지난 몇 달 동안 도처에서 인공 지능에 대한 논의가 있었던 것 같습니다. 최근 AI가 많은 관심을 받고 있는 주요 이유 중 하나는 OpenAI(ChatGPT 개발사)와 같은 회사들이 계산, 생물학, 기계 과학 분야에서 '속도-정확도 교환(SAT)'으로 알려진 문제를 해결하거나, 적어도 현저히 완화하는데 근접했다는 점입니다.
최신 AI는 이제 컴퓨터의 데이터 검색 속도와 인간과 같은 대화를 모방하는 속도 및 정확성으로 자연스러운 대화에 근접할 수 있을 만큼의 속도와 정확도(아직 완벽하지는 않지만)을 확보했습니다. 속도와 정확도 사이의 이러한 균형은 3D 레이저 스캐닝과 360° 파노라마 사진 및 사진 측량과 같은 관련 파생 작업에서도 나타납니다.
기존의 3D 리얼리티 캡처에서 고정밀 스캔은 캡처에 몇 분이 걸렸고, 정보를 처리하고 포인트 클라우드 데이터를 등록하는 데는 그보다 오랜 시간이 필요했습니다. 속도를 포기하고 정확도를 얻는 겁니다. 이는 대규모 스캔을 완료하려는 모든 기업에게 잠재적인 비즈니스 손실이 발생할 수 있다는 뜻입니다. 파노라마 카메라는 빠른 속도로 이미지를 캡처할 수 있지만, 해당 데이터는 3D 포인트 클라우드보다 정확도가 무척 낮습니다. 정확도 대신에 속도를 얻는 겁니다.
하지만 AI 연구 덕분에 속도-정확도 교환의 끝이 보인다면, 다음 디지털 도미노는 무엇이 될까요? 건축, 엔지니어링, 건설 및 운영 및 유지보수를 위한 3D 시각화와 공공 안전 사건 발생 방지 계획 애플리케이션을 포함하는 3D 레이저 스캐닝 산업은 여기서도 승리를 거둘 준비가 되어 있습니다.
스캔을 기다리는 세상
오늘날 준공 문서 분야에 종사하는 사람들은 작업을 더 빠르게, 더 좋게, 더 쉽게 완료할 방법을 지속적으로 찾고 있습니다. 속도를 위해 품질을 포기하거나, 품질을 위해 속도를 희생하지 않고 작업을 단순화하고 워크플로를 간소화하기를 바랍니다.
속도와 정확도를 모두 놓치지 않으려 하는 이유는 무엇일까요? 전문 측정 서비스 업계 전체가 해야 할 작업이 무척 많기 때문입니다. 그리고 BIM 모델이 정확하지 않거나 이미지 캡처 및 처리 속도가 너무 느리면 시간, 비용, 인적, 기술적 자원이 위태로워집니다. 전 세계적으로 업계는 대형 구조물의 내부와 외부를 총체적으로 스캔하고 있습니다. 발전소와 같은 산업 시설을 매핑 및 측정하고, 경찰과 법 집행 기관이 사건 발생 방지 계획을 수립하는 것을 돕고, 전문 및 일반 건설업체의 엔지니어링 프로젝트를 지원하고, 시설 관리자/소유자가 건물 운영을 추적하고 비효율성이 발견된 경우 이를 간소화하고 제거하는 데 필요한 실시간 시설 관리 통찰력을 제공합니다.
예상했던 대로, 속도-정확도 교환을 해결하기 위한 노력은 궁극적으로 모바일 스캐닝 제품과 정적 스캐닝 삼각대 장착 3D 레이저 스캐너라는 두 가지 다른 길을 택했습니다.
하지만 개발이 실제로 가져온 결과는 SAT '전쟁'을 끝내는 것이 아니라, 경쟁하는 영향력을 가진 두 영역을 개척하는 것이었습니다. 케임브리지 대학에서 FARO Focus Laser Scanner 등을 사용해서 반복적인 연구를 실시하고 이를 그리스의 로도스 섬에서 열린 2021 European Conference on Computing in Construction에서 발표한 바에서 알 수 있듯, 모바일 스캐닝은 속도가 빠르지만 정적 검색만큼 정확하지 않다는 점이 확인되었습니다.
이 논문의 결론 중 한 부분은 다음과 같습니다.
"실험 결과 초당 포인트로 측정된 스캔 대상의 밀도는 대상까지의 거리가 증가함에 따라 기하급수적으로 감소하고, 이러한 점에서 모바일 스캐너가 정적 매핑 장치를 능가한다는 것을 보여주었다. 정확도 측면에서는 반대의 추세가 나타났다. 정적 스캐너는 모바일 장치에 비해 노이즈가 최소 20배 적은 스캔을 생성한다. 건물 측량, 지형 측량 및 낮은 정확도 설정과 같은 사용 사례의 정확도 사양은 최대 40m까지 거의 모든 범위의 모든 장치에서 충족되지만, 엔지니어링 조사와 같은 까다로운 사용 사례는 정적 스캐너를 통해서만 충족될 수 있다."
하이브리드 컴퓨팅 2.0
1960년대에 NASA에서 인간과 컴퓨터가 '하이브리드'로 생각되었던 것처럼(우주국의 메인프레임인 IBM 7090은 인간보다 빠르지만 인간만큼 정확하지 않아 중요한 발사와 재진입 데이터를 처리하기 위해 인간 '컴퓨터'들이 고용됨), 3D 리얼리티 캡처 하이브리드는 모바일 스캐닝의 최고 장점과 정적 리얼리티 캡처의 최고 장점을 하나로 합치는 두 가지 디지털 형식의 결합을 의미합니다.
이 결합은 새로운 기술의 형태가 될 것이며 특허 출원 중인 용어로 등장할 것입니다. 이 하이브리드 기술은 파노라마 이미지에 포함된 데이터와 정적 3D 포인트 클라우드의 알고리즘 병합을 통해 저해상도 3D 레이저 스캔을 360° 카메라에서 캡처한 데이터로 보강하는 기술입니다. 그 결과 마침내 속도와 정확도 중 하나를 희생할 필요가 없어집니다.
정확도와 속도의 손실을 최소화를 동반한 모바일 스캐닝과 정적 스캐닝의 하이브리드화는 3D 스캐닝 솔루션의 다음 단계입니다. 기존 레이저 스캐닝 워크플로보다 최대 50% 더 빠른 기술이 어떤 영향을 가져올지 생각해보세요. 또한 현장 생산성, 예측 가능한 정확도 및 최첨단 시각적 선명도를 최적으로 조합하여 합리적인 가격으로 제공합니다.
이러한 결합의 이점은 명확합니다.
- 기존 스캔에 비해 훨씬 빠른 작업을 위해 설계되어 정확도가 감소한 스캔
- 360° 이미지를 통해 보다 밀도가 낮은 데이터 세트를 확장하여 워크플로를 가속화하고 프로젝트 완료 보장
- 속도 개선 및 시간 절약이 없었다면 촬영이 불가능했을 추가 스캔을 가능하게 하여 주당 전체 일수를 절약하고 보다 완전하고 포괄적인 프로젝트를 보장합니다.
- 컬러 이미지를 사용하여 사용자가 객체 모서리와 모서리를 보다 명확하게 볼 수 있고 정의된 형상을 보다 쉽게 식별할 수 있으므로 다른 소프트웨어에서 더 우수한 분석 및 실행을 수행할 수 있습니다.
오늘날 3D 레이저 스캐닝 산업을 발전시킨 기술 혁신은 가히 혁명적이었지만, 1960년대에 개발된 최초의 레이저 스캐닝 장치는 조명, 카메라, 프로젝터를 사용하여 물체를 스캔했지만 시간이 많이 걸리고 오류가 발생하기 쉬운 반면, 정적 스캔 데이터와 모바일 360° 이미지를 속도와 정확성의 손실 없이 병합하는 것은 혁명적인 일입니다.
사실상 데이터 품질 손실 없이 기존 스캐닝보다 최대 50% 더 빠른 리얼리티 캡처 솔루션은 건축, 엔지니어링, 건설, 운영 및 유지관리에서 공공 안전에 이르기까지 대규모 스캐닝에 의존하는 산업에서 이제 빠르고, 정확하고 신뢰할 수 있는 방법으로 수천 건의 스캔을 수행하고 해당 데이터를 사용하여 사업상 결과를 이끌어 내거나, 대형 건물의 출입구 또는 장애물의 위치를 빠르게 스캔하는 등 상황에 맞는 결과를 얻을 수 있음을 의미합니다. 전 세계에 약 1,000억 개의 건물이 있고 그 중 상당 부분이 대형 건축물이라는 점을 고려할 때, 물리적 세계를 디지털 세계로 더 빠르게 전환하는 기회는 그 어느 때보다 크다고 할 수 있습니다.
마치 NASA의 인간 컴퓨터가 현재 세계에서 가장 빠른 컴퓨터인 Frontier에 액세스하여 초당 1경 번의 부동 소수점 연산이 100% 정확하다고 완벽하게 확신하는 것과 같습니다.
새로운 개척지
물리적인 영역이든, 생물학적 영역이든, 기계적 영역이든, 컴퓨터/디지털 영역이든, 오늘날의 가장 빠른 컴퓨터와 가장 똑똑한 알고리즘에 의해 제한되는 영역이든, 수천년 전 동부 지중해의 비옥한 초승달 지대에서 최초의 문명이 출현한 이래로 사실이었던 것은 오늘날에도 사실로 남아있습니다. 인류가 이 세상에 존재하는 한, 빠르고 정확한 조립과 장기적인 프로젝트 감독이 필요한 크고 복잡한 구조물은 계속 건설될 것입니다. 그리고 공공의 안전을 위해서 최악의 시나리오가 발생하기 전에 상황을 완화해야 할 필요도 항상 존재할 것입니다.
이 두 가지 현실을 고려할 때, 3D 레이저 스캐닝은 계속 발전할 것입니다. 속도와 정확도가 향상될 뿐만 아니라 장비의 크기, 무게 및 부피도 계속 줄어들 것입니다. 앱 기반 LiDAR 스캐닝은 이 글의 범위를 벗어나지만, 스마트폰이나 태블릿보다 크지 않은 일반 기술의 발전이야말로 궁극적으로 미래가 있는 곳입니다.
올해 말에 IBM이 출시할 예정인 세계 최초의 1,000큐비트 이상 범용 양자 컴퓨터로 실현될 양자 컴퓨팅이 약속하는 미래를 고려하면 이 새로운 영역은 향후 수십 년 동안 속도-정확도 교환의 문제를 훨씬 뛰어 넘을 것으로 보입니다.
그러나 현재로서는 3D 레이저 스캐닝 산업에서 Hybrid Reality Capture라는 기술적 혁신을 이제 막 활용하기 시작하고 있습니다. 다양한 분야에서 오랜 기간 동안 필수적인 문제점으로 지적되어 온 속도-정확도 교환에 대한 해결책을 찾는 일이 더 어려워지고 있습니다. 영국의 저명한 공상과학 작가 아서 C. 클라크(Arthur C. Clarke)는 다음과 같은 명언을 남겼습니다. "충분히 발전한 기술은 마법과 구별할 수 없다."
이 말은 사실이지만, 클라크는 마법이 얼마나 흥미로울 수 있는지에 대해서는 아무 말도 하지 않습니다. 만약 여러분이 마법이 생명을 얻는데 도움을 준 선각자 중 한 명이라면 말이죠.
저자 소개:
올리버 뷔르클러(Oliver Bürkler)올리버 뷔르클러는 FARO Technologies, Inc.의 레이저 스캐닝 담당 이사입니다. 독일 뮌헨의 응용과학대학에서 정밀 공학 및 경영학 및 공학 석사 학위를 취득했습니다. 뷔르클러는 FARO 3D 레이저 스캐너 제품 관리자 팀의 일원으로서 FARO의 3D 문서화 하드웨어 개발 및 관련 새로운 혁신에 주력하고 있습니다.
이 새로운 기술이 귀사와 귀사의 워크플로에 어떤 이점을 가져다 줄 수 있을지 궁금하세요?