Artec 3D 스캐닝 및 AI Photogrammetry를 활용한 상징적인 네덜란드 풍차 복원

4C가 제작한 Roelofarendsveen 풍차의 최종 3D 모델. 이미지 제공: 4C

건축 분야, 특히 세심하게 관리해야 하는 역사적인 건물이나 기타 소중한 문화유산을 개보수할 때는 정밀도가 절대적으로 중요합니다.

입면, 증축, 보강 또는 외부 개장과 같은 일반적인 인프라 ‘리프팅’ 공정은 제대로 수행되지 않으면 약화되고 부서지기 쉽고 불규칙한 구조물이 붕괴될 수 있습니다. 이러한 이유로 엔지니어는 작업을 시작하기 전에 해당 현장을 조사하여 잠재적인 위험을 평가합니다.

일반적으로 이 프로세스는 지상 레이저 또는 LiDAR 스캐닝을 중심으로 진행됩니다. 그러나 많은 장치는 형상(무색) 캡처에만 국한되어 있습니다. 또한 메시보다는 데이터 비중이 높은 포인트 클라우드를 제공하는 경향이 있어 타사 소프트웨어에서 작업하기 어렵습니다. 그리고 무엇보다도 큰 문제가 있습니다. 시선 방향 측정으로 인해 캡처가 눈으로 볼 수 있는 영역으로만 캡처가 제한된다는 점입니다.

일상적인 작은 객체의 3D 모델을 생성할 경우, 이는 문제가 되지 않습니다. 그러나 대규모 인프라 캡처에서는 높고 손이 닿지 않는 표면을 스캔하는 것이 필수적이며, 불완전한 디지털 트윈으로 작업하면 비용이 많이 드는 프로젝트 오류로 이어질 수 있습니다.

이러한 문제에 직면한 네덜란드의 한 개보수 전문가는 추가 개보수를 준비하기 위해 풍차의 내부와 외부를 1:1 크기로 캡처할 수 있는 솔루션을 찾기 위해 4C Creative CAD CAM Consultants(4C)에 문의했습니다. 찾은 솔루션은 무엇일까요? 그것은 바로 LiDAR Artec Ray II를 사용하여 외관을 디지털화하고, Ray II와 케이블이 필요 없는 Artec Leo를 사용하여 내부를 디지털화하고, 드론 데이터를 Artec Studio의 AI Photogrammetry 알고리즘에 입력하여 지붕을 디지털화하는 것입니다.

AI Photogrammetry를 사용하여 디지털 방식으로 재구성한 풍차의 지붕. 이미지 제공: 4C

모든 각도에서 풍차 캡처하기

2025년 초, 암스테르담과 헤이그 사이에 있는 네덜란드의 유서 깊은 풍차 중 하나를 개보수하는 것을 도움을 달라는 고객의 요청을 받은 4C 팀은 쌀쌀한 아침에 현장에 도착했습니다.

먼저 Artec Ray II를 사용하여 건물의 외관을 캡처했습니다. 최대 130m까지 캡처 가능한 이 삼각대 장착형 스캐너는 간편하게 설치하여 전체 장면을 스캔할 수 있으며, 시각 관성 시스템(VIS)을 통해 실시간 추적 기능도 제공합니다. 이 경우, Ray II는 풍차의 날개와 벽돌 외벽을 매우 세밀하게 스캔했지만, 지붕은 여전히 빠진 상태였습니다.

이로 인해 4C의 소유주인 Edwin Rappard는 DJI 드론을 사용하기로 했습니다. AI Photogrammetry의 비디오 호환성 덕분에 지붕 캡처가 놀라울 정도로 쉬워졌습니다. 드론 비행을 처음 해보는 초보자였던 Rappard는 구조물 주변을 비행하고 기록 버튼을 누르는 것만으로도 멋진 결과물을 얻을 수 있다는 것을 알게 되었습니다.

그러나 팀의 데이터 세트는 아직 풍차의 회전 시스템을 구동하는 복잡한 톱니바퀴 시스템이 있는 풍차 내부를 반영하지 못했습니다. 이를 디지털화하기 위해 초당 3,500만 개의 데이터 포인트를 캡처하는 케이블 없는 휴대용 Artec Leo를 사용해야 했습니다. 이때 Leo를 통해 춥고 비좁은 공간으로 올라가 모든 것을 빠르고 정확하게 스캔할 수 있었습니다.

풍차 내부에 더 많은 공간이 확보되면서 팀은 여러 스캐너의 데이터를 Artec Studio에서 쉽게 결합할 수 있다는 것을 알고 Ray II를 사용하여 최고 속도로 데이터를 수집했습니다. 풍차 내부에 올라가 살펴본 4C의 3D 스캐닝 전문가 Bart Wever에 따르면, Artec 3D 스캐닝은 필요한 모든 정밀 검사 데이터를 캡처하여 작업에 완벽한 솔루션인 것으로 나타났습니다.

4C가 제작한 Roelofarendsveen 풍차 내부의 최종 3D 모델. 이미지 제공: 4C

Wever는 "가장 큰 과제는 내부와 외부의 두 데이터 세트를 정렬하는 것이었습니다. 왜냐하면 풍차에는 매우 제한된 개구부만 있었기 때문입니다. 앞문과 뒷문이 작았기 때문에, 나중에 정확한 정렬을 위해 내부와 외부 모두를 스캔하는 것이 쉽지 않았습니다. 하지만 Ray II를 사용하여 큰 문제없이 작업을 완료할 수 있었습니다. 결국, 완벽하게 정렬된 완벽한 3D 모델을 만들기에 충분했습니다."라고 말했습니다.

"체커보드나 마커 없이도 완벽하게 정렬할 수 있었습니다. Ray II의 내장형 VIS 시스템이 완벽하게 작동했습니다. 그 부분에서는 문제가 전혀 없었습니다!"

Artec Studio에서 데이터 세트 병합

세 가지 매우 다른 데이터 세트를 결합하는 것이 까다로울 것 같지만, Artec Studio는 전체 과정을 간소화했습니다. 소프트웨어의 다중 해상도 융합 알고리즘을 통해 4C 팀은 각 스캔에서 해상도가 가장 높은 데이터를 사용하여 매우 세밀한 모델을 생성할 수 있었습니다. 그런 다음 사진 측량을 사용하여 지붕 메시를 생성하고, 이를 더 세밀한 데이터 세트와 병합했습니다.

흥미롭게도, Wever는 Artec Studio의 사용하기 쉬운 도구 모두를 창의적으로 활용하여 캡처한 데이터를 결합력 있는 부분으로 분리하고, 이를 가져온 후 다시 결합할 수 있다는 것을 알았습니다. 이를 통해 PC에서 처리하기에는 너무 조밀한 데이터를 방지할 수 있었습니다. Artec Studio의 스캔 데시메이션 기능도 이와 유사한 효과를 낼 수 있으며, 이를 통해 폴리곤 수를 줄여 3D 모델을 더 쉽게 처리하고 활용할 수 있습니다.

Artec Studio에 표시된 4C가 제작한 X-Ray 모드의 풍차 모델. 이미지 제공: 4C

4C 팀이 택한 접근 방식의 또 다른 장점은 사진측량 데이터를 Ray II의 스캔 크기에 맞게 조정할 수 있다는 점으로, 이를 통해 생동감 있는 현실적인 텍스처를 갖춘 진정한 일대일 모델을 생성할 수 있었습니다.

전반적으로, 데이터 세트를 결합함으로써 매우 인상적으로 디테일을 캡처할 수 있었습니다. 좁은 날개 패널 간격부터 개별 기어 톱니, 풍차의 세 개의 분리된 층까지 모든 것이 선명하게 보입니다 실제로, Wever는 이 로터 시스템이 유지보수가 필요했다면, 데이터가 매우 정확하게 캡처되어 최종 사용 부품을 리버스 엔지니어링하고 제조하는 데 사용될 수 있었을 것이라고 생각합니다.

Wever는 “이러한 유형의 건물에서는 1mm 허용 오차가 상당히 큰 것으로 간주되기 때문에, Leo는 3D 모델을 캡처하고 개별 톱니를 재현하는 데 충분히 정밀합니다. 톱니는 또한 크기가 상당히 큽니다. 거대한 톱니가 전체 구조물을 회전시킵니다. 지금 여기서 말하는 것은 작은 부품에 대한 얘기가 아닙니다. 그 정도 크기라면 Ray II로도 충분했을 것입니다.”라고 설명했습니다.

건축 분야에서 더 많은 기회가 있을까요?

결국 4C 팀은 고객의 풍차 개보수 계획에 충분히 정확한 데이터를 수집했습니다. 하지만 그들은 여기서 멈추지 않습니다. Artec 3D의 3D 스캐닝과 사진측량 기술의 독특한 조합이 더 광범위한 인프라 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있다고 보고 있습니다.

Artec Studio에 표시된 4C가 제작한 풍차 모델. 이미지 제공: 4C

Rappard는 AI Photogrammetry를 “3D 스캐닝의 완벽한 보완 솔루션”이라고 설명하며, 시중의 다른 어떤 소프트웨어도 Artec Studio처럼 다양한 3D 데이터 세트를 결합할 수 없다고 말합니다. 그는 많은 데이터 대신 완전하고 세밀한 3D 메시를 사용함으로써 건축가와 건설 엔지니어들이 머지않아 측량 기술을 새로운 차원으로 끌어올릴 것이라고 믿습니다.

Rappard는 “Ray II(물론 Leo도 마찬가지)와 드론을 함께 사용하면 문화 유산지를 디지털 방식으로 보존하는 데 이상적일 뿐만 아니라 3D 스캐닝의 잠재력이 여전히 크다고 여겨지는 건설 분야에서도 유용하게 사용할 수 있습니다. 처음 3D 스캐닝을 시작했을 때 우리는 (3D 스캐닝의 이점을 알리는) 전도사 같았습니다. 이제는 옛날이야기가 된 것 같습니다. 이 기술은 엔지니어링 분야에서 보편화되었지만, 건설 분야에서는 아직도 놀라움을 자아내는 솔루션입니다!"라고 결론지었습니다.

분명한 것은 기존 기술이 여전히 건설업에 막강한 영향을 미치고 있다는 점입니다. 하지만 4C와 같은 3D 스캐닝 전문업체가 있기 때문에 Artec의 다양한 3D 데이터 캡처 제품이 건설 산업의 현대화 과정에서 자리 잡는 것은 시간문제일 뿐입니다.