐색기가 읽을 수 있는 형태로 저장해서 웹 페이지에 나타내는 것이다. 이렇게 하면 누구나 탐색기에 그 페이지의 URL(Universal Resource Locator)을 쳐 넣어 형상의 이미지를 볼 수 있게 된다. 이러한 기술을 웹 출판(publishing)이라고 한다.

현재 CAD 시스템들은 웹 출판 또는 가상현실 시스템을 위하여 CAD 데이터를 VRML 데이터로 변환해주는 기능을 가지고 있다. VRML이란 “Virtual Reality Modeling Language”의 약자로 “가상현실 구현 언어”라고 해석할 수 있다. VRML은 국제 표준 기구인 ISO(the International Organization for Standardization)와 IEC(the International Electrotechnical Commission)에서 인터넷상에서 3차원 그래픽을 표현하는 표준으로 공인되어 있다.

그러나, CAD 시스템들로부터 제공되는 VRML 데이터는 단순히 형상 정보만 저장하고 있으므로, 보다 인터렉티브(Interactive)하고 사실감 있는 시각적인 특성을 위해서는 추가적인 정보가 필요하다. 또한, 현재는 VRML의 많은 문제점 때문에 X3D 데이터가 차세대의 개발된 표준으로 자리 잡고 있다.

VRML의 가장 큰 문제점으로 전체를 포괄적으로 아우르는 커다란 덩치의 명세 서(Specifications)에 있다. 전체적으로 완벽하지만 이러한 명세서(Specifications)를 지원하기 위해서는 커다란 용량의 Viewers[Browsers & Plug-ins]를 설치해야만 구현이 가능하게 된다. 현재 1MB 정도로 용량이 많이 줄었지만 초기에는 3MB의 Viewers[Browsers & Plug-ins]를 설치해야만 사용할 수 있다는 것은 상당한 부담감이었다. 현재 1MB 조금 넘는 Viewers[Browsers & Plug-ins]도 사용자들이 원하는 체감의 설치 시간을 따지면 결코 작은 것도 아닐 뿐만 아니라, 또 300k 정도의 크기로 획기적으로 용량을 줄이는 것도 한계를 가지고 있다. 이로 인해 사용자의 접근이 용이하지 않고 그로 인한 시장성 확보에 실패하여 고급 개발자의 유입이 어려워졌고 사용자의 필요에 부합하는 콘텐츠(contents)의 개발에 어려움이 있었다. 실리콘 그래픽스의 사업 부분 포기로 탁월한 그래픽 성능과 안전성을 가진 코스모 월드(Cosmo World)와 코스모 플레이어(Cosmo Player)의 개발 중단으로 가장 중요한 Viewers(Browsers & Plug-ins]의 개발을 소규모 업체들이 담당하게 됨으로 인해, 개발이 더디고 아직도 사용자의 만족에 다다르지 못했다. 또한, 새롭거나 개선된 기능의 추가에 많은 어려움이 있었다. 완전하지만 큰 덩치의 명세서(Specifications)는 급변하는 환경에 유연하게 대처하지 못했다. VRML이 공개된 후 많은 관심과 이슈화가 이루어졌지만, 그 후 VRML의 개발이 지지부진한 사이 여타의 Web3D 업체의 선전으로 다양한 장점을 가진 새로운 어플리케이션(Applications)들이 출현하게 되었다. 이에 자극 받은 Web3D 컨소시엄(Web3D Consortium)은 기존의 VRML의 장점을 유지하고 단점을 보완한 새로운 표준안 X3D를 공개하게 되었다.

X3D는 기존의 VRML을 기능 요소별로 컴포넌트(Component)를 분리해 놓은 것이다. 그러므로, 이 X3D는 새로이 구현된 기능이 있다면 컴포넌트(Component)로 묶어 추가만 해주면 새로운 기능이 추가되는 확장성과 유연성을 가지고 있다. 현재 개발 중인 명세서(Specifications)에도 기존의 노드(Node) 외에 확장된 다양한 노드(Node)들이 추가되어 있다.

그리고, 프로필(Profile)이란 것은 방대한 표준 명세서(Specifications)중 애니메이션 기능만을 사용할 경우 GEOvrml이 담당하는 Viewers[Browsers & Plug-ins]부분이 필요하지 않으므로 기능 구현에 필수적인 부분만 사용해 Viewers[Browsers & Plug-ins]의 크기를 줄여줄 수 있게 된다.

과장되게 다루어지는 XML인코딩 방법은 이진 코드 방식처럼 실제 단순히 하나의 인코딩 방법일 뿐이다. 즉, 사용자에 의해 사용되어질 수도 있고 사용되지 않을 수도 있다.

그러나, XML로 인코딩이 추진되는 이유는 VRML제작 구문의 방식을 대중화하기 위해서이다. 즉, 처음 시작하는 사용자의 경우 기존의 VRML구문보다는 XML구문이 문법적으로 친숙해 보이기 때문이다.

그리고, XML Document Object Model(DOM)의 사용 등 차세대 웹의 주류가 XML로 표현된 경우, 파일간의 통합이 쉽게 이루어질 수 있기 때문이다.

현재 CAD 시스템들에서는 가상현실 및 웹 3D를 위하여 VRML 데이터만 제공하고 있다. 그러나 CAD 시스템들로부터 생성되는 VRML 데이터는 형상을 나타내는 형 상 정보만 제공된다. 그러므로, CAD 시스템들로부터 생성되는 VRML 데이터를 가상현실 시스템에서 바로 사용할 수가 없다. 또한, VRML 데이터의 많은 단점들을 해결하기 위해 생성된 표준 X3D 데이터를 CAD 시스템들에서는 지원하지 않고 있다.

따라서, 종래의 변환 방법들로는 CAD 데이터들을 가상현실 데이터로 변환하고, 변환된 데이터를 가상현실 시스템에서 바로 이용하는데 어려움이 있었다.

즉, CAD 시스템들로부터 3D 모델을 가상현실 데이터 형식으로 변환하기 위해서는 데이터를 조정하고 재정의하는 복잡한 변환이 요구된다. 또한, 가상현실 어플리케이션에서 CAD 시스템들의 구조적 자료를 이용하려면 파일 형식의 변환 뿐만 아니라, 상호 작용과 시각적인 특성을 위하여 특정한 정보 추가를 필요로 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일반 컴퓨터 환경 하에서 기존의 CAD 시스템들로부터의 모델들을 가상현실 데이터 형식이자 웹 3D 차세대 웹 표준 데이터인 X3D 데이터로 변환하기 위해, 기존의 데이터를 조정하고 재정의하는 변환을 실행하여 형상 정보를 생성하며, LOD, Environmental effects, Sound, Navigation 정보를 추가하여 가상현실 시스템에서 CAD 데이터들을 바로 사용할 수 있도록 지원하는 3차원 데이터 변환 방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 하나의 양상은, CAD(Computer Aided Design) 시스템들로부터의 모델들을 가상현실 데이터인 확장가능한 3차원(X3D) 데이터로 변환하는 방법에 관한 것으로서, 변환대상 CAD 데이터에 대해 ACIS라는 캐드 커널의 상호운용성(InterOP) 모듈을 이용하여 형상 정보(geometry)와 색상 및 이름을 포함하는 속성 정보를 읽어들여 네이티브 포맷(Native format) 또는 넌-네이티브 포맷(Non-native format) 간 데이터 교환을 위한 변환을 수행하는 제 1 단계; 및 X3D 기능을 표현하는 형식에 맞는 데이터를 생성하여 상호 작용과 시각적인 특성에 관한 정보를 추가하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 변환 방법에 관계한다.

상기 제 1 단계는, 파일 포맷을 구분하여 데이터를 추출하는 단계; 및 읽어들인 형상 정보 및 속성 정보를 트라이앵귤레이터(Triangulator) 모듈을 통해 X3D의 입체(Geometry) 및 X3D의 객체(Material)로 각각 변환하는 단계로 이루어진다.

이 때, 파일 포맷을 구분하기 이전에, 변환하고자 하는 파일을 여는 초기 환경 설정 단계를 더 진행하며, 상기 파일 포맷은 CAD 데이터 또는 VRML 데이터일 수 있으며, 상기 파일 포맷이 CAD 데이터일 경우에, 상호운용성(InterOP) 모듈을 이용하여 CAD 데이터 정보를 추출하는 과정을 더 거치게 된다. 상기 CAD 데이터는, CATIA(Computer-graphics Aided Three - Dimensional Interactive Application) V4, CATIA V5, Pro/Engineer, STEP(STandard for the Exchange of Product model data), IGES(Initial Graphics Exchange Specification), ACIS 중에서 어느 하나일 수 있다.

한편, 상기 제 2 단계는, LOD(Level of Detail)를 생성하는 단계; 네비게이션(Navigator)을 생성하는 단계; 및 주변효과(Environmental effects)를 생성하는 단계로 이루어진다. 여기에, 사운드(Sound)를 생성하는 단계를 더 포함시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명은 VRML 데이터 포맷과 자동차분야와 항공분야에서 가장 보편적으로 사용되는 CATIA(Computer-graphics Aided Three - Dimensional Interactive Application) V4, CATIA V5, Pro/Engineer 데이터와 CAD(Computer Aided Design) 데이터 교환을 위해 표준으로 만들어진 STEP(STandard for the Exchange of Product model data) 데이터 중 AP203, AP 214와 IGES(Initial Graphics Exchange Specification) 데이터를 가상현실 데이터인 X3D 데이터로 변환한다.

상술한 바와 같이, X3D는 Extensible 3D(확장 가능한 3D)를 의미하며 1997년에 공개된 VRML2.0의 기능을 유지, 확장, 보완한 차세대 Web3D표준 규약의 명칭이다. VRML이 가졌던 여러 가지 문제점을 보완하고 장점을 발전시킨 새로운 Web3d 표준안이다.

도 1은 CAD 시스템들과 변환 장치 그리고 가상현실 시스템 간의 구성도이다.

현재 제조업체에서는 다양한 CAD 시스템들이 사용되어지고 있다. 또한 모든 CAD 시스템에서는 웹 출판과 가상현실 시스템을 위하여 VRML 데이터를 지원하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, VRML 데이터는 형상 정보만 포함하고 있어서 변환 장치를 통하여 형상(Geometry) 정보 이외에 LOD(Level of Detail), 사운드(Sound), 네비게이션(Navigation), 주변효과(Environmental effects)를 추가 생성하여 차세대 가상현실 파일의 표준인 X3D 데이터를 생성한다.

변환 장치에서는 자동차, 항공, 조선 분야에서 보편적으로 사용되는 CATIA V4, CATIA V5, Pro/Engineer, STEP, IGES, ACIS 데이터를 Dassault Spatial's ACIS kernel 을 이용하여 읽어들이고, 그 외에 CAD 시스템들(Other CAD systems)의 파일은 VRML 파일로 변환하여 읽어들인다.

이후, 상기 생성된 X3D를 가상현실 시스템에 적용한다.

도 2는 본 발명에 적용되는 하드웨어 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명이 적용되는 컴퓨터 하드웨어는, 컴퓨터의 전체 작동을 관리하고 제어하는 중앙처리장치(1), 수행할 프로그램을 저장하고 수행할 데이터를 저장하는 주기억장치(2)와 보조기억장치(4), 입출력 장치(5)에 대한 입출력을 제어하는 입출력 제어기(3)로 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 VRML 데이터 및 CAD 데이터를 X3D 데이터로 변환하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 VRML 데이터 및 CAD 데이터를 X3D 데이터로 변환하는 과정을 상세히 설명한다.

변환 장치를 보조기억장치(4)에서 주기억장치(2)로 올린(load) 후 중앙처리장치(1)에 의해 작업이 시작되면 보조기억장치(4)에 있는 CAD 데이터 또는 VRML 데이터를 선택하여 주기억장치(2)로 올린다. 변환 장치는 변환 작업을 하기 전 선택되어진 데이터를 읽어들인다(S1). CAD 데이터(CATIA V4, CATIA V5, Pro/Engineer, STEP, IGES, ACIS)인지 VRML 데이터인지 구별하여 CAD 데이터이면 ACIS InterOP를 거쳐서 CAD의 형상 정보를 추출한다(S2).

여기서, 상기 ACIS InterOP는 C3PE(CAD/CAM/CAE/PDM/ERP) 시스템들간의 상호운용성(Interoperability) 향상을 위해 응용프로그램에 Native format 또는 Non-native format 간에 데이터 교환을 위한 변환을 수행한다. 상기 ACIS InterOP는 CAD 시스템에서 생성된 CAD 모델의 자료구조에 접근하여 응용프로그램의 활용도를 향상시킨다.

한편, 추출한 형상 정보는 변환 장치의 Triangulator 모듈에 의하여 삼각형 메쉬로 생성되어지며, Normal Corrector 모듈에 의하여 잘못된 Normal Vector를 수정하고(S3) 주기억장치(2)에 데이터를 보관한다. CAD 데이터 및 VRML 데이터의 속성정보가 존재하지 않으면 속성정보를 생성한다(S4). 그리고 속성 정보를 변환하고(S5) 주기억장치(2)에 보관한다. 변환 장치에서는 주기억장치(2)에 올려진 삼각형 메쉬 데이터를 상세도에 따른 삼각형 메쉬 데이터로 분할하는 LOD를 생성하고(S6) 주기억장치(2)에 보관한다. 그 후 입출력장치(5)를 통하여 Navigation의 생성 및 변환하고(S7), Sound를 생성 및 변환하며(S8), Environmental effects의 생성 및 변환하고(S9) 주기억장치(2)에 올린다.

상기한 과정을 수행한 후, 주기억장치(2)에 보관중인 형상 정보, 속성정보, LOD, Navigator, Sound, Environmental effects정보를 이용하여 X3D 데이터를 생성한 후(S10) X3D 데이터를 보조기억장치(4)에 저장한다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 데이터 변환 방법은, CAD 데이터 및 VRML 데이터를 X3D 데이터로 변환시켜줌으로써 CAD 시스템들과 가상현실 시스템과의 통합 효과를 가져올 수 있다. 또한, CAD 데이터들을 가상현실 시스템에서 사용하기 위하여 특별한 모델링 소프트웨어를 가지고 데이터를 재생산하는 것이 필요 없게 되며, 가상현실 데이터의 변환에 소요되는 시간의 절감 및 비용의 절감을 꾀할 수 있다.