Water droplet generation technique for 3D water drop sculptures

This paper presents two new techniques for solving the two problems of the water curtain: 'shape distortion' caused by gravity and 'resolution degradation' caused by fine satellite droplets around the shape. In the first method, when the user converts a three-dimensional model to a vertical sequence of slices, the slices are evenly spaced. The method is to adjust the time points at which the equi-distance slices are created by the nozzle array. In this method, even if the velocity of a water drop increases with time by gravity, the water drop slices maintain the equal interval at the moment of forming the whole shape, thereby preventing distortion. The second method is called the minimum time interval technique. The minimum time interval is the time between the open command of a nozzle and the next open command of the nozzle, so that consecutive water drops are clearly created without satellite drops. When the user converts a three-dimensional model to a sequence of slices, the slices are defined as close as possible, not evenly spaced, considering the minimum time interval of consecutive drops. The slices are arranged in short intervals in the top area of the shape, and the slices are arranged in long intervals in the bottom area of the shape. The minimum time interval is pre-determined by an experiment, and consists of the time from the open command of the nozzle to the time at which the nozzle is fully open, and the time in which the fully open state is maintained, and the time from the close command to the time at which the nozzle is fully closed. The second method produces water drop sculptures with higher resolution than does the first method.

3차원 물방울 조각 생성장치의 구현을 위한 물방울 생성기법

본 논문은 3차원 물방울 조형 생성장치로 구현된 3차원 물방울 조형을 생성할 때 위성 물방울이 생성되지 않고 형상 왜곡이 일어나지 않으면서 조형의 해상도를 최대한으로 높일 수 있는 기법을 제안한다. 3차원 물방울 생성장치는 보통 표현하고자 3차원 조형을 등 간격으로 배치된 슬라이스들의 집합으로 이산화하여 표현하고 각 슬라이스를 순서대로 읽어 각 슬라이스를 실현하는 물방울을 솔레노이드 밸브를 개폐하여 생성한다. 각 슬라이스의 해상도는 솔레노이드 노즐 매트릭스의 해상도와 같다. 본 논문에서는 위성 물방울이 생성되지 않으면서 형상의 왜곡도 생기지 않는 새로운 기법 두 가지를 제시하고자 한다. 첫째 방법은 등간격 기법이라고 하는데, 등간격으로 배치된 각 슬라이스를 생성하는 시점을 조절하여 중력에 의해 시간이 지날수록 물방울의 속도가 빨라지더라도 조형 전체가 다 형성되는 순간에 물방울 슬라이스들이 등 간격을 유지하게 하여 원래의 형상이 왜곡되는 것을 방지한다. 두 번째 방법은 최소시간 간격 기법이라고 하는데, 3차원 조형을 슬라이스로 이산화시킬 때, 슬라이스를 등 간격으로 배치하는 것이 아니라 가능한 한 촘촘하게 배치한다. 중력을 고려하여 조형 위쪽으로 갈수록 슬라이스를 더 촘촘하게 배치하고, 아래로 내려올수록 슬라이스 간의 간격이 늘어나게 배치한다. 이때 주어진 노즐의 성능 한도 내에서 최대한 촘촘하게 불균등 간격 슬라이스를 배치하고 조형이 완성되는 시점에 이 간격이 실현되게끔 노즐 개폐를 제어한다. 이 방법을 구현하기 위해 주어진 물방울 생성장치의 솔레노이드 밸브가 위성 물방울 생성 없이 인접한 두 물방울을 연달아 생성하는데 필요한 최소 시간 간격 (노즐 오픈 명령후 노즐이 완전히 오픈되는데 걸리는 시간과 완전 오픈상태를 유지하는 시간, 그리고 노즐 클로즈 명령후, 노즐이 완전히 클로즈 되는데 걸리는 시간의 합) 을 실험으로 구했다. 두 번째 방법은 첫 번째 방법에 비해 조형의 해상도가 상당히 증가하는 장점이 있다.