CityGML LoD

왜 배우는가: 3차원 국토공간정보는 도시 전체를 대상으로 하므로 객체마다 필요한 상세도를 정해야 구축비용과 활용성을 함께 확보할 수 있다. LoD는 이 상세도를 단계로 나눈 기준이라 구축 사양을 정하는 실무에서 직접 쓰인다. 시험에서는 LoD의 정의와 건물 단계 구분이 여러 교시에 걸쳐 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제138회 1교시 12번, 제132회 1교시 3번, 제119회 1교시 12번, 제108회 1교시 9번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

세밀도(LoD)는 3차원 국토공간정보 객체의 위치·기하정보와 텍스처를 표현하는 상세도를 단계로 나눈 기준이다.

답안 첫 줄에는 이 정의를 쓰고, 본론에서는 아래 키워드를 빠뜨리지 않고 쓴다.

• 세밀도(LoD): 3차원 객체를 얼마나 세밀하게 표현할지 정한 단계 기준이다. 법령은 세밀도라 부르고, 국제 표준과 학술 문헌은 LoD라 부른다.
• 위치·기하정보: 지형지물의 형태를 3차원 좌표로 나타낸 정보이다. 세밀도에 따라 구축 수준이 달라진다.
• 가시화정보: 3차원 모델의 현실감을 높이기 위해 입히는 텍스처이다. 단색, 색깔, 가상 영상, 실사 영상으로 나뉜다.
• 속성정보: 지형지물의 용도나 특성 같은 비기하 정보이다. 기하 형상과 연결되어 객체의 의미를 나타낸다.
• CityGML: 도시와 지형의 3차원 모델을 저장하고 교환하는 개방형 데이터 모델이다. OGC가 정한 XML 기반 표준이다.
• 건물 LoD0~LoD4: 건물 모델의 상세도를 다섯 단계로 구분한 체계이다.
• 지도학적 일반화: 상세도를 낮춰 표현하는 GIS 측면의 처리 개념이다.

2. 개념 풀이

법령은 세밀도를 3차원 국토공간정보의 위치·기하정보와 텍스처에 대한 표현 한계로 정의한다. 즉 세밀도는 모델이 현실의 형상과 외관을 어디까지 나타낼 수 있는지를 정하는 기준이다. 세밀도는 기하정보와 가시화정보를 일관성 있게 맞춰 표현해야 하는 기준이기도 하다. 학술 자료에서는 기하 복잡도 외에 공간·의미 일관성, 텍스처 해상도, 속성 같은 항목도 LoD의 측정 기준으로 함께 고려한다.

상세도가 높아지면 형상의 기하 복잡도와 표현 요소가 늘어나므로 데이터량과 구축 비용도 함께 증가한다. 반대로 상세도를 낮추면 광역 조망과 대용량 처리에 유리하다. 따라서 LoD는 사용 목적에 맞는 수준을 고르는 기준이다. 기하가 복잡하다고 항상 더 가치 있는 모델이 되는 것은 아니다. 가치는 기하에 구조화된 데이터를 연결할 때 생긴다.

CityGML은 건물 모델에 대해 LoD0~LoD4의 다섯 단계를 정의한다. 단계별 표현은 다음과 같다.

• LoD0은 2.5차원 바닥 외곽선(footprint)으로 건물을 표현한다.
• LoD1은 외곽선을 높이만큼 밀어 올린 블록 모델이다.
• LoD2는 표준적인 지붕 구조를 표현한다.
• LoD3은 외벽과 개구부 등 건축 외관을 상세하게 표현한다.
• LoD4는 LoD3에 실내 공간 요소를 더한 모델이다.

단계 정의는 데이터 모델과 적용 표준에 따라 세부 요소가 달라질 수 있다. 다만 단계가 올라갈수록 형상과 속성 표현이 세밀해진다는 원리는 공통이다. 학술 연구에서는 건물, 교량, 터널에 비해 지형, 식생, 토지 이용, 수체 등은 LoD 정의가 명확하지 않다는 지적도 있다.

GIS에서 LoD를 낮추는 처리는 지도학적 일반화라고 부른다. 여러 구성요소를 묶어 하나의 셀로 추상화하는 방식으로, 상세 모델을 목적에 맞게 단순화하는 작업이다.

3. 등장 배경과 필요성

세밀도 개념은 게임 산업에서 먼저 쓰였다. 초기에는 시청자와 객체 사이의 거리에 따라 상세도를 달리하여 메시 복잡성을 줄이고 처리할 정보량을 제한하였다. 이후 건축 분야의 BIM이 이 개념을 차용하면서 3차원 모델링 전반으로 확산되었다. 이 과정에서 상세도 기준을 표준화할 필요가 생겼고, 그 결과가 LoD 체계이다.

도시 공간에는 건물, 도로, 교량, 터널, 식생, 지형 등 객체 종류가 많다. 모든 객체를 최고 상세도로 만들면 구축 비용과 처리 부담이 과도해지므로, 객체별로 필요한 상세도를 나누어 정할 필요가 생겼다. CityGML은 객체별 LoD 단계를 정의하여 시뮬레이션, 도시 데이터 분석, 시설 관리, 주제별 분석 등 용도가 다른 응용에 맞는 표현을 가능하게 한다.

국내에서는 「3차원국토공간정보구축작업규정」이 세밀도를 제도 기준으로 정한다. 이 규정은 성과의 규격을 통일하고 품질을 확보하는 것을 목적으로 한다. 표준데이터셋은 교통, 건물, 수자원, 지형 데이터로 구성되며, 교통·건물·수자원 데이터는 각각 별표에서 세밀도 기준을 정한다. 국내 작업규정은 3DF-GML 형식을 원칙으로 하되 CityGML 형식과 상호교환이 가능하도록 정한다. CityGML은 OGC가 정한 GML3 응용 스키마로 구현된다.