전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2020.11 특집 요약 (p26~45)

지구를 통째로 디지털화
3차원 데이터 유통으로 최적화 사회가 도래

Part 1. 총론
‘복사(Copy) 세계’의 창조가 진행, 시스템이 현실 이해 수단으로

세계의 3차원 데이터를 검색하고 활용할 수 있는 시대가 다가오고 있다. 그것을 견인하는 것은 GAFA(Google, Amazon, Facebook, Apple) 등 거대 IT 기업과 국가이다. 전자는 주로 사용자에게 주변 정보를 얻을 수 있게 함으로써 클라우드 서비스로 연결시키는 것을 노린다. 후자는 인공위성 등에서 얻은 지형 데이터와 건축 데이터를 공개한다. 시스템 간에 3차원 데이터를 바탕으로 대화를 시작함으로써 최적화 사회가 탄생하게 된다.,

현실 세계의 물체가 가지는 형상과 함께 색상과 소재 등 다양한 정보를 Copy한 세계---. 그런 ‘복사 세계'라고 부르는 디지털 데이터 공간이 향후 급속하게 확대 될 것으로 보인다. 그 견인 역할은 미국의 거대 IT 기업, 이른바 GAFA이다.

미국 애플은 2020년 3월에 발매한 신형 ‘아이패드 프로(iPad Pro)’에 LiDAR 센서를 탑재했다. 이 LiDAR로 의해 수 m 앞의 물체일 경우, 거리 영상을 얻을 수 있다. LiDAR의 활용으로 애플이 우선적으로 노리는 것은 AR(Augmented Reality, 증강 현실)이다. 가상 물체를 AR로 표시할 경우에는 자신의 단말기 위치와 방향을 파악할 필요가 있다. 따라서 LiDAR로 취득한 주위의 점군 데이터와 ‘애플 지도(Apple Maps)’용으로 수집한 3D지도를 대조함으로써 단말기 위치를 검출한다.

그러나 LiDAR의 활용은 AR에 머무르지 않을 전망이다. 예를 들어 애플은 LiDAR가 계측한 심도 정보를 앱 측으로부터 픽셀 단위로 이용할 수 있게 하는 API를 제공하고 있다. 이 API를 이용해 LiDAR로 공간의 3D 데이터를 취득하는 개발자도 등장했다. 향후, 애플 스스로가 3D 데이터의 유통에 뛰어들 가능성이 높다.

-- 보다 정밀한 3D 지도를 원하는 구글 --
미국 구글도 이전부터 AR 용도로 스마트폰에 거리 영상 센서를 탑재하는 등, 사용자에 의한 공간 정보 취득에 공을 들이고 있었다. 또한 구글맵(Google Map)이나 ‘구글어스(Google Earth)’를 위한 방대한 지도 정보와 3D지도를 보유하고 있다.

구글은 이미 지구적 차원의 복사 세계 플랫포머로서 선두를 달리고 있지만, 보다 정밀한 3D지도와 메타 데이터의 정보는 부족한 상태이다.

예를 들어 구글어스로는 도시 내 건축물의 요철은 알 수 있지만 실내 형상은 알 수 없으며 무엇이 어느 층에 있는지도 불분명하다. 옥외 건축물에서도 보다 정밀한 형상까지 정확하게 재현되어 있는 것은 아니다. 따라서, 지상에 있는 사람의 시선을 통한 3D지도의 생성이 필요하다.

구글로부터 독립한 미국 나이언틱(Niantic)은 ‘포켓몬 GO’ 등의 AR게임에서 이용하는 3 D지도의 생성용으로, 사용자가 촬영한 영상을 3D데이터화 하는 기술을 개발하고 있다. 이와 비슷한 기술을 접목시킨다면 더욱 정밀한 3D지도의 기반을 구축할 수 있을 것이다.

구글은 세계 최대급 검색 기반을 활용해 3D 정보로 검색할 수 있는 플랫폼을 노릴 가능성이 높다. 이미 동물 등의 검색 결과의 일부에서는 공식적으로 마련된 AR의 표시가 가능한 3D 모델이 표시된다. 이미지를 불러들여 검색이 가능하도록 3D 데이터를 검색 키로 삼아 정보를 검색할 수 있게 될 것이다.

미국 아마존닷컴(Amazon.com)에서는 아직 큰 움직임이 보이고 있지 않지만, EC사이트 상에서 3D데이터를 저장해 견본으로 취급하기 시작할 것이다. 3D 데이터를 유통시키는 매매 플랫폼이 될 수도 있다. 최근에는 카메라 기능이 있는 스마트 스피커 겸 디스플레이 단말기를 출시했다. 사용자뿐만 아니라 그 주변 모습을 클라우드에 복사(Copy)하고 싶다는 의사 표현이라고 할 수 있다.

-- 정부기관은 공유 기반을 설립 --
이와 같은 민간기업의 움직임과 함께 정부기관이 복사 세계의 기초가 되는 3D 데이터를 제공하는 움직임도 가속화되고 있다. 3D데이터를 공통 기반으로 제공함으로써 새로운 산업을 창출하는데 그 목적이 있다.

국토교통성은 지형과 건축물의 3D지도 및 교통 인프라 등의 국토에 관한 데이터, 물류 및 사람의 이동과 같은 경제활동에 관한 데이터 등을 집약한 ‘국토교통 데이터 플랫폼’을 출범시켰다. “누가 어디에서 무슨 데이터를 가지고 있는 지를 가시화해, 데이터가 필요할 때 찾을 수 있는 플랫폼이 필요했다”(국토교통성 대신관방기술조사과 건설생산성향상 추진관 히로세(広瀬) 씨).

지금까지 단독으로 이용할 수 있는 단계였지만, 유저가 조합해 사용하려면 다른 기반으로부터 취득한 각 데이터를 직접 대조할 필요가 있어 번거로웠다. “우선적으로 행정이 보유한 데이터를 공개해 나가며, 이후에 민간기업의 사업 창출이나 이노베이션 촉진에 활용해 주었으면 한다”(히로세 씨).

-- 활용 확대를 위한 위성 데이터의 무상 공개 --
경제상업성은 위성 데이터를 무상으로 공유하는 플랫폼으로서 ‘텔루스(Tellus)’를 구축했다. 방재 및 농업, 수산업, 인프라 관리 등의 다양한 분야에서 무상 데이터의 이용 및 활용의 촉진을 노린다.

공개된 위성 데이터에는 분해능이 약 3m로 도로까지 식별할 수 있는 합성개구레이더 (SAR)의 데이터와 분해능이 약 0.5m로 자동차의 차종까지 식별할 수 있는 광학 위성의 데이터인 ‘아메다스(AMeDAS)'를 제공하는 기상 위성의 데이터 등이 있다.

지금까지 위성 데이터의 이용은 데이터 양이 방대해 일반적인 컴퓨터에서는 처리가 곤란했거나 데이터 제공이 유상이었기 때문에 산업에서의 이용이 추진되기 어려웠다고 한다. 이에 텔루스는 데이터를 무상으로 공개해 클라우드에서 정보 분석까지 가능하게 되었다. 위성 데이터를 통해 유용한 정보를 저렴하게 취득할 수 있는 환경을 제공함으로써, 사용자가 위성 데이터를 이용한 비즈니스에 참여할 수 있는 상황을 구축해 나간다는 방침이다.

-- 공(公)과 사(私)의 데이터 연계로 새로운 영역 창출 --
이렇게 만들어진 복사(Copy) 세계의 발전 시나리오는 3단계를 거치게 될 전망이다. 데이터의 축적, 데이터의 유통 그리고 데이터의 최적화이다. 최적화 단계에서는 현실 세계를 복사한 정보를 인간을 거치지 않고 컴퓨터끼리 교환함으로써 요구되는 해답을 이끌어낸다.

현재는 축적 단계에 진입하는 시기라고 볼 수 있다. 정부를 포함한 거대 조직이 자체 데이터베이스에 탐욕적으로 데이터를 수집하는 한편, 스마트폰 등을 사용해 기업과 개인을 포함한 사용자가 데이터를 수집하고 있다.

이 중에서 전자는 이용∙활용을 활성화시키기 위해 일반에게 공개된다(퍼블릭 데이터). 후자인 사용자가 수집하는 데이터는 프라이버시나 시큐리티(주로 방범)와 직결되기 때문에 외부에는 직접 공개할 수 없는 사적인 데이터다.

그러므로 기업의 경우에는 자사의 업무 효율화를 위해서만 이용한다. 개인에게 있어서도 자택 TV의 3D 모델을 자신의 스마트폰에 저장해 놓고, 가구 판매점에서 AR 등을 사용해 매치되는 TV장을 찾는 것과 같은 로컬 디바이스에 폐쇄적인 한정된 사용 방식으로만 쓰이게 될 것이다.

-- 데이터 교환으로 효율화 진전 --
이 다음 단계는 수집된 데이터를 상호 교환하는 단계이다. 사용자 측이 신뢰할 수 있는 서비스 사업자에 대해 한정적으로, 또는 프라이버시나 시큐리티를 배려한 형태로 정보를 선별해 제공한다.

산업용으로는 작업 흐름의 효율화 및 비용 절감으로 이어진다. 예를 들어 자사 공장 및 건물에서의 3D 데이터나 재질 등의 정보를 장치 제조업체나 사무실용 설비업체 등에게 제공함으로써 장치의 납입 및 레이아웃 변경 등이 용이해진다. 또한 효율적으로 업무를 할 수 있도록 종업원의 움직임 등을 시뮬레이션 할 수 있다.

-- 3D 데이터가 중계하는 최적화 사회 --
-- 실시간의 데이터 갱신 세계 --
-- 정보 차원의 새로운 대륙 개척으로, 게임 x 도시에서 공간 설계 --
-- 범용적인 데이터의 공유 기반 구축 --
-- 사전의 데이터 공유로 서비스 효율화 --
-- 차기 신대륙은 ‘디지털 세계‘ --

Part 2. 용도
진전되는 3D 데이터 활용, 예측을 중심으로 영역 확대

도시설계 및 방재, 건설 공사, 엔터테인먼트, 생활 그리고 기술개발에서 3D데이터의 활용이 확산되고 있다. 대규모 3D지도에서 소규모 3D지도에 이르기까지 용도별로 필요한 3D데이터의 폭은 넓다. 아직 실용화에 이르지 못한 영역도 있지만, 향후 3D 데이터의 유통과 제휴가 진행됨에 따라 복수 업종의 참여로 그 용도는 한층 더 확대되어 갈 것이다.

현실 세계의 3차원(3D) 데이터가 활용될 수 있는 영역은 크게 6가지이다. 그것은 (1) 도시 설계, (2) 방재, (3) 건설 공사, (4) 엔터테인먼트, (5) 생활, (6) 기술개발 이다. 지금부터는 이 6가지 영역에 대해 이미 움직이기 시작한 각 사의 대응을 살펴보기로 하겠다.

(1) 도시설계
채광 및 보틀넥(Bottleneck, 애로 사항)을 사전 조사

도시설계는 인공위성이나 항공기 등을 이용해서 얻은 수 km사방과 같은 비교적 큰 지역의 3D지도를 활용한다. 사람의 이동이나 물류의 보틀넥을 발견하거나 새로운 인프라 및 시설을 만들었을 경우의 효과 등을 조사한다.

싱가포르의 국립연구기관인 National Research Foundation Singapore는 싱가포르 국내를 통째로 3D화 한 ‘Virtual Singapore’을 일반에 공개하고 있다. 도시설계 업체들이 이 3D 데이터를 이용할 수 있도록 함으로써 효율적으로 계획을 추진할 수 있도록 하는 것이 목적이다.

(2) 방재
사전 예측 및 사후 복구의 신속화에 활용

재해 대책도 기본적인 생각은 도시설계와 같다. 3차원 데이터를 구사해 재해가 일어났을 경우의 피해를 상정하거나, 피해 대책을 시뮬레이션 한다. 구체적으로는 유도 루트를 고안해 재해 시의 피난 유도에 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 붕괴 등의 위험 장소의 예측에도 사용할 수 있다.

재해 발생 시의 시뮬레이션을 3D지도 상에서 시각적으로 보여주는 효과도 있다. 예를 들면, 호우에 의한 홍수나 지진에 의한 해일 등이 발생했을 경우, 어디까지 물이 차 오를 지를 나타내는 침수 시뮬레이션이 있다. 지형의 요철이나 건축물을 정확하게 재현하고 있는 도시의 3D데이터 상에 침수 상황을 재현함으로써 어느 영역이 피해를 입을 지를 쉽게 알 수 있다.

(3) 건설공사
공사의 진척과 계획을 관리

건설공사에서는 3D 데이터를 이용해 공사나 보수 관리의 효율화를 추진하는 용도로 사용되며 국토교통성이 제창한 ‘i-Construction’를 통해 오래 전부터 추진되고 있다. 도시설계 및 방재와의 차이점은 거시적인 3D지도와, 수m 또는 수cm와 같은 매우 근거리 3D지도를 양쪽 모두 융합해서 사용하고 있다는 점이다.

광범위한 3D 데이터는 토목공사 현장에서 사용된다. 예를 들면, 공사 범위의 측량이나 공사 계획의 입안이다. 하천 공사 등에서의 수심 조사에도 효과적이다. 항공기나 드론에 탑재한 그린 레이저 스캐너로 전체를 3D화 하거나 하천의 3D단면 데이터를 취득할 수 있어 정확한 하천 바닥의 형상을 조사할 수 있다.

좁은 범위에서의 이용 사례로는, 레이저 스캐너를 이용한 성토나 건축물의 현황 확인 등이 있다. 매일 작업 후에 3D데이터화를 통해 비교함으로써 공사의 진척 관리에 이용한다. 건축물의 보수 등으로 이미 설계도가 없거나 현황과 상당히 다를 경우, 3D 데이터를 설계도 재작성의 밑그림으로 사용할 수 있다.

(4) 엔터테인먼트
복사 세계에서 게임 및 교류

엔터테인먼트란 게임, 영화, 소셜 네트워킹 서비스(SNS) 등에 3D지도를 이용하는 것이다. 엔터테인먼트에서는 콘텐츠에 따라 거시적인 3D지도와 근거리의 3D지도를 나누어 사용한다.

게임의 세계에서 3D지도의 이용 및 활용에 적극적인 것은 반다이남코 연구소와 미국의 나이언틱이다.

반다이남코 연구소는 도쿄 세타가야(世田谷)에 있는 도호(東宝)스튜디오를 3D화 함으로써 새로운 게임 개발의 실험장으로 만들었다. 레이저 스캔이나 드론 촬영, 포토그래메트리(Photogrammetry) 등의 수법을 구사해 정교하게 재현한 도호스튜디오의 3D데이터를 게임 엔진에 읽어 들이게 해 게임 공간 설계에 이용한다.

영화에서는 배경이 녹색인 스튜디오에서 배우들만 카메라 앞에서 액션을 취하고 배경 영상과 그린백을 합성해 영상을 만드는 사례가 늘고 있다. 묘화 성능이 향상된 게임 엔진으로 3D 데이터 등을 배경으로 하면 대규모 세트를 만들지 않고도 마치 실사와 같은 영화 제작이 가능해진다.

SNS로서의 이용도 기대할 수 있다. 예를 들어 가상공간 내에 현실공간의 3D 데이터를 배치해, 거기에 VR 아바타로 들어가 이벤트에 참가할 수 있다.

(5) 생활
방의 구조를 쉽게 바꿀 수 있어

일상적인 생활 영역에서는 제작 작품의 사진을 대신해 3D데이터로 저장할 수 있게 된다. 예를 들면 워크숍 등에서 일회성으로 만든 작품을 3D 데이터로 가지고 돌아올 수 있다. 아이가 만든 작품을 보관 공간의 사정으로 폐기해야 할 경우에도 3D 데이터로서 계속 남길 수 있게 된다.

자택이나 사무실 등에서는 가구 배치 변경 및 리모델링, 새로운 가구 등을 구입했을 때의 치수 계측을 3D 데이터로 대체할 수 있다. 지금까지 자로 측정해 카탈로그와 대조하거나 실제로 측량을 위해 시공업자가 방문하는 등 했으나, 사용자가 LiDAR 등으로 실내를 스캔 해 3D 데이터로서 제공함으로써 그 수고를 줄일 수 있다.

(6) 기술 개발
가상공간에서 자유롭게 실험

3D 데이터를 사용하면 기술의 연구개발에 있어서 현장에서 계측하거나 실험하기 전에 시행착오를 할 수 있다. 예를 들면, 3D지도를 이용해 도시 내의 전파(電波)의 전파를 예측하거나 재질 정보가 결합된 3D 데이터를 이용해 음향 시스템의 소리 전달을 사전에 연산할 수 있게 된다.

과거의 자료나 연구를 보존 기록하는 사용 방식도 있다. gluon이나 HoloLab은 철거가 결정된 건조물의 3D데이터 보존이나 재해 등으로 손상된 문화재의 원래의 모습을 관광객의 사진을 이용해서 나중에 3D데이터로 복원하는 사업을 하고 있다.

자율주행이나 자립형 이동로봇을 움직이게 하는 데이터의 기반으로도 사용될 수 있다. 사람과 로봇이 혼재된 상황 등, 현장에서의 실험이나 반복 실시가 어려운 시뮬레이션을 대체할 가능성도 있다.

Part 3. 기술
위성 및 LiDAR가 민간 주도로, 누구나 손 쉽게 3D 생성

정부 기관이나 대기업에 한정되어 있던 3D 데이터의 생성이 손쉬워졌다. 벤처기업에 의한 저렴한 위성의 실용화, 드론이나 LiDAR의 보급, 포토그래메트리를 실현하는 알고리즘 성능의 향상 등이 그 배경에 있다. 공유 기반의 정비도 시작되면서 누구나 손쉽게 3D 데이터를 생성해 유통시킬 수 있는 움직임이 시작되었다.

-- 관측용 인공위성을 민간이 취급한다 --
인공위성은 지금까지도 대규모 3D데이터를 취득하기 위해 이용되어 온 유력한 수단 중 하나이다. 다만, 군사나 자원 개발, 연구를 위해서 정부기관이나 대기업이 보유해 왔다. 이러한 인공위성의 발사를 벤처 기업이 맡아서 하는 시대가 되었다.

예를 들면 Synspective는 합성개구레이더(SAR)를 탑재한 소형 인공위성 ‘StriX’를 개발. 기존의 SAR 위성에 비해 높은 지상 분해능과 소형·경량화를 양립했다.

-- 위성사진으로 3D화 해 도시정보 가시화 --
위성 데이터가 시장에 유통되어 간편하게 이용할 수 있게 되면, 민간기업에서의 활용 사례도 증가하게 된다. KDDI는 미국 Sturfee와 위성 사진을 이용한 3D지도 만들기에 나설 예정이다. AR 용도로, 사진으로부터 특징을 추출해 생성된 3D지도를 이용한다. 현실 세계와 3 D지도의 특징을 비교해 단말기의 위치와 방향을 검출한다.

-- 하늘에서의 담당 역할이 항공기에서 드론으로 --
이전부터 이용되고 있는 비교적 광범위한 3D 데이터화 기법 중 하나로, 항공기에 의한 레이저 측량이 있다. 레이저 스캐너를 탑재한 항공기로 측량 영역의 상공을 비행해 GNSS(위성측위시스템)에 의한 위치 좌표와 IMU(관성계측장치)에 의한 항공기의 기울기나 방향 데이터를 조합해 3차원 점군 데이터를 생성한다.

레이저 스캐너는 발사한 레이저 광이 지표로부터 반사되어 돌아오는 시간차를 조사해 거리를 측정한다. 고도 2,000m를 비행해 레이저 스캐너의 화각이 20도일 경우, 한번에 약 700m의 폭을 스캔 할 수 있다.

이 방법으로는 비교적 광범위한 영역을 단시간에 3D화 할 수 있으나, 항공기를 띄울 필요가 있기 때문에 누구나 이용할 수 있는 것은 아니다. 그 대체가 될 수 있는 것이 드론에 의한 측량이다. 고성능 소형 드론을 저렴하게 손에 넣을 수 있게 되어 하늘에서의 데이터 수집이 더욱 쉬워지게 된다.

-- LiDAR로 빠르고 간편하게 데이터화 --
-- 카메라 한 대로 3D 데이터 만들기 --

 -- 끝 --

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