본 기사에서는 CAD 모델을 공학적 해석이나 제조공정에 사용하는데 있어 문제가 되고 있는 솔리드 모델의 결함에 관한 문제를 다루고자 한다. International TechneGroup사(ITI) 등과 같은 몇몇 회사들은 솔리드 모델의 결함을 발견하는 소프트웨어를 개발하고 있으며, XOX('zocks'라고 발음함)사는 이런 결함을 자동적으로 수정하는 프로그램을 개발하고 있다.
우리는 수많은 솔리드 모델링 소프트웨어와 그것들이 작동되는 컴퓨터 하드웨어에 관하여 많은 내용을 다루어 왔다. 그러나 사람들과의 대화와 e-mail 교환으로 우리는 많은 사람들이 아직도 솔리드 모델링이 왜 사용되어야 하는가를 그리고 언제 그들이 솔리드 모델링 방법을 선택하지 말아야 하는가를 아직도 제대로 이해하지 못하고 있다는 것을 깨달았다. 필연적으로 솔리드 모델링에 큰 투자를 한 몇몇 기업들은 아직도 그들이 돌려 받아야 할 투자효과를 못받고 있다. 다른 몇몇 기업들은 아직 실제적으로 응용되지 못하는 부문이나 비용/효과측면에서 효율성이 검증되지 못한 부문에 솔리드 모델링을 적용하는 우를 범하고 있다. 그래서 우리는 이번 글에서 솔리드 모델링 전반에 관해서 살펴보고 기업들이 솔리드 모델링 전반에 관해서 살펴보고 기업들이 솔리드 모델리에 실망하게 되는 이유들에 과해서 토의하며, 아직은 잠재적 능력을 솔리드 모델링에 모두 구현하고 있지는 않지만 앞으로 해야 할 CAD소프트웨어의 기술적 진보의 개요에 대해서 알아보고자 한다.
지금까지 3차원 솔리드 모델링은 최소한 유닉스 운영체계를 사용하는 워크스테이션에서나 가능한 것으로 여겨져 왔으나 최근 pc에서 사용할 수 있는 다양한 기능의 솔리드 모델러가 개발되어 올 년말쯤 발표될 예정으로 있어 많은 관심을 모으고 있다. 다음 내용은 95년 CAD Report지에 연재된 그와 같은 소프트웨어에 대한 소식을 발췌한 것이다.
본 논문은 인터넷 웹 상에서 협동작업으로 이루어지는 CAD시스템의 3차원 솔리드 모델러를 보여준다. 협동CAD시스템의 클라이언트는 자바 애플릿을 통해 웹 상에서 접근하고 솔리드 모델러 서버는 접속을 통제하는 접속관리자, 작업 그룹의 동기화를 유지하며 공유작업공간을 확보하는 작업관리자, 그리고 3차원 도형 객체를 생성하고 변형시키는 솔리드 모델러로 이루어져 있다. 솔리드 모델러의 시스템 라이브러리는 워크스페이스 클래스, 뷰 클래스, 평행투영 뷰 클래스, 원근투영 뷰 클래스, 솔리드 클래스 등으로 되어 있다. 기본도형을 생성하여 이동, 회전, 확대·축소하고, 다른 툴을 이용하여 제작한 오브젝트를 불러올 수 있다. 트리 형태의 장면그래프를 사용하므로 전체 구조를 쉽게 알 수 있고, 부분적 결합이 가능하며 오브젝트의 선택이나 조작에 있어서 하위계층을 쉽게 제어할 수 있다. Java 3D를 이용하여 개발함으로 써 많은 그래픽 라이브러리들의 특징을 편리하게 이용할 수 있으며, 다른 라이브러리에서 사용하지 않는 뷰, 렌더렁, 애니메이션 등과 같은 새로운 기술들을 포함시킬 수 있다.
본 논문은 교량의 안전진단을 위한 각 부재의 명명체계에 따라 직선형 교량모델의 각 부재에 대한 솔리드 객체의 고유번호를 일괄적으로 부여하기 위한 방법론을 제시한다. 개발된 방법론은 크게 3 단계의 프로세스로 이루어진다. 먼저, 부재의 종류별로 구분된 레이어로부터 각 부재에 대한 솔리드 객체의 도심을 추출하고, 이를 시점과 종점으로 이루어진 교축방향을 축으로 한 국부좌표계에 대해 변환한다. 이후 교축방향으로 정렬되는 객체를 식별하여 그룹핑하고 이를 교축 및 교축의 직각방향으로 순서로 정렬한다. 마지막으로 각 그룹 내 세그먼트들을 교축방향으로 정렬한다. 개발된 방법론에 따른 시범 응용모듈을 개발하였으며, 트러스 구조와 서로 다른 모델 좌표계를 가진 시범 교량모델을 대상으로 추출된 그룹의 개수와 각 객체의 명칭을 원래의 모델과 비교하여 그 적용성을 검토하였다.
이 논문에서는 CATIA, PRO-E 등의 CAD에서 3D 모델을 생성할 때 사용하는 파라메트릭 솔리드 모델링 기법에서 일반적으로 사용하는 방법보다 모델링 데이터의 용량을 크게 줄일 수 있는 방법에 대하여 고찰한다. 3D 파라메트릭 솔리드 모델링 기법은 기본적인 상세 솔리드들을 생성하여 부울(Boolean) 연산으로 이들을 조합하여 복잡한 형상(geometric object)을 만드는데 이 과정에서 많은 부울 연산이 수행된다. 그런데 각각의 상세 솔리드들의 크기가 필요 이상으로 크게 만들어 짐으로써 생성된 모델의 데이터 용량이 방대하게 되고 생성시간에도 영향을 미친다. 여기에서는 실무 경험을 바탕으로 처음에 생성된 상세 솔리드의 불필요한 부분을 제거하여 부울 연산에 알맞은 크기로 변경하여 모델링 데이터의 용량을 줄이는 방법을 제안한다.
본 논문에서는 플랫폼에 구애받지 않으며, 특정한 3차원 그래픽스 소프트웨어 없이 웹 상에서 솔리드 모델을 설계할 수 있는 꾑 기반 3차원 솔리드 모델러를 설계하였다. Java 3D를 이용하여 개발하기 위한 시스템 라이브러리의 설계 결과와 구현방법을 제시하였다. 클라이언트는 솔리드 모델러 서버에 접속하여 설계를 한 후 원하는 파일 형태로 저장할 수 있으며, 다른 CAD 시스템에서 기존에 설계된 데이터를 볼 수 있도록 하며, 렌더링 및 애니메이션과 같은 3차원 그래픽스 기능이 가능함으로써 정확한 설계를 지원하도록 한다.
윈도우 95 운영체제하에서 기계설계에서의 솔리드 모델링을 가능하게 하는 SolidWorks 95라고 불리는 완전히 새로운 소프트웨어가 판매중이다. SolidWorks는 변수설계에 기초한 솔리드 모델링이며 drag-and-drop 기법을 이용하여 임의의 솔리드에 원하는 기능을 부여할 수 있게 하였다. 또 이 소프트웨어는 draft angles, thin-wall shells, variable radius fillets, lofts, sweeps, chamfers, revolved surface 등을 제공하고 있다. 이 소프트웨어에만 있는 기능은 다음과 같다. 파트의 실시간 리쉐이핑, 기능구성용 마법사, 그리고 형상 히스토리 등이다. 형상 히스토리는 개개의 모델에 대한 기능과 서로간의 관계를 수록하며 이를 통해 사용자가 원하는 기능을 빨리 선택하게 할 뿐 아니라, drag-and-drop을 통하여 언제라도 다른 영역에 그 기능을 부여할 수 있게 한다.
지금까지 솔리드의 인식이나 복원 문제는 단면이나 삼면도에서의 다면체에 관한 것들이 대부분이다. 본 연구에서는 2면도로 표현된 도면을 이용하여 3차윈 솔리드 모델로 자동 복원하는 알고리즘의 제안으로, 주어진 2면도를 해석하고 이 2면도를 만족하면서 물체의 구성 조건에 모순되지 않는 입체 모델을 생성하는 방법에 관해서 논한다. 본 논문의 특징은, 첫째 두 면도간의 정합성을 고려하는 규칙(rule)을 도입하여 후보면의 수를 줄이고, 둘째, 면의 combinatorial search과정에서 면의 결정 규칙을 도입하여 탐색 후보면을 솔리드 생성에 사용되는 면과 사용하지 않는 허물체 요소로 미리 구분하는 과정을 통해 탐색 공간의 축소와 탐색 시간의 효율화를 이루는 것이다. 실험을 통하여 이 방법에 대한 유효성과 타당성을 확인한다.
B-rep 기반의 솔리드 복원 기법은 비교적 복잡한 물체의 경우에도 복원이 잘 되지만, 후보면의 수가 증가함에 따라 탐색 공간 및 시간이 기하급수적으로 늘어나는 단점이 있다. 빈번한 조합 탐색과 복잡한 기하 연산으로 인해 도면이 복잡해질수록 복원 효율성이 떨어지고, 모호성이 발생하는 문제가 있다. 그러나, 이차 곡면을 포함하는 복잡한 물체에 대해서도 복원이 가능하므로 복원 대상 범위가 넓다고 할 수 있다. CSG 기반의 솔리드 복원 기법은 세 투영면에서 돌출 시킨 각각의 솔리드를 서로 교차시켜서 3차원 물체를 복원하는 방법으로, 복잡한 조합 탐색이나 기하 연산 작업을 하지 않게 때문에 비교적 효율적인 복원이 가능하다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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