메시랩

1. 개요

메시랩은 ISTI-CNR 연구 센터에서 개발되었으며, 3D 스캔 파이프라인에서 생성된 비정형 3D 모델 처리를 목표로 하는 범용 시스템이다. 자동 메쉬 정리, 리메싱, 표면 재구성, 노이즈 제거, 스무딩, 데이터 정합 및 페인팅 기능을 제공한다. PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, VRML 2.0, X3D, COLLADA 파일 형식을 지원하며 Photosynth로 재구성된 점 구름도 가져올 수 있다. 리눅스, macOS, 윈도우를 비롯한 다양한 플랫폼에서 사용 가능하며, 미생물학, 문화 유산, 표면 재구성, 고생물학, 정형 외과, 교정학, 데스크톱 제조 등 여러 분야에서 활용된다.

2. 기능

메시랩(MeshLab)은 ISTI - CNR 연구 센터에서 개발한 소프트웨어로, 3D 스캔 과정에서 생성되는 비정형 3D 모델을 처리하기 위한 범용 시스템이다. 2005년 말 피사 대학교에서 강의 과제로 처음 시작되었다.

주요 기능은 다음과 같다.
* 메쉬 편집 및 복구: 자동 메쉬 정리 필터를 통해 중복되거나 잘못된 정점, 모서리, 면 등을 제거한다.
* 리메싱 및 표면 재구성: 고품질 단순화, 세분 표면 처리, 점 구름 데이터로부터 표면을 재구성하는 기능을 제공한다.
* 노이즈 제거 및 스무딩: 획득한 데이터의 노이즈를 제거하기 위한 다양한 스무딩 필터와 곡률 분석 및 시각화 도구를 지원한다.
* 데이터 정합 및 페인팅: 반복 최단 거리 알고리즘을 이용해 여러 데이터를 정렬하고, 사용자가 직접 메쉬 색상을 변경하거나 노이즈를 수정하는 대화식 페인팅 기능을 포함한다.

메시랩은 리눅스, Mac OS X, 윈도우 등 주요 데스크톱 운영체제와 기능이 일부 축소된 안드로이드, iOS 모바일 환경에서도 사용할 수 있다. 또한 웹 브라우저에서 자바스크립트로 실행되는 MeshLabJS 버전도 제공된다. 지원하는 파일 형식은 PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, VRML 2.0, X3D, COLLADA 등 다양하며, Photosynth로 재구성된 점 구름 데이터도 가져올 수 있다.

이러한 기능들을 바탕으로 메시랩은 미생물학, 문화 유산 보존, 표면 재구성 연구, 고생물학, 정형 외과 분야의 신속한 프로토타입 제작, 교정학, 데스크톱 제조 등 폭넓은 학문 및 연구 분야에서 활용되고 있다.

2.1. 메쉬 편집 및 복구

자동 메쉬 정리 필터는 중복되거나 참조되지 않은 정점, 비다양체(non-manifold) 모서리 및 정점, 그리고 빈 면(null face)을 제거하는 기능을 포함한다. 리메싱 도구는 쿼드릭 오류 측정(quadratic error measurement)에 기반한 고품질 단순화(simplification), 다양한 종류의 세분 표면(subdivision surface) 기법을 지원한다. 또한, '볼 피보팅(ball pivoting)' 기술과 포아송 표면 재구성(Poisson surface reconstruction) 접근법을 기반으로 점 구름(point cloud)으로부터 표면을 재구성하는 두 가지 알고리즘을 제공한다. 데이터 획득 과정에서 흔히 발생하는 노이즈를 제거하기 위해, 메시랩은 다양한 종류의 스무딩(smoothing) 필터와 곡률(curvature) 분석 및 시각화 도구를 지원한다.

메시랩은 반복 최단 거리 알고리즘을 기반으로 여러 범위 맵(range map)을 정렬(registration)하는 도구를 포함한다. 또한, 사용자가 메쉬의 색상을 대화식으로 변경하고, 특정 부분을 선택하며, 노이즈나 작은 특징들을 직접 완화할 수 있는 대화식 메쉬 페인트(mesh paint) 시스템도 갖추고 있다.

2.2. 리메싱 및 표면 재구성

자동 메쉬 정리 필터는 중복되거나 참조되지 않은 정점, 비다양체 모서리, 정점 및 빈 면(null face)을 제거하는 기능을 포함한다. 리메싱 도구는 쿼드릭 오류 측정(quadratic error measure)을 기반으로 한 고품질 단순화 기능, 다양한 종류의 세분 표면 기능, 그리고 볼 피보팅 기술과 포아송 표면 재구성(Poisson surface reconstruction) 접근 방식을 기반으로 한 점 구름으로부터 표면을 재구성하는 두 가지 알고리즘을 지원한다. 또한, 획득된 표면에 흔히 존재하는 노이즈를 제거하기 위해 다양한 종류의 스무딩 필터와 곡률 분석 및 시각화 도구를 제공한다.

2.3. 노이즈 제거 및 스무딩

3D 스캔 등으로 얻어진 3D 모델 표면에는 종종 노이즈가 포함되어 있다. 메시랩은 이러한 노이즈를 제거하기 위한 다양한 기능을 제공한다. 여러 종류의 스무딩 필터를 지원하여 표면을 부드럽게 처리할 수 있으며, 곡률 분석 및 시각화 도구를 통해 모델의 상태를 확인하고 노이즈 제거 작업을 수행할 수 있다.

또한, 사용자가 직접 메쉬의 특정 부분을 선택하여 색상을 변경하거나, 노이즈 및 작은 결함들을 직접 수정할 수 있는 대화형 메쉬 페인트 시스템도 포함하고 있다.

2.4. 데이터 정합 및 페인팅

반복 최단 거리(ICP) 알고리즘을 기반으로 여러 범위 맵(range map)을 정합(등록)하는 도구를 포함한다. 또한 사용자가 메쉬의 색상을 대화식으로 변경하고, 선택 영역을 정의하며, 노이즈나 작은 특징들을 직접 완화할 수 있는 대화형 메쉬 페인팅 시스템을 갖추고 있다.

자동 메쉬 정리 필터는 중복되거나 참조되지 않는 정점, 비다양체(non-manifold) 모서리 및 정점, 널 면(null face) 등을 제거하는 기능을 포함한다. 리메싱 도구는 쿼드릭 오류 측정(quadric error measure) 기반의 고품질 단순화, 다양한 종류의 세분 표면, 그리고 '볼 피보팅' 기술과 포아송 표면 재구성(Poisson surface reconstruction) 방식을 이용한 점 구름으로부터 표면을 재구성하는 두 가지 알고리즘을 지원한다. 획득된 표면에 흔히 존재하는 노이즈를 제거하기 위해 메시랩은 다양한 종류의 스무딩 필터와 곡률 분석 및 시각화 도구를 제공한다.

3. 지원 파일 형식

메시랩은 다양한 3D 파일 형식을 지원한다. 지원하는 주요 형식은 다음과 같다.
* PLY
* STL
* OFF
* OBJ
* 3DS
* VRML 2.0
* X3D
* COLLADA

또한, Photosynth를 사용하여 재구성된 점 구름(point cloud) 데이터를 가져오는 기능도 지원한다.

4. 활용 분야

메시랩은 미생물학, 문화유산, 표면 재구성, 고생물학, 정형외과의 신속 조형, 교정학, 및 데스크톱 제조 등 다양한 학문 및 연구 환경에서 사용된다.

5. 지원 플랫폼

메시랩은 리눅스, Mac OS X, 윈도우를 포함한 대부분의 주요 데스크톱 운영체제에서 사용할 수 있다. 또한 기능이 일부 축소된 버전으로 안드로이드와 iOS 모바일 운영체제에서도 이용 가능하다. 이와 더불어, 웹 브라우저에서 직접 실행되는 순수한 클라이언트 측 자바스크립트 애플리케이션인 MeshLabJS 버전도 제공된다.

메시랩은 다양한 3D 파일 형식을 지원한다. 주요 지원 형식은 다음과 같다.
* PLY
* STL
* OFF
* OBJ
* 3DS
* VRML 2.0
* X3D
* COLLADA

또한, Photosynth를 통해 재구성된 점 구름(point cloud) 데이터를 가져오는 기능도 지원한다.

6. 지형 공간