스캔실습 중간 과제

“3 차원 형상 가공 실습과 형상 스캐닝 훈련 , 모델링 테크닉 습득 및 데이터 적용 사례에 대한

연구”

역 설계 공학 – 200778040 하 충열

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ProcessPreparing

Scanning

Meshing

Re-designing

Analyzing

Finishing

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Introduction

• PREPARING • SCANNING• MESHING• RE-DESIGNING• ANALYZING• APPLYING

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Preparing (1/4) 우선 , 본 과제에 필요한 형상을 선정해야 했고 , 고민 해본 결과 , 3차원 형상을 수작업으로 제작하여 그 형상 스캔 데이터를 처리해보고자 하였다 .

사람의 얼굴로 형상을 결정하게 되었고 , 완벽하지는 않지만 최대한 좌우 대칭 형상을 만드는데 심열을 기울였다 .

형상의 재료는 시중에서 쉽게 구 할 수 있는 스티로폼이고 , 30cm X 30cm X 10cm 의 스티로폼 두 개를 풀로 접착하여 가공재료를 준비하였다 .

형상 가공에는 커터 칼을 사용하였다 .

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Preparing (2/4) 사람의 얼굴이라고 하기에는 디테일이 많이 부족하지만 1 박 2 일 동안의 작업을 통해 스캐닝에 필요한 어느정도의 형태는 갖추게 되었다 .

정면에서 보는 모습으로도 알 수 있듯이 형상은 완벽한 좌우 대칭이 아니다 . 원래 정상적인 사람도 좌우 대칭은 아니라고 하기에 , 이 데이터를 이용해 형상의 왼쪽 얼굴만 가지고 대칭을 해보고 , 또 나머지 오른쪽 형상만 대칭을 하여 그 결과가 어떤지를 연구해보는 것이 이번 과제의 목표로 정해졌다 .

후에 , 실제 사람의 얼굴을 이용하여 그 사람의 얼굴이 얼마나 대칭적인 구조를 가졌는지를 알 수 있다는 게 이번 연구의 종착점이다 .

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Preparing (3/4) 스캐닝에 앞서 , 완성된 (?) 사람 머리 형상에 점을 찍었다 . 그 이유는 스캐닝을 하는 과정에서 스캔 된 이미지들을 정렬하기 위해서는 정렬포인트가 있어야 하는데 , 수작업으로 제작된 형상에는 일관성이 결여돼 스캔 후 이미지 정렬이 어려울 수도 있기 때문이다 .

스캐닝에 사용된 스캐너는 비 접촉 식 스캐너이며 , 암실에서 형상의 사진을 찍고 나타나는 잔영으로 스캐닝 데이터를 얻는 방식이므로 , 흰색이 스캔에 유리하다 .

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Preparing (4/4) 스캐닝에 걸린 시간은 정확히 한 시간이었다 . 스캐닝 된 이미지는 총 18 장으로 두 장의 이미지는 정렬이 되지 않은 체 저장이 되어 삭제 하게 되었다 . 총 16 장의 이미지가 최종 스캔 데이터로 저장 되게 되었다 .

스캔 데이터는 “ BRE” 라는 형식의 파일인데 , 다소 생소했던 이 파일은 브로이크만 (Breuckmann) 이라는 독일의 유명한 3 차원 스캐너 회사의 제품에서 사용되는 파일 확장명이다 .

준비단계에서 스캐닝을 모두 마친 후 그 다음 단계인 스캐닝 데이터 처리 과정으로 넘어 간다 .

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Scanning (1/2) 국내 기업인 INUS Technology에서 개발한 XOR2 라는 소프트웨어를 사용하여 스캐닝했던 데이터를 불러 들였다 .

이미지들은 이미 데이터를 처리하는 과정에서 일차적으로 정렬이 되어 있었기 때문에 XOR 을 사용해서는 정렬만 되어 있는 데이터를 하나의 Mesh 데이터로 만들어 주는 작업을 하였다 .

그림에서 자세히 보면 얼굴 형상의 입술 부위에 점 데이터가 비어 있는데 이는 스캔기술의 부족으로 데이터를 얻을 수 없던 곳이었다 . 추후 , 스캔 전문가를 통해 기술을 배우도록 해야 겠다 .

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Scanning (2/2) 오른쪽 그림은 하나의 Mesh데이터로 통합된 형상이다 . 기존의 어두웠던 형상의 밝기도 작업하기 편하게 조정하였다 . 화면에 표시되는 데이터의 질을 조금 낮춰 프로그램을 가동하는데도 불편함이 없이 조정할 수 있었다 .

본격적인 역 설계를 위한 단계인 Mesh 데이터 처리 단계로 넘어간다 .

참고로 Mesh 란 , 망사형 모델링데이터를 말하는데 , 네트워크로 연속된 형상을 말한다 . 삼각형이 Mesh 데이터의 최소 기본 단위가 된다 .

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Meshing (1/3) 오른쪽 사진에서 보이는 것은 수 백 만개의 삼각형으로 이루어진 Mesh데이터 이다 .삼각형의 개수가 의미하는 바는 , 그 수가 클 수록 그만큼 형상이 조밀하게 구성되어 있다는 의미이다 . 디지털 카메라로 예를 들자면 해상도가 높은 비율로 사진을 찍게 되는 것이다 .이렇게 되면 형상의 세부적인 부분까지 깔끔하게 역 설계를 할 수 있겠지만 , 본 과제에서는 그렇게 불필요하게 큰 정확도가 필요하지 않으므로 Mesh 데이터를 줄여 모델링 파일을 간소화 시키기로 하였다 .

사진에서 보이는 Mesh 데이터 면의 개수는 대략 460 만개로 나타난다 .

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스캔 형상에서 코 (?) 부분을 확대 시켜 놓은 것이다 . 사진에서 보면 위 그림에는 엄청 조밀하게 Mesh데이터가 밀집 되어 있는 반면 아래의 그림에서는 대략적으로 코를 표현하는 데만 필요한 Mesh 데이터로 형상이 줄어 들었다 .

모델링 형상 전체로 460 만개나 존재 하던 원본 Mesh 데이터를 4만개 까지 줄여 놓았다 . 당연히 모델링 형상이 가벼워져 파일 용량이 줄어들었음에 놀랍지 않다 . 파일 용량은 무려 250Mb 에서 10Mb까지 줄어 들게 되었다 .

*Decimate: 사전적 의미는 ‘학살하다’는 의미를 가졌지만 , 모델링 기법에서 이 용어는 Mesh 데이터를 ‘줄인다’는 뜻으로 사용된다 .

Meshing (2/3)

Decimate

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Meshing (3/3) 여기까지 하여 역 설계를 위한 전초 작업이 모두 끝이다 . 하지만 본격적으로 리 모델링을 해 나가기 위해서는 모델링 기법을 선택하여야 한다 .

모델링을 하는데 가장 자신 있는 방법은 수업시간에 여러 차례 예제를 통해 연습해왔던 Mesh Sketch 인데 이 과제를 진행하면서는 다른 방법이 필요 하였다 .

3D Sketch와 3D Mesh Sketch에 대한 연구가 필요하여 소프트웨어 매뉴얼을 참고하여 문제점 해결에 접근 하였다 .

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Re-designing (1/3) 제품을 역 설계 하는데 있어서 중요한 것은 말 그대로 설계 기술일 것이다 . 그리고 그것은 혹독한 (?) 훈련을 통해서 얻을 수 있는 것이다 . 우선 , 3 차원 사람 얼굴을 역 설계 하기 위해서 기존의 양산 제품의 리 모델링에 적용했던 방법으로 문제 해결을 도모해 보았다 .

형상의 표면을 자동으로 그룹화 시키는 작업을 뜻하는 “ Region-ing.” 하지만 한가지 문제가 있었다 .손으로 형상을 제작해서 생긴 문제인데 , 그건 바로 컴퓨터가 인식 해버리는 표면의 개수가 너무 많아서 그룹 자동화 방법은 사실상 리 모델링의 해결책으로는 도움이 되지 않는다는 것이었다 .

그래서 또 다른 방법을 제시하였다 .

Method 1. “Sepa-rating Regions”

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Re-designing (2/3) 이 기능을 사용하기 위해 매뉴얼을 두 번 훑어 보았다 . 동영상을 보며 예제를 이해하기도 해야 했다 . 두 번째 방법은 바로 “ Auto Sur-facing” 인데 , 이 방법은 삽입된 Mesh 데이터를 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 그리는 기능도 있었으나 , 그 기능까지 사용하여 똑같은 형상을 만들기에는 프로젝트 준비 기간이 짧아져 추후에 도전해 보기로 하였다 .

Method 2. “Auto Surfac-ing”

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Re-designing (3/3) 자동으로 표면을 만들어 낸 결과이다 . 작업자는 면이 생성될 때 , 쉽게 분할될 면의 개수를 조정 할 수 있었다 . 이 작업에서는 400 개의 표면을 “ uniform” 하게 나누어 보았다 .

“Uniform” 하게 라는 옵션을 사용했지만 , 형상은 그다지 고르지 만은 않다 . 귀나 입과 같은 얼굴 파트에서는 표면이 균일하게 나누어져 보이진 않기 때문이다 . 하지만 균일하게 나누어 졌든 그렇지 않든 일단 만들어진 고체 형상은 변함이 없기에 이 형상을 이용해 그 다음 과정인 검사 단계를 마치도록 할 것이다 .

Result of “Auto Surfac-ing”

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Analyzing (1/3) Deviation 기능을 이용해 검수 작업을 거친 모습이다 . 아래 사진의 복원된 고체 형상과 원본 Mesh데이터의 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 데이터와 일치 한다는 것을 보여준다 .

“Auto Surfacing” 이라는 기능의 모델링 구현 능력을 새삼 느끼게 되었다 .

그리고 여기서 과제의 취지였던 , 수 작업된 형상의 좌우 대칭 비교도 해보게 되었다 .

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Analyzing (2/3) 우선 , 얼굴을 절반으로 나눌 수 있는 평면을 만들어 얼굴을 반으로 나누었다 . 스캔 초기 당시 스티로폼이 반절로 나뉜 부분에 점을 찍어 두었기 때문에 큰 어려움 없이 형상의 절반이 되는 부분을 잘라 낼 수 있었다 . 얼굴의 좌측 형상 ( 제 3 자의 눈으로 좌측 ) 을 평면을 이용해 대칭시켜 보았다 . 그것이 바로 아래에 보이는 사진이다 . 사진에서는 이제 얼굴 형상의 좌우가 같게 되었다 . 하지만 기존 형상과의 차이점을 구별하기 위해서 다시 de-viation 기능을 이용하였다 . 구별된 색깔을 보면 , 왼쪽 얼굴 형상은 원본과 동일 하기에 녹색으로 표기되는 반면 , 다소 오른쪽 얼굴보다 두꺼웠던 왼쪽 얼굴의 대칭형상은 빨간색을 통해 알 수 있다 .

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Analyzing (3/3)이 전 단계와는 반대되는 결과물이다 . 오른쪽 얼굴 형상을 대칭 시키고 원본과 비교해보니 왼쪽 얼굴이 두껍다는 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 완벽하게 대칭 하는 구조는 만들 수는 있겠지만 , 그런 장인 정신은 마음만으로 충분히 배우고 싶다 .

이 결과를 통해서 추후 모델링 데이터를 어떻게 응용 할 지 생각해 보게 되었다 .

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Applying (1/2) 여기까지 하여 , 본 과제를 위한 역 설계는 끝이 났다 . 과제를 확장시킨다면 2 차적으로 눈 , 코 , 입과 같은 형상을 변형 시켜 볼 수도 있었다 . 하지만 이번 단계에서는 미뤄두기로 하였다 .

손으로 만든 형상을 digitize 해보았다라는 점에서 이 과제는 큰 의미를 부여해 주었다 .

오른쪽 이미지는 또 다른 수업시간에 사용하고 있는 3 차원 모델링 소프트웨어인 “ Rhinoceros” 를 이용해 랜더링을 시도해본 사진이다 . 랜더링을 통해 흉측했던 (?) 스티로폼 얼굴 형상에 사람의 기운을 불어 넣어 주었다 . (웃음 )

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Applying (2/2) 이번 과제는 과제 이후의 적용분야의 범주가 크다는 점에서 좋았던 것 같다 . 이렇게 리 모델링 된 가공물을 공작기계 또는 3 차원 mock-up 가공기를 이용해 원본과 동일한 형태를 몇 개 씩이나 만들 수 있기 때문이다 . 물론 형태에 변화도 줄 수도 있다 . 산업에서 역 설계 분야가 어떻게 사용될 수 있을지에 대한 가능성도 충분히 배울 수 있었다 . 비록 중간과제에서는 산업에서 사용될 만한 부품이나 제품의 리 모델링이 아니어서 설계도면은 준비가 되지 않았지만 , 최종 과제를 위한 아이템 선정 때는 양산까지 가능하도록 도면도 준비 할 수 있는 아이템을 선정해서 꼭 (반드시 !) 의미 있는 수업이 될 수 있도록 노력해야겠다 .

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2009 학년도 1 학기역 설계공학이 충호 교수

하 충열 , 200778040hcy3127@hanmail.netThe22.tistory.com