마고쓰리디, 웹에서 구동되는 오픈 소스 지오빔
(mago3D, A Web Based GeoBIM Platform on Top of Open Sources)



가이아쓰리디(주) 신상희 



영문요약: 

Although there have been numerous attempts to integrate BIM and 3D GIS on a single web platform, the outcome of those attempts are not so satisfactory to date. The difference of data models, the massive number of objects to be rendered, the big volume of data files, and proprietary technologies are among the major barriers that hindered seamless integration of BIM and 3D GIS on a web environment. This article introduces an open source based GeoBIM platform that can manage, handle, and visualize massive 3D data from BIM and 3D GIS simultaneously on a web browser. It has been developed on top of well-known open sources such as Cesium or NASA World Wind to make the best of the existing features and to expand the functionalities to BIM and AEC areas. A new 3D web service format called F4D has been devised to optimize the network traffic, to reduce the file size, and to increase the rendering speed. Industry standard formats such as 3DS, OBJ, DAE, IFC, and JT can be converted to F4D format using the format converter. As a result, the developed platform now can service successfully millions of 3D objects in a web browser on any kinds of devices such as smart phones, tablets, laptops and PCs.



1. 들어가며


혁신에 관한 이야기로 글을 시작해 보자. 다양한 정의가 있겠지만 필자에게 혁신은 접근성에 관한 문제다. 어떤 서비스나 상품을 빠르고 쉽고 저렴하게 이용할 수 있다면 그게 바로 혁신이라는 의미다. 이런 맥락에서 스마트폰은 혁신적이다. 스마트폰은 전화, 인터넷, 컴퓨터, 사진기, 게임기, 네비게이션, 심지어 금융거래를 하나의 기기에서 제공한다. 일상생활에 필요한 대부분의 서비스를 손쉽게 이용할 수 있는 이 접근성이 스마트폰 혁신의 근간인 셈이다. 


이 혁신에 관한 정의를 BIM(building information modeling) 산업에 적용해 보자. 현재의 BIM 산업은 사용자에게 손쉬운 접근성을 제공하고 있는가? 이 질문에 많은 이들이 쉽게 고개를 끄덕이지 못할 것이다. 필자 또한 마찬가지다. 아직도 BIM은 어렵고 복잡하며 건설업계에 한정되어 있는 전문가 서비스라는 이미지가 강하다. 만약 사용자들이 BIM을 마치 전기나 물처럼 손쉽게 사용할 수 있다면 지금과는 차원이 다른 혁신이 일어나지 않을까? 이런 문제 의식에서 가이아쓰리디 연구진은 BIM에 대한 접근성을 획기적으로 향상시키는 혁신적인 솔루션 개발에 착수하게 되었다. 


<그림 1. 마고쓰리디가 초대용량 BIM 자료와 3D GIS를 통합적으로 웹에서 서비스하는 모습>



2. 문제점과 해결 전략 


연구진은 BIM에 대한 접근성을 떨어뜨리는 대표적인 요인으로 다음 세 가지 문제에 주목하고 이에 대한 해결책을 마련했다. 우선, ‘BIM 자료에 대한 접근성’ 문제다. BIM 자료는 무겁고 복잡해 쉽게 가시화하기 어렵다는 문제점이 있다. 사용자들의 BIM 접근성을 향상시키기 위해서는 별도 소프트웨어 없이 웹이나 모바일에서 바로 가시화하는 것이 최선이다. 하지만, 많은 경우 BIM 자료에 맞는 소프트웨어가 요구되며 접근성을 막는 하나의 장벽이 되고 있다. 이에 대한 해결책으로 웹 서비스에 최적화된 새로운 3차원 웹 서비스 포맷을 구상하게 되었다. 둘째로, ‘BIM 기술에 대한 접근성’ 문제였다. 대부분의 BIM 기술은 현재 소수 회사에 의해 독과점화된 상태다. 이는 BIM 기술의 자유로운 확산과 외부인의 참여를 제한하며 혁신의 장애물로 작동한다. 후발주자로 기존 독과점 업체들과 기술 경쟁을 벌이기 위해서는 회사 외부의 자원을 내재화하는 전략이 요구되었고, 이는 자연스레 오픈소스 개발 전략으로 귀결되었다. 마지막으로, ‘BIM 활용에 대한 접근성’ 문제였다. BIM 자료의 생산과 활용이 많아지며 건설 영역을 넘어 공간적 맥락에서 타 정보와 함께 활용하려는 시도들이 많아지고 있다. 기존 3차원 GIS(geographic information system)와 BIM의 통합을 통해 새로운 가치와 혁신을 만들려는 노력들이다. 하지만, 데이터 모델과 가시화 기술 등의 차이로 인해 쉽게 통합되지 못하고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구진은 유명 오픈소스 기반 웹지엘 글로브(WebGL Globe)를 활용해 이를 BIM 영역까지 확장하는 전략을 채택했다. 



3. 개발 결과


본 연구 성과물인 마고쓰리디(mago3D, http://mago3d.com)는 앞서 언급한 고민의 결과다. 마고쓰리디는순수 웹에서 구동되는 오픈소스 기반의 지오빔(GeoBIM)’이라는 목표를 설정하고 개발되었으며 그 주요 결과물은 다음과 같다.

 

F4D 포맷:

본 연구진은 F4D라는 새로운 3차원 웹 서비스 포맷을 고안했다. F4D 포맷은 경량화, 렌더링 속도 향상, 네트워크 트래픽 최적화를 위해 설계된 웹 서비스 포맷이다. F4D 포맷은 IFC(industry foundation classes) 같은 원 3차원 객체를 변환하여 만들어진다. F4D 포맷은 경량화를 위해, 중복 객체를 하나로 줄이는 모델레퍼런스(model-reference) 기법과 형태를 최대한 유지한 채 삼각망을 줄여나가는 넷서피스메쉬(net surface mesh) 기법 등을 이용한다. 또한, 렌더링 속도를 향상시키기 위해 3차원 공간 분할 기법(spatial octree)과 가시성 색인 기법(visibility indexing)을 복합적으로 활용한다. 가시성 색인 기법이란 3차원 객체를 F4D로 변환하는 과정에서 차폐배제(occlusion culling) 여부를 계산하여 이를 색인값으로 미리 기록해 놓는 방식이다. 그릴 필요가 없는 객체를 처음부터 요청하지 않아 네트워크 부하를 줄이고 렌더링 속도를 향상시키게 된다. 더불어, F4D 포맷은 네트워크 트래픽 최적화를 위해 거리별 차등 LOD(level of detail)를 적용하도록 설계되어 있다.


<그림 2. 가시성 색인과 공간분할을 동시에 적용하여 렌더링 속도 향상>



오픈소스 기반 시스템:

마고쓰리디는 기존 오픈소스 웹지엘 글로브와 타 오픈소스를 결합하여 전체적인 시스템을 구성하고 그 위에 자체 오픈소스를 추가하는 방식으로 개발되었다. 마고쓰리디는 렌더링 엔진으로 오픈소스인 세슘(Cesium)이나 월드윈드(World Wind)를 이용하지만 구조는 독립적으로 설계되어 있다. 따라서 차후 다른 웹지엘(WebGL)이 나오더라도 쉽게 이식이 가능하다. 자바스크립트인 mago3D.js는 세슘이나 월드윈드의 플러그인으로 작동하며, F4D 포맷과 함께 기존 웹지엘 글로브의 기능과 사양을 BIM/AEC(architecture, engineering, construction) 영역까지 확장한다. 더불어 SSAO(screen space ambient occlusion)와 같은 고품질 렌더링 기법을 추가함으로써 웹 브라우저 상에서 가시화 품질을 향상시켰다.

<그림 3. 마고쓰리디의 전체적 시스템 구성. 모두 오픈소스를 활용하고 있다>



4. 결론


마고쓰리디는 웹 브라우저에서 초대용량 3차원 객체를 빠른 속도로 가시화한다. 사용자는 마고쓰리디를 이용해 HTML5를 지원하는 스마트폰, 태블릿 등의 기기에서 BIM 및 각종 3차원 객체를 살펴보고 협업할 수 있다. 마고쓰리디는 오픈소스로 개발되었으며 그 결과물 또한 깃허브(https://github.com/Gaia3D)에 공개되어 있다. 마고쓰리디는 산업계 표준인 IFC, 3DS, DAE, OBJ, JT 등과 같은 포맷을 지원하며, 자체 서비스 포맷인 F4D를 통해 BIM 3D GIS를 하나의 지오빔 플랫폼에서 통합한다. 결론적으로 마고쓰리디는 BIM에 대한 접근성을 비약적으로 향상시켰으며 그 결과로 국내 조선업계와 일본 건설업계 등에 성공적으로 적용되고 있다. 

<그림 4. 태블릿에서도 초대용량 MEP(mechanical, electrical, and plumbing), BIM 자료가 무리 없이 가시화된다>



2018년 1월 23일
신상희 


Posted by 뚜와띠엔

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  1. Favicon of http://poem-tist.tistory.com BlogIcon 시를 쓰는 과학자 2018.01.23 15:00 신고  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    안녕하세요~ 이번에 시작한지 3일된 블로거 bluelife입니다~~
    시간 되시면 제 블로그 방문해 보시고 댓글 남겨주세요~
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