KR102024078B1 - 삼차원 프린팅을 위한 슬라이싱 및/또는 텍스쳐링 - Google Patents

Abstract

3D 프린터에 의하여 오브젝트를 프린팅하기 위하여 삼차원 모델을 슬라이싱하는 방법은, 폴리곤으로써 오브젝트의 엔빌로프(envelope), 그리고 슬라이싱 면 내 미리 정의된 작업 영역의 영역을 획득하는 단계; 각 픽셀 상에 배치되는 엔빌로프의 가장 가까운 폴리곤을 식별하는 단계; 여기서 폴리곤이 식별되지 않으면 해당 영역을 프린트되지 않는 영역으로 마킹하고; 가장 가까운 폴리곤의 방향 벡터가 Z 방향에서 양의 성분을 가지면, 해당 영역을 모델 영역으로 마킹하며; 폴리곤의 방향 벡터가 Z 방향에서 음의 성분을 가지면, 해당 영역을 지지체 영역으로 마킹하고, 프린팅한다. 상기 절차의 장점은 슬라이싱 및 텍스쳐 맵핑이 그래픽 카드 또는 GPU 상에서 효율적으로 수행될 수 있다는 것이다.

Description

삼차원 프린팅을 위한 슬라이싱 및/또는 텍스쳐링{SLICING AND/OR TEXTURING FOR THREE-DIMENSIONAL PRINTING}

관련 출원

본 출원은 35 USC §119(e)에 따라, 참조에 의하여 여기이서 전체적으로 포함된, 2013년 3월 14일에 출원된 미국 가출원 번호 61/782,142의 우선권의 이득을 주장한다.

몇몇 실시예에서, 본 발명은 삼차원 프린팅을 위한 슬라이싱을 수행하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 이로 한정되는 것은 아니나, 그래픽 카드 또는 그래픽 처리 유닛(GPU)에서 실행되기에 특히 적절한 방법에 관한 것이다.

넓은 측면에서 삼차원(3D) 잉크젯 프린팅은, 플랜 또는 모델에 따라, 삼차원 오브젝트를 형성하기 위하여 주입 노즐을 통하여 짜내질 수 있는 재료가 레이어에 적용되는, 적층 가공의 형태이다.

모델은 다양한 방법 중 하나, 예를 들어 카피되어질 원래 제품의 3D 측정을 수행하는 것에 의하여 획득될 수 있다. 또는, 컴퓨터 지원 설계(CAD) 패키지에 의한 3D 디자인이 사용될 수 있다. 또는, 적절한 그래픽 패키지를 이용하여, 온 더 플라이(on the fly)의 사용자에 의하여 3D 디자인이 생성될 수 있다.

각 레이어는 주입 시 녹으며, 가공 동안 일반적으로 적어도 일부가 지지되어야 하기 때문에, 3D 모델은 최종 형태에서 가공되기 어렵다. 그러므로, 나중에 제거될 수 있는, 지지체 구조가 제공되는 것이 일반적이다. 오브젝트를 위한 어떠한 프린팅 플랜은 이러한 지지체 구조의 프린팅을 포함하여야 하며, 프린팅 후 쉽게 제거될 수 있는 지지체 구조를 만드는 방법을 포함할 수 있다.

또한, 3D 모델은 컬러 및 텍스쳐를 필요로 할 수 있으며, 텍스쳐는 단순하게 평평한 패턴이거나, 소정의 정도로 모델의 깊이로 연장할 수 있는, 다양한 종류의 표면 특징일 수 있다. 이와 유사하게, 지지 구조체는, 예를 들어 제거를 용이하게 하기 위하여, 특히 표면에 적용되는 텍스쳐를 가질 수 있다.

3D 모델은 다른 위치에 대하여 다른 재료를 포함할 수도 있다. 그러므로, 바깥 표면 주변에 방수 처리가 필요할 수 있거나, 부드러운 내부로 인하여 단단한 껍질이 필요할 수도 있다.

3D 모델은 프린트 헤드를 동작시키기 위한 명령들로 전환되어야 한다. 일반적으로, 모델은 슬라이스로 절단되며 각 슬라이스의 각 픽셀은 텍스쳐 파일에 의하여 변형된다. 이와 마찬가지로, 각 개별적인 픽셀은 픽셀이 엔빌로프(envelope) 내에 있으며 모델의 일부분인지, 엔빌로프 아래에 있으며 지지체의 일부분인지, 또는 엔빌로프 외에 있으며 프린트되지 않아야 하는지를 결정하기 위하여 모델의 엔빌로프에 대하여 테스트된다. 이후, 픽셀은 개별적인 텍스트 파일로부터 텍스쳐를 위하여 변형된다. 이후, 명령은 슬라이스를 프린트하기 위하여 프린터 헤드를 동작시키도록 생성될 수 있다.

그러므로, 슬라이스는 픽셀 대 픽셀로 생성되며, 각 픽셀이 개별적으로 기억되므로, 이에 상당하는 메모리를 요구한다. 일반적으로 컴퓨터의 일부인 중앙 처리 장치(CPU)에서 계산이 수행되거나, 복잡하고 길어지는 개개인의 요구에 맞춘 계산이 GPU 또는 다른 그래픽 하드웨어 상에서 행해질 수 있다.

그래픽 프로세싱은 일반적으로 분리된 그래픽 카드에서 제공되는, GPU의 형태로 대부분의 컴퓨터 상에서 행해진다. 그래픽 카드는 각 픽셀의 계산을 우회하는 방법으로 그래픽 프로세싱을 위하여 최적화된 파이프라인으로 설계된다. 그러나, 그래픽 카드는 3D 이미지의 2D 투사를 제공하도록 설계되기 때문에 3D 모델로부터 3D 프린팅 명령을 직접 만들도록 사용되는 것은 아니다. 그래픽 카드 상의 3D 프로세싱은 일반적으로 2D 투사를 빠르게 생성하기 위하여, 비디오 게임과 함께 설계된다. 3D 이미징에서 투사가 아닌, 실제적인 3D 형상이 요구된다. 그러므로, 그래픽 카드가 3D 프린팅을 위하여 사용되는 경우, 개개인의 요구에 맞춘 솔루션을 통할 수 밖에 없다.
US 2009/174709 Kozlak David et al에는 삼차원 오브젝트의 컴퓨터 지원 설계(computer-aided design) 모델을 위한 빌드 시퀀스 데이터를 생성하기 위한 방법을 개시하며, 이 방법은 컴퓨터 지원 설계 모델에서 삽입 데이터 표시의 위치를 식별하는 단계, 상기 컴퓨터 지원 설계 모델을 복수의 슬라이스 레이어로 슬라이싱하는 단계, 복수의 슬라이스 레이어의 적어도 일부에 대하여 복수의 지지 레이어를 생성하는 단계, 그리고 상기 삽입 데이터 표시의 식별된 위치에서 컴퓨터 지원 설계 모델의 채워지지 않는 영역을 생성하는 단계를 포함한다.
2011년 7월 22일, H-Radec-Realtime Slicer proof of concept using GPU는 특히 소프트웨어 관점에서, 3D 빠른 모델링 기술에 관한 링크를 가지는 온라인 회의이다.
Chang C. Direct Slicing and G-code contour for rapid prototyping machine of UV resin spray using PowerSolution macro commands, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology Vol. 23 no.5-6, 18 December 2003 pages 358-365는 3D CAD 모델로부터 레이어를 생성하여 빠르게 프로토타이핑을 하고, 각 레이어 별로 G 코드 윤곽을 생성하는 기술이 개시된다. 여기서, 다이렉트 슬라이싱을 생성하는 인터페이스를 쓰기 위하여 적절한 매크로 커맨드를 제공한다.
Huang et al, Sloping wall structure supporting generation for fused deposition modeling, the international journal of advanced manufacturing technology, Vol. 42 no11-12, 1st August 2008, pages 1074-1081은 지지체 구조의 생성에 관한 것으로 보다 상세하게는 세 가지 유형의 지지체 구조를 개시한다. 3D 프린트된 구조는 결과물만이 아닌 모든 제조 단계에서 물리적으로 안정적이어야 하므로, 지지체 구조가 필요하다.

본 실시예는 각 픽셀을 계산하고 정의하기보다는 차라리 볼륨을 확인하고 조종하는 것에 기초하여 3D 모델을 프린트 명령으로 전환하는 프로세스를 수행하는 것에 관한 것이다. 이러한 프로세스는 특히 그래픽 카드 상에서 수행되기 적합하며, 프로젝션 기능은 슬라이스를 생성하기 위하여 사용될 수 있고, 클리핑은 볼륨의 특정 부분이 지지체의 일부인지, 모델 자체의 일부인지, 아니면 프린트되지 않아야 하는 것인지를 결정하기 위하여 사용될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예의 한 측면에 따르면, 3D 프린터에 의하여 해당하는 오브젝트의 프린팅을 위하여 삼차원 모델을 슬라이싱하는 방법이 제공되며, 슬라이싱은 Z 축을 가지는 공간 내에서 만들어지고, Z 축은 프린팅 면에 대하여 수직이다. 이 방법은:

평면 폴리곤들의 모음으로써 오브젝트의 엔빌로프(envelope)의 표시를 획득하는 단계;

상기 Z 축 상의 Z0 좌표에 의하여 슬라이싱 면을 정의하는 단계; 그리고

상기 오브젝트 내의 영역, 지지체 구조에 속하는 영역 및 상기 오브젝트 밖에 있으며 프린트되지 않는 영역으로 상기 슬라이싱 면을 구분하는 단계를 포함하며,

각 폴리곤은 형상, 위치 좌표 및 각 폴리곤에 수직하는 방향 벡터에 의하여 정의되며, 상기 방향 벡터는 상기 오브젝트의 바깥 방향을 향하고, 이에 따라 상기 폴리곤의 바깥쪽으로부터 상기 폴리곤의 안쪽을 구별한다.

한 실시예에서, 상기 슬라이스 내에서 영역을 식별하는 단계는:

식별될 각 영역 상에 배치되어 있는 상기 엔빌로프에서 가장 가까운 폴리곤을 찾는 단계,

폴리곤이 식별되지 않는 경우, 해당 영역을 프린트되지 않는 영역으로 마킹하는 단계;

가장 가까운 폴리곤의 방향 벡터가 상기 Z 방향에서 양의 성분을 가지는 경우, 해당 영역을 모델 영역으로 마킹하는 단계;

가장 가까운 폴리곤의 방향 벡터가 상기 Z 방향에서 음의 성분을 가지는 경우, 해당 영역을 지지체 영역으로 마킹하는 단계를 포함한다.

한 실시예에서, 표시를 획득하는 단계는 배향(orientating)하는 단계를 더 포함한다.

실시예는 텍스쳐 맵을 획득하고, 텍스쳐 영역을 상기 슬라이스 상으로 맵핑하는 단계를 더 포함한다.

한 실시예에서, 상기 텍스쳐 맵은 색 분포를 정의하는 맵, 상이한 재료의 분포를 정의하는 맵 및 삼차원 표면 텍스쳐를 정의하는 맵을 포함한다.

한 실시예에서, 각 영역은 다중 복셀 영역이며, 상기 방법은 프린팅하기 이전에 상기 정의된 슬라이스 영역들의 각 영역에서 복셀을 정의하는 단계를 더 포함한다.

한 실시예는 복수의 평면 슬라이스 중 각 슬라이스에 대응하는 각 레이어 단위로 오브젝트를 프린팅하는 단계를 포함하며, 각 레이어는:

각 슬라이스 내에서 지지체 영역으로 마킹되는 각 영역의 복셀에 지지체 재료를 배치하는 단계,

각 슬라이스 내에서 모델 픽셀로 마킹되는 각 영역의 복셀에 모델 재료를 배치하는 단계에 의하여 프린트된다.

한 실시예에서, 레이어를 프린팅하는 단계는 대응하는 가상 슬라이싱 직후에 이루어지므로, 레이어는 슬라이스된 직후 프린트된다.

본 방법은 그래픽 카드 또는 그래픽 프로세싱 유닛 상에서 수행될 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 여기에서 설명된 바와 같이 슬라이스되고 프린트되는 오브젝트의 슬라이스된 삼차원 모델로 확장될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 3D 프린터에 의하여 오브젝트를 프린팅하기 위하여 슬라이스된 삼차원 모델에 텍스쳐를 추가하는 방법이 제공되며, 이 방법은:

평면 폴리곤의 모음으로써 오브젝트의 엔빌로프의 표시를 획득하는 단계;

상기 엔빌로프를 가로질러 상기 모델을 슬라이싱하는 단계;

상기 모델의 텍스쳐 맵을 획득하는 단계; 그리고

상기 텍스쳐 맵을 상기 슬라이스 상에 맵핑하여 정의된 텍스쳐의 영역을 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면은 여기에서 설명된 방법을 이용하여 슬라이스되고 프린트되며 텍스쳐 맵핑된 오브젝트의 슬라이스되고 텍스쳐 맵핑된 삼차원 모델에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은 여기에서 설명된 바와 같이 생성된 슬라이스된 삼차원 모델로부터 프린트된, 삼차원 오브젝트에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은 여기에서 설명된 방법 중 하나를 이용하여 프린트되는 오브젝트의 삼차원 모델을 슬라이스하기 위한 그래픽 프린팅 유닛(GPU)의 용도에 관한 것이다.

다르게 정의하지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술 및/또는 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 이해하는 것과 동일한 의미를 가진다. 여기에서 설명하는 것과 동일한 또는 등가의 방법 및 재료들이 본 발명의 실시예를 구현 또는 시험하는데 사용될 수 있지만, 이하에서는 예시적인 방법 및/또는 재료들에 대해 설명한다. 충돌하는 경우, 정의를 포함하여 본 발명의 명세서가 우선한다. 또한, 재료, 방법 및 예들은 설명을 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다.

본 발명의 실시예에서의 방법 및/또는 시스템의 구현은 선택된 태스크를 수동, 자동, 또는 이들의 조합하여 수행 또는 완료하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법 및/또는 시스템에 대한 실시예에서의 실제 기구 및 장비에 따라, 선택된 태스크가 오퍼레이팅 시스템을 이용하여 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에 따라 선택된 태스크를 수행하는 하드웨어는 칩 또는 회로로 구현될 수 있다. 소프트웨어의 경우, 선택된 태스크는 본 발명의 실시예에 따라 적절한 오퍼레이팅 시스템을 사용하는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 복수의 소프트웨어 명령으로 구현될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예로서, 여기에 기재된 방법 및/또는 실시예의 예시적 실시예에 따른 하나 이상의 태스크는 복수의 명령을 수행하는 위한 컴퓨팅 플랫폼과 같은 데이터 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 부가적으로, 데이터 프로세서는 명령 및/또는 데이타를 저장하기 위한 휘발성 메모리, 및/또는 명령 및/또는 데이터를 저장하기 위한 비-휘발성 메모리, 예를 들어, 자기 하드-디스크 및/또는 탈착 가능 매체를 포함할 수 있다. 부가적으로, 네트워크 연결이 또한 제공될 수 있다. 디스플레이, 및/또는 키보드 또는 마우스와 같은 사용자 입력 장치가 또한 부가적으로 제공될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예가 오직 예시적으로 여기에서 설명되며, 수반되는 도면을 참조한다. 상세하게 도면을 참조하여, 도시된 부분들은 예시적인 것이며, 본 발명의 실시예의 설명을 위한 것임을 강조한다. 이러한 측면에서, 도면과 상세한 설명으로 인하여 본 발명의 실시예가 실행되는 방법이 당업자에게 자명해진다.
도면에서:
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라, 프린트되는 오브젝트의 3D 모델을 슬라이싱하기 위한 절차를 나타내는 간략화된 플로우 다이어그램이고;
도 2는 도 1의 절차가 적용되는 3D 모델의 개략도이며;
도 3은 3D 모델 상에 텍스쳐를 맵핑하기 위한 도 1의 절차의 수정을 나타내는 간략화된 플로우 챠트이다.

본 발명의 몇몇 실시예는 삼차원 프린팅을 위한 슬라이싱을 수행하는 방법, 더욱 상세하게는, 이에 한정되는 것은 아니나, 그래픽 카드 상에서 수행하기에 특히 적합한 방법에 관한 것이다.

아래에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 3D 프린터에 의하여 해당 오브젝트를 프린팅하기 위하여 삼차원 모델을 슬라이싱하는 방법은:

슬라이싱 면 내 미리 정의된 작업 영역의 각 영역에 대하여 폴리곤(polygon)으로써 오브젝트의 엔빌로프를 획득하는 단계: 각 영역 상에 배치되는 엔빌로프의 가장 가까운 폴리곤을 식별하는 단계; 여기서 폴리곤이 식별되지 않으면 비프린트 영역으로 해당 영역을 표시하는 단계; 상기 가장 가까운 폴리곤의 방향 벡터가 Z 방향에서 양의 성분을 가지는 경우, 해당 영역을 모델 영역으로 마킹하는 단계; 그리고 상기 폴리곤의 방향 벡터가 Z 방향에서 음의 성분을 가지는 경우, 해당 영역을 지지체 영역으로 마킹하고 이에 따라 프린팅하는 단계를 포함한다. 상기 절차의 장점은 슬라이싱이 그래픽 카드 또는 GPU에서 효율적으로 수행될 수 있다는 것이다.

본 발명의 적어도 한 실시예를 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명은 아래의 설명 및/또는 도면 및/또는 실시예에 기재된 상세한 구성 및 구성성분의 배치 및/또는 방법에 반드시 한정되는 것이 아니다. 본 발명은 다양한 방법으로 수행되거나 실시될 수 있으며, 다른 실시예도 가능하다.

이제 도면을 참조하여, 도 1은 본 발명의 실시예에 따라 오브젝트 프린팅 이전에 모델 슬라이싱을 수행하기 위한 절차를 나타내는 개략화된 플로우 다이어그램이다.

본 발명의 실시예는 뷰(view) 기능의 가상 영역인 절두체(frustum)를 보여주는 그래픽카드를 사용하여, 프린트될 오브젝트인 3D 바디를 만들고, 직각 영역으로 오브젝트를 나눈다(슬라이싱한다). 바디는 바디 표면을 정의하는 3D 공간에서 폴리곤 세트로 기술된다.

본 실시예는 양의 노멀(normal) z-성분을 가지는 표면-위로 향하는 바디-이 아래로부터의 정사영에서 보여지지 않으며, 바디의 내부로부터만 보여질 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 이와 마찬가지로, 아래로 향하는 표면은 아래로부터 보여지며 음의 노멀 z성분을 가진다. 이들 면은 모델의 내부 바디를 지시하는 방향 벡터로 초기에 표면을 제공하는 것에 의하여 식별될 수 있다. 방향 벡터는 폴리곤으로 노멀할 수 있으며, z 방향에서 한 성분을 가질 수 있다.

이러한 표면을 식별하기 위하여, 노멀의 양의 Z 성분을 가지는 모든 폴리곤은 모델 재료를 나타내는 색깔에 의하여 마크되고, 노멀로 음의 Z 성분을 가지는 모든 폴리곤은 지지체 영역을 나타내는 색깔에 의하여 마크된다.

그리고, 슬라이스는 아래로부터 보여지는 정사영의 결과일 수 있으며, 각각 할당된 색깔에 의하여 마크된 모델 및 지지체 영역을 포함할 수 있다.

아래에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 3D 텍스쳐는 모델 내 슬라이스의 표면 또는 그 주변으로 할당될 수 있으며, 텍스쳐는 바람직한 표면 3D 텍스쳐, 오브젝트 표면 컬러, 있다면 다른 오브젝트 재료, 그리고 지지체 영역의 구조를 제공한다.

특징은 슬라이스의 영역으로 할당되며, 각 픽셀은 이 시점에서 계산되지 않는다.

그 결과, 수천의 슬라이스를 계산할 필요가 있고 수 시간이 걸릴 수 있는 일반적인 슬라이싱 공정은 정사영 및 클리핑을 사용하여 슬라이스를 계산하는 그래픽 가속기 HW를 사용하는 것에 의하여 더욱 빨라질 수 있다.

더욱 상세하게, 슬라이싱 방법은 3D 바디의 직각 절단면, 슬라이스를 만들기 위한 절두체를 보여주는 그래픽 카드를 사용하는 것을 포함한다. 연속적인 슬라이스가 만들어지는 경우, 슬라이서의 아이 포인트(eye point)는 요구되는 슬라이스 레졸루션에 따라 양의 z 방향으로 점진적으로 이동한다. 이에 따라, 절두체는 변형된다.

그러므로, 모든 슬라이스는 모델 및 지지체 영역 중 하나 또는 모두를 포함할 수 있으며, 이들 영역은 모델 표면 또는 가까운 표면에 할당된 서로 다른 색깔 또는 패턴에 의하여 마킹된다. 색깔 또는 패턴은 재료에 대한 텍스쳐, 재료의 상이한 조합, 예를 들어 디지털 재료(DM) 또는 지지체 구조를 포함한다.

도 1을 다시 참조하면, 박스 100에서 도시되는 제1 단계는 오프 스크린 드로잉(off-screen drawing)을 위하여 그래픽 카드에 3D 모델 또는 모델을 로드, 또는 더욱 상세하게는 M로드한다. 모델은 프린트될 오브젝트의 표면을 나타내는 폴리곤 세트를 사용하는 오브젝트를 나타낸다. 모델은 바람직한 위치 및 방향에 따라 배치된다.

모든 폴리곤은 3D 표면의 일부이고, 3D 표면은 내부 및 외부를 가진다. 박스 102에서, 모든 폴리곤의 노멀이 계산된다. 박스 104에서 노멀의 z 성분은 오브젝트의 내부 및 외부를 마킹하기 위하여 발견된다. 아래에서 시작하여, 노멀의 음으로 표시된 z 성분을 가지는 모든 폴리곤 면은 지지체 영역을 나타내는 특정 색깔에 의하여 마킹되며, 양의 폴리곤 면은 모델 색깔에 의하여 마킹된다.

계속하여, 박스 106에서 도시된 바와 같이, 가상 카메라(아이 포인트)의 위치는 첫 번째 슬라이스를 정의하기 시작하기 위하여 z=0으로 설정된다. 그 후, 카메라 위치는 모델의 최대 높이에 도달할 때까지 연속하는 각 슬라이스에 대하여 상승한다.

그리고, 박스 108에서와 같이, 각 슬라이스에 대하여, 슬라이스의 각 파트는 상부를 향하여 보는 가상 카메라가 슬라이스의 길이를 따라 이동하는 것과 같이 다음 폴리곤 표면으로 위를 향하여 투사된다. 뷰 상에서 제1 폴리곤 표면이 외부 표면에 대하여 아래로 향하는 경우, 슬라이스의 영역은 지지체 영역으로 마킹된다. 표면이 내부 표면에 대하여 아래로 향하는 경우 해당 영역은 오브젝트 자체의 일부인 것으로 마킹된다. 슬라이스는 이차원 영역이며, 이에 따라 이 과정은 전체 영역에 대하여 수행된다.

각 슬라이스가 완성되는 경우, 카메라 또는 아이 포인트는 박스 110과 같이 z 방향으로 슬라이스 폭을 이동시킨다.

그래픽 카드의 빠르고 병렬적인 계산 가능성은 슬라이스로 하여금 상기와 같이 빠르게 계산되도록 하며, 나타내어진 바와 같이, 계산은 슬라이스의 영역에 관계되는 것이며, 각 픽셀에 관계되는 것이 아니다. 각 3D 픽셀 또는 복셀은, 그들이 속하는 영역의 특성으로부터 단순하게, 프린팅 이전에 연속적으로 계산된다.

이제 도 2는, 상기 절차가 L-형상 모델 피스 200 상에서 어떻게 동작하는지를 나타내는 간략화된 다이어그램이다. 모델 피스는 삼차원 모델 피스이나, 간략화를 위하여 2D인 것으로 도시된다. 피스는 수직 영역 202 및 수평 영역 204을 가지며, 표면은 폴리곤에 의하여 정의되고, 각 표면에 대한 내부 및 외부 면을 가진다.

이제, 슬라이스 206의 계산을 고려한다. 상부를 향하여 보는 가상 카메라는 슬라이스의 길이를 따라 이동한다. 가상 카메라가 우측 상부의 모델 파트 202 내에 있는 한, 가상 카메라가 보는 첫 번째 면은 상부 벽 208의 내부를 향하는 면이다. 그러므로, 수직 영역 202 내 슬라이스의 영역은 모델 내인 것으로 마크된다.

가상 카메라가 우상부를 빠져 나가고, L자 형상의 연장선 아래로 이동하는 경우, 가상 카메라가 만나는 첫 번째 표면은 하부 벽 210의 외부 표면의 아래 방향을 향하는 면이다. 그러므로, L의 연장선 아래 그리고 우상부 바깥 영역은 지지체 영역으로 마크된다.

모델 내부 또는 204의 연장선 아래가 아니면서 L자 형상의 바깥 영역인 슬라이스의 다른 부분에서, 위를 바라보는 카메라는 폴리곤 표면을 만나지 않으며, 이들 영역은 프린트되지 않는 영역으로 마크된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 그래픽 카드는 위쪽을 향하는 슬라이스로부터, Z방향으로 보이는 것에 의하여 3D 장면이 랜더링될 수 있도록 병렬적인 투사 뷰를 형성한다. 각 슬라이스에 대하여, 카메라는 슬라이스의 z면(카메라의 z 위치) 상에 설정되며, 위쪽을 향하는 아래로부터 z 면에 수직인 (뷰 방향) 슬라이스 내 벡터를 따라 이동한다.

이에 따라, 그래픽 카드는 폴리곤, 투사 및 폴리곤 컬링(culling)을 이용하여 모델 및 지지체 영역을 자동으로 계산할 수 있으며, 이후 영역 내 각 픽셀을 정의할 준비가 되어 있다. 내부로 향하는 노벌 벡터를 가지는 시각화할 수 있는 모든 폴리곤 면은 모델에 속하는 것으로 렌더링되고 마킹될 수 있으며, 외부로 향하는 노멀 벡터를 가지는 시각화할 수 있는 모든 폴리곤은 지지체 구조에 속하는 것으로 렌더링되며 마킹될 수 있다.

이제, 일반적으로 모델인지 지지체인지 프린트되지 않는 영역인지를 간략하게 매핑하는 것이 충분하지 않다. 사용자가 프린트하고자 하는 실세계의 오브젝트들은 색상 및 다른 위치에서의 다른 재료, 표면 패턴, 3D 텍스쳐 등을 요구한다. 여기서도, 그래픽 프로세서는 해답을 제공할 수 있다. 텍스쳐 맵핑 유닛(TMU)은 최신 그래픽 프로세싱 유닛(GPU)의 구성성분이다. TMU는 비트맵을 회전시키며 치수 조절할 수 있어 텍스쳐인 3D 오브젝트의 임의의 면 상에 배치될 수 있다. 최신 그래픽 카드에서 TMU는 일반적으로 그래픽 파이프라인에서 별개의 단계로 실시된다.

3D 장면을 렌더링하기 위하여, 텍스쳐는 폴리곤 메시의 상부 위에 맵핑된다. 이는 택스쳐 맵핑이라 불리고, 그래픽 카드 상의 TMU에 의하여 실행된다.

텍스쳐 맵은 형상의 표면 또는 폴리곤에 적용되거나 맵핑될 수 있다. 적용 프로세는 흰 박스에 패턴이 가해진 종이를 적용하는 것과 유사하다. 예를 들어, 폴리곤에서 모든 정점은 텍스쳐 좌표로 할당되거나 정해진 절차에 의하여 명확하게 할당될 수 있다. 멀티텍스쳐링은 폴리곤 상에 동시에 하나 이상의 텍스쳐링을 하는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 위에서 기술한 바와 같이, 텍스쳐 맵핑은 모델(예, DM) 및 지지체의 흥미롭거나 복합적인 다중 재료 구조를 생성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 그리드로써 지지체를 정의하는 것이다.

본 방법은 간략화된 플로우챠트 도 3에서 도시된다. 본 방법은 미리 정의된 2D 또는 3D 텍스쳐 또는 컬러 맵을 사용하고, 모델 형상을 정의하는 동일한 폴리곤 상에 맵핑을 정의하는 단계를 포함한다. 슬라이스들에 대하여 텍스쳐 맵 또는 맵들이 박스 300에서 획득된다. 색깔 및 표면 패턴 302, 다른 재료 304 및 다른 3D 깊이 텍스쳐 306에 대한 개별적인 텍스쳐 맵이 있을 수 있다. 또한 텍스쳐 맵은 요구에 맞게 디자인될 수 있으며, 다른 텍스쳐 맵은 편의를 위하여 하나 이상의 파일에 결합될 수 있다. 텍스쳐 맵 영역은 박스 308 내 슬라이스 영역으로 맵핑된다. 다른 텍스쳐는 두 개의 다른 폴리곤 사이드, 외부 및 내부에 대하여 각각으로 적용될 수 있으며, 위에서 수행된, 렌더링 후 아웃풋은 모델 또는 지지체 구조의 색깔 및 텍스쳐 표시를 포함할 수 있다.

그래픽 프로세서는 다른 재료를 나타내는 직접적인 방법을 가지지 않는다. 그러나, 이는 색깔을 나타내는데 매우 익숙하며, 이에 따라 색깔은 생성된 슬라이스 내에 프린트되어야 하는 다른 복셀의 다른 재료들을 나타낼 수 있다. 그리고, 멀티텍스쳐링은 오브젝트 상에 나타내어져야 하는 색깔들과 재료 타입을 의미하는 색깔을 결합하는데 사용될 수 있다.

3D 텍스쳐는 깊이(depth)를 기지는 구조체를 생성하는데 사용될 수도 있다. 깊이는 표면으로부터 계산되므로, 그래픽 프로세서는 코팅 또는 멀티코팅 레이어 구조체 및 모델의 깊이로 투사 프로세스의 일부로써 표면에 수직인 방향으로 그래디언트(gradient) 구조체를 생성할 수 있다. 예를 들어, 특정 오브젝트는 표면이 단단한 껍질이고, 부드러운 필러 재료를 요구하거나, 표면의 방수를 요구할 수 있다. 텍스쳐 맵은 그래픽 프로세서가 슬라이스 내 영역으로 관련 정보를 적용하는 것이 가능하게 하는 방법이다.

본 출원에 의한 특허의 존속기간 동안 많은 관련 잉크젯 또는 다른 프린팅 기술이 개발될 것이 기대되며, “프린팅”이라는 용어의 범위는 모든 새로운 기술을 포함하는 것은 자명하다.

“구성하다(comprise)”, “구성하는(comprising)”, “포함하다(include)”, “포함하는(including)”, “가지는(having)” 및 이들의 결합은 “포함하나 이로 제한되는 것은 아님”을 의미한다.

“이루어지는(consisting of)”은 “포함하며 이로 제한됨”을 의미한다.

여기에서 사용되는 바와 같이, “a”, “an” 및 “the” 등의 단수 표현은 명시하지 않은 한 복수를 포함한다.

명확함을 위하여, 별개의 실시예로 기재된 본 발명의 소정 특징은 단일 실시예에서 결합하여 제공될 수도 있으며, 상기 설명은 결합이 명시적으로 기재되어 있는 것과 같이 구성된다. 이에 반해, 간략화를 위하여, 하나의 실시예로 설명되는, 본 발명의 다양한 특징들은 개별적으로, 또는 적절하게 일부가 결합되어서, 또는 본 발명의 다른 실시예에서 적절하게 제공될 수도 있으며, 상기 설명은 이들 별개의 실시예가 명시적으로 기재된 것과 같이 구성된다. 다양한 실시예에 기재된 소정 특징들은 실시예가 이들 특징들 없이 동작하지 않는 경우가 아니라면, 이들 실시예의 필수적인 특징으로 간주되지 않는다.

본 발명이 특정 실시예와 연관지어 기재되어 있음에도, 당업자에게 자명한 정도의 많은 치환, 변경 및 변화가 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 사상 및 넓은 범위 내에서라면 모든 치환, 변경 및 변화를 포함한다.

본 명세서에서 언급된 모든 공개 문헌, 특허 및 특허출원들은 참조에 의하여 그들의 전체가 본 명세서 내에 포함되며, 이는 각 개별 공개문헌, 특허 또는 특허 출원이 특정하게 그리고 개별적으로 여기에서 참조에 의하여 포함되는 것과 동일하다. 또한, 본 출원에서 참조의 인용 또는 식별은 본 참조가 본 발명의 종래 기술로 이용 가능하다는 것을 허용하는 것은 아니다. 섹션 헤딩이 사용되는 범위에서, 이들은 필수적인 제안으로 여겨지는 것은 아니다.

Claims (14)

1. 3D 프린터에 의하여 오브젝트를 프린팅하기 위하여 삼차원 모델을 슬라이싱하는 방법에 있어서,
   상기 슬라이싱은 Z 축을 가지는 공간 내에서 만들어지고, 상기 Z축은 프린팅 면에 대하여 수직이며,
   평면 폴리곤들의 모음으로써 오브젝트의 엔빌로프(envelope)의 표시를 획득하는 단계, 여기서, 각 폴리곤은 형상, 위치 좌표 및 각 평면 폴리곤의 평면에 수직하는 방향 벡터에 의하여 정의되며, 상기 방향 벡터는 상기 오브젝트의 바깥 방향을 향하고, 이에 따라 상기 평면 폴리곤의 바깥쪽을 향하는 평면으로부터 상기 평면 폴리곤의 안쪽을 향하는 평면을 구별한다;
   상기 Z 축 상의 Z0 좌표에 의하여 슬라이싱 면을 정의하는 단계; 그리고
   상기 오브젝트 내의 영역, 지지체 구조에 속하는 영역 및 상기 오브젝트 밖에 있으며 프린트되지 않는 영역으로 상기 슬라이싱 면을 구분하는 단계를 포함하며,
   상기 슬라이싱 면을 영역들로 구분하는 단계는:
   식별될 각 영역 상에 배치되어 있는 상기 엔빌로프에서 가장 가까운 폴리곤을 찾는 단계;
   폴리곤이 식별되지 않는 경우, 해당 영역을 프린트되지 않는 영역으로 마킹하는 단계;
   가장 가까운 폴리곤의 방향 벡터가 상기 Z 방향에서 양의 성분을 가지는 경우, 해당 영역을 모델 영역으로 마킹하는 단계;
   가장 가까운 폴리곤의 방향 벡터가 상기 Z 방향에서 음의 성분을 가지는 경우, 해당 영역을 지지체 영역으로 마킹하는 단계
   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 표시를 획득하는 단계는 배향(orientating)하는 단계를 더 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   텍스쳐 맵을 획득하고, 텍스쳐 영역을 슬라이스 상으로 맵핑하는 단계를 더 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 텍스쳐 맵은 색 분포를 정의하는 맵, 상이한 재료의 분포를 정의하는 맵 및 삼차원 표면 텍스쳐를 정의하는 맵을 포함하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   각 영역은 다중 복셀 영역이며, 상기 방법은 프린팅하기 이전에 상기 정의된 슬라이스 영역들의 각 영역에 복셀들을 정의하는 단계를 더 포함하는 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   복수의 평면 슬라이스 중 각 슬라이스에 대응하는 각 레이어 단위로 레이어들에 오브젝트를 프린팅하는 단계를 더 포함하며, 각 레이어는:
   각 슬라이스 내에서 지지체 영역으로 마킹되는 각 영역의 복셀들에 지지체 재료를 배치하는 단계,
   각 슬라이스 내에서 모델 픽셀로 마킹되는 각 영역의 복셀들에 모델 재료를 배치하는 단계에 의하여 프린트되는 방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   레이어를 프린팅하는 것은 상기 삼차원 모델의 슬라이싱 직후에 이루어지는 방법.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   그래픽 카드 또는 그래픽 프로세싱 유닛 상에서 수행되는 방법.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 슬라이스되고 프린트되는 오브젝트의 슬라이스된 삼차원 모델을 생성하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 기록매체.
10. 3D 프린터에 의하여 오브젝트를 프린팅하기 위하여 슬라이스된 삼차원 모델에 텍스쳐를 추가하는 방법에 있어서,
    평면 폴리곤의 모음으로써 오브젝트의 엔빌로프의 표시를 획득하는 단계;
    상기 엔빌로프를 가로질러 상기 모델을 슬라이싱하는 단계;
    상기 모델의 텍스쳐 맵을 획득하는 단계; 그리고
    상기 텍스쳐 맵을 상기 슬라이스 상에 맵핑하여 정의된 텍스쳐의 영역들을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 프린트되고, 슬라이스되며 텍스쳐 맵핑된 오브젝트의 슬라이스되고 텍스쳐 맵핑된 삼차원 모델을 생성하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 기록매체.
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따라 프린트된 오브젝트의 삼차원 모델을 슬라이스하기 위한 그래픽 프린팅 유닛(GPU) 장치.
13. 삭제
14. 삭제

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