전 세계 98% 데이터를 담고 있는 구글맵의 비밀

구글어스는 어떻게 전 세계 98%를 지도로 만들어 우리에게 보여주는 걸까요?
답을 알려드리기 전, 흥미로운 이야기를 하나 먼저 들려드리도록 하겠습니다.

인도의 가난한 마을에서 살고 있던 다섯 살짜리 아이 사루는 기차역에서 일하는 형을 따라가기 위해 길을 나서고, 그 길로 미아가 되고 맙니다. 여기저기 기차역을 떠돌며 노숙생활을 하던 사루는 고아원에 들어가게 되었고, 그곳에서 오스트레일리아 부부에게 입양되는데요. 자신의 고향에서 10,000km나 떨어진 오스트레일리아에서 생활하면서도 가족을 찾고자 하는 희망을 놓지 않았고, 구글 어스를 통해 자신이 살던 곳을 찾고자 노력합니다. 그는 동네 이름은 기억나지 않았지만 몇 가지 기억나는 사실들을 바탕으로 지도에 원을 그려 탐색 범위를 좁혔고, 직접 인도에 가서 구글 어스를 보며 자신이 살던 동네를 찾아 가족들과 재회하게 됩니다.

이미지 출처: saroo brierley의 블로그

이 이야기는 인도와 오스트레일리아의 언론들로부터 지대한 관심을 받았고, 나중에는 <라이언>이라는 영화로 만들어져 아카데미 시상식 후보에 오르기까지 했는데요. 사루의 이야기는 구글어스의 기능이 얼마나 뛰어나고 유용한지 보여주는 일례로 볼 수 있습니다. 구글어스를 이용하면 지구 전체를 한눈에 볼 수 있을 때까지 줌아웃을 할 수도 있고, 길거리와 건물들이 보일 때 가지 줌인을 할 수도 있습니다. 기기로 구글 어스를 실행하기만 하면 전 세계를 어디든지 가볼 수 있는 것이죠.

2019년 구글은 자신들의 블로그에서 구글어스의 사용에 관한 깜짝 놀랄만한 통계들을 공개했습니다. 구글어스에서는 3600만 제곱마일(9300만 제곱킬로미터)에 달하는 지역을 고해상도 이미지로 볼 수 있는데, 이는 지구상에서 사람이 사는 지역의 98%를 차지하고 있는 것이었습니다. 과연 구글어스는 어떻게 이토록 방대하고 유의미한 데이터를 쌓을 수 있었던 것일까요?

구글어스의 전신, 키홀(Keyhole)

구글의 다른 유명 서비스들과 마찬가지로, 구글어스의 핵심 기술은 원래 구글에서 나온 것이 아닙니다. 핵심기술은 인트린식 그래픽스(Intrinsic Graphics)라는 곳에서 1990년대에 만들었습니다. 하지만 인트린식은 애초에 게임을 염두에 두고 이 기술을 개발했던 것이고, 이사회에서는 지도 프로젝트를 지속적으로 진행하기 위해서 키홀(keyhole)이라는 자회사를 설립합니다. 당시 그들이 타깃으로 삼은 분야는 부동산, 도시계획, 군수산업, 첩보와 관련된 곳이었습니다.

하지만 키홀에서는 위성사진을 구하는 데 드는 높은 비용을 감당할 수 있을 만큼 수익을 내지 못했습니다. 그렇게 고전하던 키홀은 2003년부터 이라크 전쟁을 보도하는 뉴스와 방송에서 자신들의 위성 이미지와 자사의 로고를 아주 많이 사용하면서 조금씩 성장하게 됩니다. 같은 시기 구글은 자신들의 검색 서비스가 지도 및 위치에 아주 많이 연관되어 있다는 사실을 발견하고, 2004년 키홀을 인수하죠.

구글어스 이미지에 관해서 잘 알려지지 않은 이야기

구글어스는 수천만 개의 이미지를 잘 조합해서, 다양한 높이에서 지도를 볼 수 있도록 만들었습니다. 랜드셋(Landset) 위성과 센티넬(Sentinel) 위성에서 찍은 이미지를 주로 사용하는데요. 미국항공우주국(NASA)과 지질조사국(US Geological Survey)이 공동으로 띄워 올린 랜드셋 8호 위성은 공간 해상도가 30미터인 이미지를 2주마다 촬영해서 업데이트합니다. 센티넬 위성은 유럽연합이다(EU)의 지구 관찰 프로그램인 코페르니쿠스(Copernicus) 프로젝트의 일부를 이루고 있습니다. 이러한 위성 이미지와 함께, 구글에서는 전 세계의 많은 기관들로부터 데이터를 끌어모읍니다.

이런 데이터들은 돈을 내면 얼마든지 구할 수 있는 것이지만 구글어스에서는 데이터를 모아 누구나 쉽게 무료로 사용할 수 있는 서비스를 만들었습니다. 그 어떤 지도 서비스 업체에서도 할 수 없는 방식으로 말이죠. 구글어스에서 줌인을 하면 좀 더 자세한 것까지 볼 수 있는 합성 이미지가 나타납니다. 이 기능을 위해서 구글은 비공개 기업인 디지털글로브(Digital Globe)와 그들의 월드뷰(World View) 위성이 제공하는 이미지의 도움을 받고 있는데요. 월드뷰 위성에 탑재한 카메라에서는 지구 표면에 있는 25미터 크기의 물체까지도 식별하여 촬영할 수 있습니다.

이처럼 구글어스 이미지의 출처가 다양하다 보니, 해상도는 물론이고 타임스탬프(시간 정보), 그리고 줌 수준도 모두 다릅니다. 또한 수많은 기업과 단체들에서 촬영 요청이 엄청나게 밀려들고 있지만, 위성은 공전 속도와 궤도라는 한계가 있기 때문에 그 모든 요구들을 다 받아서 처리할 수 없습니다. 그래서 수요가 많은 지역들에 대해서는 길거리까지 아주 선명한 이미지들을 얻을 수 있는 반면, 요청이 적은 지역들에서는 픽셀로 쪼개져서 보이는 경우도 있습니다.

지표면으로 더 가까이 줌인을 하면 구글에서는 이제 항공사진을 이용해서 지도를 보여줍니다. 항공사진은 여러 대의 카메라를 장착한 특수 비행기를 이용해서 촬영한 것인데요. 이 비행기는 선택된 지역 상공을 지그재그 형태로 날아다니면서 수많은 고해상도 사진을 촬영합니다. 사진측량법(Photogrammetry)이라는 처리 과정을 통해서 이렇게 다양한 항공사진들을 결합시키고, 나사(NASA)의 셔틀 레이더 지형 미션(STRM)이 제공하는 고도와 지형정보를 여기에 더하게 되면, 비로소 구글어스 특유의 3D 화면으로 새롭게 거듭나게 되는데요. 사진측량법은 다양한 카메라에서 얻은 Depth map들을 하나의 그물망으로 엮어내는 과정과, 이러한 그물망 위에 개별적인 구조적 질감을 더하는 과정으로 이루어져 있습니다.

구글어스의 핵심은?

구글어스의 핵심기술은 그 사진 촬영이나 이미지 처리 과정에 있지 않습니다. 사실 그들의 핵심 기술은 어떤 기기를 이용하든 빠르고 손쉽게 서비스를 활용하게 만드는 것에 있습니다. 고해상도의 이미지를 훨씬 더 작은 부분으로 잘게 나누고 사용자들이 원하면 언제든지 서비스를 이용할 수 있게 함으로써, 구글어스는 사람에게 전 세계를 보여주고 있습니다.

픽셀 1개가 지구 표면의 1제곱 킬로미터를 커버한다고 가정하면, 지구 전체 면적을 담기 위해서는 가로 4만 픽셀, 세로 2만 픽셀이 필요합니다. 이 사진의 용량은 2.4GB가 될 텐데, 이 정도 용량이면 여러분들의 컴퓨터에 있는 그래픽카드로는 감당할 수도 없는 수준입니다. 건물이나 하천 등을 비롯한 지표면의 주요한 정보들까지 담고 있는 더 자세한 사진이라면, 문제가 더 심각해질 것입니다. 우리가 흔히 보고 있는 구글어스의 고해상도 이미지를 위해서는 그것보다 1600만 배나 더 커다란 저장 공간이 필요합니다. 그런데 구글어스가 이것 때문에 어려움을 겪고 있다는 이야기는 들을 수 없습니다. 그 이유는 그들이 밉 매핑(mip-mapping)과 클립 스태킹(clip-stacking)이라는 두 가지의 특허기술을 사용하고 있기 때문입니다.

멀리 줌아웃을 하게 되면, 아무리 상세한 이미지라도 인간의 눈으로는 구분할 수 없습니다. 밉매핑은 이런 특성을 이용해서, 사용자들이 줌아웃을 하면 고해상도의 이미지를 정보가 적은 이미지로 바꿔줍니다. 클립스태킹은 사용자가 현재 보고 있는 지점의 밉매핑 된 이미지들만을 모아서 보여주는 것입니다. 사용자가 지도를 움직이면, 구글어스에서는 사용자가 가리킨 지점과 그 주변에 대한 자세한 정보를 전송해서 보여줍니다.수 테라바이트(terabyte)에 달하는 고해상도의 이미지를 이렇게 훨씬 더 작은 단위로 잘게 나누어서 사용자들이 필요한 부분만 보여주는 것입니다.

구글어스 = 지도 + 데이터

구글어스는 지도 사진 위에 그 공간에 대한 다양한 정보들을 겹쳐서 보여줍니다. 지표면 온도, 날씨 데이터, 지형, 지표면 상태, 수면 상태, 수심, 농경지, 인구, 소득 등과 같은 지리 정보들을 확인할 수 있죠. 구글어스에서는 수천 개의 외부 기관으로부터 이러한 데이터를 수집해서 연구원들은 물론이고 일반인에게도 제공하고 있는데, 이는 매우 가치 있는 학술 도구가 됩니다. 그리고 내셔널 지오그래픽(National Geographic)이나 세서미 스트리트(Sesame Street) 등과도 연계해서 보이저(Voyager)라고 하는 교육적인 기능도 제공하고 있습니다. 이 기능은 사람들이 전 세계 곳곳을 살펴보면서 게임도 할 수 있고 문화 관광도 할 수 있는 것인데요, 그러면서 관련된 이야기도 들려주고 새로운 사실들을 가르쳐주기도 합니다.

구글어스를 이용하면 여러분은 지구를 거닐 수도 있고, 우리가 살고 있는 세계에 대해서 공부도 할 수 있고, 놀라운 연구를 진행할 수도 있습니다. 사랑하는 연인에게 청혼하려고 구글어스를 이용해서 4450마일(7161Km)을 직접 여행하면서 지도 위에 “MARRY ME”라는 글자를 쓴 사람처럼 말이죠. 그리고 영국의 어떤 사람처럼 구글어스를 이용해서 150만 파운드(23억 원)의 가치가 있는 색슨(Saxon) 주화를 찾아낼 수도 있을 겁니다.
구글어스에서는 시점을 바꿔서 밤하늘과 별을 관찰할 수도 있습니다. 그리고 마스(Mars) 모드로 전환해서 화성을 탐사할 수도 있고, 문(Moon) 모드로 전환해서 달을 들여다볼 수도 있죠. 구글어스의 제품 담당 매니저인 고팔 샤(Gopal Shah)는 이렇게 말합니다.

"구글맵은 길을 찾기 위한 것이고, 구글어스는 길을 잃어버리기 위한 것입니다."

여러분도 그동안 버킷리스트로 남겨두고 가보지 못했던 곳이 있다면 오늘 하루 구글 어스로 떠나보는 것은 어떨까요. 다음 이 시간에도 유익한 개발 정보로 찾아뵙겠습니다.

 본문 내용은 ‘How Google Earth Mapped 98% of the World’를 각색하여 작성되었습니다.