드론 및 지상 레이저 스캐너를 이용한 건축문화재 3차원 모델링 정확도에 관한 사례연구
A Case Study on 3D Heritage Building Modeling Accuracy Using a Drone and a Laser Scanner
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초록
본 논문에서는 육군사관학교에 위치한 서울시 문화재인 청헌당을 드론과 3D 레이저 스캐너를 이용하여 군부대 문화재 최초로 3차원 모델링을 수행하고 정확도를 분석하여 3D 모델 구축의 기술적 한계와 가능성을 파악하였다. 건물 하부는 3차원 레이저 스캐너로 측량하고 지붕은 상업용 드론으로 측량한 후 두 모델을 합쳐서 전체 건물에 대한 모델을 완성했다. 모델링의 정확도를 평가하기 위해 검측점의 절대좌표를 기준으로 모델링 오차도 분석하였다. 토탈스테이션을 이용하여 76개 검측점의 절대좌표를 기준으로 정확도를 평가한 결과 최대 오차는 172mm였다. 3D 레이저 스캐너 모델링 결과와 드론 모델링 결과를 중첩하여 10개 검측점에서 드론 모델링 오차를 분석한 결과 드론 모델의 오차는 최대 179mm였다. 3차원 레이저 스캐너로 청헌당 지붕을 모델링했을 때 폐색영역은 면적기준으로 62.7%였다. 본 연구에서는 드론으로 획득한 점군데이터와 3D 레이저 스캐너 데이터의 조합을 통해 건축문화재의 3차원 모델링 완성도를 높일 수 있는 사례를 제시하였다.
Abstract
In this paper, three-dimensional modeling was carried out for Cheongheondang, a cultural property of Seoul City, located at the Korea Military Academy. We used a drone and a 3D laser scanner to perform the first 3D modeling of cultural properties in the army base and analyzed their accuracy to identify the technical limitations and possibilities of constructing 3D model. The lower part of the building was surveyed with a 3D laser scanner, and the roof was surveyed with a commercial drone, and the two models were merged to complete the model. In order to evaluate the accuracy of modeling, we analyzed the modeling error based on the absolute coordinates at the check points. As a result of evaluating the accuracy based on the absolute coordinates at 76 checkpoints using a total station, the maximum error was 172mm and RMSE was 38mm. In order to evaluate the accuracy of drone modeling, the 3D laser scanner modeling result and the drone modeling result were superimposed and the drone modeling error was analyzed at 10 checkpoints. The error of commercial drone model at the checkpoints was up to 179mm. In the case of Cheongheondang roof modeling, the occlusion area of the 3D laser scanner was 62.7%. As a result of this study, we suggested the combination of a 3D laser scanner and a drone can improve the completeness of the 3D modeling. The presented research methods and results can be used as an example of understanding the characteristics of 3D modeling techniques.
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