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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이용창
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수21
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최근 2019년 4월 15일에 있었던 노트르담 대성당 화재로 인한 문화재 복원 및 재현에 대해 국내에선 2008년 숭례문 화재사건 이후 다시 한번 이목이 집중되고 있다. 특히, 4차 산업혁명 시대에 접어들어 컴퓨터 비전(Computer Vision, CV)의 발전으로 SfM(Structure-from-Motion)기법이 응용되고 그 중심에 다양한 센서를 탑재한 무인항공시스템인 UAS(Unmanned Aerial System)를 활용, 획득한 데이터를 영상 해석하여 생성된 결과물에 대한 활용이 다양하게 시도되고 있다.
그중 다양한 형태를 지닌 문화재를 대상으로 기존의 LiDAR(Light Detection and Ranging)의 3D 스캐닝 데이터를 기반으로 진행되던 국보·보물 건조물 문화재 정밀실측을 UAS 영상해석 3D 모델로 재현, 문화재 복원 및 재현에 대한 UAS 영상해석의 효용성 검토가 필요하다.
본 연구는 대상지 주변의 GNSS Network-RTK 측량을 통해 재현할 문화재의 지상기준점 및 점검점을 획득하고, UAS의 데이터에 지오레퍼런싱(Geo-Referencing)하여 SfM 기반 UAS 영상해석을 실시하여 실세계 좌표기반의 3D 재현 모델을 생성한다. 또한, 모델의 정확도 확인을 위해 입력된 지상기준점 및 점검점을 3D 재현 모델상에서 각각 30회씩 측정하여 지오태깅 정확도 및 좌표를 비교·분석한다.
이후, 지상 LiDAR의 3D 스캔으로부터 획득한 3D 포인트 클라우드(Point Clouds)와 UAS 영상해석으로부터 생성된 실세계 좌표기반의 고밀도 특징점(Dense Point Clouds)을 번들 블록 재조정(Bundle Block Re-Adjustment)하여 융합모델을 생성하고, 문화재의 3D 재현 정확도를 비교·분석하고 나아가 문화재에 담겨있는 고증을 실세계 좌표기반 공간정보의 시점으로 분석한다.
연구결과, UAS 영상해석으로 생성된 3D 재현 모델의 정확도는 평균 절대 오차(MAE) [X(E): 0.020m, Y(N): 0.007m, Z(H): 0.014m], 평균 제곱근 오차(RMSE) [X(E): 0.021m, Y(N): 0.007m, Z(H): 0.014m]로 국보·보물 건조물 문화재 정밀실측 지침 기준인 1cm 이내의 정확도에 부합하지 못했지만, UAS 및 지상 LiDAR 융합기반 3D 재현 모델의 경우 평균 절대 오차 [X(E): 0.007m, Y(N): 0.006m, Z(H): 0.010m], 평균 제곱근 오차 [X(E): 0.008m, Y(N): 0.007m, Z(H): 0.010m]로 정밀실측 지침 기준에 각 좌표성분 모두 부합하게 생성되었다.
와형석조여래불은 미륵불이 되었을 때야 비로소 일어선다고 전해지는데 그때엔 약 0.9°의 북향 오차로 북극성을 바라보도록 제작되었다. 또한, 칠성바위의 경우 우주를 초월한 존재인 석가모니가 지면을 볼 때의 시점으로 북두칠성을 지면에 투영한 형태로 제작되어 북향 오차는 약 8.9°로 나타났다. 제작연도가 지금으로부터 약 1,000년 전으로 나침반이 발명되기 이전임에도 불구하고 우수한 천문학적 지식을 바탕으로 제작되어 선조들의 지혜와 미륵을 향한 신앙심을 볼 수 있었다.
그중 다양한 형태를 지닌 문화재를 대상으로 기존의 LiDAR(Light Detection and Ranging)의 3D 스캐닝 데이터를 기반으로 진행되던 국보·보물 건조물 문화재 정밀실측을 UAS 영상해석 3D 모델로 재현, 문화재 복원 및 재현에 대한 UAS 영상해석의 효용성 검토가 필요하다.
본 연구는 대상지 주변의 GNSS Network-RTK 측량을 통해 재현할 문화재의 지상기준점 및 점검점을 획득하고, UAS의 데이터에 지오레퍼런싱(Geo-Referencing)하여 SfM 기반 UAS 영상해석을 실시하여 실세계 좌표기반의 3D 재현 모델을 생성한다. 또한, 모델의 정확도 확인을 위해 입력된 지상기준점 및 점검점을 3D 재현 모델상에서 각각 30회씩 측정하여 지오태깅 정확도 및 좌표를 비교·분석한다.
이후, 지상 LiDAR의 3D 스캔으로부터 획득한 3D 포인트 클라우드(Point Clouds)와 UAS 영상해석으로부터 생성된 실세계 좌표기반의 고밀도 특징점(Dense Point Clouds)을 번들 블록 재조정(Bundle Block Re-Adjustment)하여 융합모델을 생성하고, 문화재의 3D 재현 정확도를 비교·분석하고 나아가 문화재에 담겨있는 고증을 실세계 좌표기반 공간정보의 시점으로 분석한다.
연구결과, UAS 영상해석으로 생성된 3D 재현 모델의 정확도는 평균 절대 오차(MAE) [X(E): 0.020m, Y(N): 0.007m, Z(H): 0.014m], 평균 제곱근 오차(RMSE) [X(E): 0.021m, Y(N): 0.007m, Z(H): 0.014m]로 국보·보물 건조물 문화재 정밀실측 지침 기준인 1cm 이내의 정확도에 부합하지 못했지만, UAS 및 지상 LiDAR 융합기반 3D 재현 모델의 경우 평균 절대 오차 [X(E): 0.007m, Y(N): 0.006m, Z(H): 0.010m], 평균 제곱근 오차 [X(E): 0.008m, Y(N): 0.007m, Z(H): 0.010m]로 정밀실측 지침 기준에 각 좌표성분 모두 부합하게 생성되었다.
와형석조여래불은 미륵불이 되었을 때야 비로소 일어선다고 전해지는데 그때엔 약 0.9°의 북향 오차로 북극성을 바라보도록 제작되었다. 또한, 칠성바위의 경우 우주를 초월한 존재인 석가모니가 지면을 볼 때의 시점으로 북두칠성을 지면에 투영한 형태로 제작되어 북향 오차는 약 8.9°로 나타났다. 제작연도가 지금으로부터 약 1,000년 전으로 나침반이 발명되기 이전임에도 불구하고 우수한 천문학적 지식을 바탕으로 제작되어 선조들의 지혜와 미륵을 향한 신앙심을 볼 수 있었다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 및 목적 11.2 국내·외 연구 동향 31.2.1 국내 연구 동향 31.2.2 국외 연구 동향 41.3 연구 방법 51.4 연구흐름도 6제 2 장 이론적 배경 72.1 사진측량 해석이론 72.1.1 공선조건 72.1.2 공면조건 92.1.3 공액기하구속조건 102.2 Structure-from-Motion 122.3 LiDAR 142.3.1 Time-of-Flight 152.3.2 Phase Shift 172.4 지구의 극운동 192.4.1 세차운동 192.4.2 장동운동 21제 3 장 관측 및 영상해석 223.1 연구대상지 선정 223.2 지상기준점 측량 및 장비 제원 243.3 UAS 데이터 획득 및 장비 제원 273.4 지상 LiDAR 3D 스캐닝 및 장비 제원 293.5 UAS 영상해석 데이터 획득 313.5.1 지상기준점 및 점검점 데이터 313.5.2 UAS 영상해석 323.6 지상 LiDAR 3D 스캔 데이터 획득 343.7 UAS 및 지상 LiDAR 융합기반 데이터 획득 37제 4 장 비교·분석 384.1 UAS 영상해석 3D 재현 모델 384.1.1 UAS 영상해석 3D 재현 384.1.2 UAS 영상해석 3D 재현 모델 지상기준점 정확도 404.1.3 UAS 영상해석 3D 재현 모델 점검점 정확도 414.2 UAS 및 지상 LiDAR 융합기반 3D 재현 모델 434.2.1 UAS 및 지상 LiDAR 융합기반 3D 재현 434.2.2 UAS 및 지상 LiDAR 융합기반 3D 재현 모델 지상기준점 정확도 454.2.3 UAS 및 지상 LiDAR 융합기반 3D 재현 모델 점검점 정확도 464.3 3D 재현 모델 정확도 비교·분석 484.3.1 3D 재현 모델 지상기준점 정확도 비교·분석 484.3.2 3D 재현 모델 점검점 정확도 비교·분석 494.4 융합기반 3D 재현 모델 출력 51제 5 장 문화재 고증 535.1 문화재 고증 배경 535.1.1 운주사 천구 재현 545.2 와형석조여래불 고증 555.3 칠성바위 고증 57제 6 장 결 론 62참고문헌 64ABSTRACT 68감사의 글 70
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