이 복제 가능한 프로토콜은 디지털 유산 복원을 위한 워크플로우를 보여줍니다. 이 프로그램은 지상 레이저 스캐닝을 통해 현장 기하학을 포착하고, 생성형 AI를 통해 기록 자료에서 잃어버린 문화 요소를 재구성하며, 혼합 현실을 통해 이러한 합성 된 요소들을 현장에서 시각화합니다.
방법 논문
이 복제 가능한 프로토콜은 디지털 유산 복원을 위한 워크플로우를 보여줍니다. 이 프로그램은 지상 레이저 스캐닝을 통해 현장 기하학을 포착하고, 생성형 AI를 통해 기록 자료에서 잃어버린 문화 요소를 재구성하며, 혼합 현실을 통해 이러한 합성 된 요소들을 현장에서 시각화합니다.
개발도상국에서 도시화가 급속히 진행되면서 건축 유산에 대한 이중 위기가 발생했습니다: 구조물의 물리적 훼손과 문화적 기억의 무형적 소멸입니다. 사진이나 수동 측량과 같은 정적 기록에 주로 의존하는 전통적인 보존 방법론은 이러한 역사적 장소들의 복잡한 공간적·시간적 차원을 포착하기에 점점 부족해지고 있습니다. 본 연구는 엄격한 기록 보관과 역동적인 공공 참여 간의 간극을 메우기 위해 설계된 새로운 조합적 방법론적 틀을 제시합니다. 우리는 세 가지 서로 다른 기술을 시너지 낸 워크플로우를 상세히 설명합니다: 건물의 실체적 기하학적 특성을 밀리미터 단위의 정확도로 포착하는 지상 레이저 스캐닝(TLS); 기록 자료를 바탕으로 잃어버린 문화적 요소(특히 전통적인 사원 축제 구조물)의 역사적 정보를 반영한 시각적 표현을 생성하는 조건부 생성 인공지능(CGAI); 그리고 홀로그램 헤드셋을 통한 증강현실(AR)을 통해 이러한 계층들을 통합된 혼합현실(MR) 경험에 겹쳐 제공합니다. 프로토콜은 데이터 수집 전략과 포인트 클라우드 처리부터 AI 기반 모델 생성 및 최종 배포에 이르기까지 전체 파이프라인을 설명합니다. 이 접근법은 고정밀 공간 데이터를 해석적 문화 시각화와 성공적으로 겹쳐 도시 유산 랜드마크의 디지털 보존과 증강 전시를 위한 기술적으로 실현 가능하고 확장 가능한 워크플로우를 제공하는 동적 디지털 모방물을 만들어냅니다.
건축 유산의 보존은 현대 도시계획과 문화적지속가능성 담론에서 중요한 필수 과제를 이룹니다. 도시가 급속한 현대화와 디지털화를 겪으면서 개발과 보존 사이의 긴장은점점 더 심해지고 있습니다. 이 현상은 문명의 요람 역할을 하지만 도시 확장의 끊임없는 압력에 직면해 있는 중국 중부 평원에서 특히 두드러집니다 4,5. 문화유산 보호는 단순한 물리적 유물 유지 문제를 넘어섭니다; 이는 역사적 맥락의 보호, 문화적 의미의 전달, 그리고 유산지6의 진정성 보존을 포함합니다. 유산 보존은 단순한 기록 보관 행위가 아니라 문화적 재생을 위한 적극적인 전략으로, 국가와 지역의 정체성을 형성하고 미래 세대가 조상 대대로 내려온영적 세계와 지속적으로 연결될 수 있도록 합니다. 더 나아가, 이러한 유적지의 효과적인 보존은 세계 경제와 역동적으로 상호작용하는 다차원적 문화 생태계를 조성하여국제 무대에서 이 지역의 이미지를 향상시킵니다.
유산 보존의 중요성이 인정되고 있음에도 불구하고, 현재의 연구와 자금 지원은 종종 소림사나 루오양, 개봉9의 역사적 중심지와 같은 두드러지고 기념비적인 장소에 불균형적으로 유리하게 배치되고 있습니다. 이로 인해 정저우의 도시신사와 같이 지역적으로 중요하지만 세계적으로 덜 알려진 랜드마크들이 주변화 상태에 놓였다. 명나라 시대에 지어진 도시신사는 그림 1에 보이듯 정저우에서 잘 보존된 종교 건축물의 유일한 예입니다. 역사적으로 이곳은 단순한 종교적 성소가 아니라 사회적, 경제적, 민속 활동의 활기찬 중심지였으며, 특히 템플 페어11이 대표적입니다. 이 장터들은 희생, 상업, 오락을 통합하여 사원의 생명줄이었으며, 하나의 응집력 있는 문화 표현으로 이루어졌습니다12. 하지만 현대 상업주의와 도시 재조정의 침범으로 인해 이러한 전통 박람회가 중단되어 보존 문제에 직면하게 되었습니다. 사원의 물리적 골격은 남아 있지만, 무형의 정신—소음, 시각적 생동감, 사회적 상호작용—은 대부분 사라졌다. 이러한 장소의 상실(공간과 사회적 기능)은 실체적 구조와 무형의 대기를 모두 복원할 수 있는 보존 방법의 긴급함을 강조합니다13,14. 따라서 본 연구에서 상세히 설명된 프로토콜은 이러한 특정한 이분법을 가진 유산지에 명확히 적용되고 설계되었습니다: 물리적 건축 구조물은 구조적으로 온전하지만, 관련 덧없는 문화적 맥락과 무형의 유물은 사라진 장소입니다.

그림 1. 정저우 도시신사 사진으로, 현관 정면 상태를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
문화유산 보존에 디지털 기술의 도입은 이 문제에 대한 변혁적 해결책을 제공합니다. 보존 원리는 물질 존재론의 연대적 가치를 유지하는 것을 요구한다. 손 측정이나 2D 사진 같은 전통적인 아날로그 방법은 고대 건축의 복잡한 기하학을 포괄적으로 기록하지 못하며, 잃어버린 덧없는 장면을 복원하는 데 무력하다. 그 결과, 이 분야는 원래 항공우주공학에서 유래한 개념인 '디지털 트윈닝'으로 전환되었는데, 이는 물리적 존재의 가상 복제본을 생성하여 그 수명주기 15에 걸쳐 존재하는 것을 의미합니다. 유산의 맥락에서 디지털 트윈은 진단, 예측, 상호작용을 지원하는 정밀하고 변경 불가능한 아카이브 역할을 합니다.
지상 레이저 스캐닝(TLS)은 이러한 디지털 트윈의 기하학적 계층을 구축하는 기초 기술로 부상했습니다. TLS는 LiDAR(광 감지 및 거리 측정)를 활용하여 초당 수백만 개의 데이터 포인트를 포착하며, 밀리미터 단위 정확도17로 건물의 모든 균열, 기울기, 질감을 기록하는 고밀도 포인트 클라우드를 만듭니다. 이 기술은 비접촉식으로, 연약한 구조물에 이상적이며, 토탈 스테이션 측량에 비해 매우 효율적입니다. 최근 응용 사례들은 복잡한 상황에서 TLS의 효능을 입증했습니다: Marsella 등은 TLS를 활용해 바티칸 성 베드로 대성당의 구조적 안전성을 평가했으며, 육안으로는 보이지 않는 미세한 변형을 확인했습니다. 마찬가지로, Barontini 등은 예방적 보존을 위해 TLS 데이터를 통합하는 역사적 건물 정보 모델링(HBIM) 프레임워크를 개발했습니다. TLS가 벽 균열, 기초 침하, 바닥 처짐과 같은 기술적 상태를 진단하는 능력은 물리적 복원 개입에 과학적 근거를 제공합니다20,21.
하지만 TLS가 현존하는 물리적 현실을 기록하는 데는 뛰어나지만, 사라진 역사적 현실을 복원할 수는 없다. 포인트 클라우드는 정확하지만, 정적이고 역사적 맥락이 없습니다. 사원 축제의 분주한 분위기와 같은 빠진 역사적 장면을 재구성하기 위해, 이 연구는 신흥 분야인 조건부 생성 인공지능(CGAI)에 주목합니다. 전통적인 수동 3D 모델링이 노동 집약적이고 모델러의 주관적 해석에 크게 의존하는 것과 달리, CGAI(예: Stable Diffusion 또는 Tencent Huiyuan 3D)는 텍스트 설명을 기반으로 한 시각적 콘텐츠를 생성하기 위해 딥러닝 알고리즘을 활용합니다22. 방대한 역사적 건축 양식과 질감 데이터셋을 분석함으로써, CGAI는 기록 텍스트와 시각 데이터를 바탕으로 등불, 현수막, 임시 가판대 등 그럴듯한 역사적 요소를 합성하거나 재구성할 수 있습니다. 이는 단순히 존재하는 것을 기록하는 것에서 역사적으로 존재했던 것을 시뮬레이션하는 패러다임 전환을 의미하며, 물리적 아카이브의 빈틈을 데이터 기반 논리로 메우는 방식입니다.
마지막 도전은 이 디지털 모방품의 확산에 있습니다. 서버에 저장된 디지털 트윈은 대중에게 접근하지 않으면 사회적 가치가 제한적입니다. 증강현실(AR)과 혼합현실(MR) 기술은 물리적 세계와 가상 세계를 연결하여 디지털 트윈을 물리적 사이트에 겹쳐 놓을 수 있게 합니다24. 가상현실(VR)이 사용자를 완전히 인공적인 환경에 격리시키는 것과 달리, AR은 물리적 유산과의 연결을 유지하면서 디지털 정보로 이를 강화합니다. Fologram과 같은 플랫폼과 Microsoft HoloLens 2와 같은 기기는 고해상도 3D 모델을 실제 좌표계에 투사할 수 있게 해주어, 방문객과 재구성된 역사 간의 직접적인 대화를 가능하게 합니다. 이 몰입형 접근법은 방문객의 참여와 이해를 크게 향상시키며, 수동적인 시청을 능동적 탐구로 전환하는 것으로 입증되었습니다26.
현재 문헌들은 종종 디지털 보존 기술을 고립적으로 다루지만, 이 글에서 제안된 통합 프로토콜은 독특한 방법론적 신성을 제공합니다. 첫째, 매우 정확하지만 문화적으로 무미건조한 기하학적 아카이브를 만드는 표준 TLS 문서 워크플로우와 달리, 우리 방법은 동적 의미론적 맥락을 도입합니다. 둘째, 사진측량 기반 재구성은 현존하는 물리적 표면의 질감을 표현하는 데 뛰어나지만, 물리적 잔재가 없는 완전히 사라진 문화적 유물을 구조적으로 재생하는 데는 불가능하다. 마지막으로, 기존의 AR 유산 시각화 시스템이 수작업으로 만든 일반적인 3D 자산에 의존하거나 VR에서 사용자를 격리시키는 것과 달리, 이 워크플로우는 CGAI를 활용해 밀리미터 정확한 TLS 데이터에 직접 기반한 현장 특정적이고 역사적 정보를 가진 시각화를 생성합니다. 이 프로토콜은 엄격하고 재현 가능한 프로토콜을 상세히 제시함으로써 중요한 공백을 메운다. 개념적 모호함을 해소하고 명확한 방법론적 근거를 확립하기 위해, 우리는 이 워크플로우의 핵심 구성 요소를 명확히 정의합니다. 문서화된 기하학은 기존 물리적 구조의 매우 정밀하고 정적인 3D 공간 복제를 의미합니다; 이 부인할 수 없는 경험적 현실을 비접촉적 정밀함으로 포착하기 위해 TLS가 필요합니다. 반면, AI가 생성하는 해석적 재구성은 기록 문서에서 파생된 잃어버린 문화 유물(예: 축제 장식)의 시각적 표현을 의미하며; CGAI는 절대적인 물리적 진리보다는 확률적이고 역사적으로 근거한 해석을 종합하기 때문에 이 단계에 필요합니다. 마지막으로, 현장 시각화에는 MR이 필수적이며, 실제 세계의 물리적 기하학에 해석적 문화적 층을 매끄럽게 겹치는 체험적 매체로 기능합니다. 이러한 정의된 개념을 중심으로 접근법을 구조화함으로써, 이 조합적 작업 흐름은 중부 평원 도시 문화유산의 디지털화를 위한 기술적 경로를 제공할 뿐만 아니라, 디지털 시대에 '보존'을 정의하는 새로운 이론적 모델을 제시합니다—물질 보존을 넘어 기억의 부활로 나아가는 것—27, 28살.
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1. 역사적 자료 수집 및 현장 분석

그림 2. 예비 현장 조사 중 촬영된 사원 안뜰의 현재 모습입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
2. 지상 레이저 주사(TLS) 획득
3. 포인트 클라우드 데이터 처리
4. 조건부 생성 AI(CGAI) 모델링
5. 통합 및 디지털 트윈 구축
6. 증강현실(AR) 배치
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2024년 11월에 실행된 지상 레이저 스캔 캠페인은 18개의 스캔 스테이션을 활용해 메인 홀, 입구 광장, 아프스 구역을 종합적으로 커버했습니다. 표 1에 자세히 설명된 바와 같이, 스캔 매개변수는 엄격히 보정되었으며, 특히 해상도 1/4와 품질 4배 설정을 사용하여 10미터 거리에서 약 6.1 mm의 점 거리를 얻었습니다. 이 특정 보정은 높은 데이터 밀도와 현장 획득 효율의 균형을 맞추는 데 필수적이었습니다. 따라서 포인트 클라우드 처리 소프트웨어에서 원시 데이터 처리 과정에서, 자동 등록 과정과 독특한 아키텍처 기능을 활용한 수동 정제가 더해져 평균 점 장력 오차가 정확히 3.5mm에 달했습니다(표 1). 이 정량적 결과는 선택한 스캔 매개변수를 확립된 성공 기준에 직접 검증합니다. 건축 유산 문서의 경우, 포인트 클라우드 등록 오차의 허용 임계값은 일반적으로 < 5.0 mm로 정의됩니다. 평균 오차 ...
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이 연구는 건축 유산의 디지털 르네상스를 위한 조합적 방법론적 틀을 성공적으로 입증합니다. 지상 레이저 스캐닝(TLS), 조건부 생성 AI(CGAI), 증강현실(AR)을 통합함으로써, 우리는 전통적인 정적 보존의 한계를 뛰어넘는 워크플로우를 구축했으며, 이는 방법론적 틀( 그림 8)에 요약되어 있습니다.

그림 8. 문화유산 부흥을 위한 혼합현실 및 디지털 트윈 워크플로우의 도식적 틀.
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저자들은 이해 상충이 없음을 선언합니다. 이 연구는 외부 자금 지원을 받지 않았으며, 저자들이 전적으로 자비로 운영했습니다.
정저우 성신사의 관리 측에 스캔 과정에서 출입과 지원을 제공해 주신 것에 깊이 감사드립니다. 또한 북북중국 대학교 수자원수력학과와 허페이공업대학교 자오리 교수님의 귀중한 지도에 감사드립니다. LetPub의 언어 지원에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| DSLR 카메라 | 고해상도 참조 사진 | 해당 없음 | |
| FARO 포커스3D S120 | 지상 레이저 스캐너(TLS) | FARO 테크놀로지스 | |
| 파로 씬 2019 | 포인트 클라우드 데이터 처리 소프트웨어 | FARO 테크놀로지스 | |
| 폴로그램 | MR 개발 플러그인 및 헤드셋 애플리케이션 | 폴로그램 | |
| 고성능 워크스테이션 | 데이터 처리 및 렌더링 | 해당 없음 | |
| 마이크로소프트 홀로렌즈 2 | 혼합 현실(MR) 헤드셋 | 마이크로소프트 | |
| 라이노 8 | 3D 모델링 환경 | 로버트 맥닐 & 준회원 | |
| SD 저장 카드 | 원시 스캔 데이터 저장 | 해당 없음 | |
| 안정 확산 | 조건부 생성 AI(CGAI) 모델 | 안정성 AI | |
| 텐센트 후이위안 3D | 조건부 생성형 AI(CGAI) 플랫폼 | 텐센트 |
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