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스캔실습 중간 과제
“3차원 형상 가공 실습과 형상 스캐닝 훈련, 모델링
테크닉 습득 및 데이터 적용 사례에 대한 연구”
역 설계 공학 – 200778040 하 충열
Process
Scanning
Analyzing
Preparing
Meshing
Re-designing
Finishing
Introduction
Preparing
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우선, 본 과제에 필요한 형상을 선
정해야 했고, 고민 해본 결과, 3차원
형상을 수작업으로 제작하여 그 형
상 스캔 데이터를 처리해보고자 하
였다.
사람의 얼굴로 형상을 결정하게 되
었고, 완벽하지는 않지만 최대한 좌
우 대칭 형상을 만드는데 심열을 기
울였다.
형상의 재료는 시중에서 쉽게 구 할
수 있는 스티로폼이고, 30cm X
30cm X 10cm 의 스티로폼 두 개를
풀로 접착하여 가공재료를 준비하
였다.
형상 가공에는 커터 칼을 사용하였
다.
Preparing
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사람의 얼굴이라고 하기에는 디테
일이 많이 부족하지만 1박2일 동안
의 작업을 통해 스캐닝에 필요한 어
느정도의 형태는 갖추게 되었다.
정면에서 보는 모습으로도 알 수
있듯이 형상은 완벽한 좌우 대칭이
아니다. 원래 정상적인 사람도 좌우
대칭은 아니라고 하기에, 이 데이터
를 이용해 형상의 왼쪽 얼굴만 가지
고 대칭을 해보고, 또 나머지 오른
쪽 형상만 대칭을 하여 그 결과가
어떤지를 연구해보는 것이 이번 과
제의 목표로 정해졌다.
후에, 실제 사람의 얼굴을 이용하
여 그 사람의 얼굴이 얼마나 대칭적
인 구조를 가졌는지를 알 수 있다는
게 이번 연구의 종착점이다.
Preparing
(3/4)
스캐닝에 앞서, 완성된(?) 사람 머
리 형상에 점을 찍었다. 그 이유는
스캐닝을 하는 과정에서 스캔 된 이
미지들을 정렬하기 위해서는 정렬
포인트가 있어야 하는데, 수작업으
로 제작된 형상에는 일관성이 결여
돼 스캔 후 이미지 정렬이 어려울
수도 있기 때문이다.
스캐닝에 사용된 스캐너는 비 접촉
식 스캐너이며, 암실에서 형상의 사
진을 찍고 나타나는 잔영으로 스캐
닝 데이터를 얻는 방식이므로, 흰색
이 스캔에 유리하다.
Preparing
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스캐닝에 걸린 시간은 정확히 한
시간이었다. 스캐닝 된 이미지는 총
18장으로 두 장의 이미지는 정렬이
되지 않은 체 저장이 되어 삭제 하
게 되었다. 총 16장의 이미지가 최
종 스캔 데이터로 저장 되게 되었다.
스캔 데이터는 “BRE”라는 형식의
파일인데, 다소 생소했던 이 파일은
브로이크만(Breuckmann)이라는 독
일의 유명한 3차원 스캐너 회사의
제품에서 사용되는 파일 확장명이
다.
준비단계에서 스캐닝을 모두 마친
후 그 다음 단계인 스캐닝 데이터
처리 과정으로 넘어 간다.
Scanning
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국내 기업인 INUS Technology에서
개발한 XOR2 라는 소프트웨어를
사용하여 스캐닝했던 데이터를 불
러 들였다.
이미지들은 이미 데이터를 처리하
는 과정에서 일차적으로 정렬이 되
어 있었기 때문에 XOR을 사용해서
는 정렬만 되어 있는 데이터를 하나
의 Mesh데이터로 만들어 주는 작업
을 하였다.
그림에서 자세히 보면 얼굴 형상의
입술 부위에 점 데이터가 비어 있는
데 이는 스캔기술의 부족으로 데이
터를 얻을 수 없던 곳이었다. 추후,
스캔 전문가를 통해 기술을 배우도
록 해야 겠다.
Scanning
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오른쪽 그림은 하나의 Mesh데이터
로 통합된 형상이다. 기존의 어두웠
던 형상의 밝기도 작업하기 편하게
조정하였다. 화면에 표시되는 데이
터의 질을 조금 낮춰 프로그램을 가
동하는데도 불편함이 없이 조정할
수 있었다.
본격적인 역 설계를 위한 단계인
Mesh데이터 처리 단계로 넘어간다.
참고로 Mesh란, 망사형 모델링데
이터를 말하는데, 네트워크로 연속
된 형상을 말한다. 삼각형이 Mesh
데이터의 최소 기본 단위가 된다.
Meshing
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오른쪽 사진에서 보이는 것은 수
백 만개의 삼각형으로 이루어진
Mesh데이터 이다.
삼각형의 개수가 의미하는 바는, 그
수가 클 수록 그만큼 형상이 조밀하
게 구성되어 있다는 의미이다. 디지
털 카메라로 예를 들자면 해상도가
높은 비율로 사진을 찍게 되는 것이
다.
이렇게 되면 형상의 세부적인 부분
까지 깔끔하게 역 설계를 할 수 있
겠지만, 본 과제에서는 그렇게 불필
요하게 큰 정확도가 필요하지 않으
므로 Mesh데이터를 줄여 모델링 파
일을 간소화 시키기로 하였다.
사진에서 보이는 Mesh데이터 면의
개수는 대략 460만개로 나타난다.
Meshing
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스캔 형상에서 코(?) 부분을 확대
시켜 놓은 것이다. 사진에서 보면
위 그림에는 엄청 조밀하게 Mesh데
이터가 밀집 되어 있는 반면 아래의
그림에서는 대략적으로 코를 표현
하는 데만 필요한 Mesh데이터로 형
상이 줄어 들었다.
모델링 형상 전체로 460만개나 존
재 하던 원본 Mesh데이터를 4만개
까지 줄여 놓았다. 당연히 모델링
형상이 가벼워져 파일 용량이 줄어
들었음에 놀랍지 않다. 파일 용량은
무려 250Mb에서 10Mb까지 줄어
들게 되었다.
*Decimate: 사전적 의미는 ‘학살하
다’는 의미를 가졌지만, 모델링 기법
에서 이 용어는 Mesh데이터를 ‘줄
인다’는 뜻으로 사용된다.
Decimate
Meshing
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여기까지 하여 역 설계를 위한 전
초 작업이 모두 끝이다. 하지만 본
격적으로 리 모델링을 해 나가기 위
해서는 모델링 기법을 선택하여야
한다.
모델링을 하는데 가장 자신 있는
방법은 수업시간에 여러 차례 예제
를 통해 연습해왔던 Mesh Sketch인
데 이 과제를 진행하면서는 다른 방
법이 필요 하였다.
3D Sketch와 3D Mesh Sketch에
대한 연구가 필요하여 소프트웨어
매뉴얼을 참고하여 문제점 해결에
접근 하였다.
Re-designing
(1/3)
제품을 역 설계 하는데 있어서 중
요한 것은 말 그대로 설계 기술일
것이다. 그리고 그것은 혹독한(?) 훈
련을 통해서 얻을 수 있는 것이다.
우선, 3차원 사람 얼굴을 역 설계
하기 위해서 기존의 양산 제품의 리
모델링에 적용했던 방법으로 문제
해결을 도모해 보았다.
형상의 표면을 자동으로 그룹화 시
키는 작업을 뜻하는 “Region-ing.”
하지만 한가지 문제가 있었다.
손으로 형상을 제작해서 생긴 문제
인데, 그건 바로 컴퓨터가 인식 해
버리는 표면의 개수가 너무 많아서
그룹 자동화 방법은 사실상 리 모델
링의 해결책으로는 도움이 되지 않
는다는 것이었다.
그래서 또 다른 방법을 제시하였다.
Method 1.
“Separating Regions”
Re-designing
(2/3)
이 기능을 사용하기 위해 매뉴얼을
두 번 훑어 보았다. 동영상을 보며
예제를 이해하기도 해야 했다.
두 번째 방법은 바로 “Auto
Surfacing” 인데, 이 방법은 삽입된
Mesh데이터를 이용하여 자동으로
표면을 만들어 내는 기능이다. 물론
만들어진 표면은 속이 꽉 찬 고체
형상이다.
*이 방법 말고도 3D Mesh Sketch
라는 기능에서 표면을 따라 선을 그
리는 기능도 있었으나, 그 기능까지
사용하여 똑같은 형상을 만들기에
는 프로젝트 준비 기간이 짧아져 추
후에 도전해 보기로 하였다.
Method 2.
“Auto Surfacing”
Re-designing
(3/3)
자동으로 표면을 만들어 낸 결과이
다. 작업자는 면이 생성될 때, 쉽게
분할될 면의 개수를 조정 할 수 있
었다. 이 작업에서는 400개의 표면
을 “uniform”하게 나누어 보았다.
“Uniform”하게 라는 옵션을 사용했
지만, 형상은 그다지 고르지 만은
않다. 귀나 입과 같은 얼굴 파트에
서는 표면이 균일하게 나누어져 보
이진 않기 때문이다. 하지만 균일하
게 나누어 졌든 그렇지 않든 일단
만들어진 고체 형상은 변함이 없기
에 이 형상을 이용해 그 다음 과정
인 검사 단계를 마치도록 할 것이다.
Result of “Auto Surfacing”
Analyzing
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Deviation기능을 이용해 검수 작업
을 거친 모습이다. 아래 사진의 복
원된 고체 형상과 원본 Mesh데이터
의 편차가 얼마나 나는지를 색깔로
쉽게 보기 위한 기능.
사진에서 보는 것과 같이 전체적인
형상이 녹색으로 나타나는데 이는
거의 모든 형상에서 심한 굴곡 없이
모델링 데이터가 원본 스캔 데이터
와 일치 한다는 것을 보여준다.
“Auto Surfacing”이라는 기능의 모
델링 구현 능력을 새삼 느끼게 되었
다.
그리고 여기서 과제의 취지였던, 수
작업된 형상의 좌우 대칭 비교도 해
보게 되었다.
Analyzing
(2/3)
우선, 얼굴을 절반으로 나눌 수 있
는 평면을 만들어 얼굴을 반으로 나
누었다. 스캔 초기 당시 스티로폼이
반절로 나뉜 부분에 점을 찍어 두었
기 때문에 큰 어려움 없이 형상의
절반이 되는 부분을 잘라 낼 수 있
었다.
얼굴의 좌측 형상(제3자의 눈으로
좌측)을 평면을 이용해 대칭시켜 보
았다. 그것이 바로 아래에 보이는
사진이다.
사진에서는 이제 얼굴 형상의 좌우
가 같게 되었다. 하지만 기존 형상
과의 차이점을 구별하기 위해서 다
시 deviation 기능을 이용하였다.
구별된 색깔을 보면, 왼쪽 얼굴 형
상은 원본과 동일 하기에 녹색으로
표기되는 반면, 다소 오른쪽 얼굴보
다 두꺼웠던 왼쪽 얼굴의 대칭형상
은 빨간색을 통해 알 수 있다.
Analyzing
(3/3)
이 전 단계와는 반대되는 결과물이
다.
오른쪽 얼굴 형상을 대칭 시키고
원본과 비교해보니 왼쪽 얼굴이 두
껍다는 파란색을 통해 확인 할 수
있었다.
손으로 작업을 할 당시, 아무래도
한쪽에 작업 하는 시간과 힘이 더
들어 갔다는 가정에 증명을 낼 수
있었다.
작업자의 세심한 손길로 좌우가 완
벽하게 대칭 하는 구조는 만들 수는
있겠지만, 그런 장인 정신은 마음만
으로 충분히 배우고 싶다.
이 결과를 통해서 추후 모델링 데이
터를 어떻게 응용 할 지 생각해 보
게 되었다.
Applying
(1/2)
여기까지 하여, 본 과제를 위한 역
설계는 끝이 났다.
과제를 확장시킨다면 2차적으로
눈, 코, 입과 같은 형상을 변형 시켜
볼 수도 있었다. 하지만 이번 단계
에서는 미뤄두기로 하였다.
손으로 만든 형상을 digitize 해보
았다라는 점에서 이 과제는 큰 의미
를 부여해 주었다.
오른쪽 이미지는 또 다른 수업시간
에 사용하고 있는 3차원 모델링 소
프트웨어인 “Rhinoceros”를 이용해
랜더링을 시도해본 사진이다.
랜더링을 통해 흉측했던(?) 스티로
폼 얼굴 형상에 사람의 기운을 불어
넣어 주었다. (웃음)
Applying
(2/2)
이번 과제는 과제 이후의 적용분야
의 범주가 크다는 점에서 좋았던
것 같다. 이렇게 리 모델링 된 가공
물을 공작기계 또는 3차원 mockup 가공기를 이용해 원본과 동일한
형태를 몇 개 씩이나 만들 수 있기
때문이다.
물론 형태에 변화도 줄 수도 있다.
산업에서 역 설계 분야가 어떻게 사
용될 수 있을지에 대한 가능성도 충
분히 배울 수 있었다.
비록 중간과제에서는 산업에서 사
용될 만한 부품이나 제품의 리 모델
링이 아니어서 설계도면은 준비가
되지 않았지만, 최종 과제를 위한
아이템 선정 때는 양산까지 가능하
도록 도면도 준비 할 수 있는 아이
템을 선정해서 꼭(반드시!) 의미 있
는 수업이 될 수 있도록 노력해야겠
다.
2009학년도 1학기
역 설계공학
이 충호 교수
하 충열, 200778040
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