KR101682296B1 - 3차원 프린터 장치 및 상기 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법 - Google Patents

Abstract

3차원 프린터 장치 및 상기 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치는 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전하여 후보 배치 모델을 생성하고, 생성된 상기 후보 배치 모델의 적층 높이 및 재료 소모량을 계산하는 계산부; 및 각각 회전축 또는 회전각 중 적어도 하나가 상이한 복수 개의 후보 배치 모델에 대하여 계산된 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는 판단부를 포함한다.

Description

3차원 프린터 장치 및 상기 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법{3 DIMENSIONAL PRINTER DEVICE AND METHOD FOR POSITIONING 3 DIMENSIONAL OBJECT}

본 발명의 실시예들은 3차원 프린팅 시스템에서 3차원 오브젝트를 효과적으로 배치하기 위한 기술과 관련된다.

3차원 인쇄, 또는 3차원 프린팅(printing)이란 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 제조 기술로서, 최근 관련 기술의 발전으로 그 수요가 급증하고 있다. 또한 3차원 프린터는 컴퓨터상에서 구현된 3차원 오브젝트 모델을 입력받아 이로부터 실제 3차원 출력물을 제조하기 위한 장치를 의미한다.

3차원 프린팅에서는 3차원 오브젝트 모델의 배치 형태에 따라 재료의 사용량 및 출력 시간이 달라지게 된다. 이에 따라 3차원 프린터의 경우 수동 또는 자동으로 3차원 오브젝트 모델을 배치하기 위한 기능을 지원하는 것이 일반적이다. 그러나 종래의 3차원 프린터 및 이에 구비된 배치 알고리즘은 출력 시간 및 재료의 사용량을 최적화하는 데 한계가 존재하였다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0012180호 (2015.02.03.)

본 발명의 실시예들은 3차원 프린팅을 위한 3차원 오브젝트 모델 배치에 있어서, 오브젝트 모델의 회전에 따른 적층 높이 및 서포트 복셀 수의 변화 시뮬레이션을 통해 최적화된 출력물 배치 방향 및 위치를 설정할 수 있는 3차원 출력물 배치 수단을 제공하기 위한 것이다.

예시적인 실시예에 따르면, 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전하여 후보 배치 모델을 생성하고, 생성된 상기 후보 배치 모델의 적층 높이 및 재료 소모량을 계산하는 계산부; 및 각각 회전축 또는 회전각 중 적어도 하나가 상이한 복수 개의 후보 배치 모델에 대하여 계산된 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는 판단부를 포함하는 3차원 프린터 장치가 제공된다.

상기 계산부는, 상기 후보 배치 모델에 대응되는 바운딩 박스(bounding box)를 생성하고, 상기 바운딩 박스의 높이를 상기 후보 배치 모델의 적층 높이로 설정할 수 있다.

상기 계산부는, 상기 바운딩 박스를 복셀화(voxelization)하여 복수 개의 복셀(voxel)을 생성하고, 상기 복수 개의 복셀 중 서포트 복셀(support voxel)의 개수를 계산할 수 있다.

상기 계산부는, 상기 서포트 복셀의 개수에 따라 상기 후보 배치 모델의 재료 소모량을 계산할 수 있다.

상기 계산부는, 상기 바운딩 박스를 복셀화하기 전, 상기 바운딩 박스의 부피를 기 설정된 비율에 따라 축소할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 재료 소모량이 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 적층 높이가 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 3차원 프린터 장치의 잔여 재료량을 추가적으로 고려하여 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 3차원 프린터의 잔여 재료량이 특정 수준 이하인 경우, 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 3차원 프린터의 잔여 재료량이 특정 수준 이상이거나 또는 출력 대기 중인 다른 3차원 오브젝트 모델이 존재하는 경우, 상기 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전한 후보 배치 모델에 대하여, 상기 후보 배치 모델의 적층 높이 및 재료 소모량을 계산하는 단계; 각각 회전축 또는 회전각 중 적어도 하나가 상이한 복수 개의 후보 배치 모델에 대하여 상기 계산하는 단계를 반복 수행하는 단계; 및 각 후보 배치 모델의 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계를 포함하는 3차원 프린터 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법이 제공된다.

상기 계산하는 단계는, 상기 후보 배치 모델에 대응되는 바운딩 박스(bounding box)를 생성하고, 상기 바운딩 박스의 높이를 상기 후보 배치 모델의 적층 높이로 설정하도록 구성될 수 있다.

상기 계산하는 단계는, 상기 바운딩 박스를 복셀화(voxelization)하여 복수 개의 복셀(voxel)을 생성하는 단계; 및 상기 복수 개의 복셀 중 서포트 복셀(support voxel)의 개수를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 계산하는 단계는, 상기 서포트 복셀의 개수에 따라 상기 후보 배치 모델의 재료 소모량을 계산하도록 구성될 수 있다.

상기 계산하는 단계는, 상기 바운딩 박스를 복셀화하기 전, 상기 바운딩 박스의 부피를 기 설정된 비율에 따라 축소하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는, 상기 재료 소모량이 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는, 상기 적층 높이가 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는, 상기 3차원 프린터 장치의 잔여 재료량을 추가적으로 고려하여 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정할 수 있다.

상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는, 상기 3차원 프린터의 잔여 재료량이 특정 수준 이하인 경우, 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는, 상기 3차원 프린터의 잔여 재료량이 특정 수준 이상이거나 또는 출력 대기 중인 다른 3차원 오브젝트 모델이 존재하는 경우, 상기 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 하드웨어와 결합되어, 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전한 후보 배치 모델에 대하여, 상기 후보 배치 모델의 적층 높이 및 재료 소모량을 계산하는 단계; 각각 회전축 또는 회전각 중 적어도 하나가 상이한 복수 개의 후보 배치 모델에 대하여 상기 계산하는 단계를 반복 수행하는 단계; 및 각 후보 배치 모델의 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계를 포함하는 단계들을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 3차원 오브젝트 모델의 회전에 따른 적층 높이 및 서포트 복셀 수의 변화를 시뮬레이션함으로써, 3차원 프린팅을 위한 최적화된 출력물 배치 방향 및 위치를 결정할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따를 경우 3차원 오브젝트 모델의 배치를 위한 시뮬레이션 과정에서의 연산량을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치를 설명하기 위한 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바운딩 박스를 설명하기 위한 예시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 3차원 프린터의 빌드 공간을 복셀 단위로 분할한 예를 설명하기 위한 예시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 오브젝트 모델을 복수 개의 복셀로 변환한 예를 설명하기 위한 예시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 복셀의 종류를 설명하기 위한 예시도
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 3차원 오브젝트 모델의 회전 변환에 따른 적층 높이 및 재료 소모량의 변화를 설명하기 위한 예시도
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 바운딩 박스의 부피를 축소한 경우의 복셀 분포 변화를 설명하기 위한 예시도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 오브젝트 배치 방법을 설명하기 위한 흐름도

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치(100)를 설명하기 위한 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치(100)은 3차원 오브젝트 모델을 입력받고 이로부터 3차원 물체(출력물)를 출력하기 위한 장치이다. 일 실시예에서, 3차원 프린터 장치(100)는 MJM(Multi Jetting Modelling), MJP(Multi Jet Printing), Colorjet 등과 같이 잉크젯 분사 방식을 기반으로 하는 장치일 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 프린터 장치(100)는 3차원 오브젝트 모델을 입력받기 위한 수단, 사용자 인터페이스 수단, 재료를 입력받기 위한 수단, 및 이로부터 3차원 물체를 제조하기 위한 출력 수단 등을 구비할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 프린터 장치(100) 또한 일반적인 3차원 프린터 장치에서 구비하고 있는 기능들을 포함하고 있으며, 이에 대해서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 잘 알려져 있는 사항이므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치(100)는 3차원 오브젝트 모델을 입력받고, 입력된 3차원 오브젝트 모델의 회전에 따른 적층 높이 및 재료 소모량을 계산하며, 계산 결과에 근거하여 3차원 오브젝트 모델의 최적 배치 형태를 결정하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치(100)는 계산부(102) 및 판단부(104)를 포함한다.

계산부(102)는 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전하여 후보 배치 모델을 생성하고, 생성된 상기 후보 배치 모델의 적층 높이 및 재료 소모량을 계산한다.

본 발명의 실시예들에서, 3차원 오브젝트 모델(3-dimensional object model)은 3차원 프린터 장치(100)에서 3차원 물체를 출력하기 위하여 컴퓨터상의 가상 공간에 구현한 모델이다. 3차원 오브젝트 모델은 파일 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 3차원 오브젝트 모델은 CAD, DAE, OBJ, X3D, WRL 등의 포맷을 가지는 파일일 수 있다.

계산부(102)는 입력된 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전하여 후보 배치 모델을 생성한다. 예를 들어, 계산부(102)는 3차원 오브젝트 모델의 중심점을 기준으로 X축, Y축, Z축 중에서 선택된 하나의 회전축을 기준으로 지정된 회전각만큼 3차원 오브젝트 모델을 회전시킬 수 있다. 이하의 실시예에서 X축 및 Y축은 3차원 오브젝트 모델의 바닥면과 평행한 방향의 축을, Z축은 3차원 오브젝트 모델의 적층 방향과 동일한 방향의 축을 각각 의미한다. 또한, 상기 회전각은 0°를 포함할 수 있으며, 이 경우 후보 배치 모델은 3차원 오브젝트 모델 내에 기본으로 설정된 원 방향 그대로 생성된다.

3차원 오브젝트 모델의 회전 변환은 오일러(Euler), 또는 쿼터니온(Quaternion) 등의 과 같은 알려진 방법들을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 계산부(102)는 회전축 별로 0°~ 360°의 범위 내에서 적절한 회전각의 변화 간격을 설정할 수 있다. 예를 들어, 빠른 출력을 원하거나 최적 배치를 위한 연산 작업을 처리하는 컴퓨팅 자원량이 부족할 경우, 계산부(102)는 각 후보 배치 모델 별 회전각의 변화 간격을 크게 설정하여(예를 들어 60°등) 최적 배치를 위한 전체 작업량을 감소시킬 수 있다. 반대로, 컴퓨팅 자원량이 충분할 경우, 계산부(102)는 회전각의 변화 간격을 작게 설정함으로써(예를 들어 15°등), 최적 모델 탐색의 정밀도를 높일 수 있다.

후보 배치 모델이 생성되면, 다음으로 계산부(102)는 상기 후보 배치 모델에 대응되는 바운딩 박스(bounding box)를 생성한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바운딩 박스를 설명하기 위한 예시도이다. 본 발명의 실시예들에서, 바운딩 박스(204)란 후보 배치 모델(202) 주변을 완전히 둘러싼 직육면체를 의미한다. 즉, 바운딩 박스(204)의 가로 길이, 세로 길이 및 높이는 각각 후보 배치 모델(202)의 가로 길이, 세로 길이 및 높이와 동일하다. 바운딩 박스(204)를 이용하여 계산부(102)는 후보 배치 모델(202)의 적층 높이를 계산할 수 있다. 후보 배치 모델(202)의 적층 높이는 바운딩 박스(204)의 높이(h)와 동일하므로, 계산부(102)는 바운딩 박스(204)의 높이를 후보 배치 모델(202)의 적층 높이로 설정하게 된다. 3차원 프린팅에서 적층 높이는 적층 레이어의 수와 비례하므로, 바운딩 박스의 높이가 ?F을수록 레이어 수가 적어 출력 소요 시간이 단축될 수 있다.

이후, 계산부(102)는 생성된 바운딩 박스를 복셀화(voxelization)하여 복수 개의 복셀(voxel)을 생성한다. 본 발명의 실시예들에서 3차원 오브젝트 모델을 다루는 기본 단위는 복셀이다. 복셀은 부피를 가진 픽셀을 의미하며, 3차원 오브젝트 모델이나 프린터의 빌드 공간을 표현하는 데카르트 좌표계를 일정 크기의 복셀로 분할하여 복셀 좌표를 생성하게 된다. 도 3은 3차원 프린터의 빌드 공간을 복셀 단위로 분할한 예시이다. 복셀의 크기는 사용자나 시스템 설정에 의해 정의될 수 있으며, 일반적으로 3차원 프린터의 해상도(dpi)에 의해 결정된다. 예를 들어 프린터의 빌드 공간이 100 * 100 * 100 (mm)이고 해상도가 300 dpi라고 가정할 경우, 복셀의 크기는 84 μm이며 전체 빌드 공간은 약 17억개의 복셀로 표현 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 오브젝트 모델을 복수 개의 복셀로 변환한 예를 설명하기 위한 예시도이다. 도면에서 왼쪽은 3차원 오브젝트 모델을, 오른쪽은 복셀화된 모델을 각각 나타낸다.

복셀 변환은 래스터화(Rasterization) 과정을 통해 정점(Vertex)과 선분(Edge)을 기반으로 한 다각형망 모델(3차원 오브젝트 모델)을 그에 대응하는 부피를 가진 픽셀인 복셀 패턴 이미지로 변환함으로써 수행된다. 이 과정을 통해 3차원 오브젝트 모델의 x, y, z 좌표는 해당 좌표와 매칭되는 복셀로 변환된다.

3차원 오브젝트 모델의 복셀화는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 계산부(102)는 3차원 오브젝트 모델을 Y축 또는 X축 방향으로 투영함으로써 바운딩 박스의 넓이와 동일한 크기의 2차원 픽셀 이미지로 분할할 수 있다. 이때 이미지를 생성하기 위해 투영하는 이동 간격은 복셀의 볼륨과 동일하게 설정된다. 픽셀 이미지 생성에는 스캔라인 변환(Scanline Conversion) 등과 같은 알려진 기술들을 이용할 수 있다. 이후 계산부(102)는 생성된 단면 이미지의 각 픽셀에 부피를 더함으로써 픽셀을 복셀로 변환하게 된다.

복셀화가 완료되면, 다음으로 계산부(102)는 바운딩 박스 내의 복셀 종류를 분류하고, 서포트 복셀 수를 계산한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에서 복셀의 종류를 설명하기 위한 예시도이다. 도시된 바와 같이, 복셀은 모델 외부 복셀, 모델 내부 복셀, 서포트 복셀, 빈 복셀로 분류된다. 이 중 모델 외부 복셀은 3차원 오브젝트의 표면을 구성하는 복셀, 모델 내부 복셀은 3차원 오브젝트의 내부를 구성하는 복셀, 서포트 복셀은 3차원 오브젝트 출력을 위해 지지대 재료를 분사하는 부분을 나타내는 복셀이며, 빈 복셀은 출력 시 아무런 영향을 주지 않는 부분을 나타내는 복셀이다. 또한 깊이 복셀은 복셀로부터 생성되는 깊이 지도(Depth-map)의 깊이 정보를 나타내는 복셀이다.

계산부(102)는 다양한 방법을 이용하여 복셀을 분류할 수 있다. 예를 들어, 계산부(102)는 깊이 지도를 이용하여 복셀을 분류할 수 있다. 깊이 지도는 렌더링 엔진 등을 이용하여 3차원 오브젝트 모델을 직교 투영(Orthographic Projection)하여 모델의 거리 정보를 계산함으로써 얻어진다. 즉, 모델을 출력방향(Z축)으로 복셀의 크기만큼 단계적으로 투영함으로써 얻어지는 깊이 정보를 깊이 버퍼에 저장하고 이를 래스터화 과정에서 이용한다. 래스터화 과정에서 3차원 모델에 해당하는 모델 외부/내부 복셀 이외의 복셀 중, 깊이 복셀보다 낮은 복셀은 서포트 복셀, 높은 복셀은 빈 복셀로 분류된다.

본 발명의 실시예에서, 각 후보 배치 모델의 재료 소모량은 해당 후보 배치 모델을 복셀화한 뒤 계산되는 서포트 복셀의 개수에 따라 결정될 수 있다. 외부 복셀 및 내부 복셀의 개수는 3차원 오브젝트 모델의 크기 및 형태에 따라 결정되므로 각 후보 배치 모델 별로 모두 동일하나, 서포트 복셀의 개수는 3차원 오브젝트 모델의 회전축 및 회전각에 따라 달라지기 때문이다. 이에 따라 계산부(102)는 각 후보 배치 모델로부터 생성된 복셀 중 서포트 복셀의 개수에 따라 각 후보 배치 모델 별 재료 소모량을 계산할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 데이터 저장 공간 및 연산 작업을 줄이기 위해 전체 복셀 중 모델 외부 복셀과 서포트 복셀 정보를 제외한 나머지 빈 복셀 및 모델 내부 복셀 정보는 분류 과정 중 저장하지 않고 폐기하도록 구성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에서 3차원 오브젝트 모델의 회전 변환에 따른 적층 높이 및 재료 소모량의 변화를 설명하기 위한 예시도이다. 도면에서 왼쪽은 다이아몬드 형태의 3차원 오브젝트 모델을 회진시키지 않은 경우, 오른쪽은 Y축을 기준으로 45°만큼 회전시켰을 경우를 각각 나타낸다. 도시된 바와 같이, 3차원 오브젝트 모델을 45°만큼 회전시킨 경우, 적층 높이 및 서포트 복셀의 수가 감소함을 알 수 있다.

한편, 일 실시예에서 계산부(102)는 상기 바운딩 박스를 복셀화하기 전, 상기 바운딩 박스의 부피를 기 설정된 비율에 따라 축소할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에서 바운딩 박스의 부피를 축소한 경우의 복셀 분포 변화를 설명하기 위한 예시도이다. 도면에서 왼쪽은 다이아몬드 형태의 3차원 모델을 그대로 복셀화한 경우의 수직 단면도를, 오른쪽은 바운딩 박스의 크기를 1/4 이하로 축소한 경우의 수직 단면도를 각각 나타낸다. 왼쪽 모델의 경우 모델 내부 및 외부 복셀 개수의 합이 181개, 서포트 복셀의 수는 90개로 나타난다. 반면 오른쪽 모델의 경우 모델 내부 및 외부 복셀 개수의 합이 41개, 서포트 복셀의 수는 20개임을 알 수 있다. 즉, 바운딩 박스의 크기를 축소하더라도 복셀 수의 비율은 거의 동일하게 나타나므로, 3차원 오브젝트 모델 외형상에서 왜곡이 발생하지 않는 범위 내에서 바운딩 박스의 크기를 축소할 경우 복셀화 및 복셀 분류 등에 필요한 연산량을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 이에 따라 계산 소요 시간을 줄이면서도 모델 회전에 따른 적층 높이 및 재료량 비교 시 거의 동일한 최적 배치 결과를 얻을 수 있다. 한편, 실시예에 따라 계산부(102)는 바운딩 박스의 크기를 축소하는 것이 아니라 복셀의 크기를 확대함으로써 동일한 효과를 얻을 수도 있다.

계산부(102)는 상술한 과정을 반복하여 복수 개의 후보 배치 모델 별로 적층 높이 및 재료 소모량을 계산한다. 이때 상기 복수 개의 후보 배치 모델 각각은 회전축 또는 회전각 중 중 적어도 하나가 상이하도록 구성된다.

다음으로, 판단부(104)는 상기 복수 개의 후보 배치 모델에 대하여 계산된 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정한다.

본 발명의 실시예들에서, 판단부(104)는 다양한 기준을 통해 상기 최적 후보 배치 모델을 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 판단부(104)는 사용자의 출력 작업에 대한 선호도, 예를 들어 사용자가 출력 시간과 재료비 둘 중 무엇을 중요시 하는지에 대한 요구 사항 등을 반영하여 최적 후보 배치 모델을 결정할 수 있다. 3차원 오브젝트의 출력에 있어 출력 소요 시간과 재료비 간에는 Trade Off(상쇄) 관계가 있다. 예를 들어, 3차원 오브젝트의 배치가 재료 절감에만 치중하면 출력물의 회전 방향에 따라 적층 높이가 증가하여 출력 소요 시간이 상대적으로 증가하는 경우가 발생할 수 있으며, 반대로 출력 시간에만 초점을 맞출 경우 상대적으로 서포트에 소모되는 재료의 양이 증가할 수 있다. 따라서, 판단부(104)는 사용자의 의도에 따라 시간과 재료비 둘 중 어디에 초점을 맞추어 배치를 할지 결정할 수 있다.

다른 실시예에서, 판단부(104)는 3차원 프린터 장치(100) 내의 잔여 재료량을 추가적으로 고려하여 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정할 수 있다. 예를 들어, 판단부(104)는 3차원 프린터 장치(100)의 잔여 재료량이 특정 수준 이하인 경우, 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다. 또한 판단부(104)는 잔여 재료량이 특정 수준 이상이거나 또는 출력 대기 중인 다른 3차원 오브젝트 모델이 존재하는 경우, 상기 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정함으로써 3차원 오브젝트를 빠른 시간 내에 출력할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 판단부(104)는 출력물의 높이나 서포트 복셀 수에 대한 임계값 또는 임계구간을 설정할 수 있다. 예를 들어, 판단부(104)는 상기 재료 소모량이 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다. 만약 재료 소모량에 대한 임계 구간을 30%로 설정할 경우, 판단부(104)는 전체 후보 배치 모델들 중 재료 소모량이 적은 순으로 상위 30%를 선택하고 이 중 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 최적 후보 모델로 결정할 수 있다. 또한, 판단부(104)는 적층 높이가 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수도 있다.

다만 전술한 실시예들은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명의 실시예들에서 판단부(104)는 기술된 것 이외에 다양한 기준을 적용하여 최적 후보 모델을 결정할 수 있음은 물론이다.

일 실시예에서, 계산부(102) 및 판단부(104)는 하나 이상의 프로세서 및 그 프로세서와 연결된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체를 포함하는 컴퓨팅 장치 상에서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로세서의 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 컴퓨팅 장치 내의 프로세서는 각 컴퓨팅 장치로 하여금 본 명세서에서 기술되는 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 명령어를 실행할 수 있고, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 명령어는 프로세서에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치로 하여금 본 명세서에 기술되는 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 오브젝트 배치 방법(800)을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8에 도시된 방법은 예를 들어, 전술한 3차원 프린터 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.

단계 802에서, 3차원 프린터 장치(100)의 계산부(102)는 출력하고자 하는 3차원 오브젝트 모델을 포함하는 파일을 열고, 3차원 프린터 장치(100)의 빌드 공간과 동일한 크기의 가상 공간에 배치한다.

단계 804에서, 계산부(102)는 상기 3차원 오브젝트 모델을 특정 회전축 및 회전각에 따라 회전하여 후보 배치 모델을 생성한다. 만약 최초로 후보 배치 모델을 생성하는 것일 경우, 계산부(102)는 3차원 오브젝트 모델을 회전하지 않고 기본 방향 그대로 후보 배치 모델을 생성할 수 있다(즉, 회전각이 0도인 상태). 또한 오브젝트의 가상 공간 내 배치 위치는 3차원 프린터 장치(100) 또는 사용자 등에 의하여 임의로 설정할 수 있다.

단계 806에서, 계산부(102)는 상기 후보 배치 모델에 대응되는 바운딩 박스(bounding box)를 생성하고, 상기 바운딩 박스의 높이를 상기 후보 배치 모델의 적층 높이로 설정한다.

단계 808에서, 계산부(102)는 상기 바운딩 박스를 복셀화(voxelization)하여 복수 개의 복셀(voxel)을 생성한다.

단계 810에서, 계산부(102)는 상기 복수 개의 복셀을 분류하고, 이 중 서포트 복셀(support voxel)의 개수를 계산한다. 전술한 바와 같이, 각 후보 배치 모델의 재료 소모량은 상기 서포트 복셀의 개수에 따라 결정된다.

단계 812에서, 계산부(102)는 설정된 모든 회전축 및 회전각에 따른 시뮬레이션이 완료되었는지의 여부를 판단한다. 만약 완료되지 않은 경우 남아 있는 회전축 및 회전각에 따라 804 내지 810 단계를 반복 수행한다.

만약 상기 812 단계의 판단 결과 시뮬레이션이 완료된 것으로 판단되는 경우, 단계 814에서 판단부(104)는 각 후보 배치 모델의 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정한다.

일 실시예에서, 판단부(104)는 상기 재료 소모량이 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다. 또는, 판단부(104)는 상기 적층 높이가 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

다른 실시예에서, 판단부(104)는 3차원 프린터 장치(100)의 잔여 재료량을 추가적으로 고려하여 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정할 수 있다. 예를 들어, 판단부(104)는 3차원 프린터 장치(100)의 잔여 재료량이 특정 수준 이하인 경우, 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다. 또한, 판단부(104)는 3차원 프린터 장치(100)의 잔여 재료량이 특정 수준 이상이거나 또는 출력 대기 중인 다른 3차원 오브젝트 모델이 존재하는 경우, 상기 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 모델로 결정할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 기술한 방법들을 컴퓨터상에서 수행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나, 또는 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상적으로 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체, 플로피 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 3차원 프린터 장치
102: 계산부
104: 판단부
202: 후보 배치 모델
204: 바운딩 박스

Claims (21)

1. 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전하여 후보 배치 모델을 생성하고, 생성된 상기 후보 배치 모델에 대응되는 바운딩 박스(bounding box)를 생성하며, 상기 바운딩 박스의 높이를 상기 후보 배치 모델의 적층 높이로 설정하고, 상기 바운딩 박스를 복셀화(voxelization)하여 복수 개의 복셀(voxel)을 생성하며, 상기 복수 개의 복셀 중 서포트 복셀(support voxel)의 개수를 계산함으로써 상기 후보 배치 모델의 재료 소모량을 계산하는 계산부; 및
   각각 회전축 또는 회전각 중 적어도 하나가 상이한 복수 개의 후보 배치 모델에 대하여 획득된 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는 판단부를 포함하며,
   상기 계산부는, 상기 바운딩 박스를 복셀화하기 전, 상기 바운딩 박스의 복셀화 및 상기 서포트 복셀의 개수 계산에 필요한 연산량을 줄이기 위해 상기 바운딩 박스의 부피를 기 설정된 비율에 따라 축소하는, 3차원 프린터 장치.
   
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6. 청구항 1에 있어서,
   상기 판단부는, 상기 재료 소모량이 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 배치 모델로 결정하는, 3차원 프린터 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 판단부는, 상기 적층 높이가 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 배치 모델로 결정하는, 3차원 프린터 장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 판단부는, 상기 3차원 프린터 장치의 잔여 재료량을 추가적으로 고려하여 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는, 3차원 프린터 장치.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 판단부는, 상기 3차원 프린터 장치의 잔여 재료량이 특정 수준 이하인 경우, 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 배치 모델로 결정하는, 3차원 프린터 장치.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 판단부는, 상기 3차원 프린터 장치의 잔여 재료량이 특정 수준 이상이거나 또는 출력 대기 중인 다른 3차원 오브젝트 모델이 존재하는 경우, 상기 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 배치 모델로 결정하는, 3차원 프린터 장치.
    
11. 계산부에서, 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전한 후보 배치 모델에 대하여, 상기 후보 배치 모델에 대응되는 바운딩 박스(bounding box)를 생성하는 단계;
    상기 계산부에서, 상기 바운딩 박스의 높이를 상기 후보 배치 모델의 적층 높이로 설정하는 단계;
    상기 계산부에서, 상기 바운딩 박스를 복셀화(voxelization)하여 복수 개의 복셀(voxel)을 생성하는 단계;
    상기 계산부에서, 상기 복수 개의 복셀 중 서포트 복셀(support voxel)의 개수를 계산함으로써 상기 후보 배치 모델의 재료 소모량을 계산하는 단계; 및
    판단부에서, 각 후보 배치 모델의 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 바운딩 박스의 부피는, 상기 바운딩 박스를 복셀화하기 전, 상기 바운딩 박스의 복셀화 및 상기 서포트 복셀의 개수 계산에 필요한 연산량을 줄이기 위해 기 설정된 비율에 따라 축소되는, 3차원 프린터 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법.
    
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16. 청구항 11에 있어서,
    상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는,
    상기 재료 소모량이 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 배치 모델로 결정하는, 3차원 프린터 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법.
    
17. 청구항 11에 있어서,
    상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는,
    상기 적층 높이가 기 설정된 기준값 또는 기준 비율 이하인 후보 배치 모델들 중 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 배치 모델로 결정하는, 3차원 프린터 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법.
    
18. 청구항 11에 있어서,
    상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는,
    상기 3차원 프린터 장치의 잔여 재료량을 추가적으로 고려하여 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는, 3차원 프린터 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법.
    
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는,
    상기 3차원 프린터 장치의 잔여 재료량이 특정 수준 이하인 경우, 상기 재료 소모량이 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 배치 모델로 결정하는, 3차원 프린터 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법.
    
20. 청구항 18에 있어서,
    상기 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계는,
    상기 3차원 프린터 장치의 잔여 재료량이 특정 수준 이상이거나 또는 출력 대기 중인 다른 3차원 오브젝트 모델이 존재하는 경우, 상기 적층 높이가 가장 낮은 후보 배치 모델을 상기 최적 후보 배치 모델로 결정하는, 3차원 프린터 장치에서의 3차원 오브젝트 배치 방법.
    
21. 하드웨어와 결합되어,
    계산부에서, 3차원 오브젝트 모델을 임의의 회전축 및 회전각에 따라 회전한 후보 배치 모델에 대하여, 상기 후보 배치 모델에 대응되는 바운딩 박스(bounding box)를 생성하는 단계;
    상기 계산부에서, 상기 바운딩 박스의 높이를 상기 후보 배치 모델의 적층 높이로 설정하는 단계;
    상기 계산부에서, 상기 바운딩 박스를 복셀화(voxelization)하여 복수 개의 복셀(voxel)을 생성하는 단계;
    상기 계산부에서, 상기 복수 개의 복셀 중 서포트 복셀(support voxel)의 개수를 계산함으로써 상기 후보 배치 모델의 재료 소모량을 계산하는 단계; 및
    각 후보 배치 모델의 상기 적층 높이 및 상기 재료 소모량에 근거하여, 상기 3차원 오브젝트 모델의 출력을 위한 최적 후보 배치 모델을 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 바운딩 박스의 부피는, 상기 바운딩 박스를 복셀화하기 전, 상기 바운딩 박스의 복셀화 및 상기 서포트 복셀의 개수 계산에 필요한 연산량을 줄이기 위해 기 설정된 비율에 따라 축소되는, 상기 단계들을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
    

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