KR101711042B1 - Stl 파일 접합 방법 - Google Patents

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KR101711042B1 KR1020160151738A KR20160151738A KR101711042B1 KR 101711042 B1 KR101711042 B1 KR 101711042B1 KR 1020160151738 A KR1020160151738 A KR 1020160151738A KR 20160151738 A KR20160151738 A KR 20160151738A KR 101711042 B1 KR101711042 B1 KR 101711042B1
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Abstract

본 발명은 STL 파일 접합방법에 관한 것으로, 그 구성은, 서로 다른 STL 파일의 모델을 분석하여 3차원 공간에서 표면을 각각 삼각형의 픽셀로 구분하고, 상기 픽셀 중 접합하고자 하는 삼각형을 선택하는 제 1단계와, 왼손좌표계를 기준으로 제 1파일의 제 1삼각형과 제 2파일의 제 2삼각형을 시계방향과 반시계방향을 구분하여 방향성을 판단하는 제 2단계와, 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형에서 각각 제 1법선벡터와 제 2법선벡터를 구하는 제 3단계와, 상기 제 1법선벡터와 상기 제 2법선벡터의 교차되는 각의 크기를 구하는 제 4단계와, 상기 제 2단계의 방향성과 상기 제 4단계의 각을 고려하여 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 서로 평행하게 마주보도록 하는 제 5단계와, 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 각각의 중심점인 제 1중심점과 제 2중심점을 구하여 서로의 거리를 구하는 제 6단계와, 상기 제 1삼각형에 대해 상기 제 2삼각형을 상기 제 6단계의 거리만큼 이동시켜 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형이 접합시키는 제 7단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

STL 파일 접합 방법{A STL File Coupling Method}
본 발명은 STL파일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 두 개 이상의 STL 파일을 간단하게 결합시키는 STL 파일 접합 방법에 관한 것이다.
3D 프린터는 컴퓨터 디자인 프로그램으로 만든 3차원 도면을 바탕으로 실물의 입체 모양 그대로 찍어내는 기계를 의미하며, 2012년 세계경제포럼은 미래 10대 기술을 발표하면서 3D프린터를 두 번째로 선정하였다.
3D 프린터를 이용한 제작은 모델링(modeling), 프린팅(printing), 피니싱(finishing)으로 이루어진다. 모델링은 3D 도면을 제작하는 단계로 3D CAD(computer aided design)나 3D 모델링 프로그램 또는 3D 스캐너 등을 이용하여 제작하는 것이다.
프린팅은 모델링 과정에서 제작된 3D 도면을 이용하여 물체를 만드는 단계로, 적층형 또는 절삭형 등으로 작업을 진행하는 것이다. 이때 소요되는 시간은 제작물의 크기와 복잡도에 따라 다르며, 피니싱은 산출된 제작물에 대해 보완 작업을 진행한다.
STL 파일로 생성된 서로 다른 캐드데이터를 프로그램 차원에서 접합 등의 작업할 수 있는 방법이 없는 문제점이 있다.
특허등록 제 10-1635431호
상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단하게 캐드 데이터 상에서 물체를 분석하여 프로그램의 3차원 공간에서 파일들을 접합해서 분석할 수 있는 STL 파일 접합 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 STL 파일 접합 방법은, 서로 다른 STL 파일의 모델을 분석하여 3차원 공간에서 표면을 각각 삼각형의 픽셀로 구분하고, 상기 픽셀 중 접합하고자 하는 삼각형을 선택하는 제 1단계와, 왼손좌표계를 기준으로 제 1파일의 제 1삼각형과 제 2파일의 제 2삼각형을 시계방향과 반시계방향을 구분하여 방향성을 판단하는 제 2단계와, 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형에서 각각 제 1법선벡터와 제 2법선벡터를 구하는 제 3단계와, 상기 제 1법선벡터와 상기 제 2법선벡터의 교차되는 각의 크기를 구하는 제 4단계와, 상기 제 2단계의 방향성과 상기 제 4단계의 각을 고려하여 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 서로 평행하게 마주보도록 하는 제 5단계와, 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 각각의 중심점인 제 1중심점과 제 2중심점을 구하여 서로의 거리를 구하는 제 6단계 및 상기 제 1삼각형에 대해 상기 제 2삼각형을 상기 제 6단계의 거리만큼 이동시켜 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형이 접합시키는 제 7단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1삼각형의 각각의 꼭지점 중 제 1-1꼭지점의 좌표는 P0(X11, Y11, Z11), 제 1-2꼭지점의 좌표는 P1(X12, Y12, Z12), 제 1-3꼭지점의 좌표는 P2(X13, Y13, Z13) 이고, 상기 제 2삼각형의 각각의 꼭지점 중 제 2-1꼭지점의 좌표는 P3(X21, Y21, Z21), 제 2-2꼭지점의 좌표는 P4(X22, Y22, Z22), 제 2-3꼭지점의 좌표는 P5(X23, Y23, Z23) 이고, 상기 제 3단계에서, 상기 제 1삼각형의 제 1법선벡터(V0)는 Vector(X12-X11, Y12-Y11, Z12-Z11)이고, 제 2법선벡터(V1)는 Vector(X13-X12, Y13-Y12, Z13-Z12) 이고, 상기 제 2삼각형의 제 3법선벡터(V2)는 Vector(X22-X21, Y22-Y21, Z22-Z21)이고, 제 4법선벡터(V3)는 Vector(X23-X22, Y23-Y22, Z23-Z22) 인 것으로 하고, 상기 제 1삼각형의 법선벡터(M0)은 V0 x V1 이고, 상기 제 2삼각형의 법선벡터(M1)은 V2 x V3에 의해 구해지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1삼각형의 법선벡터(M0)과, 상기 제 2삼각형의 법선벡터(M1)에 대해,
Figure 112016111302155-pat00001
와 같은 식을 이용하여 각도를 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 6단계에서, 상기 제 1삼각형의 무게중심(S0)의 값을 (A3,B3,C3)이고, 상기 제 2삼각형의 무게중심(S1)의 값을 (A4,B4,C4)라 할 때,
Figure 112016111302155-pat00002
의 값을 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 6단계에서 구해진 거리인 X축으로는 (A4-A3)의 값만큼 이동하고, Y축으로는 (B4-B3)의 값만큼 이동하고, Z축으로는 (C4-C3)의 값만큼 이동시켜, 상기 제 1삼각형에 대해 상기 제 2삼각형을 이동시켜 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형을 접합시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 STL 파일 접합 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
서로 다른 STL 파일을 프로그램 차원에서 간단한 연산으로 접합을 하여 확인한 후 3D프린터로 출력하여 3D 프린터의 활용성이 높아지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 STL 파일 접합 방법에 대한 접합순서를 보인 순서도.
도 2는 본 발명에 의한 STL 파일의 구성을 보인 도면.
도 3은 본 발명에 의한 STL 파일의 접합방법에서 접합 시 접합되는 면을 일예를 보인 도면.
이하 본 발명에 의한 STL 파일 접합 방법에 관한 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.
본 발명인 STL 파일 접합 방법은, 도 에 도시된 바와 같이, 서로 다른 STL 파일의 모델을 분석하여 3차원 공간에서 표면을 각각 삼각형의 픽셀로 구분하고, 상기 픽셀 중 접합하고자 하는 삼각형을 선택하는 제 1단계(S1)와, 왼손좌표계를 기준으로 제 1파일의 제 1삼각형과 제 2파일의 제 2삼각형을 시계방향과 반시계방향을 구분하여 방향성을 판단하는 제 2단계(S2)와, 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형에서 각각 제 1법선벡터와 제 2법선벡터를 구하는 제 3단계(S3)와, 상기 제 1법선벡터와 상기 제 2법선벡터의 교차되는 각의 크기를 구하는 제 4단계(S4)와, 상기 제 2단계의 방향성과 상기 제 4단계의 각을 고려하여 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 서로 평행하게 마주보도록 하는 제 5단계(S5)와, 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 각각의 중심점인 제 1중심점과 제 2중심점을 구하여 서로의 거리를 구하는 제 6단계(S6)와, 상기 제 1삼각형에 대해 상기 제 2삼각형을 상기 제 6단계의 거리만큼 이동시켜 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형이 접합시키는 제 7단계(S7)를 포함하여 구성될 수 있다.
1. 제 1단계(S1)
먼저, STL파일은 하나의 Model3DGroup으로 구성되어 있고, Model3DGroup은 여러개의 GeometryModel3D로 구성되어 있다. 여기서, 상기 STL파일에는 기본이 되는 삼각형에 대한 정보는 MeshGeometry3D 에 저장되어 있고, MeshGeometry3D 에 Material 정보를 포함하여 GeometryModel3D 가 이루어진다. STL 파일에서 삼각형을 선택할 시 하나의 Model3DGroup 중에서 하나의 MeshGeometry3D 중 하나의 삼각형을 선택하게 된다.
본 발명에 의한 접합 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 STL 파일의 모델의 표면을 여러 개의 삼각형의 픽셀로 구분시킨다. 상기 삼각형 중 접합하고자 하는 삼각형을 선택한다. 상기 선택된 두개의 삼각형 중 제 1파일의 삼각형을 제 1삼각형이라 하고, 제 2파일의 삼각형을 제 2삼각형이라 한다.
2. 제 2단계(S2)
상기 제 1파일과 상기 제 2파일에서 왼손좌표계를 기준으로 상기 제 1파일의 제 1삼각형과 상기 제 2파일의 제 2삼각형을 시계방향과 반시계방향으로 구분하여 방향성을 판단한다.
예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이, 왼쪽에 있는 제 1파일의 제 1삼각형의 경우 시계방향이고, 오른쪽의 제 2파일의 제 2삼각형의 경우 반시계방향임을 확인하여 어느면이 표면에 해당하는지 구분한다.
이때, 제 1삼각형의 꼭지점 중 제 1-1꼭지점의 좌표는 P0(X11, Y11, Z11), 제 1-2꼭지점의 좌표는 P1(X12, Y12, Z12), 제 1-3꼭지점의 좌표는 P2(X13, Y13, Z13)이다.
그리고, 제 2삼각형의 꼭지점 중 제 2-1꼭지점의 좌표는 P3(X21, Y21, Z21), 제 2-2꼭지점의 좌표는 P4(X22, Y22, Z22), 제 2-3꼭지점의 좌표는 P5(X23, Y23, Z23)이다.
3. 제 3단계(S3)
상기 제 1파일의 제 1삼각형과 상기 제 2파일의 제 2삼각형의 법선벡터를 구한다. 이는 법선벡터를 구하여 상기 제 1삼각형가 상기 제 2삼각형의 상대적인 각도를 계산하기 위함이다.
상기 제 1삼각형에서의 제 1법선벡터(V0)는 Vector(X12-X11, Y12-Y11, Z12-Z11)이고, 제 2법선벡터(V1)는 Vector(X13-X12, Y13-Y12, Z13-Z12) 이고,
상기 제 2삼각형의 제 3법선벡터(V2)는 Vector(X22-X21, Y22-Y21, Z22-Z21)이고, 제 4법선벡터(V3)는 Vector(X23-X22, Y23-Y22, Z23-Z22) 로 계산한다.
상기 계산결과에서, 상기 제 1삼각형의 법선벡터(M0)은 V0xV1 이고, 상기 제 2삼각형의 법선벡터(M1)은 V2xV3에 의해 구해진다.
Figure 112016111302155-pat00003
이 식에 의하여 제 1삼각형의 법선벡터(M0)은 (A0, B0, C0)이고, 제 2삼각형의 법선벡터(M1)은 (A1, B1, C1)의 값이 나온다.
4. 제 4단계(S4)
상술한 과정에서 구해진 상기 제 1삼각형 및 제 2삼각형의 법선벡터에서 그 사이의 각(θ)을 구한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1삼각형의 법선벡터(M0)와, 상기 제 2삼각형의 법선벡터(M1)에 대해, 다음의 식에 의해 각도(θ)를 구할 수 있다.
Figure 112016111302155-pat00004
5. 제 5단계(S5)
상술한 제 2단계에서의 방향성과 제 4단계에서의 각을 고려하여 상기 제 1파일에 대해 상기 제 2파일을 회전시켜 상기 제 1파일의 제 1삼각형과 상기 제 2파일의 제 2삼각형이 평행하게 마주보도록 한다.
6. 제 6단계(S6)
상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 각각의 중심점인 제 1중심점과 제 2중심정을 구하여 서로의 거리를 구한다.
보다 구체적으로 설명하면, 제 1삼각형의 꼭지점 중 제 1-1꼭지점의 좌표는 P0(X11, Y11, Z11), 제 1-2꼭지점의 좌표는 P1(X12, Y12, Z12), 제 1-3꼭지점의 좌표는 P2(X13, Y13, Z13)이고,
그리고, 제 2삼각형의 꼭지점 중 제 2-1꼭지점의 좌표는 P3(X21, Y21, Z21), 제 2-2꼭지점의 좌표는 P4(X22, Y22, Z22), 제 2-3꼭지점의 좌표는 P5(X23, Y23, Z23)이다.
상기 제 1삼각형의 무게중심(S0)은 ((X11+X12+X13)/3, (Y11+Y12+Y13)/3, (Z11+Z12+Z13)/3)이고, 상기 제 2삼각형의 무게중심(S1)는 ((X21+X22+X23)/3, (Y21+Y22+Y23)/3, (Z21+Z22+Z23)/3)이다.
여기서 상기 제 1삼각형의 무게중심(S0)의 값을 (A3,B3,C3)이고, 상기 제 2삼각형의 무게중심(S1)의 값을 (A4,B4,C4)라 한다.
이 두 무게중심을 통하여 다음과 같은 식에 의해 이동거리를 구한다.
Figure 112016111302155-pat00005
7. 제 7단계(S7)
상기 제 6단계에서 구해진 거리만큼 상기 제 1삼각형에 대해 상기 제 2삼각형을 이동시켜 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형을 접합시켜 상기 제 1파일과 상기 제 2파일을 접합시킨다.
즉, X축으로는 (A4-A3)의 값만큼 이동하고, Y축으로는 (B4-B3)의 값만큼 이동하고, Z축으로는 (C4-C3)의 값만큼 이동시킨다. 그러면, 제 1파일과 제 2파일이 접합된다.
이하, 본 발명에 의한 STL 파일을 접합하는 과정을 구체적인 실시예를 바탄으로 설명한다.
제 1파일의 제 1삼각형의 꼭지점이 P0(1,0,0), P1(1,0,1), P2(0,0,0)이고, 제 2파일의 제 2삼각형의 꼭지점이 P3(1,4,0), P4(0,4,1), P5(1,4,1)이라 하여 제 1삼각형에 대해 Y축으로 4만큼 떨어져 있다고 가정한다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1삼각형은 시계방향이고, 상기 제 2삼각형은 반시계방향이다.
상기 제 1삼각형의 법선벡터를 구하기 위해, 상술한 계산 식에 의해 V0=(0,0,1), V1=(-1,0,-1)이고, 제 2삼각형의 법선벡터를 구하기 위해 V2=(-1,0,1), V3=(1,0,0)의 값을 구한다.
상기 제 1삼각형의 법선벡터(M0)는 (0,-1,0)이고, 상기 제 2삼각형의 법선벡터(M1)은 (0,2,0)의 값이 나오며 이 두 평면이 이루는 각을 구하면 θ=180° 의 값이 나온다.
그리고, 상기 제 1파일에 대해 상기 제 2파일을 회전시켜, 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형이 평행이 되도록 회전시킨다. 그러면, 제 1삼각형의 위치가 P3'(1,4,0), P4'(0,4,0), P5'(1,4,1)이 된다.
다음으로, 각 삼각형의 물체의 중심점을 구하면, 제 1삼각형의 경우 무게중심(S0)이 (2/3, 0, 1/3)이 되고, 제 2삼각형의 경우 무게중심(S1)이 (2/3, 4, 1/3)이 된다.
상술한 계산식을 따르면, X=0, Y=4, Z=0 의 값이 구해지며, 상기 제 2삼각형을 상기 제 1삼각형 방향으로 4만큼 이동하면 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형이 접합되면서 전체적으로 상기 제 1파일과 상기 제 2파일이 접합되게 된다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S1 : 제 1단계 S2: 제 2단계
S3: 제 3단계 S4: 제 4단계
S5: 제 5단계 S6: 제 6단계
S7: 제 7단계

Claims (5)

  1. 서로 다른 STL 파일의 모델을 분석하여 3차원 공간에서 표면을 각각 삼각형의 픽셀로 구분하고, 상기 픽셀 중 접합하고자 하는 삼각형을 선택하는 제 1단계;
    왼손좌표계를 기준으로 제 1파일의 제 1삼각형과 제 2파일의 제 2삼각형을 시계방향과 반시계방향을 구분하여 방향성을 판단하는 제 2단계;
    상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형에서 각각 제 1법선벡터와 제 2법선벡터를 구하는 제 3단계;
    상기 제 1법선벡터와 상기 제 2법선벡터의 교차되는 각의 크기를 구하는 제 4단계;
    상기 제 2단계의 방향성과 상기 제 4단계의 각을 고려하여 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 서로 평행하게 마주보도록 하는 제 5단계;
    상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형의 각각의 중심점인 제 1중심점과 제 2중심점을 구하여 서로의 거리를 구하는 제 6단계; 및
    상기 제 1삼각형에 대해 상기 제 2삼각형을 상기 제 6단계의 거리만큼 이동시켜 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형이 접합시키는 제 7단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 STL 파일 접합 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1삼각형의 각각의 꼭지점 중 제 1-1꼭지점의 좌표는 P0(X11, Y11, Z11), 제 1-2꼭지점의 좌표는 P1(X12, Y12, Z12), 제 1-3꼭지점의 좌표는 P2(X13, Y13, Z13) 이고,
    상기 제 2삼각형의 각각의 꼭지점 중 제 2-1꼭지점의 좌표는 P3(X21, Y21, Z21), 제 2-2꼭지점의 좌표는 P4(X22, Y22, Z22), 제 2-3꼭지점의 좌표는 P5(X23, Y23, Z23) 이고,
    상기 제 3단계에서,
    상기 제 1삼각형의 제 1법선벡터(V0)는 Vector(X12-X11, Y12-Y11, Z12-Z11)이고, 제 2법선벡터(V1)는 Vector(X13-X12, Y13-Y12, Z13-Z12) 이고,
    상기 제 2삼각형의 제 3법선벡터(V2)는 Vector(X22-X21, Y22-Y21, Z22-Z21)이고, 제 4법선벡터(V3)는 Vector(X23-X22, Y23-Y22, Z23-Z22) 인 것으로 하고,
    상기 제 1삼각형의 법선벡터(M0)은 V0 x V1 이고, 상기 제 2삼각형의 법선벡터(M1)은 V2 x V3에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 STL 파일 접합 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1삼각형의 법선벡터(M0)과, 상기 제 2삼각형의 법선벡터(M1)에 대해,

    Figure 112016111302155-pat00006


    와 같은 식을 이용하여 각도를 구하는 것을 특징으로 하는 STL 파일 접합 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 6단계에서,
    상기 제 1삼각형의 무게중심(S0)의 값을 (A3,B3,C3)이고, 상기 제 2삼각형의 무게중심(S1)의 값을 (A4,B4,C4)라 할 때,

    Figure 112016111302155-pat00007

    의 값을 구하는 것을 특징으로 하는 STL 파일 접합 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 6단계에서 구해진 거리인 X축으로는 (A4-A3)의 값만큼 이동하고, Y축으로는 (B4-B3)의 값만큼 이동하고, Z축으로는 (C4-C3)의 값만큼 이동시켜, 상기 제 1삼각형에 대해 상기 제 2삼각형을 이동시켜 상기 제 1삼각형과 상기 제 2삼각형을 접합시키는 것을 특징으로 하는 STL 파일 접합 방법.


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