KR101527343B1 - 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

다양한 형상 및 결합부를 가지며 상호 결합하는 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법 및 장치가 개시된다. 3차원 모델 형상 모델링 방법은 3차원 모델의 형상을 획득하는 단계, 가로, 세로, 및 높이가 같은 단위 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 근사화하는 단계, 가용 브릭들의 형상에 대한 정보 및 가용 브릭들이 가지는 돌출부에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스로부터 가용 브릭들에 대한 정보를 수신하는 단계, 및 단위 브릭의 크기 및 조합에 사용될 가용 브릭의 최소 크기 중 적어도 하나를 포함하는 조합 인자를 고려하여 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하는 단계를 포함한다. 특히, 3차원 모델의 형상을 획득하는 단계는, 3D 스캐너를 사용하여 3차원 모델의 외곽선을 추출하여 형상을 획득한다. 본 발명에 의하여, 사용자는 미리 자신이 원하는 3차원 모델을 구현하기 위해 필요한 브릭들의 종류 및 형상을 알 수 있다. 그러므로, 여러 조합 중에서 자신이 원하는 조합을 자유롭게 선택하여 빠른 시간 내에 3차원 모델을 구현할 수 있다.

Description

가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법 및 장치{Method and apparatus of modeling shape of 3D model using available bricks}

본 발명은 3차원 모형 모델로부터 그 모형에 대응하는 브릭(Brick)의 조합을 찾는 기술에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 실물 모양의 3차원 모형 모델을 브릭으로 조합하여 모델링하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

기술의 발달에 힘입어, 다양한 형상의 3차원 모델을 2차원적으로 모델링하는 것을 넘어서, 3차원 모델의 형상 그 자체를 3차원으로 모델링하기 위한 다양한 기술들이 개발된다.

이러한 모델링 기법은 건축 현장에 적용되어 설계 비용 및 건축 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 주어진 비용으로 가장 최적화되며 구조적으로 안정된 여러 결과물들을 직접 컴퓨터 상에서 구현해 봄으로써, 종래에 불가능했던 수많은 시물레이션을 가능하게 한다. 또한, 3차원 모델링 기법이 산업 현장에 적용되면, 다양한 형상의 제품을 실제 금형을 제작하지 않고서도 직접 구현해 볼 수 있으며, 직관적으로 사용자에게 이해될 수 있도록 용이하게 결과물을 보여줄 수 있다. 그러므로, 제작자는 제품 설계 시에 어떠한 형상이 가장 사용자에게 어필할 것인지를 사전 조사함으로써 개발 비용을 최소화하는 것은 물론, 제품의 시장적응성을 높일 수 있다.

그런데, 3D 모델링 결과가 컴퓨터 상에서만 구현된다면 그 가치는 제한된다. 아무리 3D 결과가 모니터에 구현되더라도 그 결과는 실제 3D 모델과 같을 수는 없으며, 실제로 구현되었을 경우 관찰자에게 주는 심상 역시 동일할 수 없다. 그러므로, 컴퓨터 상에서 3D 모델링한 결과물을 실제 제품으로 구현하는 것이 필요하다.

3D 모델링 결과를 실제 결과물로 제작하는 과정에서 가장 저렴하게 사용될 수 있는 방법은 3D 모델링 결과를 동일한 크기의 그리드로 분할하고, 분할된 그리드 각각을 단위 브릭으로 대체하는 것이다. 그런데, 단순히 쌓아놓는 것으로는 결과물의 구조적 안정성이 보장되지 않으므로, 단위 브릭들을 서로 결합시켜서 구현하는 것이 필요하다. 예를 들어, 레고사의 브릭과 같은 단위 브릭들을 사용하여 다양한 결과물을 직접 구현해볼 수 있다. 레고는 1934년에 나무로 만든 브릭에 처음 붙여진 이름으로써 덴마크어 '레그 고트(leg godt)'를 줄인 말로 '잘 논다(play well)'는 뜻을 가진다. 처음에 완구 개념으로 시장에 소개된 레고는 현재 실제 자동차를 조립하고 그 자동차가 실제로 운행하는 정도에까지 이름으로써 그 적용 분야가 현저하게 다양화되고 있다.

그런데, 이와 같이 단위 브릭들을 이용하여 3차원 모델을 구현하려고 할 때, 어떤 브릭을 몇 개 사용해야 구현할 수 있는지 알기는 매우 어렵다. 종래에 레고 브릭을 이용한 시뮬레이션 프로그램들이 소개되고 있으며 그 중 대표적인 것으로는 LEGO Digital Designer를 들 수 있다. 이 프로그램을 실행시키고 새로운 작업을 생성하면 화면 중앙에 조립 작업을 할 수 있는 3차원 공간이 생기고, 조작 도구로서 브릭 선택 팔래트, 회전/선택/색상 팔래트 등이 생긴다. 그러면, 사용자는 브릭 선택 팔래트에서 조립하고자 하는 브릭을 선택하고 필요에 따라 회전/선택/색상 팔래트를 사용하여 선택된 브릭을 조작한 뒤, 중앙 작업 화면에 브릭들을 하나씩 조립해 나간다.

그러나, 이러한 프로그램들은 단순히 가상 공간에서 사용자가 선택한 레고 브릭을 사용자가 선택한 위치에 배치하여 그 결과를 미리 보여주는 역할만을 담당한다. 따라서, 어떠한 형상을 레고 브릭으로 구현하기 위해 필요한 레고의 개수 등의 정보를 제공하지는 못한다. 사용자는 자신이 구현하려는 3차원 모델에 필요한 레고 브릭들을 정확히 알 수 없기 때문에, 불필요한 브릭까지 여유 있게 구입하여 사용해야 하는 단점이 있다. 이러한 문제점은, 단순한 소형 완구가 아니라 대형 3차원 모델을 구현하려고 할 때 극대화된다. 사용자는 도대체 자신이 몇 개의 브릭을 가지고 있어야 원하는 모델링을 수행할 수 있는지 도저히 알 수가 없다.

그러므로, 사용자가 브릭들을 사용하여 모델링하려는 3차원 모델을 구현하는 데에 필요한 브릭들의 종류 및 개수를 사전에 알 수 있는 기술이 절실히 요구된다.

본 발명의 목적은 브릭들을 사용하여 3차원 모델을 직접 모델링함으로써, 원하는 3차원 모델을 구현하기 위해 필요한 브릭들의 종류 및 개수를 정확하게 예측할 수 있는 3차원 모델 형상 모델링 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 같은 3차원 모델을 모델링하기 위한 브릭들의 다양한 조합을 예측하고, 그 중에서 가장 견고한 구성을 갖는 조합을 선택함으로써 사용자가 원하는 3차원 모델을 가장 견고한 방법으로 조합할 수 있도록 하는 3차원 모델 형상 모델링 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 다양한 형상 및 결합부를 가지며 상호 결합하는 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 3차원 모델 형상 모델링 방법은 3차원 모델의 형상을 획득하는 단계, 가로, 세로, 및 높이가 같은 단위 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 근사화하는 단계, 가용 브릭들의 형상에 대한 정보 및 가용 브릭들이 가지는 돌출부에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스로부터 가용 브릭들에 대한 정보를 수신하는 단계, 및 단위 브릭의 크기 및 조합에 사용될 가용 브릭의 최소 크기 중 적어도 하나를 포함하는 조합 인자를 고려하여 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하는 단계를 포함한다. 특히, 3차원 모델의 형상을 획득하는 단계는, 3D 스캐너를 사용하여 3차원 모델의 외곽선을 추출하여 형상을 획득한다. 또한, 조합 인자는 제거 인자를 포함하고, 3차원 모델의 형상을 근사화하는 단계는, 단위 브릭들로 구성되며, 그 내부에 3차원 모델이 포함되는 3차원 그리드를 생성하는 단계, 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들이 3차원 모델과 중첩되는 체적을 계산하는 단계, 및 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들 중 계산된 체적이 제거 인자보다 적은 단위 브릭들을 3차원 그리드로부터 제거하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 데이터베이스는, 가용 브릭들 각각의 형상, 가로 길이, 높이, 및 세로 길이, 및 가용 브릭들 각각이 가지는 결합부의 개수, 위치, 및 크기에 대한 정보를 저장한다. 더 나아가, 조합 인자를 고려하여 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하는 단계는, 조합에 사용될 가용 브릭들의 크기인 조합 크기를 결정하는 단계, 조합 크기를 고려하여 단위 브릭들 중 대체가능한 단위 브릭들을 결정하는 단계, 결정된 단위 브릭들을 대체할 수 있는 가용 브릭을 데이터베이스에서 검색하는 단계, 검색된 가용 브릭을 사용하여 결정된 단위 브릭들을 대체하는 단계, 및 대체가능한 단위 브릭이 존재하지 않을 때까지 단계들을 반복하는 단계를 포함한다. 특히, 조합 크기를 결정하는 단계는, 조합 크기를 점점 커지도록 결정한다. 또한, 그룹화된 가용 브릭들을 대체할 수 있는 가용 브릭들을 데이터베이스에서 검색하는 단계는, 결합부의 개수를 더 많이 가지는 가용 브릭을 데이터베이스에서 우선적으로 검색한다. 더 나아가, 본 발명에 의한 3차원 모델 형상 모델링 방법은 대체된 가용 브릭들 상호간의 위치 관계 및 결합 관계를 비순환 방향성 그래프를 생성하여 저장하는 단계를 더 포함한다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면은, 다양한 형상 및 결합부를 가지며 상호 결합하는 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 3차원 모델 형상 모델링 장치는 가로, 세로, 및 높이가 같은 단위 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 근사화하는 3차원 모델 근사화부, 가용 브릭들의 형상에 대한 정보 및 가용 브릭들이 가지는 돌출부에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스, 및 단위 브릭의 크기 및 조합에 사용될 가용 브릭의 최소 크기 중 적어도 하나를 포함하는 조합 인자를 고려하여 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하는 브릭 조합부를 포함한다. 특히, 본 발명에 의한 장치는 3차원 모델의 외곽선을 추출하여 형상을 획득하는 3D 스캐너를 더 포함한다. 또한, 조합 인자는 제거 인자를 포함하고, 3차원 모델 근사화부는, 단위 브릭들로 구성되며, 그 내부에 3차원 모델이 포함되는 3차원 그리드를 생성하는 3차원 그리드 생성부, 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들이 3차원 모델과 중첩되는 체적을 계산하는 중첩 체적 계산부, 및 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들 중 계산된 체적이 제거 인자보다 적은 단위 브릭들을 3차원 그리드로부터 제거하는 배경 제거부를 포함한다. 바람직하게는, 데이터베이스는, 가용 브릭들 각각의 형상, 가로 길이, 높이, 및 세로 길이, 및 가용 브릭들 각각이 가지는 결합부의 개수, 위치, 및 크기에 대한 정보를 저장한다. 더 나아가, 브릭 조합부는, 조합에 사용될 가용 브릭들의 크기인 조합 크기를 결정하고, 조합 크기를 고려하여 단위 브릭들 중 대체가능한 단위 브릭들을 결정하는 단위 브릭 그룹화부, 및 결정된 단위 브릭들을 대체할 수 있는 가용 브릭을 데이터베이스에서 검색하고, 검색된 가용 브릭을 사용하여 결정된 단위 브릭들을 대체하는 가용 브릭 대체부를 포함하며, 브릭 조합부는 대체가능한 단위 브릭들이 존재하지 않을 때까지 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체한다. 또한, 단위 브릭 그룹화부는, 조합 크기를 점점 커지도록 결정하고, 가용 브릭 대체부는, 결합부의 개수를 더 많이 가지는 가용 브릭을 데이터베이스에서 우선적으로 검색한다. 더 나아가, 본 발명에 의한 3차원 모델 형상 모델링 장치는 대체된 가용 브릭들 상호간의 위치 관계 및 결합 관계를 비순환 방향성 그래프를 생성하는 그래프 생성부를 더 포함한다.

본 발명에 의하여, 사용자는 미리 자신이 원하는 3차원 모델을 구현하기 위해 필요한 브릭들의 종류 및 형상을 알 수 있다. 그러므로, 사용자는 오랜 시간 시행착오를 겪어야 하는 불편함에서 해방되는 것은 물론, 여러 조합 중에서 자신이 원하는 조합을 자유롭게 선택하여 빠른 시간 내에 3차원 모델을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 사용자는 원하는 3차원 모델을 구현할 수 있는 여러 가지 조합 방법들 중에서 가장 견고한 구성을 갖는 조합을 선택할 수 있으므로, 최종 결과물의 내구성이 증대된다.

도 1 은 본 발명의 일면에 의한 3차원 모델 형상 모델링 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2 는 도 1 의 3차원 모델 형상 모델링 방법에서 3차원 모델의 형상을 모델링하기 위하여 구현한 3차원 그리드를 도시하는 도면이다.
도 3 은 도 1 의 3차원 모델 형상 모델링 방법에서 3차원 모델의 형상을 근사화하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 4 는 도 1 의 3차원 모델 형상 모델링 방법에서 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 5 는 본 발명에서 이용되는, 가용 브릭들에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스의 일 예를 예시하는 도면이다.
도 6 은 본 발명에서 브릭들 간의 상호 관계를 설명하는 그래프를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d 는 본 발명에서 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하는 과정을 설명하는 도면들이다.
도 8 은 본 발명의 다른 면에 의한 3차원 모델 형상 모델링 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일면에 의한 3차원 모델 형상 모델링 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 1 을 참조하면, 우선 구현하고자 하는 3차원 모델의 형상을 획득한다(S110). 3차원 모델의 형상은 3D 스캐너를 사용하여 획득할 수 있다. 3D 스캐너는 사물이나 특정 제품 등의 외곽선의 좌표값을 추출하여, 넙스 또는 폴리곤, 패치 형식으로 데이터를 얻을 때 사용하는 스캐너를 말한다. 3D 스캐너는 컴퓨터에 3D모형을 재현하는 외곽선들을 만드는 물리적 모형의 표면을 따라 스캔하여 외곽선을 산출한다. 3차원 모델의 형상이 획득되면, 모델링된 3차원 모델의 형상을 단위 브릭들을 사용하여 근사화한다(S130). 본 명세서에서 단위 브릭이란 가로, 세로, 및 높이가 같은 브릭을 의미하며, 획득된 3차원 모델의 형상을 가장 쉽게 근사화하기 위하여 이용되는 브릭이다. 3차원 모델의 형상을 근사화하는 방법은 도 3 을 이용하여 상세히 후술된다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 중복된 설명이 생략된다.

도 2 는 도 1 의 3차원 모델 형상 모델링 방법에서 3차원 모델의 형상을 모델링하기 위하여 구현한 3차원 그리드를 도시하는 도면이다.

도 2 에서는 모델링하려고 하는 3차원 모델이 평면 모니터인 경우를 예시한다. 도 2 의 (a)는 3차원 모델의 형상을 근사화하기 위하여 3차원 모델을 단위 격자들로 구획함으로써 형성된 3차원 그리드를 예시한다. 즉, 단위 격자들의 가로, 세로, 및 높이는 모두 같으며, 단위 격자 하나가 본 발명에서 이용되는 단위 브릭에 대응한다.

도 2 의 (b)를 보면, 3차원 모델과 3차원 그리드가 완전히 중첩되지 않는 그리드가 있는 것을 알 수 있다. 이러한 그리드를 제거할지 남겨둘지 여부에 따라 근사화된 결과물의 정밀도가 달라진다. 이와 같이 일부만이 중첩되는 그리드를 어떻게 처리할지에 대해서는 도 3 을 이용하여 상세히 후술된다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 중복된 설명이 생략된다.

다시 도 1 로 돌아가면, 3차원 모델의 형상이 근사화되면, 각각의 그리드가 단위 브릭으로 대체된다. 그러면, 그 결과물은 단위 브릭들이 단순히 쌓여있는 형태가 될 것이다. 그러면, 이러한 단위 브릭들을 어떤 가용 브릭으로 대체할 수 있는지 판단하여야 한다.

사용가능한 가용 브릭을 결정하기 위해서, 본 발명에 의한 3차원 모델 형상 모델링 방법에서는 가용 브릭들의 형상에 대한 정보 및 가용 브릭들이 가지는 돌출부에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스로부터 가용 브릭들에 대한 정보를 수신한다(S150). 데이터베이스에 대해서는 도 5 를 사용하여 상세히 후술된다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 중복된 설명이 생략된다.

가용 브릭들이 결정되면, 조합 인자를 고려하여 단위 브릭들을 결정된 가용 브릭들로 대체한다(S170). 본 발명에서 조합 인자란 3차원 모델을 모델링하기 위한 여러 변수들을 총칭하는 개념이다. 조합 인자의 예를 들면 다음과 같은 것들이 포함된다.

1) 단위브릭의 크기

단위 브릭의 단위 크기에 해당한다. 전술된 바와 같이, 단위 브릭의 가로, 세로, 및 높이는 서로 동일하다(W=H=D). 이 값이 작을수록 더 정밀하게 실물 브릭과 매핑 시킬 수 있으나, 매핑 시키는 속도는 느려진다.

2) 제거 인자

제거 인자는, 3차원 모델의 일부에만 중첩되는 단위 브릭들을 근사화된 결과에서 제거할 것인지 남겨둘 것인지를 결정하는 기준이 된다. 제거 인자 변수의 값이 0.6이면, 단위 브릭과 실물 모형이 60% 이상 겹치면 해당 단위 브릭은 제거하지 않고 남겨두게 된다. 따라서, 제거 인자는 실물 모형의 외곽 경계선에 겹쳐지는 단위 브릭을 결정하는데 사용된다. 제거 인자가 작을수록 3차원 모델과 일부만 중첩되는 단위 브릭들도 근사화된 결과에 포함된다. 반면에, 제거 인자가 클수록 적게 중첩되는 단위 브릭들은 제거된다.

3) 단위 브릭 최소 조합 수

단위 브릭들을 조합하여 가용 브릭들로 대체시킬때, 최소 몇 개의 단위 브릭을 묶을 것인가를 결정하는 값이다. 예를 들어, N=3이면 단위 브릭 3개씩 묶어 가용 브릭으로 대체하게 된다.

4) 단위 브릭 그룹화 방향

여러 개의 단위 브릭들 중 어떤 단위 브릭들을 먼저 그룹화할 것인지를 나타낸다. 단위 브릭 그룹화 방향에 대해서는 도 7a 내지 도 7d를 사용하여 상세히 후술된다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 중복된 설명이 생략된다.

단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하면, 대체된 가용 브릭들 상호간의 위치 관계 및 결합 관계를 비순환 방향성 그래프를 생성하여 저장한다(S190). 비순환 방향성 그래프에 대해서는 도 6 을 이용하여 상세히 후술된다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 중복된 설명이 생략된다.

이와 같이, 본 발명에서는 3차원 모형 모델을 가상의 단위 브릭을 사용하여 모델링한 후, 가상의 단위 브릭들로 구성된 모형에서 조합 가능한 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체한다. 그러므로, 사용자는 원하는 3차원 모델을 가용 브릭들을 사용하여 손쉽게 구현해볼 수 있을 뿐만 아니라, 해당 모델링에 필요한 가용 브릭들의 종류 및 개수를 정확히 알 수 있다.

도 3 은 도 1 의 3차원 모델 형상 모델링 방법에서 3차원 모델의 형상을 근사화하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

도 3 에서, 우선 원하는 3차원 모델보다 큰 3차원 그리드를 생성한다(S310). 본 발명에서 3차원 그리드란 단위 브릭들로 구성되며, 그 내부에 3차원 모델이 포함되는 그리드를 의미한다.

3차원 그리드가 생성되면, 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들 각각이 3차원 모델과 중첩되는 체적을 계산한다(S330). 도 2에서 전술된 바와 같이, 3차원 그리드를 구성하는 각각의 단위 그리드가 본 발명의 단위 브릭에 대응한다. 그리고, 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들에는 세 가지가 존재한다.

1) 완전 포함 단위 브릭

단위 브릭들 중 그 체적 전부가 3차원 모델과 중첩되는 브릭을 의미한다. 이 브릭은 모델링된 결과에 포함된다.

2) 부분 포함 단위 브릭

단위 브릭의 체적 중 일부가 3차원 모델과 중첩되는 브릭을 의미한다. 이 브릭은 조합 인자, 특히 전술된 제거 인자에 따라서 모델링된 결과에 포함될 수도 있고 제거될 수도 있다

3) 미포함 단위 브릭

단위 브릭들 중 3차원 모델과 중첩되지 않는 브릭을 의미한다. 이 브릭은 모델링된 결과로부터 제거된다.

완전 포함 단위 브릭과 미포함 단위 브릭은 용이하게 처리되지만, 부분 포함 단위 브릭들은 추가적인 처리를 거친다. 즉, 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들 중 계산된 체적이 제거 인자보다 작은지 여부를 판단하여(S350), 중첩되는 체적이 제거 인자보다 더 작다면 해당 단위 브릭들만을 3차원 그리드로부터 제거한다(S370). 만일 중첩되는 체적이 제거 인자보다 크다면 해당 단위 브릭들은 3차원 그리드로부터 제거되지 않고 잔류하여 모델링된 결과물에 포함된다.

이러한 과정을 3차원 그리드를 구성하는 모든 단위 브릭들에 대하여 수행한다(S390).

도 4 는 도 1 의 3차원 모델 형상 모델링 방법에서 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

우선, 조합에 사용될 가용 브릭들의 크기인 조합 크기를 결정한다(S410). 여기서 조합 크기는 전술된 조합 인자에 포함되는 단위 브릭 최소 조합 수와는 상이하다. 즉, 본 발명에서는 적은 개수의 단위 브릭들을 하나의 가용 브릭으로 대체했다가, 점점 더 큰 개수의 단위 브릭들을 하나의 가용 브릭으로 대체하는 방식으로 동작한다. 이 경우, 이미 대체된 가용 브릭들도 두 개 이상이 결합하여 새로운 가용 브릭으로 대체될 수 있다. 따라서, 단위 브릭 최소 조합수는 맨 처음 대체 단계를 수행하는 기준이 되는 값인 반면에, 조합 크기란 단위 브릭 최소 조합수로부터 점점 증가하는 값이다. 조합 크기가 커짐에 따라, 이전 조합 크기에서 대체된 가용 브릭들이 새로운 조합 크기에서는 다시 단위 브릭들로서 동작하여 더 큰 가용 브릭으로 대체될 수도 있다.

조합 크기가 결정되면, 결정된 조합 크기를 고려하여 단위 브릭들 중 대체가능한 단위 브릭들을 결정하여 이들을 그룹화한다(S420). 그러면, 결정되어 그룹화된 단위 브릭들을 대체할 수 있는 가용 브릭을 데이터베이스에서 검색한다(S430).

만일, 대체가능한 가용 브릭이 데이터베이스에 존재한다면(S440의 "예"), 검색된 가용 브릭을 사용하여 그룹화된 단위 브릭들을 대체한다(S450). 반면에, 대체가능한 가용 브릭이 데이터베이스에 존재하지 않는다면(S440의 "아니오"), 그룹화된 단위 브릭들을 대체할 가용 브릭이 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 그러므로, 해당 단위 브릭들을 대체하는 것을 생략한다.

이러한 과정은 남아있는 단위 브릭들이 존재하지 않을 때까지 계속된다(S460). 만일, 남아있는 단위 브릭들이 존재한다면, 이제 조합 크기를 증가시키고(S470), 더 큰 브릭들을 새로운 가용 브릭으로 대체한다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 3차원 모델 형상 모델링 방법에서는 조합 크기를 증가시켜 가면서 브릭들을 대체하기 때문에, 크기가 작은 가용 브릭들부터 크기가 큰 가용 브릭들까지 모두 사용하여 3차원 모델을 구현할 수 있다.

도 5 는 본 발명에서 이용되는, 가용 브릭들에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스의 일 예를 예시하는 도면이다.

도 5 의 (a)는 브릭명, 브릭의 크기(W, H, D), 결합부 개수(Nc), 결합부 크기(Ncs), 가로 방향 결합부 수(M), 및 세로 방향 결합부 수(N)를 항목으로 가지는 데이터베이스를 예시한다. 도 5 의 (b)에 이러한 항목들이 예시된다. 도 5의 (b)에서, Ncs는 결합부의 상대적인 크기를 나타내는 값이다. Ncs 값이 커질수록 결합부의 크기가 커진다. 결합부는 서로 암수 상태로 맞춤되는 구성을 가질 수 있으며, 일반적으로 브릭의 반대면에 대응하는 결합부가 존재한다. 예를 들어, 도 5 의 (b)에 예시된 브릭에서 돌출부인 결합부는 브릭의 상단에 존재한다. 그러므로, 이에 대응하는 함몰부인 결합부는 브릭의 하단에 존재한다.

도 5 에 예시된 데이터베이스는 육면체 형상의 브릭에 대해서만 기술하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 본 발명에서는 육면체가 아닌 임의의 다양한 형상을 가지는 브릭들도 역시 사용될 수 있음은 물론이다. 그러므로, 도 5 에 예시된 데이터베이스는 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다.

도 6 은 본 발명에서 브릭들 간의 상호 관계를 설명하는 그래프를 나타내는 도면이다.

도 6 에 도시된 그래프 G는 각각의 브릭들을 하나의 노드로서 간략히 표시한다. 그래프 G에서 같은 경로(path)에 놓인 노드들은 부모와 자식관계를 가진다. 예를 들어, A-B-D 경로의 노드들 중 A는 B의 부모이며, B는 D의 부모가 된다. 부모 자신 관계를 고려하면 노드들 간의 위치 관계를 파악할 수 있다. 예를 들어, A는 B의 위에 위치하며, B는 D의 위쪽에 위치함을 알 수 있다.

그래프 G에서 다른 경로에 놓인 노드들은 형제 관계를 가진다. 예들 들어, {A-B-D} 경로의 노드들과 {C-E} 경로의 노드들은 형제 관계의 노드들이며, 경로의 깊이(depth)에 따라 레벨을 부여할 수 있다. 예를 들어, A와 C는 서로 다른 경로의 노드들이며 Head(또는 루트)로부터 1단계에 놓인(레벨이 1인) 노드들이다. 따라서 A와 C는 다른 경로이나 같은 레벨의 노드라고 말할 수 있다. 노드의 형제 관계에서는 좌/우 위상을 표현한다. 예를 들어, A와 C의 예에서 A는 C의 왼쪽에 위치됨을 알 수 있다. 이와 같이, 도 6 (b)에 도시된 그래프를 통해 각 노드들의 상하 좌우 관계를 알 수 있다. 또한, 각 노드에 대응하는 단위 브릭(또는 실제 브릭)의 정확한 위치는 이러한 상하 좌우 관계와 함께 대응하는 브릭들의 크기를 고려하여 얻을 수 있다.

도 7a 내지 도 7d 는 본 발명에서 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체하는 과정을 설명하는 도면들이다.

도 7a 에서, 단위 브릭을 두 개(N=2)씩 조합한다고 가정한다. 즉, 조합 크기가 2 이다. 이 경우 조합 가능한 브릭들은 근사화된 3차원 모델의 어느 방향에서든 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 7a 에서는 단위 브릭 그룹화 방향이 좌부터 우로, 그리고 위로부터 아래의 방향으로 선택되었다는 것을 가정한다. 이러한 가정은 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 다양한 그룹화 방법이 가능한 것은 물론이다.

이러한 단위 브릭 그룹화 방향을 고려하면, 최초 브릭 A 는 조합 크기에 미달하므로 스킵된다. 그리고 아래로 한 방향 내려와서 조합 크기를 만족하는 단위 브릭들이 존재하는지 판단한다. 도 7a 의 (a)에서, 브릭들 B 및 C 가 이러한 조건을 만족하기 때문에 이들을 그룹화한다. 그리고, 그룹화된 브릭들(B, C)을 대체할 수 있는 가용 브릭을 데이터베이스에서 검색한다. 이 때, 가용 브릭의 크기 뿐만 아니라, 다른 브릭과의 결합 가능 여부(결합부의 개수 및 크기)도 고려하여야 한다. 도 7a 에서는, 그룹화된 단위 브릭들(B, C)이 가로 2, 높이 1, 깊이 1인 형상을 가지며 상단에 2개의 돌출부를 가지면 대체 가능하다고 판단된다. 그러므로, 이러한 조건을 만족하는 Br3이 가용 브릭으로서 선택된다.

도 7a 의 (b)는 단위 브릭들(B, C)이 가용 브릭(Br3)으로 대체된 그래프를 나타낸다.

도 7b 는 조합 크기 2 를 가지고 단위 브릭들을 계속 대체하는 과정을 나타낸다. 도 7b 의 (a)에서, 대체된 가용 브릭(Br3) 외에는 다른 브릭이 존재하지 않으므로, 단위 브릭 그룹화 방향을 고려하여 아래로 진행한다. 아래에는 브릭 D가 존재하는데, 이 브릭은 결합부의 위치가 맞는 가용 브릭이 데이터베이스에 존재하지 않는다고 가정한다. 그러면, 단위 브릭 그룹화 방향에 따라서 브릭 D 우측의 브릭 E 및 브릭 F가 그룹화된다.

도 7b 에서, 그룹화된 단위 브릭들(E, F)이 가로 2, 높이 1, 깊이 1인 형상을 가지며 상단에 2개의 돌출부를 가지면 대체 가능하다고 판단된다. 그러므로, 이러한 조건을 만족하는 Br3이 역시 가용 브릭으로서 선택된다.

도 7b 의 (b)는 단위 브릭들(E, F)이 가용 브릭(Br3)으로 대체된 그래프를 나타낸다.

도 7b 이후에는 더 이상 대체 가능한 단위 브릭이 존재하지 않는다. 그러므로, 조합 크기를 더 증가시키지 않고, 대체되지 않은 단위 브릭들을 다른 브릭들과 결합되도록 대체하는 것이 필요하다.

도 7c 에서, 남은 단위 브릭인 A 및 D 중, 단위 브릭 그룹화 방향에 따라 먼저 브릭 A 가 대체된다. 도 7c 에서는, 브릭 A 가 가로 1, 높이 1, 깊이 1인 형상을 가지며 상단에 1개의 돌출부를 가지면 대체 가능하다고 판단된다. 그러므로, 이러한 조건을 만족하는 Br1이 가용 브릭으로서 선택된다.

도 7c 의 (b)는 단위 브릭 A가 가용 브릭(Br1)으로 대체된 그래프를 나타낸다.

도 7d 에서, 남은 단위 브릭인 브릭 D 를 대체할 가용 브릭이 선택된다. 도 7d 에서는, 브릭 D가 가로 1, 높이 1, 깊이 1인 형상을 가지며 상단에 1개의 돌출부를 가지면 대체 가능하다고 판단된다. 그러므로, 이러한 조건을 만족하는 Br1이 가용 브릭으로서 선택된다.

도 7d 의 (b)는 단위 브릭 A가 가용 브릭(Br1)으로 대체된 그래프를 나타낸다.

이와 같이, 본 발명에서는 3차원 모델을 근사화한 결과에 포함되는 단위 브릭들을, 각각의 단위 브릭들의 크기, 형상, 및 결합부 정보 등을 고려하여 순차적으로 가용 브릭들로 대체한다. 따라서, 복잡한 구조를 가지는 3차원 모델도 용이하게 조합할 수 있으며, 최종적으로 사용된 모든 가용 브릭들을 합산함으로써 해당 3차원 모델을 조합하기 위하여 필요한 브릭들의 종류 및 개수를 알 수 있다.

또한, 본 발명에서는 동일한 크기와 모양을 가지는 가용 브릭들 중에서 더 많은 결합부를 가지는 가용 브릭을 우선적으로 선택한다. 그러므로, 가용 브릭과 주변 브릭들과의 결합이 더욱 견고해지기 때문에, 최종 결과물의 내구성이 향상된다.

도 8 은 본 발명의 다른 면에 의한 3차원 모델 형상 모델링 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.

도 8 에서, 3차원 모델 형상 모델링 장치(800)는 3차원 스캐너(810), 3차원 모델 근사화부(820), 브릭 조합부(850), 그래프 생성부(880) 및 데이터베이스(890)를 포함한다. 또한, 3차원 모델 근사화부(820)는 3차원 그리드 생성부(830), 중첩 체적 계산부(835), 및 배경 제거부(840)를 포함하고, 브릭 조합부(850)는 단위 브릭 그룹화부(860) 및 가용 브릭 대체부(870)를 포함한다.

전술된 바와 같이, 3차원 스캐너(810)는 3차원 모델의 외곽선을 추출하여 형상을 획득한다. 획득된 형상은 3차원 모델 근사화부(820)로 전달되며, 전달된 형상에 따라 3차원 그리드 생성부(830)가 3차원 모델을 내부에 포함하는 3차원 그리드를 생성한다.

3차원 그리드가 생성되면, 중첩 체적 계산부(835)가 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들이 3차원 모델과 중첩되는 체적을 계산한다. 이 과정에서 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들은 완전 포함 단위 브릭, 부분 포함 단위 브릭, 및 미포함 단위 브릭으로 분류될 수 있음은 전술된 바와 같다.

그러면, 배경 제거부(840)는 완전 포함 단위 브릭은 근사화된 결과에 포함시키고, 미포함 단위 브릭은 근사화된 결과로부터 제거한다. 그리고, 배경 제거부(840)는 제거 인자를 고려하여 부분 포함 단위 브릭 중 제거할 브릭들을 결정한다.

배경이 제거되면, 3차원 모델을 근사화한 결과가 획득되며, 근사화된 결과는 브릭 조합부(850)로 전달된다.

브릭 조합부(850)의 단위 브릭 그룹화부(860)는 조합에 사용될 가용 브릭들의 크기인 조합 크기를 고려하여 단위 브릭들 중 대체가능한 단위 브릭들을 그룹화한다. 대체할 수 있는 단위 브릭들이 그룹화되면, 가용 브릭 대체부(870)는 그룹화된 단위 브릭들을 대체할 수 있는 가용 브릭을 데이터베이스(890)로부터 검색하고, 검색된 가용 브릭을 사용하여 그룹화된 단위 브릭들을 대체한다. 가용 브릭 대체부(870)는 이러한 대체 과정을 대체가능한 단위 브릭들이 존재하지 않을 때까지 반복한다.

가용 브릭 대체부(870)가 동작할 때마다, 그래프 생성부(880)는 브릭들 간의 위치 관계 및 위상 관계를 간략하게 설명하는 그래프를 생성한다. 또한, 전술된 바와 같이 가용 브릭 대체부(870)는 이미 대체된 브릭을 2개 이상 조합하여 또 다른 가용 브릭으로 재귀적으로 대체할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 3차원 모델 형상 모델링 장치는 가상의 단위 브릭으로 구성된 3차원 그리드를 생성하고, 이 그리드에 3차원 모형 모델을 주입하여 단위 브릭으로 분해하며, 분해된 단위 브릭을 교체 가능한 레고 브릭으로 대체한다. 또한, 가용 브릭들로 대체하는 경우 견고성을 보장하기 위하여 경합부가 많은 가용 브릭들을 우선적으로 선택한다. 또한, 결과물의 견고성을 확보하기 위하여 단순히 결합부의 개수 및 크기만을 고려하는 것이 아니라, 그룹화되는 브릭들의 형상을 더 고려할 수도 있음은 물론이다.

본 발명에 의한 3차원 모델 형상 모델링 방법 및 장치는, 특히 3D 프린팅 분야에도 적용될 수 있다. 즉, 3D 레이저로 정밀하게 외곽선을 형성하는 것이 아니라 작은 크기의 단위 브릭을 사용함으로써 원하는 3차원 모델을 3D 프린팅하기 위하여 필요한 브릭들의 종류 및 개수를 결정할 수 있으며, 이것은 곧 3D 프린팅을 위하여 사용되는 원료의 종류 및 양을 계산함으로써 3D 프린팅 비용을 줄이기 위하여 사용될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 단위 브릭 그룹화 방향은 아래에서부터 위로, 그리고 우측부터 좌측으로 구현될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따르는 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 분산 컴퓨터 시스템에 의하여 분산 방식으로 실행될 수 있는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드를 저장할 수 있다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명은 3차원 모델을 가용 브릭들로 구현할 수 있는 경우의 수를 계산함으로써, 조합 방법은 물론, 조합에 필요한 가용 브릭들의 종류 및 개수를 결정하기 위하여 적용될 수 있다.

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 다각형이나 원형 또는 둘의 조합된 형상 및 결합부를 가지며 상호 결합하는 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법으로서,
   상기 3차원 모델의 형상을 획득하는 단계;
   가로, 세로, 및 높이가 같은 단위 브릭들을 사용하여 상기 3차원 모델의 형상을 근사화하는 단계;
   상기 가용 브릭들의 형상에 대한 정보 및 상기 가용 브릭들이 가지는 돌출부에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스로부터 상기 가용 브릭들에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
   상기 단위 브릭의 크기 및 조합에 사용될 상기 가용 브릭의 최소 크기 중 적어도 하나를 포함하는 조합 인자를 고려하여 상기 단위 브릭들을 상기 가용 브릭들로 대체하는 단계를 포함하며,
   상기 조합 인자는 제거 인자를 포함하고,
   상기 3차원 모델의 형상을 근사화하는 상기 단계는,
   상기 단위 브릭들로 구성되며, 그 내부에 상기 3차원 모델이 포함되는 3차원 그리드를 생성하는 단계;
   상기 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들이 상기 3차원 모델과 중첩되는 체적을 계산하는 단계; 및
   상기 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들 중 계산된 상기 체적이 상기 제거 인자보다 적은 단위 브릭들을 상기 3차원 그리드로부터 제거하는 단계를 포함하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 데이터베이스는,
   상기 가용 브릭들 각각의 형상, 가로 길이, 높이, 및 세로 길이, 및 상기 가용 브릭들 각각이 가지는 결합부의 개수, 위치, 및 크기에 대한 정보를 저장하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법.
   
5. 제3항에 있어서, 조합 인자를 고려하여 상기 단위 브릭들을 상기 가용 브릭들로 대체하는 상기 단계는,
   조합에 사용될 가용 브릭들의 크기인 조합 크기를 결정하는 단계;
   상기 조합 크기를 고려하여 상기 단위 브릭들 중 대체가능한 단위 브릭들을 결정하는 단계;
   결정된 단위 브릭들을 대체할 수 있는 가용 브릭을 상기 데이터베이스에서 검색하는 단계;
   검색된 가용 브릭을 사용하여 상기 결정된 단위 브릭들을 대체하는 단계; 및
   대체가능한 단위 브릭이 존재하지 않을 때까지 상기 조합 크기를 결정하는 단계와, 단위 브릭들을 결정하는 단계와, 단위 브릭들을 대체하는 단계 및 조합 크기를 결정하는 단계들을 반복하는 단계를 포함하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법.
   
6. 제5항에 있어서, 조합 크기를 결정하는 단계는,
   단위 브릭들을 대체하는 단계가 반복될수록 조합 크기를 점점 커지도록 결정하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법.
   
7. 삭제
8. 제3항에 있어서,
   대체된 가용 브릭들 상호간의 위치 관계 및 결합 관계를 비순환 방향성 그래프를 생성하여 저장하는 단계를 더 포함하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 방법.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 다각형이나 원형 또는 둘의 조합된 형상 및 결합부를 가지며 상호 결합하는 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 장치로서,
    가로, 세로, 및 높이가 같은 단위 브릭들을 사용하여 상기 3차원 모델의 형상을 근사화하는 3차원 모델 근사화부;
    상기 가용 브릭들의 형상에 대한 정보 및 상기 가용 브릭들이 가지는 돌출부에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스; 및
    상기 단위 브릭의 크기 및 조합에 사용될 상기 가용 브릭의 최소 크기 중 적어도 하나를 포함하는 조합 인자를 고려하여 상기 단위 브릭들을 상기 가용 브릭들로 대체하는 브릭 조합부를 포함하며,
    상기 조합 인자는 제거 인자를 포함하고,
    상기 3차원 모델 근사화부는,
    상기 단위 브릭들로 구성되며, 그 내부에 상기 3차원 모델이 포함되는 3차원 그리드를 생성하는 3차원 그리드 생성부;
    상기 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들이 상기 3차원 모델과 중첩되는 체적을 계산하는 중첩 체적 계산부; 및
    상기 3차원 그리드를 구성하는 단위 브릭들 중 계산된 상기 체적이 상기 제거 인자보다 적은 단위 브릭들을 상기 3차원 그리드로부터 제거하는 배경 제거부를 포함하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 장치.
    
12. 제11항에 있어서, 상기 데이터베이스는,
    상기 가용 브릭들 각각의 형상, 가로 길이, 높이, 및 세로 길이, 및 상기 가용 브릭들 각각이 가지는 결합부의 개수, 크기, 위치, 및 크기에 대한 정보를 저장하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 장치.
    
13. 제11항에 있어서, 상기 브릭 조합부는,
    조합에 사용될 가용 브릭들의 크기인 조합 크기를 결정하고, 상기 조합 크기를 고려하여 상기 단위 브릭들 중 대체가능한 단위 브릭들을 결정하는 단위 브릭 그룹화부; 및
    결정된 단위 브릭들을 대체할 수 있는 가용 브릭을 상기 데이터베이스에서 검색하고, 검색된 가용 브릭을 사용하여 상기 결정된 단위 브릭들을 대체하는 가용 브릭 대체부를 포함하며,
    상기 브릭 조합부는 대체가능한 단위 브릭들이 존재하지 않을 때까지 상기 단위 브릭들을 상기 가용 브릭들로 대체하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 장치.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 단위 브릭 그룹화부는,
    상기 단위 브릭들을 가용 브릭들로 대체할 때마다 조합 크기를 점점 커지도록 결정하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 장치.
    
15. 제13항에 있어서, 상기 가용 브릭 대체부는,
    상기 결합부의 개수를 더 많이 가지는 가용 브릭을 상기 데이터베이스에서 우선적으로 검색하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 장치.
16. 제13항에 있어서,
    대체된 가용 브릭들 상호간의 위치 관계 및 결합 관계를 비순환 방향성 그래프를 생성하는 그래프 생성부를 더 포함하는, 가용 브릭들을 사용하여 3차원 모델의 형상을 모델링하는 장치.

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