2024년 4월 24일

3D 모델링 기본 개념

3D 모델링 작업을 위해선 전문 소프트웨어가 필요합니다. 혹시, ‘캐드’ 라고 들어보셨을지 모르겠습니다. ‘캐드 작업을 한다. 캐드 프로그램 등등’ 캐드(CAD)는 ‘Computer Aided Design – 컴퓨터 이용 설계’의 약자로, 컴퓨터라는 저작도구를 활용하여 실제 치수 기반의 2D 설계부터 3D 설계까지의 작업을 통칭합니다. 지금은 일반적으로 3D CAD에 대해 더 많이 언급되고, 개념을 모호하게 알고 있는 분들은 3D만 생각하시지만, 사실 방안지에 콤파스와 자를 이용해 그리던 제도 작업을 컴퓨터에서 진행하면 2D CAD 작업인 것입니다.

CAD의 개념에서 가장 중요한 것은 ‘실제 치수 기반’ 입니다. 이 말은 즉, 현실 세계에서의 사물 실제 크기를 다루는 것입니다. 따라서 애니메이션이나 영화, 게임 그래픽에 해당하는 3D 모델링 작업은 CAD 작업의 범주에 놓기 어렵습니다. 이러한 유형의 작업들은 3D 모델 소스의 실제 제조를 주목적으로 하는 것이 아닌, 가상 공간에서 표현/활용하는 것을 주목적으로 하기 때문에 ‘CG – Computer Graphics’ 라고 합니다.

3D CG 작업에서 매우 용이한 3D모델링 기법이 있는데, 기본 도형을 마우스로 드래그와 클릭을 하는 것만으로 마치 손으로 찰흙을 주무르듯이 형태를 만드는 기법입니다. 이를 3D스컬팅(3D Sculpting, 조각)이라고 하며, 대표적인 3D스컬팅 소프트웨어로 많은 분들이 알고 계시는 ‘지브러쉬(ZBrush _Pixologic)’가 있습니다.

3D CAD Extensions

> 3D CAD 소프트웨어

Capture_dragon

> 3D CG 소프트웨어

3D CAD와 3D CG의 개념을 명확히 이해하면, 내가 무엇을 목적으로, 어떠한 기능들이 있는 소프트웨어를 활용해야하는지 분명해지며, 목적에 맞는 보다 정확한 작업이 가능해지는 것입니다.

그렇다면, 3D CAD와 3D CG 소프트웨어는 어떻게 구분해볼 수 있을까요? 바로 3D 모델을 표현할 때, 유기적인 조형 작업 위주인지 또는 계산된 수치를 통한 작업 위주인지로 간단히 구분해볼 수 있습니다. 물론 복합적인 기능을 포함한 소프트웨어도 있습니다.

2D 데이터의 경우에도 레스터(Raster)와 벡터(Vector) 등의 표현 방식이 있듯이 디지털 3D 모델을 표현하는 방식도 다음의 몇 가지 방식이 있습니다.

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와이어프레임(Wireframe) 방식

와이어프레임(Wireframe) 방식

 

3D와이어프레임모델

역사적으로 볼때, 3D 그래픽스가 등장한 가장 초기에 사용되던 방식입니다. 이름에서도 알 수 있듯이, Wire – 선으로만 입체를 표현하는 것으로, 현재는 주 표현 방식으로 활용되지는 않습니다. 대부분의 소프트웨어에서 부수적인 기능으로써 활용되는데, 이는 3D 모델의 내부 형태를 확인하는데 용이하고, 처리 데이터 양이 적어 빠르게 작업할 수 있기 때문입니다.

폴리곤(Polygon) 방식

폴리곤(Polygon) 방식

3D폴리곤모델

폴리곤은 기하학에서 삼각형 면을 일컫습니다. 이 면의 집합을 이용해 형상을 표현하는 것이 바로, 폴리곤 표현 방식입니다.

가장 큰 장점으로는 삼각형 모서리를 자유롭게 움직여, 작업자가 직접 디테일한 조형이 가능하다는 점입니다. 그래서 게임이나, 영화 등의 그래픽스 작업에 매우 적합하고, 널리 활용되고 있습니다. 단, 실제 치수 기반이 아니기 때문에 CAD 작업은 어렵습니다. 완벽한 직선과, 완벽한 곡선을 만들 수 없는 것이 맹점이기에 기계 부품이나 공산품 설계 등의 작업보다는 유기적인 조형을 필요로하는 작업에만 특히 유용한 것입니다.

서페이스(Surface) 방식

서페이스(Surface) 방식

3D서페이스모델

형상의 표면 정보만을 가지고 표현하는 방식으로 Nurbs(넙스)라고 하는 수학적 정보로 곡면을 정의하기 때문에 폴리곤 방식보다 더 정확한 형상을 구현할 수 있습니다. 실제 치수를 기반으로 하지만 형상의 모든 부분을 면 정보로만 정의할 수 있기 때문에 역시 기계 및 공산품 설계와 조립 체계 등을 정립하는 데는 부적합합니다.

솔리드(Solid) 방식

솔리드(Solid) 방식

3D솔리드모델

3D 모델 표현 방식 중 가장 많은 실제 데이터를 적용할 수 있는 방식입니다. 실제 치수는 물론, 두께, 부피, 내부 채움 정도나 무게, 중심축에 대한 데이터까지도 모델에 모두 포함시킬 수 있습니다. 그래서 기계 설계와 물리적인 작동 구조 및 조립 체계까지 정립하는데 매우 적합합니다.

가상공간에서 실제 물리 데이터를 적용할 수 있다는 것은 매우 획기적인 것으로, 수준 높은 소프트웨어에서는 기계 부품 상호간의 간섭 검사도 가능합니다. 이는 실제 제작 시 오류를 제작 전에 미리 최소화 시키는 것으로 시간과 비용 소요를 크게 절감할 수 있도록 도와줍니다.

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3D CG에 해당하는 표현 방식 기반 작업은 실제 치수가 모델 정보에 포함되어 있지 않기 때문에, 3D 프린팅 시 3D 프린팅 데이터 변환 프로그램인 슬라이서에서 직접 설정해주어야 합니다. 3D 프린팅 시 운용되는 소프트웨어와 그 개념에 대해서는 [B-2] 3D 프린터 사용 섹션에서 정리를 해나가겠습니다.


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