Digital 3D Anthropometry 1. Introduction Sungmin Kim SEOUL NATIONAL UNIVERSITY History of 3D Body Measurement 인체형상의디지털화 Introduction 1980년대후반부터영화산업계에서관심을가지기시작 사실적시각효과의필요성이증대되었으나컴퓨터그래픽의한계에부딪힘 가상의사람으로실제배우를대체하는새로운아이디어를도입» The Abyss (1989), Terminator (1991) 등에서 Cyberware(USA) 사제품을사용하여얼굴을스캔 인간공학분야에서응용분야확대 최초의 3D 전신스캐닝시스템 LASS 개발 (1989, Loughborough Anthropometric Shadow Scanner)» 인체조사를목적으로개발 군사분야에의적용 군복착용감평가를위해서전신스캐닝시스템을사용하기시작 의류산업을위한 3D 인체스캐닝의시작 패션산업분야로확대 패션산업을위해특별히개발된최초의 3D 전신스캐너의상업화» 1998년 TC² (USA) 2
Types of Hardware Introduction Laser Beam Type Structured Light Type White Light Type Infrared Type Moire Type Microwave Type Photogrammetry Type 3 Laser Beam Type 원리 레이저빔 (Laser Slit Beam) 을물체에투사하고투영된영상을카메라로촬영 광삼각방식 (Optical Triangulation) 에의하여 3차원거리값을구하는방식 레이저빔발생장치와 CCD 카메라가이루고있는투사각도와사이거리를이용 알려진문제점및해결방법 인체의경우시선방향에따라서카메라에보이지않는부분이있음 겨드랑이나다리사이등에사각지대가존재 2-4개정도의카메라로동시에촬영 한번에계측할수있는범위가좁음 레이저광원과카메라를인체의수직방향에따라서이동시키면서계측 4
Laser Beam Type 상용스캐너의종류 Company Name Scanning Space (L*W*H)cm Scanning Time (s) 비고 Vitronics (Germany) Cyberware (USA) Hamano (Japan) Vitus Pro 100*100*210 8~20 Vitus Smart LC 90*90*2100 12 Vitus Smart XXL 120*120*2100 WB4 120*120*200 15~40 WBX 130*50*200 17 Voxelan 60*75*200 10~32 Vitronic Pro 에서파생된후모델이 Vitus Smart XXL 이고 (65,000$, 2013) 이것의저렴한버전이 Vitus Smart LC (37,000$, 2013) 한국인체치수조사사업에사용되는전신스캐너국내연구에서가장많이쓰이는스캐너 240,000$ (2013) 측정부가고정되어 laser 의주사각도와범위를조정하여스캔 Hamamatsu (Japan) ABL(C9036) 60*100*200 16 BLS(C6648) 50*90*200 5 LED 광원사용. Color 지원안됨 4DCulture (Korea) 3D Body Modeler Whole body 10 윤곽선을초고속으로추출할수있는레이저전용 DSP 카메라 5 Laser Beam Type WBX Vitus XXL WB4(Cyberware) Vitus smart LC (Vitronics) 6
Laser Beam Type Voxelan (Hamano) ABL (Hamamatsu) 7 Laser Beam Type Body Modeler (4DCulture) 8
Structured Light Type 원리 3 차원표면에줄무늬모양빛을투영하고왜곡된모양을카메라로읽어서물체를재구성 문제점 다양한형태의줄무늬를동시에투영하고읽는방법으로속도를향상 빛을반사하거나투명한물체를계측하기어렵다 불투명한페인트를도포하여계측하기도함 표면의성질에따라계측값이달라질수있다 Sub surface scattering 효과 피부, 대리석, 왁스, 식물등 9 Structured Light Type 상용스캐너의종류 Company Product Name Scanning Space (L*W*H)cm Scanning Time(s) 비고 4D dynamic (Belgium) Mephisto EX-pro or CX-pro 100*100*200 2 Gotcha N/A 1 Structured light projection Color 지원안됨 60,000~120,000$ (2013) SpaceVision (Japan) Cartesia 70*60*200 2 Laser structured light 20,000$ (2013) 이동이용이 10
Structured Light Type BodyPro Combination of 4 CX-PRO or 4 EX-PRO Scanner Gotcha 11 Structured Light Type Cartesia (SpaceVision) 12
White Light Type 원리 레이저측정방식과기본적으로같은원리 광원앞에격자 (Grid) 를설치하여격자의그림자가물체에투영되는원리를이용 면단위로측정이되기때문에측정부의이동이필요없음 전체형상을측정하기위하여여러대의측정부를적합하게배열하여시스템을구성 Company Product Name Scanning Space (L*W*H)cm Scanning Time(s) 비고 Telmat (France) SYMCAD Whole body 2.5 TC² (USA) 2T4, 2T4s, 3T6 and NX-16 110*100*200 10 사용자의목적에따른자동측정알고리즘변경가능 Wicks & Wilson (UK) TriForm 70*70*195 12 NEC (Japan) Danae-S 60*100*190 1.9 미용업계를대상으로개발 13 White Light Type SYMCAD (Telmat) TriForm (Wicks & Wilson) 14
White Light Type NX-16 (TC 2 ) Danae-S (NEC) 15 Infrared Type 원리 900nm 이상의파장을갖는적외선 LED를이용하여적외선을방사 물체에맞고되돌아오는적외선양을측정하여거리를측정 ( 반사량은거리제곱에반비례 ) 문제점 반사량은물체의색상이나물체표면에도영향을받음 16
Infrared Type 상용스캐너의종류 Scanning Company Product Name Space Scanning Time(s) 비고 (L*W*H)cm 19B 80*103*210 1 Infrared depth sensor TC² (USA) KX-16 90*70*210 3 10,000$ (2013) SizeStream (USA) 3D body scanner 95*70*215 6 15,000$ (2013) 17 Infrared Type 19B (TC 2 ) KX-16 (TC 2 ) 18
Infrared Type Body Scanner (SizeStream) 19 Moire Type 원리 간격이일정한평행선패턴을물체에투영 물체표면의요철에의해왜곡된패턴을동일한격자를통해관측 이때발생하는간섭무늬인므와레 (moire) 무늬를분석하여표면의형상을계측 Company Product name Scanning Space (L*W*H)cm Scanning Time (s) InSpeck (Canada) Cyclops 95*100*150 0.7 20
Moire Type Cyclops (InSpeck) 21 Microwave Type 원리 마이크로웨이브가인체피부와같이수분이있는물체에서만반사되는현상을이용 문제점 다른방법과는달리옷을입은채로계측할수있다는장점을가지고있음 탈의에대한피계측자의부담을줄일수있음 일종의인체형상확률분포형태의데이터로부터필요한치수만을계측하는데사용됨 다른장치들은인체표면의각점의좌표를직접측정 다른방법에비해치수의정확도는조금떨어지는편임 Scanning Company Product Name Space Scanning Time(s) (L*W*H)cm Intellifit (USA) VFR Whole Body 20 22
Microwave Type VFR (Intellifit) 23 Photogrammetry Type 원리 수많은고해상도카메라를사용하여순간적으로촬영 가장정밀한텍스쳐이미지를생성 비교적사각이적음 24
s 대규모인체측정사업 개요 주요선진국을중심으로시작 우리나라는 1979 년부터 5~7 년주기로한국인의인체치수측정을실시 (SizeKorea) 6 차인체조사 (2010 년 3~11 월 ) 에서 Cyberware 의 WB4 계측기를이용하여남녀 1 만 4 천여명을측정 3 차원인체형상데이터를분석을통한산업활용기반마련 정보제공서비스를통해산업계, 학계연구와산업규격제 개정에활용 25 의류제품치수표준화 중요성 소비자가제품이자신에게잘맞는제품인지여부를식별할수있게하는기본정보 간접구매시스템에서는소비자와소매업자, 생산자사이의의사소통수단 방법 의류소비자에대한정확한 3차원인체형상데이터를활용 소비자의연령구분및신수요반영을위한의류치수규격표준화와규격제 개정 26
의복생산용바디제작 중요성 제품의디자인, 패턴제작, 샘플제작, 검품단계에서까지빼놓을수없는생산요소 인체의정확한치수와형태파악이우선되어야함 다양한사이즈의마네킹 (Alvaform of Avalon Inc.) 27 가상모델제작 중요성 컴퓨터상에서 나 를대변하는형상 3 차원스캔을통해실제인체의형태그대로를컴퓨터상에서재현 나와가장유사한체형을나타내며, 가상착의를위한가상모델로서도활용됨 28
의복드레이프시뮬레이션 중요성 의복설계기간및비용을단축 창의성과스피드가요구되어지는의류산업분야에서소비자의만족도를높일수있음 샘플제작의시간단축및경쟁력상승효과야기 인터넷쇼핑몰등에서고객이옷을입어보지않고피팅성이나디자인을확인 Runway 3D 29 맞춤제품제작 맞춤구두 발측정기만설치해놓으면어디에서나맞춤구두를주문제작할수있다 한번발을측정한사람은집에서인터넷을통해주문을할수도있다 발데이터축적을통해더신뢰성있는표준화형 (Last) DB 구축이가능해진다 맞춤구두보다는훨씬싸면서발도편한구두제작이가능 30
맞춤제품제작 맞춤가발 3 차원두상스캐너를이용한디지털화된맞춤가발제작방식도입 기존의맞춤가발에비해착용시쾌적함이증대 인건비가싼지역으로데이터를보내저렴하게제작이가능 31 맞춤제품제작 맞춤안경 직접안경을써보지않고시뮬레이션을통해자신에게어울리는안경을주문제작 32
맞춤제품제작 맞춤의류 인체표면의모든부분의정확한형상을이용해서패턴을설계 피팅성이좋은패턴을제작 33 의료분야 정밀모델링 화상치료, 치아교정, 보청기, 성형수술, 인공관절제작등에활용 전신스캔데이터 인체밸런스조사를통한스포츠의학이나재활의학분야에서의응용 체형변화분석을이용한비만클리닉이나성형의학분야응용 가상성형 체형변화시뮬레이션 34
스포츠분야 선수맞춤형스포츠용구 골키퍼용장갑, 육상화, 스키 / 스노우보드부츠, 아이스하키골키퍼용마스크, 사이클복, 수영복 Mass customization 을위한 3D 스캐닝기술수요가증가 35 엔터테인먼트분야 게임 / 애니메이션 실제얼굴의형상과텍스쳐를직접스캔하여표정변화와간단한얼굴움직임을구현 인체계측및동작분석을이용한자연스러운캐릭터표현 표정애니메이션 동작애니메이션 36
엔터테인먼트분야 영화 3D 스캐닝과컴퓨터그래픽을이용한특수분장 37 미용분야 가상헤어스타일링 / 메이크업시뮬레이션 머리부분의정밀한계측데이터를이용 38
프로그래밍관련내용 Class Review (C++) Topics 3D Modelling 3D Graphics (OpenGL) Body Data Modeling Geometry Operator Landmark Location Information Visualization Special Technique 39