The User Support 3D Form Generation System Establishment

사용자 지향적 3차원 형태발상 지원 시스템 구축

Abstract

The objective of this study is to present a new design method at the idea brainstorming process, which requires a great deal of time and effort to seek their own ideas in existing design process and to develop a user support idea forms generation system called OCIGS (Openware Creative Idea Generation System) that makes it possible to create a variety and 3D forms as well as a quantitative evaluation data for the actual types that compose the aesthetic factors and designs of qualitative standards. In order to achieve these objectives : First, overcoming the limitation of 3D form generation ability by establishing visual application system, Second, accepting users' opinions by generating 3D images dynamically, analysing and giving information on the preferred ones on the web on real time, Third, identifying tendency of preference so that they can generate preferred colors and images in future by updating image combination and dropping low-preferred ones. This system would play a role as an idea or form generation application in the actual 3d form design development process.

1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 목적

디자이너에게 있어 디자인 프로세스 중 가장 중요한 단계는 아이디어 창출과 아이디어 구체화를 위한 전개과정이다. 이 과정에서 디자이너는 사물에 대한 추상적인 Concept을 구체적인 형태로 표현해야 하며, 이때 디자이너에게 ‘조형성과 창조성’을 요구한다. 하지만 이때 디자이너는 아이디어 발상의 한계점을 극복하기가 쉽지 않음으로써 디자인 작업의 효율성을 가지지 못한다. 이러한 면을 고려해볼 때 디자이너가 창조적이고 효율적인 디자인 개발을 위해서는 이를 뒷받침해줄 수 있는 새로운 디자인 프로세스의 개발이 필요하다.

따라서 아이디어 창출과 아이디어 구체화 과정에서 시각적으로 컴퓨터의 지원을 받을 수 있는 시스템이 개발된다면 디자인 개발에 커다란 힘이 될 것이고, 제품개발 시 시간과 비용 등을 절약할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구는 디자인 과정 중 많은 시간과 노력이 요구되는 아이디어 전개 과정에서 ‘창조적 디자인 사고를 돕는 컴퓨터 시스템 개발을 위한 선행연구로, 앞으로 연구할 창조적 형태발상 시스템 구축에 이용하고자 한다.

본 연구의 목적은 OCIGS(Openware Creative Idea Generation System) 시스템 개발을 위한 첫 번째 연구 단계로 디자인 과정 중 많은 시간과 노력이 요구되는 아이디어 전개 과정에서 창조적 디자인 사고를 돕는 컴퓨터 시스템 개발로 아이디어 형태발상시스템 구축에 있다. 아이디어 창출과 아이디어 구체화 과정에서 시각적으로 컴퓨터의 지원을 받을 수 있는 시스템이 개발된다면 디자인 개발 기간을 단축시키고 노력과 비용 등을 절약할 수 있을 것이다.

1.2 연구내용 및 범위

창조적 형태발상 법으로 Non-Visual Process와 Visual Process로 기존의 형태발상 방법론이나 System들을 나누어 보았다. Non-Visual Process에는 아이디어 발상법을, Visual Process에는 기존의 형태발상 시스템에 관하여 이론적 고찰을 하였고, 이에 대한 장·단점을 파악해 앞으로 연구할 창조적 형태발상 시스템 구축에 이용하고자 한다.

또한 본 연구는 아이디어 형태발상 시스템에 관한 연구로 제품의 기본형태 이미지를 형태유형화 방법[1] (회전체, 부풀림, 흡입, 늘어 당김, 누름)을 적용하여 디자이너의 아이디어 발상 능력을 극대화 시킬 수 있는 형태발상 시스템을 구축한다.

본 연구의 적용범위는 다음과 같다.

첫째, 시스템의 형태발상은 형태유형화기법의 사용으로 제품의 특징을 극대화할 수 있는 용기(bottle)을 사례로 적용한다.

둘째, 디자인 프로세스 중 형태발상 단계의 아이디어 발상을 다룬다.

셋째, 본 연구에서는 그 범위를 디자이너의 형태 발상을 위한 시각적인 지원 시스템에 한정한다.

Fig. 1.Flowchart for research process.

Fig. 2.Basic conception for generation system.

 

2. 이론적 고찰 및 선행연구

2.1. Non-Visual Process

2.1.1. 아이디어 발상법

발상이란 아이디어 창출(idea generation), 즉 마음속의 상(想)을 외부로 드러내는 과정이다. 이것은 디자인 행위의 초기단계로써 대상의 테마 와 그 개념 구성, 즉 컨셉(개념)을 가지고 구체적 상이나 형을 얻어내는 과정이라고 할 수 있다. 아이디어는 원래 그리스어 ‘idein’가 어원이며 볼 수 있는 실체나 형상을 의미한다. 예술분야에서는 구상이라고 하고 디자인에서는 ‘발상’으로 번역된다. 따라서 ‘concept’은 어떠한 사물에 대하여 일반적으로 갖는 추상적 생각(심상)이라면 ‘idea’는 어떠한 사물에 대한 구체적인 생각(심상)이라고 할 수 있다.

그러나 이러한 아이디어는 이미지를 바탕으로 구체적이지만 모든 아이디어가 형태로 이어지는 것은 아니다. 아이디어 가운데에서도 실현성이나 논리성이 부족하여 시장에 제공할 수 있는 조건을 만족시키지 못하는 경우가 비일비재하기 때문이다. 그러므로 아이디어는 문제해결을 목적으로 창조성, 현실성, 논리성을 결합하는 형태로 나아가야 할 것이다[2].

Fig. 3.Form problem-solving process [4].

아이디어발상법은 경험법(experiencemethod), 분석법(analysis method), 요행법(serendipity method), 유추법(analogy method), 상징법(image method)으로 크게 다섯 가지로 나뉜다. 이들 분류 별 기법은 아래 Table 1과 같다[3]. 그러나 Table 1과 같은 아이디어 발상법은 개념적이고, Non-Visual 방법론에 의해 형태인식이 쉽지 않고, 개인의 조형 감각과 창의적 역량에 의존하는 형태발상에서의 구체적인 해결안을 제시될 수 없다.

Table 1.Classification of idea generation

Table 2.Comparative Analysis of the existing Form Generation System

2.2 Visual Process

본 연구자의 선행연구 형태발상시스템에는 Snow Blowing System, PDS(Proportion Distortion System), ERM(Element Reconstruction Method), SEDS(Shape Elements Distort System), CGS(Character Generation System)등 있다.

하지만 기존 대부분의 시스템들은 2D의 이미지만 표현이 가능했고, 그나마 최근에 나온 시스템에서만 제한적인 3D 표현이 가능하고, 형태발상 표현에 한계가 있다.

2.2.1 Snow balling system

아이디어를 눈사람 만드는 것과 같이 아이디어를 점점 많이 만들어 낸다는 컨셉에 의해 개발된 Snowballing System은 기본적 형태를 n * m의 공간으로 정의하고 분할된 공간 내의 부분 이미지를 변경한 후 이를 다시 조합하여 모든 경우의 수에 해당하는 이미지를 얻어낼 수 있는 시스템이다.

스노우볼링 시스템(Snowballing System)은 아이디어를 눈사람 만드는 것과 같이 아이디어를 점점 많이 만들어 낸다는 컨셉에 의해 개발되어 이미지를 몇 가지 주요요소(Feature)로 분해하여 각각의 변형(Variation)을 제작하고, 이를 다시 결합하여 새로운 형태를 탐색하는 방법이다[5].

Fig. 4.Structure of snow balling system.

장점 : 기존 Scripting을 이용한 아이디어 발상법의 스토리발상의 한계에서 벗어난 이미지 도출에 의한 사용자 Feed-back이 가능.

단점 : n*m의 Cell에 의한 공간으로 정의하고 분할된 공간 내의 부분 이미지를 무작위 조합한 것으로 제품의 요소조합의 부조화에 의한 경우의 수가 많음. 또한 제품의 기존 외곽형태(contour)만의 발상으로 모든 제품에서 사용할 수 있는 조형의 한계가 있고 색, 질감 등을 표현 할 수 없음.

2.2.2 PDS (Proportion Distortion System)

PDS란 Proportion Distort system으로 ‘비례자율 변형 시스템’이라고 한다. 이 시스템은 디자이너가 아이디어를 창출할 때 머릿속에 피상적으로 그리는 다양한 형태들 (예를 들어, 큰 눈은 귀여운 이미지를 주고 큰 입은 발랄하고 명랑한 이미지를 준다든가.. 하는) 등의 피상적인 형태들을 PDS를 통하여 구체화된 형태로 표현해준다.

따라서 디자이너가 아이디어를 창출하는데 도움을 주는 디자인 지원 시스템이라고 할 수 있다. PDS 의 형태변형의 2가지 방법 중 하나는 분류된 각 셀이 컴퓨터 연산에 의해 랜덤하게 조합하여 제시하는 형태들을 보고 디자이너가 원하는 형태를 선택하는 것이며, 다른 한 가지는 랜덤한 조합이 아닌 각 셀을 디자이너가 임의로 비례를 설정하고 변화된 형태를 바로 제시할 수 있도록 하는 것이다[6].

장점 : 다양한 Layer 활용 및 투명도가 가능하여 기존발상시스템의 한계인 다양한 Color 및 제품이미지 활용이 가능.

단점 : 심미성요소의 하나인 비례형태에만 적용한 국한된 형태로써 다른 심미성요소의 적용이 고려되어야 하며, 4th Wall이 가능한 입체적 표현의 부재로 인해 다양한 각도의 이미지발생이 불가능.

Fig. 5.PDS system for character design

2.2.3 ERM (Element Reconstruction Method)

ERM(Element Reconstruction Method)은, 요소 재구성방법으로 디자이너의 형태발상에 있어 발산적 사고를 돕기 위한 방법이다.

Fig. 6.Structure of ERM system.

ERM의 원리는 위에서 설명한 스노우볼링 시스템과 마찬가지로 제품이미지를 몇 가지 요소로 분해하는 것은 동일하나 하나의 디자인이 아닌 여러 개의 다른 디자인을 같은 기준에 의해 여러 요소를 나누고 형태 변형을 하지 않고 나누어진 형태의 모든 경우의 수를 재결합하여 새로운 조형을 창출하는 방식이다[7].

장점 : 다양한 심미적 요소의 활용 및 적용이 가능.

단점 : 제품의 형태나 비례가 맞지 않은 제품디자인은 사용이 불가능.

2.2.4 SEDS(Shape Elements Distort System)

SEDS 시스템은 변형시키고자 하는 요소가 많아 질수록 일반적 사고로는 발상하기 힘든 많은 수의 독창적인 이미지를 찾아 낼 수 있다. 기본적인 디자인 요소를 cell의 형태로 정하고, 분할된 각 cell에 부분 이미지 수가 있을 경우 cell의 조합에 의해 산출될 수 있는 결과의 수는 모든 분할된 각 cell내의 부분 이미지 수를 곱한 값으로 나온다. 이 원리를 적용하여 부분 변경으로 생성될 수 있는 최대의 이미지 조합을 추출해 볼 수 있다[8].

Fig. 7.Structure of SEDS system.

2.2.5 CGS (Character Generation System)

CGS는 캐릭터발상시스템으로 머리, 얼굴, 눈, 코, 입을 Layer화하여 비례변형을 이용 세부 요소의 표현이 가능하고, 다양하고 많은 수의 얼굴형태 발상이 가능하며, 3-Depth 지원하고, 모델의 360° View가 가능하다[9].

 

3. 실증연구

3.1 시스템 구성 원리

형태발상지원시스템은 형태산출단계에서 디자이너들의 여러 가지 개인적 제약요건에 의한 형태 발상력의 한계점을 극복하고 디자이너의 능력을 극대화시킬 수 있도록 고안된 시스템이다.

Fig. 8.Structure of CGS system.

Fig. 9.Form typology (Lathe, Bulge, Inhalation, Tweak, Press).

본 연구에서는 제품디자인에서 사용빈도가 높은 형태유형화방법 15가지(구상형태유추, 기초조형대입, 두께형성, 회전체, 경로추적, 흘림, 조합, 분할, 반복, 깍아냄, 부풀림, 흡입, 휘거나 비틀음, 늘어당김, 누름) 특성 중 본 시스템에 적용가능한 회전체, 부풀림, 흡입, 늘어당김, 누름의 형태유형화 방법을 적용하였다. 이 원리를 적용하면 생성될 수 있는 이미지조합을 무한에 가깝게 축출할 수 있다.

이는 한정된 샘플을 사용하여 다량의 조합을 만들어 낼 수 있으므로 형태, 색채 등 전체형태를 탐색하는데 사용될 수 있고 생성된 이미지를 쉽게 모든 3차원 디자인원형에 적용토록 하며 디자인프로세스 기간을 단축시킬 수 있다.

3.2 시스템 스펙

프로그램 : Unity 3D1)

코딩 프로그래밍 언어 : C#,

플랫폼 : Ms Windows (Web, IOS, Android, Wiiware 가능)

Screen Resolution : 최소 640×480, 최대 1920×1080

Graphic Quality : 최소 Fastest, 최대 Fantastic

Image Format : JPGE, PNG(Transparent 가능)

3.3 형태발상 시스템

본 시스템은 3차원 Gizmo 변화 단계인 1단계는 형태발상(Generate)추출 프로세스와 형태유형화(Sculpt-ing) 추출 프로세스로 구성되었다. 즉 Generate 와 Sculpting의 두 가지 모드로 구성되어있다.

3.3.1 Generate Mode Process 단계 UI 구성도

Generate 모드는 제품 데이터베이스의 입체결과물(제품이나 다양한 디자인 대상물)에 대한 3D 형태발상 표현이 가능하고, 형태발상 결과물에 대한 형태, 컬러, 재질의 변형이 가능하며, 형태발상 결과물의 아이디어 발상에 적합한 투명화가 가능한 PNG 및 JPEG File 저장이 가능하다.

Fig. 10.Generate mode for form generation.

3.3.2 Sculpting Mode Process 단계 UI 구성도

Sculpting 모드는 3D 형태발상 표현이 가능하고, 형태유형화방법의 늘어당김 과 누름의 원리를 적용하여 마우스를 누름에 따라 도형이 늘어나고 줄어들어 무한의 형태를 만들 수 있다. 또한 Brush의 강약조절이 가능해 디테일한 모양의 형태도 작업이 가능하며 컬러, 재질의 변형이 가능하다.

Fig. 11.Sculpting mode for form generation.

 

4. 결론 및 향후연구

디자인프로세스 중 첫 단계라 할 수 있는 아이디어의 구체화를 위한 단계에서 기존 아이디어 발상법과 형태발상 시스템으로는 창조적 아이디어를 발상하고, 다양한 아이디어발상을 하는 데는 많은 제약이 있다. 따라서 본 연구에서는 기본 도형인 구와 원기둥으로 이루어진 용기(bottle)을 형태발상 시스템의 샘플로 지정하였다. 용기 디자인 시 형태 발상을 위하여 회전체, 부풀림, 흡입, 늘어 당김, 누름의 형태유형화 방법을 형태발상 시스템에 적용하여 용기의 무한하고, 다양한 형태를 창출해 보도록 하였고, 컬러 및 재질의 변형이 가능하며 제품의 형태를 3D로 구현이 가능한 형태발상 시스템이다.

이는 디자인 개발 시 프로세스 중 아이디어 발상 또는 형태 발상 지원에 대한 한 방식으로 그 효과가 있으리라 기대된다. 형태발상의 무안한 경우의 수를 디지털로 전환함으로서 디자이너의 아이디어 발상의 한계점을 극복하고, 디자인 작업의 효율성을 기대할 수 있어 디자인 프로세스 기간을 단축시킬 수 있다.

Fig. 12.Various results through form generation.

향후연구로는 형태발상 결과들을 데이터베이스 할 수 있는 시스템을 구축하여 사용자 요구에 즉각적 반영이 가능한 디자인 평가분석 시스템 ToolKits 개발에 있다. 이 시스템은 형태발상 결과들을 평가하고, 아이디어를 구체화 할 수 있는 SNS 및 스마트디바이스 통신과 연계한 시스템이며, 디자이너, 마케터, 엔지니어 등 여러 분야의 전문가들의 아이디어 교류와 협업으로 디자인 개발을 할 수 있는 시스템이다.