작성자: Oliver Bürkler, 레이저 스캐닝 담당 이사
전 세계 건설 시장이 매년 10% 이상 성장할 것으로 예상되는 가운데, 작업 현장의 진행 상황을 정확하고 효율적으로 스캔하고 분류하기 위해서는 신기술이 필수입니다.
이 3편 시리즈의 1부에서 설명한 바와 같이, 그 신기술은 바로 Flash Technology로 구동되는 FARO의 특허 받은 Hybrid Reality Capture입니다. 360° 파노라마 이미지와 고속 스캔을 병합하여 데이터 정확도의 손실 없이 30초 이내에 풀 컬러 스캔을 생성하는 기술로, 이러한 지속적인 노력에 혁신을 가져다주는 도구입니다. 이 3편의 시리즈 2부에서는 Flash Technology를 뒷받침하는 몇 가지 소프트웨어와 Flash Technology를 FARO Focus Core, Premium 및 Premium Max 레이저 스캐너와 함께 사용할 때 어떻게 작동하는지에 대해 설명합니다.
결국 이는 독점적인 스마트 업스케일링 알고리즘으로 귀결됩니다. Ricoh Theta Z1 360° 카메라와 Focus Core, Premium 및 Premium Max 레이저 스캐너로 캡처한 모든 이미지와 포인트가 출력에 포함되므로, 기존 방식의 동일한 스캔 해상도보다 선명한 풀컬러 스캔을 얻을 수 있습니다.
2023년 4월에 출시된 Flash Technology 기반의 Hybrid Reality Capture는 FARO Stream 모바일 앱을 통해 액세스할 수 있는 Focus 스캐너의 스캔 모드로 작동합니다.
단, Flash는 Focus Core 및 Premium 사용자에게 1년 구독으로 제공되는 반면 Premium Max 장비는 영구 라이선스와 함께 제공된다는 점에 유의해야 합니다.
사용자는 iOS 및 Android 플랫폼에서 무료로 사용할 수 있는 FARO Stream을 통해 다음과 같은 이점을 누릴 수 있습니다.
- 모든 FARO 장치, Focus 레이저 스캐너, Orbis Mobile Scanner를 비롯한 향후 스캐너를 제어합니다.
- 캡처한 스캔을 현장에서 직접 사전 정렬하여 데이터 완전성에 대한 확신을 얻고, 오프 사이트의 정합 실패를 줄입니다.
- 보조 데이터를 스캔에 이미지나 첨부 파일과 함께 표시된 주석으로 수집합니다.
- 캡처한 데이터를 Sphere XG에 바로 업로드하여 이해관계자와 즉시 프로젝트를 공유합니다.
SaaS 클라우드 기반 정보 플랫폼인 FARO Sphere® XG를 통해 데이터에 액세스하는 Focus Scanner Flash 스캔은 건물, 인프라, 도로, 광산 및 산림에 대한 대량 3D 리얼리티 캡처 스캔을 기존 상태, 진행 상황 모니터링 및 예방 계획 요구 사항의 일환으로 수행하는 기업 및 기관에 이상적입니다.
Flash Technology는 어떻게 작동하나요? (Upscaling vs. Extrapolation)
Focus 제품군의 Flash Technology의 핵심은 이미지 업스케일링 또는 보간법이라고 하는 공정입니다. Upscale.media에서 정의한 업스케일링은 낮은 해상도의 이미지로 시작해서 높은 수준으로 갈수록 시각적 품질이 향상됩니다.
이는 두 프레임 사이를 보간하는 알고리즘을 통해 이루어집니다. 전체 데이터 세트에 액세스할 수 없으므로(가능한 모든 데이터 포인트를 의미) 소프트웨어가 할 수 있는 최선은 수학 공식을 기반으로 추정하는 것입니다. 중요한 점은 이러한 데이터의 부족이 어떤 종류의 실패도 아니라는 점입니다. 오히려 과학 및 엔지니어링 분야에서 흔히 직면하는 변수이며, 이 경우 중간 값은 알 수 없지만 알려진 다른 데이터 포인트를 기반으로 높은 정확도의 확률적으로 결정됩니다.
역사적으로 소프트웨어 엔지니어는 사용자가 이미지를 확대하고 픽셀을 추가할 수 있는 도구를 만드는 방법으로 보간이나 업스케일링을 사용했습니다. 실제 값에 맞게 확대된 이미지를 만들기 위해 크기 조정 도구는 원본 이미지의 데이터를 사용하여 새 값을 보간하고 원본 데이터 포인트 사이에 픽셀을 추가할 수 있습니다. 소프트웨어 엔지니어는 비디오 게임에서 보간을 사용하여 캐릭터의 움직임을 코딩할 수도 있습니다.
Hybrid Reality Capture도 동일한 원칙에 따라 작동합니다. 저해상도 3D 스캔은 캡처 속도가 빠르기 때문에 데이터 양이 적습니다. 하지만 이러한 데이터의 공백은 360° 파노라마 이미지에서 캡처한 데이터로 보강됩니다. 이것이 바로 이미지 업스케일링이 필요한 이유입니다. 플래시 기술을 사용하면 3D 포인트가 없는 카메라의 사진 포인트가 있는 경우 그 주변을 검색하게 되면 소프트웨어가 해당 포인트의 3D 좌표가 있는지를 확인합니다. 그런 다음 인접한 포인트 사이를 스마트하게 보간하여 색상이 지정된 픽셀에 대한 새로운 3D 포인트를 생성합니다. 보기 각도가 너무 평평한 경우 Flash Technology 은 그 사이에 보간된 포인트를 생성하지 않습니다.
두 번째 단계에서 이 기술은 두 카메라가 가지고 있는 입사각과 시차가 해당 지점을 지원하는지 확인합니다. 이를 지원하는 경우 소프트웨어는 이를 유지하며 이미지를 계속 생성합니다.
다음 사항을 숙지하세요.
- 입사각 — 광선이 표면의 한 포인트에 도달합니다. 이 포인트에서 표면을 향해 90°로 곧게 뻗은 선을 법선이라고 합니다. 법선과 광선 사이의 각도를 입사각이라고 합니다. 0도인 법선으로부터 광선까지의 각도를 측정합니다.
- 시차 — 객체와 직선이 아닌 서로 다른 두 포인트에서 볼 때 객체의 겉보기 변위 또는 겉보기 방향의 차이입니다. 이 현상을 시각화하는 가장 쉬운 방법은 객체를 바라보면서 눈을 번갈아 감는 것입니다. 보고 있는 이미지는 보고 있는 눈에 따라 위치가 변경되는 것처럼 보입니다. 객체의 위치는 변하지 않았지만 객체의 위치에 대한 사용자의 인식이 변했습니다.
Focus Core, Premium 및 Premium Max용 Flash Technology를 직관적이고 사용하기 쉽게 만드는 중요한 부분은 이 모든 수식 연결, 입사각 및 시차와 관련된 모든 측정, 수락 및 거부할 데이터 포인트, 실제 데이터와 업스케일링된 데이터의 분석이 내부적으로 완료된다는 것입니다. 사용자 입장에서는 풀 컬러 하이브리드 파노라마 이미지/3D 레이저 스캔 복합체만 볼 수 있습니다.
추가로 다음과 같은 숨은 제품 특장점도 누릴 수 있습니다.
- 최적화된 스캔 작동 — 사용자가 '시작' 버튼을 누르면 장치가 스캐너의 기능과 순서를 조정하여 속도 효율성을 극대화하는 스캔 기능으로, 스캐너 회전 시작 시기, 사진 캡처 시기 등을 조정합니다. 예를 들어, 항상 파노라마 이미지가 먼저 촬영된 다음 스캔이 진행됩니다.
- 모바일 장치로의 스트리밍 최적화 — 모바일 장치에서 클라우드 포인트 전송 및 사용을 최적화하여, 현장에서의 시간을 효율적으로 사용할 수 있도록 최대한 빠르게 현장 정렬을 지원합니다.
- 거친 경사계 판독값 - 스캔의 수평도를 측정하는 방법입니다. 일반적으로 이 단계는 약 10초 정도 걸립니다. 하지만 Flash Technology를 사용하면 1초면 필요한 데이터를 얻을 수 있습니다. 1초 경사계 판독값은 10초 판독값보다 정확도가 떨어지지만, 데이터는 기존 고객 및 예상되는 신규 고객 사용 케이스에서 99% 로 충분한 정확도를 보여줍니다.
또한 Hybrid Reality Capture 이미지에서 캡처되지 않은 데이터, 데이터 손실이 반드시 존재하지만, 그 작은 캡처 부족조차도 모든 상황에서 균일하지 않다는 점에 유의해야 합니다. 가령 전체 수직선에서 Flash Technology는 전체 해상도를 가집니다. 이러한 선 사이의 간격이 늘어나는 것입니다. 도 단위로 표시되는 Focus Core/Premium/Premium Max 레이저 스캐너 미러는 360°로 초당 100회 회전합니다. 즉, Focus Scanner는 스캐너 앞과 뒤에 하나씩 두 개의 수직선을 초당 100회 만듭니다. 그런 다음 스캐너가 10초 동안 회전하며 스캔을 진행합니다. 그리고 그 10초 동안 2,000개의 선, 즉 수평으로 360°당 2,000단계를 생성합니다.
여기서 강조해야 할 점은 업스케일링되는 것은 이미지 자체가 아니라 3D 클라우드 포인트라는 점입니다. Flash Technology는 위의 데이터를 가져와 처리한 후 수평으로 4,000단계로 업스케일링합니다. 직관적이지 않게 들릴 수 있지만, 바로 이 점이 시장 개발을 선도하는 Flash Technology의 핵심입니다. 전체 캡처 공정에서 PanoCam의 이미지는 사진당 2300만 포인트로 유지되며, 업스케일링되는 것은 배경의 클라우드 포인트입니다.
따라서 사용자가 보는 사진이 동일하게 유지되기 때문에 시각적 영향이 전혀 없다고 할 수 있습니다. 업스케일링 이전에는 저해상도 스캔에서 사진의 4번째 픽셀마다 3D 좌표만 생성했습니다. 업스케일링 후에는 사진의 거의 모든 픽셀에 3D 좌표가 존재합니다.
Flash Technology의 차별점과 최적의 사용 사례는 무엇일까요?
3D 측정 및 레이저 스캐닝 비즈니스에 오랫동안 종사해 온 고객이라면 Flash Technology의 개선된 기능을 담은 Focus 안내책자를 잠시만 살펴봐도 제품의 차별화 요소를 명확히 알 수 있을 것입니다. 그러나 경험이 적은 고객이나 잠재적 신규 구매자의 경우, 특히 다른 레이저 스캐닝 회사에서도 3D 스캔으로 사진 이미지를 보강하는 경우 모호한 부분이 남을 수 있습니다.
차이점은 여러 가지가 있습니다. 가장 중요한 차이점은 Flash Technology가 스캐너의 독립적인 스캔 모드로 작동하여 필요에 따라 켜고 끌 수 있다는 것입니다.
또 다른 구별 요소는 색상입니다. 역사적으로 컬러 스캔은 비용과 시간이 많이 소요되는 작업이었으며, 수백 번의 스캔이 필요한 대량 프로젝트의 경우 더욱 그랬습니다. 한동안 제품 채택에 대한 장벽이 너무 높아 일부 고객은 컬러 스캔을 아예 포기하고 대신 컬러 스캔 없이도 만족스러운 결과물을 관리할 수 있는 방법을 선택했습니다. Flash Technology를 사용하면 컬러 스캔이 캡처하는 데 1초밖에 걸리지 않기 때문에, Hybrid Reality Capture는 이 기능에 대한 관심을 다시 불러일으키고 컬러 스캔이 개발된 이래 처음으로 컬러 스캔이 경제적, 시간적으로 현명한 결정이 될 것이라 확신합니다.
또한 Flash Technology는 다른 회사들이 고해상도 사진, 동영상, 360° 이미지 캡처를 자체적으로 도입하면서 시장이 전반적으로 시각적인 경험으로 전환하는 데 기여하고 있다는 차별점이 있습니다.
결론: Hybrid Reality Capture는 완전히 다른 범주의 이미지 캡처로, 파노라마 이미지와 3D 포인트 클라우드 간의 관계를 생각하는 혁신적인 방식입니다. 어떤 의미에서 그 과정은 역전되었습니다. 아무도 사진 이미지로 시작한 다음 3D 클라우드 데이트를 업스케일링하여 데이터를 보강하지 않습니다. 이것이 바로 전례 없는 캡처 속도를 구현하는 데 필수적인 요소였습니다.
*출처:작성자 소개
Oliver Bürkler는 FARO Technologies, Inc.의 레이저 스캐닝 담당 이사입니다. 독일 뮌헨의 응용과학대학에서 정밀 공학, 경영학 & 공학 석사 학위를 취득했습니다. 그는 FARO 3D 레이저 스캐너 제품 관리자 팀에 참여하여, 20년 이상 FARO의 3D 문서 하드웨어와 새로운 혁신 개발에 주력하고 있습니다.