Study on Digital Restoration by 3-dimensional Image for Gilt Bronze Cap Excavated from the Ancient Tomb of Andong, Goheung

접수 11. 03. 18 / 심사종료 11. 05. 09 / 게재승인 11. 05. 20 Vol.27, No.2, pp181-190(2011)

Printed in the Republic of Korea

고흥 안동고분 출토 금동관모의 3차원 디지털 복원연구

이주완¹ | 오정현 | 김사덕 국립문화재연구소 보존과학센터

Study on Digital Restoration by 3-dimensional Image for Gilt Bronze Cap Excavated from the

Ancient Tomb of Andong, Goheung

Joo Wan Lee¹ | Jung Hyun Oh | Sa Dug Kim

Conservation Science Center, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon, 305-380, Korea

1Corresponding Author: [email protected], +82-42-860-9374

초 록 2006년 전남 고흥군 안동고분에서 발굴된 5세기의 백제 금동관모의 3D 스캐닝작업을 통하여 정밀실측 및 디지털 영상복원을 실시하였다. 3D 스캐닝은 대상물의 정밀한 형상을 3차원 공간상에 구현하여 디지털데이터로 보존하는데 목적이 있다. 데이터 구축은 3차원 형상과 색상정보를 획득하는 과정인 3D 스캐닝(부위별 원시 데이터 촬영) - 3D 모델링 (원시 데이터 정합 및 비촬영부 재생과 손실부 복원) - CG영상 제작 순으로 이루어 졌다. 복원 CG영상은 원시데이터의 정합된 형상을 기초근거로 하였고 도면상(CAD)의 각 부재 실측 수치를 참고하여 제작하였다. 이때 비촬영 부분과 소실된 부분은 각 부재의 실측자료와 더불어 옛 백제지역에서 출토된 5~8세기의 관모들을 조사하여 복원하였다. 이러한 3D영상 복원은 손상된 유물의 복원방법 중 하나로써 고증과 검증을 통해 유물의 직접적인 손상 없이 유물을 재구성하여 복원함으 로써 역사적 및 학술적 가치향상과 유물 복원에 의미가 있다고 하겠다.

중심어: 금동관모, 3D 스캐닝, 디지털 영상복원

ABSTRACT A precision measurement and digital image restoration of the 5th century's gilt bronze cap of Baekje dynasty, excavated from the ancient tomb of Andong, Goheung in 2006, was undertaken. The objective of the scanning is to preserve precise feature of the artefact in the form of digital data by embodying it in 3 dimensional space. Acquirement of the data has been undertaken in the following process : 3D scanning to obtain 3D shape and color information(original data photographing)-3D modelling(joining original data and restoring non-photographed or damaged area)-CG image production. Production of restoration CG image was based on joined shape of original data and each part's measurement on CAD. Non-photographed part and area of loss was restored referring actual measurement and research result of ex- cavated cap from the 5th to 8th century. 3D image restoration is one of artefact restoration methods which restores artefact without risk. It is also undertaken with historical research. As result, this method can enhance aesthetic and academic value of the artefact by successful restoration.

Key Words: Gilt bronze cap, 3D scanning, 3-dimensional image restoration

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1. 서 론

전남 고흥군 포두면 길두리 안동고분에서 발굴된 금동관 모의 원형복원을 위해, 3차원 스캔을 활용한 디지털복원을 실시하였다. 오늘날 첨단과학의 발달은 다양한 정보를 보다 손쉽게 획득할 수 있는 기회를 제공하고 있다. 그중 컴퓨터 를 이용한 디지털 영상 매체 분야는 다양한 산업분야에 적용 되고 멀티미디어 정보사회를 대체 할 수 있는 수단으로 사용 되고 있다. 이러한 디지털 영상매체는 산업분야 뿐만 아니라 문화재의 복원에 대한 관심과 열의가 높아지고 있다.

문화재의 보존 및 복원과 이들의 학문적 가치를 판정하 고 기록을 남길만한 정보의 수집 등을 위해 효율적인 방법 이 필요하며, 이에 대한 방안으로 컴퓨터를 이용한 영상처 리 기술이 문화재 복원분야에 도입되었다. 이러한 기법은 문화재 복원 시 원형을 손상시키지 않고 문화재의 훼손된 부분을 복원시킬 수 있는 장점으로 인해 활발한 연구가 진 행 중이다¹.

전남대학교 박물관은 2006년 3월에 전남 고흥군 포두면 길두리에 위치한 안동고분에서 다량의 유물을 발굴하였고 금동관모와 100여점의 기타유물들을 현장수습 한 후 국립 문화재연구소에 의뢰하여 보존처리를 진행하였다. 이중 금 동관모는 발굴 당시에 흙속에 반쯤 묻혀 있어 토압에 의한 변형과 부식이 진행된 상태이므로(Figure 1A)^2.3.4 이물질 제 거와 더불어 전체적 형태를 맞추기 위해 해체 후 접합 복원 되었다(Figure 1B, 1C). 금동관모의 보존처리 완료 후, 3차 원 스캐너로 촬영된 데이터를 근거로 훼손된 부분과 변형된 부분을 미술사적 자료와 자문을 통해 3차원 디지털영상으로 원형을 추정 복원하였다. 따라서 이 연구에서는 3D 스캐너 를 이용한 금동관모의 3차원 디지털 복원에 대하여 다루고

자 한다.

2. 측정 장비 및 소프트웨어 2.1. 3D 스캐너

3D 스캐너는 용도에 따라 종류와 방식이 달라 촬영대상 에 적합한 모델을 적용해야 한다. 본 연구의 대상인 금동관 모는 소형유물이므로 삼각측량 방식의 근거리 스캐너인 MINOLTA사의 VIVID 9i 모델을 적용하였다. VIVID 시리 즈는 문화재의 3D스캔에 주로 사용되고 있으며⁵ 간단한 렌 즈교환과 그에 따른 설정으로 근거리와 광대역 촬영이 가 능하여 활용 폭이 넓고 근거리 촬영 시 대상의 정밀한 구현 이 가능하다는 것이 특징이다.

2.2. 모델링 소프트웨어

3D 스캐너를 통해 촬영된 데이터는 모델링 과정을 거쳐 3차원 공간상에 구현하게 된다. 3차원 위치 값을 갖는 점군 데이터와 이미지 정보를 이용하여 3차원 공간상에 재현한 다. 금동관모의 3차원 구현을 위해 INUS Technology사의 Rapidform XOR을 사용하였다. 이 소프트웨어는 기본적인 스캐너 컨트롤과 데이터 편집 및 정합 외에 역설계(리디자 인)에 특화된 기능으로 관모의 결실부 재현에 가장 적합하 다고 판단되었다. 그러나 관모의 결실부와 변형된 부분의 복원에 있어서 Rapidform XOR으로만 하기에는 문제점이 있어 Autodesk사의 3ds Max를 사용하여 보완하였다. 이 3ds Max는 영화나 3D관련 산업에 두루 사용되는 소프트웨 어로 3D데이터를 자유롭게 변형하고 애니메이션화 할 수 있는 장점이 있다.

Figure 1. Excavated state of gilt bronze cap. (A) Before collecting. (B) Disassembled state. (C) After conservation treat-

3. 3차원 원시 데이터 제작 과정

금동관모의 경우 접합 및 복원이 완료된 후 3D스캔 촬 영이 이루어졌다. 각 판재로 중첩되며 조합되는 관모의 구 조적 특성상 내부면의 데이터 획득에 많은 어려움이 있었 다. 따라서 최대한 데이터를 얻기 위해 여러 각도에서 촬영 하였다. 작업의 기본 과정은 3D 스캐닝(VIVID 9i) - 정합․ 폴리곤메쉬 생성(Rapidform XOR) - 변형 및 결실부 복원 (3ds Max)으로 이루어졌다.

3.1. 3D 스캐닝

금동관모는 도금된 재질의 특성상 투사된 스캐너의 레 이저광(Stripe light-method)이 산란되어 깨끗한 데이터를 얻기 힘들고, 투조된 여러 겹의 판재로 이루어진 구조적 특 성상 내부형태에 대한 데이터를 얻기 힘들었다. 따라서 다 양한 각도에서 스캐닝을 실시하고 중복 촬영으로 최대한 형태정보를 획득하여 불량 데이터 및 형태 왜곡을 최소화 하도록 노력하였다. 측정환경은 3D스캔용 회전판(turntable) 에 올려놓고 일정한 각도로 돌려가며 촬영하였으며, 근거 리에서 촬영할수록 정확도가 더 높아지는 VIVID 9i의 특 성을 고려하여 망원렌즈를 이용, 600mm내외의 거리에서 촬영하여 정확도 XYZ:±0.05mm/±0.10mm를 유지하였다.

스캔된 원시데이터는 점군데이터를 기본으로 형상과 색상 정보를 동시에 획득하였으며 정각촬영과 중복촬영으로 모 델링 시 형태왜곡을 최소화 하였다⁶.

3.2. 스캔데이터 모델링

각각의 촬영된 스캔 데이터들은 3차원 좌표에 고유의 x, y ,z 축의 위치 값과 색상정보를 가지고 수많은 점(point)들 로 존재하게 되며 이것들이 모여 포인트쉘을 이루게 된다.

이때 스캔 촬영 으로 얻어지는 점군데이터(Point Cloud) 중 불필요한 데이터도 포함하게 되는데 이러한 데이터를 정리 (Point Editing)하고 순수한 포인트쉘을 정합하여 3D모델 을 완성하게 된다. 이러한 기초데이터들을 이용하여 모델 링 할 시에는 중복된 구간이 필요하며 이러한 구간이 많을 수록 정밀한 형상을 재현할 수 있다. 따라서 스캔 촬영 시 이러한 점을 고려하여 완성도를 높일 수 있다⁵. 중복구간을 이용한 정합 시에는 3개 이상의 동일지점을 지정하여 각각 의 데이터들을 정합하면서 완성하게 된다(Figure 2). 이러 한 과정들을 반복하여 최종 3D모델을 완성한다(Figure 3).

4. 3차원 영상 원형 복원

금동관모는 매장 당시 부식이 진행되고 토압에 의해 프

Figure 2. Joined image of 3points.

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레임과 장식 판들이 변형되었으며 특히 전면장식의 경우 90% 이상이 결실되어 그 형태를 알아볼 수 없었다(Figure 1C). 따라서 관모의 복원은 변형된 원형을 바로잡고 결실 부 복원에 주안점을 두었다.

4.1. 자료수집

금동관모의 전체적인 형태와 변형된 모습을 바로잡기

위해 비슷한 시대의 백제관모들을 중점적으로 조사하였다 (Figure 4). 한성시기에 출토된 금동관모는 모두 6점이다.

천안용원리 9호분, 공주수촌리 1호분과 4호분, 서산 부장 리 5호분, 익산 입점리 1호분, 그리고 고흥 안동고분이다⁷. 5세기 한성시기 백제고분에서 출토된 금동관모의 공통점 중 하나는 고깔모양의 기본구조에 문양판과 꽃봉오리모양 의 장식(수발)을 덧붙인 것이다. 유물에 따라 전후, 측면에 문양판을 덧붙인 것은 약간의 차이라 할 수 있다. 특히 공 주 수촌리 출토 관모는 고깔모양의 전형이라 할 수 있다⁸. 수촌리 출토 금동관모의 외관은 머리에 두르는 1.6cm가량 의 너비를 가진 넓은 띠(帶輪部)와 세 갈래로 길게 뻗은 입 식을 전면에 세웠으며 용과 물고기 비늘모양을 새긴 무늬 와 구름문양을 여러 곳에 배치하여 화려한 모습을 보인다.

고깔모양의 내관은 구름문양을 투각하고 후면에는 한 개의 꽃봉오리장식(수발)이 부착되어 있다(Figure 4A). 이러한 기본적인 형태는 익산입점리 출토 관모에서도 나타난다 (Figure 4C). 그러나 기존 출토 관모들의 문양이 주로 두드 려 찍는 타출기법(打出技法)으로 표현하고 입식은 나뭇가 지 모양으로 나타나는데 반해 수촌리 출토 관모는 금동판 을 뚫어 장식하는 투각기법(透刻技法)을 사용하였고, 입 식은 삼지형(三枝形)으로 독특한 형태가 나타나며 새겨진

Figure 3. Scan-data modelling.

Figure 4. Gilt bronze cap Excavated from tomb of Suchonri, Gongju (A), Gilt bronze cap Excavated from 5th tomb

B C

A

E F

D

문양에서도 차이점을 보여준다. 또한 관모의 형태나 문양 면에서 일본 구마모토현(熊本縣) 에다후나야마고분(江田 船山古墳)에서 출토된 관모에서도 유사점을 찾을 수 있어 비교자료로 참고하였다(Figure 4F).

4.2. 형태 복원

금동관모의 복원은 3ds Max 소프트웨어에서 주로 이루 어졌다. Rapidform XOR에서 완성된 3D 모델 스캔데이터 는 각 부재 별로 편집하였고 3ds Max에서 불러들여 각각 복원모델링을 진행하였다. 3ds Max는 데이터의 수치개념 이 떨어지므로 Rapidform XOR에서 불러들인 데이터를 최 대한 활용하여 작업을 진행하였다. 이러한 작업 중 각 부재 를 변형하는 과정에서 부재간의 형태적 연관성으로 인한 변형이 자주 일어나게 되는데 각 부재별 형태상 연결되는 구조적 특징을 관찰하고 이해하여 이러한 문제점이 일어나 지 않도록 주의하였다.

4.2.1. 수발 장식

수발 장식은 반구형 꽃봉오리모양에 원통형 대롱으로 연결되어 있으며 상연대의 상부 홈에 관통하여 연결된다.

이 장식물의 끝부분은 부분적으로 부식되어 완전한 형태는

보이지 않으며 전체적인 형상은 잘 남아있는 모습이다. 그 러나 관모본체와 결구되어 있어 전체적으로 변형된 모습이 보여 이를 보정하기로 하였다. 또한 부식되어 없어진 부분 도 기존의 남아있는 부분과 연속되는 모양을 추정하여 복 원을 진행하였다(Figure 5).

4.2.2. 측면 문양판

측면 문양판 장식은 전체적으로 하연대와 상연대의 모 양에 맞추어 아치 형태를 이루며 심엽형(心葉形)문양 안에 이엽(二葉)이 솟아 있는 무늬들이 투각(透刻)되어 있다 (Figure 6). 전체적으로 약 80% 이상이 남아있어 부분적으 로 결실된 부분만 복원하고 부식된 형태를 추정하여 복원 하였다.

4.2.3. 측면 입식

측면의 입식 또한 측면장식의 투각된 무늬와 같은 양상 을 보이며 측면판과 하연대의 사이에 위치하며 두 개의 리 벳으로 고정되어 있다. 전체적으로 보존상태는 양호하며, 영락장식과 날개장식은 흔적이 남아있다(Figure 7A, 7B).

그러나 측면판에 밀착된 모습으로 변형되어 있어 원형을 찾고 일부 결실된 문양의 복원을 계획하였다.

Figure 5. Shape and restore modelling of hemisphere ornament. (A) Hemisphere shape ornament. (B) Hole for joining

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4.2.4. 후면 입식

후면 입식 판은 양쪽 하연대가 만나는 지점을 기준으로 두 개의 리벳으로 고정되며 상부로 비교적 곧게 솟은 형태 이다. 내부 문양은 측면 판과 동일한 형상을 보이며 입식 상부는 대부분 결실되었고 왼쪽 하부도 거의 결실되었다.

2/3정도 결실된 상부 외곽 라인은 복원한 모습을 최대한 참 고하여 복원하기로 하였고 하부 결실 부는 남아있는 문양 의 연속성을 고려하여 제작하기로 하였다. 또한 상부에서 보았을 때 입식 판의 형상은 변형이 있는 것으로 보여 보정 하기로 하였다(Figure 8).

4.2.5. 전면 입식

전면 장식 판의 복원은 이 연구에서 가장 비중 있는 부 분으로 몇 가지 문제점이 지적되어 다양한 방안을 세워 복 원하였다. 전면 장식 판은 하부 지지대 부분과 우측 날개장 식에 일부 남아있는 부분을 제외한 모든 부분이 결실된 상 태였다. 따라서 내부 문양과 형태 등을 추정하기가 매우 어 려웠다. 이와 비슷한 형태의 유물을 찾아볼 수 없어 더욱 철저한 검증이 필요하였기 때문에 전체적인 형태와 내부문 양, 위치 등을 분류하여 여러 가지 모델링을 통해 가장 적 합한 모습을 찾기 위해 노력하였다

Figure 6. Pattern of the side plate (A) and restoration modelling image (B).

Figure 7. Side decoration plate. Left side (A), right side (B) and restoration modelling (C).

ⓐ 형태

형태는 관모의 전체적인 형상과 하부지지대 및 좌우에 부 분적으로 남아있는 부분을 참고하여 제작하였다. 전체적인 형상은 직선적인 형상과 곡선이 두드러지는 형상으로 모델링 계획을 세웠다. 우선 하부지지대에 남아있던 일부분을 통해 형태 끝선에서 올라가는 시작점을 정하였고, 우측 날개장식 에 남아있는 모습을 통해 외곽 곡선과 형태를 정하였다. 특히 이 부분에 남아있는 아래로 향하는 화염문 모습이 관찰되었 으며 이를 통해 상부 정점에 위로 솟은 화염문을 기점으로 좌 우로 7개의 아래로 향하는 화염문 문양으로 추정하여 복원하 였다. 하부지지대의 형태는 U자형과 V자형의 두 가지로 나누 어 모델링 하였으나 현재 모습의 V자형의 모습이 가장 적합 하다는 자문회의 의견을 고려하여 모델링을 진행하였다.

ⓑ 내부 문양

내부 문양의 복원은 각 장식 판들의 문양을 고려했을 때

비슷한 형상을 보일 것으로 예상하였다. 그러나 하부지지 대 부분의 문양과 그 외 남아있는 부분들을 관찰한 결과, 이전과는 약간 다른 패턴을 보여주는 것으로 나타났다. 다 른 부재의 심엽형(心葉形)문양에 솟아 있는 이엽(二葉)의 형상과는 달리 타원 안에 삼엽(三葉)이 솟아 있는 모습을 보여주고 있다(Figure 9). 따라서 내부 문양은 이러한 형상 이 반복되는 것으로 판단되며 문양이 시작되는 위치와 크 기상 가운데 라인과 좌우 라인이 더해져 3줄의 패턴이 유 지되는 것으로 생각된다.

ⓒ 위치

전면 장식 판의 위치 선정에 있어서도 많은 의견이 대립 되었다. 매장환경에 의해 위치가 교란되었을 가능성도 고려 해야 하기 때문에 여러 가지 변화를 주며 가장 적합한 위치를 선정하였다. 기존의 복원된 위치를 기초로 모델링을 진행하 였는데 보존처리 시 측면 문양판 내부에서 발견된 유기물들

Figure 8. Back plate after conservation treatment (A). Restoration modelling (B). Restoration modelling image(C).

Figure 9. The outer line of front decoration plate (A) and restored inner patterns (B).

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의 위치와 형태상 기존의 위치가 타당하다는 결론을 내렸다 (Figure 10). 이 유기물들은 전면 장식 판의 하부 판을 측면판 과 고정하는 용도였을 것으로 추측된다. 이런 결론으로 복원 을 해보면 하부 판이 붙은 각도상 전면의 장식은 상연대를 평 행으로 구성되는 형상을 보이게 된다. 그러나 1차 자문회의 결과, 관모의 전면 장식부는 권위를 상징하기 때문에 곧게 선 모습을 보이는 것이 보통이며 내부의 유기물 흔적은 내피 등

을 고정하는 용도로 쓰였을 가능성도 배제할 수 없다는 의견 이 제시됨에 따라 충분한 검증을 통해 복원할 예정이다.

4.3. 기타 장식

4.3.1. 영락

각 부재별로 장식된 영락이 달려있는 것으로 추정된다.

Figure 10. The presumed position of front decoration plate.

Figure 11. Restoration of ornaments. Trace of ornaments (A, B), restored image (D).

Figure 12. Restoration of ornaments. Side decoration wing (A, B), Back decoration (C, D), Front decoration (E, F).

실제로 날개장식판에는 영락이 붙어 출토되었고, 각 부재 에는 등 간격으로 한 쌍의 구멍들을 찾을 수 있다(Figure 7). 측면 날개장식을 관찰해 볼 때 이 구멍에 금사를 이용하 여 영락을 달았을 것으로 판단된다. 따라서 각 부재에서 발 견되는 구멍들을 참고하여 영락의 위치를 잡았으며 그 크 기와 형태는 기존의 스캔된 영락을 모델링 하였다. 상연대 를 따라 전·후로 5개씩 위치하며(Figure 11A), 측면날개장 식 16개, 후면 장식 판 19개, 전면 장식 판에는 하부지지대 에 5개와 외부 라인을 따라 13개의 영락을 복원하였다 (Figure 12). 반구형 장식에도 등 간격으로 된 한 쌍의 구멍 들과 금사가 발견되어 영락들이 달려있었을 것으로 생각되 었으나 다른 장식을 고정하는 용도로 쓰였을 가능성도 보 여 추가 자료를 통해 복원방향을 결정하기로 하였다(Figure 13).

4.3.2. 음각문양과 리벳

하연대를 따라 지그재그로 삼각형이 반복되는 문양들이

새겨져 있었으며 음각된 선의 깊이와 넓이가 좁아 이미지 상으로만 구현하는 방안을 구상하고 있다(Figure 14). 또한 각 부재를 고정하는 리벳은 하연대를 따라 6개가 남아있었 고 2개를 제작하여 전면 2개, 측면 4개, 후면 2개를 포함하 여 총 8개의 리벳을 복원하였다.

5. 결 론

이 연구에서는 전남 고흥 길두리 안동고분에서 출토된 금동관모를 대상으로 각 부재의 문양복원, 변형된 부재의 보정, 전면입식 및 장식물들의 3차원 디지털복원을 수행하 였다. 5세기 한성백제의 전형적인 고깔모양을 이루는 기본 구조와 꽃봉오리(수발) 장식, 전․후 입식과 좌우 조우형 (鳥羽形)장식 등 복잡한 구조를 이루고 있다. 이러한 좌우 의 입식은 관모를 보다 화려하게 꾸미기 위한 의도라고 할 수 있는데 그 벌어진 곡선의 정도와 전면 입식의 위치는 현 재 1차 수정 작업으로 복원을 완료하였으나, 앞으로 추가

Figure 13. Restoration of ornaments. Trace of hemishere shape (A, B), Restoration image (D).

Figure 14. Completed image restoration. Front (A), Back (B), Right (C), Left (D).

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자료와 자문을 통해 최대한 원형에 근접하도록 복원을 계 속적으로 진행할 계획이다.

길두리 금동관모와 같이 손상된 유물에 대한 영상복원 은 유물의 직접적 손상과 관계없이 유물에 새로운 생명을 부여하고 보존처리 연구 및 전시, 학술자료 등 다양하게 활 용할 수 있다. 이러한 3차원 모델링 및 형상재현 등을 효율 적으로 구현하여 대상유물의 시각적 분석뿐만 아니라 문화 재의 가치를 향상시킬 수 있다. 이 연구를 계기로 앞으로 문화재 복원분야의 기초 자료와 경제적인 보존 자료로서 문화재 정보의 전산화를 통해 보존과학 분야에 널리 활용 되기를 기대한다.

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