KR102065692B1 - 3차원 프린팅을 위한 두께 모델 생성 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두께 모델 생성 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 두께 모델 생성 방법은 기결정된 두께 모델 데이터를 포함하는 3차원 샘플 모델을 준비하는 단계; 변형 정보를 근거로, 3차원 샘플 모델의 외형을 변형시킴으로써 3차원 변형 모델을 생성하는 단계; 및 3차원 샘플 모델과 3차원 변형 모델 사이의 외형 변형 정도를 근거로 3차원 변형 모델의 두께 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 프린팅을 위한 두께 모델 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING THICKNESS MODEL FOR 3D PRINTING}
본 발명은 두께 모델 생성 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 최소 개수의 샘플 또는 3차원 템플릿 두께 모델을 이용한 두께 모델 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 3차원 프린팅에 대한 기술들이 각광을 받고 있다. 일반적으로, 이러한 3차원 프린팅은 다양한 3차원 프린터와 호환되는 3차원 모델 데이터가 필요하다. 구체적으로, 3차원 모델 데이터는 공통적인 두께를 갖는 3차원 모델 또는 내부가 채워진 3차원 모델을 의미한다. 일반적으로, 3차원 프린팅은 재료를 적층 방식으로 출력함으로써 이루어진다. 여기서, 적층 방식으로 프린팅을 수행하기 위해서는 재료의 특성에 따른 두께 정보가 필요하다.
3차원 그래픽스 렌더링용으로 제작된 기존의 3차원 모델은 대부분 두께 정보 없이 렌더링을 위한 한 면만으로 이루어져 있으므로, 곧바로 3차원 프린팅에 사용하기 어렵다. 일부 수지 압출 조형 방식(FDM) 방식의 3차원 프린터는 재료인 필라멘트 두께를 기본 값으로 설정해 두께가 없는 단면 3차원 모델도 프린팅이 가능한 경우가 있지만, 광경화 수지 조형 방식(SLA), 선택적 레이저 소결 조형 방식(SLS), 폴리젯 방식(PolyJet), 마스크 투영 이미지 경화 방식(DLP)등 대부분 3차원 프린터는 내부 정보가 없는 단면 3차원 모델은 프린팅이 불가능하다.
기존의 3차원 모델 데이터는 주로 데이터를 화면에 렌더링하기 위해 제작됐기 때문에, 프린팅을 위해 갖추어야 할 데이터의 제한 사항과 조건들(법선 벡터 방향 일치, 불량 에지(bad edge) 제거, 홀(hole) 채움, 노이즈 쉘 (shell) 제거, 두께 정보 제공 등)을 만족하지 않는다.
따라서, 기존의 3차원 모델을 3차원 프린팅하기 위해서는 별도의 소프트웨어를 사용해 앞서 언급한 모든 사항을 확인하고 데이터를 수정하는 작업이 필수적이다. 최근에는 웹과 클라우드 환경에서 3차원 모델의 3차원 프린팅 가능성을 확인해 주는 소프트웨어도 소개되어 간단한 모델인 경우 오류 확인 및 약간의 수정이 가능하지만, 고품질의 3차원 데이터를 출력하기 위해서는 위해서는 그만큼 고가의 소프트웨어, 전문적인 지식 및 경험이 필요해 일반 사용자가 쉽게 접근하기 어렵다.
단면 3차원 모델이 주어졌을 때 두께를 생성하는 종래의 기술로는 주로 CAD(Computer-Aided Design) 분야에서 사용하는 오프셋 생성 기법이 있다. 이 방식은 주어진 모델에 대해 사용자가 모델의 물리적인 특성 예를 들어, 길이, 폭, 넓이, 굴곡 및 겹침 등을 어느 정도 파악한 상태에서 입력하는 오프셋 값에 따라 두께를 자동 생성하고, 오류가 발생하면 원인을 알려줌으로써 사용자가 입력 값을 수정하도록 유도하는 방식이다. 따라서 각 모델마다 별도의 작업이 필요하며, 3차원 모델의 물리적 개념과 특성을 이해하고 사용자가 지속적으로 오프셋 입력 테스트를 통해 적합한 값을 찾아야 하므로, 엔지니어의 편의성을 향상시킬 수는 있지만 일반 사용자가 쉽게 사용하기는 어렵다.
3차원 프린팅 특성을 고려한 3차원 모델 데이터를 제작하는 다른 방법은 기존의 디자이너 또는 아티스트가 3차원 프린팅의 개념과 특성을 이해하고, 이해한 지식을 바탕으로 새롭게 모델을 만드는 것이다. 이 방식 역시 많은 양의 데이터를 생성하는데 어려움이 있으며, 3차원 프린터 보급에 따라 요구되는 개인 맞춤형 데이터들을 모두 전문 디자이너가 작업하기는 어렵다. 특히, 3차원 프린팅용 모델의 두께는 사용되는 재료의 양과 직접적인 관련이 있으므로, 최대한 외형에 유사하게 내부 두께를 생성해야 소요되는 비용을 낮출 수 있다. 만약 작업의 편리성을 위해 내부를 꽉 찬 형태로 만들면 3차원 프린터의 종류에 따라 자동으로 격자 구조가 생성되거나, 많은 재료를 사용해 속이 꽉 찬 형태가 될 수 있으며, 심지어 원치 않는 형태의 출력물이 나올 수 있다. 따라서, 실용적이고 경제적인 출력물을 얻기 위해서는 모든 모델의 두께를 공들여 작업해야 하는 문제가 있다.
본 발명과 관련되는 선행기술로는 미국 공개특허 제2012-0078590호(Method and System for Creating Model Data), 2004년, R. W. Sumner 및 J. Poppovic에 의해 ACM Transactions on Graphics(399 내지 405 페이지)에 실린 "Deformation Transfer for Triangle Meshes", 2003년 X. Qu 및 B. Stucker에 의해 Rapid Prototyping Journal(133 내지 141 페이지)에 실린 "A 3D Surface Offset Method for STL-format Models", 그리고 2005년 Y. Chen, H. Wang, D. W. Rosen, 및 J. Rossignac에 의해 Technical Report에 실린 " A Point-Based Offsetting Method of Polygonal Meshes "가 있다.
본 발명은 일반 사용자도 쉽게 이용할 수 있고, 두께 설정을 통해 고품질 모델 데이터의 제작 비용을 절감할 수 있는 두께 모델 생성 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 두께 모델 생성 방법은 기결정된 두께 모델 데이터를 포함하는 3차원 샘플 모델을 준비하는 단계; 변형 정보를 근거로, 3차원 샘플 모델을 변형시킴으로써 3차원 변형 모델을 생성하는 단계; 및 3차원 샘플 모델과 3차원 변형 모델 사이의 외형 변형 정도를 근거로 3차원 변형 모델의 두께 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 3차원 변형 모델을 생성하는 단계는 3차원 샘플 모델 및 변형 정보를 행렬식으로 표현하는 단계; 및 3차원 샘플 모델 및 변형 정보에 대한 행렬식을 연산함으로써 3차원 변형 모델에 대한 행렬식을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 행렬식을 산출하는 단계는 선형 최적화 기법(Linear Optimization)을 통해 이루어질 수 있다.
또한, 두께 모델을 생성하는 단계는 상기 3차원 변형 모델에 대한 행렬식에서, 3차원 변형 모델 중 외형 변형 모델에 대한 행렬식을 감산함으로써 이루어질 수 있다.
또한, 3차원 샘플 모델을 준비하는 단계는 3차원 샘플 모델을 정점 집합과 정점 연결성 정보를 포함하는 삼각형 메쉬 모델로 변환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 3차원 변형 모델을 생성하는 단계는 상기 3차원 샘플 모델의 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상관 관계를 설정하는 단계는 상기 3차원 샘플 모델의 외형 변형 기준점과, 상기 내부면에서 임의로 선택된 정점 및 상기 외부면에서 임의로 선택된 정점을 기준으로 삼각화를 여러 번 수행하여 상기 상관 관계를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상관 관계를 설정하는 단계는 내부면과 외부면에서 선택된 정점들 간의 최소 거리를 계산함으로써 이루어질 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 두께 모델 생성 장치는 기결정된 두께 모델 데이터를 포함하는 3차원 샘플 모델을 준비하고, 변형 정보를 근거로, 3차원 샘플 모델을 변형시킴으로써 3차원 변형 모델을 생성하며, 3차원 샘플 모델과 3차원 변형 모델 사이의 외형 변형 정도를 근거로 3차원 변형 모델의 두께 모델을 생성하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 처리부는 3차원 샘플 모델 및 변형 정보를 행렬식으로 표현하고, 3차원 샘플 모델 및 변형 정보에 대한 행렬식을 연산함으로써 3차원 변형 모델에 대한 행렬식을 산출할 수 있다.
또한, 처리부는 선형 최적화 기법을 통해 행렬식을 산출할 수 있다.
또한, 처리부는 3차원 변형 모델에 대한 행렬식에서, 3차원 변형 모델 중 외형 변형 모델에 대한 행렬식을 감산함으로써 두께 모델을 생성할 수 있다.
또한, 처리부는 3차원 샘플 모델을 정점 집합과 정점 연결성 정보를 포함하는 삼각형 메쉬 모델로 변환시킬 수 있다.
또한, 처리부는 상기 3차원 샘플 모델의 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정할 수 있다.
또한, 처리부는 3차원 샘플 모델의 외형 변형 기준점과, 내부면에서 임의로 선택된 정점 및 외부면에서 임의로 선택된 정점을 기준으로 삼각화를 여러 번 수행하여 상관 관계를 설정할 수 있다.
또한, 처리부는 내부면과 외부면에서 선택된 정점들 간의 최소 거리를 계산함으로써 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정할 수 있다.
본 발명의 두께 모델 생성 장치 및 방법에 따르면 사용자가 3차원 모델의 내부 두께에 대한 정보나 대상의 물리적인 특성 등을 모른 상태에서도 예제 두께 모델의 외형만을 변형하면 자동으로 내부 두께 모델을 생성함으로써 손쉽게 3차원 프린팅이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 향후 3차원 프린터의 다변화/보급화에 발맞춰 3차원 프린팅이 가능한 고품질 모델 데이터의 제작 비용을 낮출 수 있을 뿐 아니라, 보다 많은 사용자가 개인화된 3차원 콘텐츠를 손쉽게 생성하고 이를 3차원 프린터로 출력하는데 기여 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치를 통해 3차원 샘플 모델을 삼각형 메쉬 모델로 변환하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치를 통해 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치를 통해 두께 모델을 생성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 샘플 모델을 준비하는 단계에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 변형 모델을 생성하는 단계에 대한 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치(100)에 대하여 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치(100)에 대한 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치(100)는 저장부(10)에 저장된 3차원 샘플 모델을 이용하여 사용자가 출력하고자 하는 3차원 출력 모델을 생성하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치(100)는 기저장된 3차원 샘플 모델에 대해, 사용자로부터 입력된 변형 정보를 근거로 3차원 출력 모델(이하, 3차원 변형 모델)을 생성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 3차원 샘플 모델에는 기결정된 두께 모델 데이터가 함께 저장되어 있어서, 사용자가 3차원 샘플 모델의 외형을 변형할 시, 이에 대한 내부 형태와 두께도 함께 변형될 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 장치(100)는 제어부(110) 및 처리부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
처리부(120)는 제어부(110)의 제어를 통해 3차원 변형 모델을 생성하고, 이에 대한 두께 모델을 생성하는 기능을 한다. 처리부(120)를 통해 3차원 변형 모델을 생성하고, 이에 대한 두께 모델을 생성하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 처리부(120)는 3차원 샘플 모델을 준비한다. 여기서, 3차원 샘플 모델은 저장부(10) 또는 외부 서버(미도시)로부터 수신된 모델로서, 기결정된 두께 모델 데이터를 포함할 수 있다. 즉, 3차원 샘플 모델은 그 자체로도 3차원 프린팅이 가능한 모델을 나타낸다. 또한, 3차원 샘플 모델은 외부면과 내부면을 구분할 수 있는 정보, 색상 정보 및 텍스처 정보를 더 포함할 수 있다. 그리고, 저장부(10) 또는 외부 서버(미도시)에 저장된 3차원 샘플 모델의 개수는 하나 이상으로서, 특정 개수로 제한되지 않는다. 하지만, 하나의 샘플 모델만 존재하더라도, 아래에서 언급되는 바와 같이, 해당 샘플 모델의 변형을 통해 다양한 형태의 변형 모델의 생성이 가능하다. 예를 들어, 구 모양을 갖는 모델 외형의 일부를 변형시켜 토끼 귀 모양으로 만든다면 내부에서는 외형과 최대한 유사한 형태를 갖고 외부 면과 일정한 (최소 혹은 최대) 간격을 유지하는 내부 면을 생성할 수 있다.
또한, 3차원 샘플 모델의 두께에 관련하여, 3차원 샘플 모델이 최소 두께를 갖는 경우, 이에 대한 변형에 따라 새롭게 생성되는 모델은 최소 두께를 갖는 모델이 된다. 반대로, 3차원 샘플 모델이 최대 두께를 갖는 경우, 새롭게 생성되는 모델은 최대 두께를 갖는 모델이 될 것이다.
그 후, 처리부(120)는 3차원 샘플 모델을 삼각형 메쉬 모델로 변환시킬 수 있다(도 3 참조). 여기서, 삼각형 메쉬 모델로 3차원 샘플 모델을 변환시키는 이유는, 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 그래픽 연산이 삼각형에 최적화되어 있기 때문이다. 이에 따라, 보다 효율적인 처리를 위해 3차원 샘플 모델의 변환이 고려될 수 있다. 여기서, 삼각형 메쉬 모델로의 변환은 예를 들어, 파라메트릭 곡선 기반 또는 다각형 메쉬 기반 방법 등 다양한 방법 등을 통해 이루어질 수 있다. 다만, 3차원 프린팅을 위해서는 최종적으로 정점 집합과 정점의 연결성 정보를 나타내는 면 집합을 가진 3차원 삼각형 메쉬 모델이 요구되므로, 이를 구현할 수 있는 방법을 통해 변환이 이루어지는 것이 바람직하다.
그 후, 처리부(120)는 3차원 샘플 모델의 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정할 수 있다. 여기서, 처리부(120)를 통해 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 이유는 외부면과 내부면이 서로 독립적이고, 어떠한 관계도 설정되지 않는 경우, 마치 서로 다른 2개의 모델이 존재하는 형태가 되기 때문이다. 즉, 이렇게 어떠한 관계도 설정되지 않는 경우, 어느 한쪽 면을 기준으로 다른 면의 변형을 자동으로 제어할 수 없는 문제점이 발생하게 된다. 이에 따라, 본 발명은 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 방식들도 고려한다.
내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 방법은 크게 2가지 방법이 존재한다. 첫 번째 방법은 삼각형 메쉬 모델의 외형 변형 기준점과, 내부면에서 임의로 선택된 정점 및 외부면에서 임의로 선택된 정점을 기준으로 삼각화를 여러 번 수행하여 상관 관계를 설정하는 방법이다. 또한, 두 번째 방법은 내부면과 외부면들의 정점 사이의 최소 거리를 계산함으로써 정점 간 대응관계를 계산하는 방식이다. 두 번째 방법에서, 정점 간 대응관계에 대한 계산은 내부면들과 외부면들에 포함된 정점 개수의 차이에 따라 이루어질 수 있다. 이에 따라, 일대일, 다대일, 일대다 매핑 관계를 생성할 수 있으며, 계산량은 총 정점 개수에 비례하게 된다. 또한, 내부면 및 외부면에 대한 삼각형 메쉬 집합 사이의 관계 설정 방식은 상기 방법들 외에 다른 추가적인 방법들이 적용될 수 있다.
그 후, 처리부(120)는 변형 정보를 근거로, 3차원 샘플 모델의 외형을 변형시킴으로써 3차원 변형 모델을 생성할 수 있다. 여기서, 변형 정보는 사용자의 입력을 통해 3차원 샘플 모델에서 사용자가 원하는 형태로의 변형에 이용되는 정보를 나타낸다. 또한, 처리부(120)는 상기 변형을 위해 변형 그래디언트 기반 선형 최적화(Linear Optimization) 프레임워크를 기반으로 3차원 변형 모델을 생성할 수 있다. 여기서, 3차원 변형 모델은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 수학식 1과 같이 3차원 변형 모델이 생성될 수 있는 이유는, 위에서 처리부(120)를 통해 내부면과 외부면 사이에 상관 관계가 설정되었기 때문이다. 이에 따라, 변형 정보를 통해 외형이 변경되더라도 내부면도 함께 변경되는 관계가 유지될 수 있다.
Figure 112015037532729-pat00001
수학식 1에서, A는 3차원 샘플 모델을, X는 변형 정보를 나타낸다. 즉, 3차원 샘플 모델과 변형 정보를 행렬식 형태로 산출하고, 이들을 연산하면 3차원 변형 모델의 도출이 이루어질 수 있다. 여기서, 두께 즉, 내부 두께 모델은 상술한 3차원 변형 모델에서, 3차원 변형 모델 중 외형 변형 모델을 감산하게 되면 도출될 수 있다. 이는 아래의 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure 112015037532729-pat00002
수학식 2에서 T'tar은 내부 두께 모델(이하, 두께 모델), 3차원 샘플 모델의 외형은 S'src, 3차원 외형 모델을 S'tar로 가정한다. 수학식 2를 통해 내부 모델의 변형값 즉, Xin이 도출될 수 있고, 3차원 샘플 모델의 내부면 즉, T'src의 각 정점 값에 Xin을 더하면 변형된 외형에 맞게 자동으로 생성된 두께 모델을 얻을 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 3차원 샘플 모델이 최소 두께 모델 또는 최소 두께 모델을 가지면, 3차원 변형 모델의 두께도 최소 또는 최대로 형성될 것이다. 하지만, 본 발명은 변형 정보에 두께 조절 변수를 더 포함시킴으로써, 사용자의 입력을 통해 두께를 더 조절할 수 있다. 즉, 처리부(120)는 위에서 언급된 두께 모델에 두께 조절 변수를 적용시킬 수 있고, 이는 보간 방법을 통해 이루어질 수 있다. 또한 변형 정보는 복수개의 두께 조절 변수를 포함할 수 있으며, 이들 두께 조절 변수는 다양한 위치 또는 다양한 레벨로 적용될 수 있다.
그 후, 처리부(120)는 3차원 변형 모델을 다시 원래의 형태로 복원하는 기능을 한다. 구체적으로, 위에서 처리부(120)는 3차원 샘플 모델을 삼각형 메쉬 모델로 변환한 이후, 상술한 처리를 수행하였다. 예를 들어, 원래의 3차원 샘플 모델이 사각형 모델이었다면, 다시 사각형 모델로 복원하는 것을 의미한다.
그 후, 처리부(120)는 최종 생성된 모델 데이터를 3차원 프린터에서 지원하는 파일 포맷으로 저장할 수 있다. 현재 지원되는 공용 포맷은 주로 STL, FBX 등이 있고, 프린터의 프로파일 정보를 사용할 수 있는 경우는 프린터 자체 포맷으로 변환도 가능하다.
위에서 언급된 처리(3차원 샘플 모델을 3차원 변형 모델로 변환)를 통한 결과의 예시는 도 5a 내지 도 5d에 도시된다. 여기서 도 5a 및 도 5b는 3차원 샘플 모델에 대한 예시를, 도 5c 및 도 5d는 변형 정보를 근거로 변형된 3차원 변형 모델을 나타낸다. 즉, 사용자가 도 5a 및 도 5b로 도시된 3차원 샘플 모델을 받은 경우, 이를 도 5c와 같이 원하는 형태로 변형을 수행하면, 도 5d에 도시된 바와 같이, 자동으로 두께 정보가 생성될 수 있다.
이렇게, 본 발명은 사용자가 일반 사용자인 경우에도 즉, 사용자가 3차원 모델의 내부 두께에 대한 정보나 대상의 물리적인 특성 등을 잘 모르는 경우에도, 예제 모델의 외형만을 변형하면 자동으로 내부 두께 모델을 생성함으로써 손쉽게 3차원 프린팅이 가능한 두께 모델을 생성하는 방법을 제시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부(120)에 대한 블록도이다. 위에서 언급한 바와 같이, 처리부(120)는 사용자로부터 입력된 변형 정보를 근거로 3차원 샘플 모델을 변형시킴으로써, 사용자가 원하는 3차원 변형 모델을 생성하고 이에 대한 두께 정보를 생성하는 기능을 한다. 이를 위해, 처리부(120)는 변환 모듈(121), 관계 설정 모듈(122), 변형 모델 생성 모듈(123), 두께 모델 생성 모듈(124) 및 복원 모듈(125)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 처리부(120)에 포함된 각 구성들은 처리부(120)를 통해 이루어지는 특징들을 기능별로 분리한 것이다. 즉, 상술한 구성들은 처리부(120)에 모두 포함되는 것으로 의도되는 것이 아닌, 이해를 돕기 위한 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이하에서는 위에서 언급된 사항과 중복되는 부분은 생략되어 설명이 이루어진다.
변환 모듈(121)은 저장부(10)에 저장된 3차원 샘플 모델을 삼각형 메쉬 모델로 변환시키는 기능을 한다. 위에서 언급한 바와 같이, 3차원 샘플 모델은 저장부(10) 또는 외부 서버에 저장된 모델로서, 기결정된 두께 정보를 갖는 모델로 정의된다. 또한, 삼각형 메쉬 모델로의 변환이 수행되는 이유는 대부분의 그래픽 연산이 삼각형에 최적화되어 있기 때문이고, 이에 따라 본 발명은 효율적이고 최적화된 변환 과정을 제공할 수 있다. 또한, 변환 모듈(121)을 통한 변환 방법은 정점 집합과 정점의 연결성 정보를 나타내는 면 집합을 가진 3차원 삼각형 메쉬 모델을 구현할 수 있는 방법이라면, 특정 방식으로 제한되지 않는다.
관계 설정 모듈(122)은 삼각형 메쉬 모델로 변환된 3차원 샘플 모델의 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 기능을 한다. 관계 설정 모듈(122)을 통한 상관 관계 설정 방법은 크게 2가지 방법으로 이루어질 수 있다. 이들 중 첫 번째 방법은 삼각형 메쉬 모델의 외형 변형 기준점과, 내부면에서 임의로 선택된 정점 및 외부면에서 임의로 선택된 정점을 기준으로 삼각화를 여러 번 수행하여 상관 관계를 설정하는 방법이다. 또한, 두 번째 방법은 내부면과 외부면들의 정점 사이의 최소 거리를 계산함으로써 정점 간 대응관계를 계산하는 방식이다. 이들 방법에 대한 설명은 위에서 도 1을 참조로 상세히 언급하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
변형 모델 생성 모듈(123)은 입력부(20)를 통해 입력된 변형 정보와, 관계 설정 모듈(122)을 통해 내부면과 외부면 간의 상관 관계가 설정된 3차원 샘플 모델을 근거로 변형 모델을 생성하는 기능을 한다. 구체적으로, 변형 모델 생성 모듈(123)은 3차원 샘플 모델과 변형 정보를 각각 행렬식으로 표현하고, 이들을 연산함으로써 변형 모델을 생성할 수 있다. 이러한 행렬식 생성 및 연산은 변형 그래디언트 기반 선형 최적화 기법이 이용될 수 있다.
두께 모델 생성 모듈(124)은 3차원 변형 모델의 두께 모델을 생성하는 기능을 한다. 구체적으로, 두께 모델 생성 모듈(124)은 3차원 변형 모델에 대한 행렬식에서, 3차원 변형 모델 중 외형 변형 모델의 행렬식을 감산함으로써, 두께 모델을 도출하는 기능을 한다. 이에 대한 구체적인 설명은 위에서 상세히 언급하였으므로, 추가적인 설명은 생략한다.
복원 모듈(125)은 삼각형 메쉬 모델 형태의 3차원 변형 모델을 원래의 모델로 복원하는 기능을 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 방법에 대한 흐름도이다. 이하, 도 6을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 모델 생성 방법에 대한 설명이 이루어진다.
먼저, 3차원 샘플 모델을 준비하는 단계(S110)가 이루어진다. 3차원 샘플 모델은 3차원 프린팅 속성을 고려하여 제작된 샘플 모델로서, 기결정된 두께 모델 정보를 포함할 수 있다. 또한, 3차원 샘플 모델은 외부와 내부를 구분할 수 있는 정보와 텍스처 정보를 더 포함할 수 있다.
그 후, 사용자로부터 입력된 변형 정보를 근거로 3차원 샘플 모델을 변형시킴으로써 3차원 변형 모델을 생성하는 단계(S120)가 이루어진다. S120 단계에서 생성된 3차원 변형 모델은 변형 그래디언트 기반 선형 최적화 기법을 통해 행렬식으로 표현될 수 있다.
그 후, 3차원 샘플 모델과 3차원 변형 모델 사이의 외형 변형 정도를 근거로 3차원 변형 모델의 두께 모델을 생성하는 단계(S130)가 이루어진다. 구체적으로, S130 단계는 3차원 변형 모델에서, 3차원 변형 모델 중 외형 변형 모델을 감산함으로써 획득될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 샘플 모델을 준비하는 단계(S110)에 대한 흐름도이다. 이하, 도 7을 참고로, S110 단계에 대한 설명이 이루어진다.
먼저, 3차원 샘플 모델을 수신하는 단계(S111)가 수행된다. 3차원 샘플 모델은 저장부 또는 외부 서버로부터 수신할 수 있다.
그 후, 3차원 샘플 모델을 삼각형 메쉬 모델로 변환하는 단계(S112)가 이루어진다. 앞서 언급한 바와 같이, 대부분의 그래픽 연산은 삼각형에 최적화되어 있다. 이에 따라, 본 발명은 3차원 샘플 모델의 변환 과정을 수행한다. 예를 들어, 3차원 샘플 모델이 사각형 모델이었다면, 이 3차원 샘플 모델은 삼각형 메쉬 모델로 변환될 수 있다. 또한, S112 단계를 수행하는 방법은 정점 집합과 정점의 연결성 정보를 나타내는 면 집합을 가진 3차원 삼각형 메쉬 모델을 생성할 수 있는 방법이라면, 특정 방법으로 제한되지 않는다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 변형 모델을 생성하는 단계에 대한 흐름도이다.
먼저, 삼각형 메쉬 모델로 변환된 3차원 샘플 모델의 외부면과 내부면 사이의 상관 관계를 설정하는 단계(S121)가 수행된다. 위에서 언급한 바와 같이, S121 단계를 수행하는 이유는 외부면과 내부면이 서로 독립적이고, 어떠한 관계도 설정되지 않는 경우, 마치 서로 다른 2개의 모델이 존재하는 형태가 되기 때문이다. 즉, 이렇게 어떠한 관계도 설정되지 않는 경우, 어느 한쪽 면을 기준으로 다른 면의 변형을 자동으로 제어할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.
이에 따라, S121 단계를 통한 상관 관계 설정 과정이 필요하다. S121 단계는 삼각형 메쉬 모델의 외형 변형 기준점과, 내부면에서 임의로 선택된 정점 및 외부면에서 임의로 선택된 정점을 기준으로 삼각화를 여러 번 수행하여 상관 관계를 설정하는 방법 또는, 내부면과 외부면들의 정점 사이의 최소 거리를 계산함으로써 정점 간 대응관계를 계산하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이들 방법에 대한 설명은 위에서 상세히 언급하였으므로, 추가적인 설명은 생략한다.
그 후, 사용자로부터 입력된 변형 정보를 수신하는 단계(S122)가 이루어진다. 위에서 언급한 바와 같이, 변형 정보는 3차원 샘플 모델을 기반으로, 사용자가 원하는 최종 모델로의 변형에 이용되는 정보를 나타낸다.
그 후, 3차원 샘플 모델과 변형 정보를 근거로 3차원 변형 모델을 생성하는 단계(S123)가 수행된다. 구체적으로, S123 단계는 3차원 샘플 모델과 변형 정보를 각각 행렬식으로 변환하고, 이들을 연산함으로써 이루어질 수 있다. S123 단계에 대한 설명은 위에서 상세히 언급하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다,
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 두께 모델 생성 장치 110 : 제어부
120 : 처리부

Claims (10)

  1. 기결정된 두께 모델 데이터 및 외부면과 내부면을 구분하는 정보를 포함하는 3차원 샘플 모델을 준비하는 단계;
    변형 정보를 근거로, 상기 3차원 샘플 모델을 변형시킴으로써 3차원 변형 모델을 생성하는 단계; 및
    상기 3차원 샘플 모델과 상기 3차원 변형 모델 사이의 외형 변형 정도를 근거로 상기 3차원 변형 모델의 두께 모델을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 내부면과 상기 외부면 사이의 상관 관계가 설정되고,
    상기 상관 관계에 따라 상기 외형 변형 정도에 대응하는 두께 정보가 생성되되,
    상기 3차원 변형 모델을 생성하는 단계는,
    상기 3차원 샘플 모델 및 상기 변형 정보를 행렬식으로 표현하는 단계; 및
    상기 3차원 샘플 모델에 대응하는 행렬식과 상기 변형 정보에 대응하는 행렬식을 연산함으로써 행렬식 형태의 상기 3차원 변형 모델을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 두께 모델을 생성하는 단계는,
    상기 3차원 변형 모델에 대응하는 행렬식에서, 상기 3차원 변형 모델 중 외형 변형 모델에 대응하는 행렬식을 감산하여 상기 두께 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 두께 모델 생성 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 행렬식 형태의 상기 3차원 변형 모델을 산출하는 단계는,
    선형 최적화 기법(Linear Optimization)을 이용하여 상기 3차원 변형 모델을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 모델 생성 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 샘플 모델을 준비하는 단계는,
    상기 3차원 샘플 모델을 정점 집합과 정점 연결성 정보를 포함하는 삼각형 메쉬 모델로 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 모델 생성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    3차원 변형 모델을 생성하는 단계는 상기 3차원 샘플 모델의 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 모델 생성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 단계는,
    상기 3차원 샘플 모델의 외형 변형 기준점과, 상기 내부면에서 임의로 선택된 정점 및 상기 외부면에서 임의로 선택된 정점을 기준으로 삼각화를 여러 번 수행하여 상기 상관 관계를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 모델 생성 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 내부면과 외부면 사이의 상관 관계를 설정하는 단계는,
    상기 내부면과 상기 외부면에서 선택된 정점들 간의 최소 거리를 계산하여, 상기 상관 관계를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 모델 생성 방법.
  9. 외부면과 내부면을 구분하는 정보를 갖는 3차원 샘플 모델을 저장하는 저장부,
    사용자로부터 기 저장된 상기 3차원 샘플 모델에 대한 변형 정보를 입력받는 입력부, 그리고
    상기 변형 정보를 근거로 기 결정된 두께 모델 데이터를 포함하는 상기 3차원 샘플 모델을 변형시켜 3차원 변형 모델을 생성하고, 상기 3차원 샘플 모델과 상기 3차원 변형 모델 사이의 외형 변형 정도를 근거로 상기 3차원 변형 모델의 두께 모델을 생성하는 처리부를 포함하고,
    상기 내부면과 상기 외부면 사이의 상관 관계가 설정되고,
    상기 상관 관계에 따라 상기 외형 변형 정도에 대응하는 두께 정보가 생성되되,
    상기 처리부는
    상기 3차원 샘플 모델 및 상기 변형 정보를 행렬식으로 표현하고, 상기 3차원 샘플 모델 및 상기 변형 정보에 대한 행렬식을 연산하여 상기 3차원 변형 모델에 대한 행렬식을 산출하며, 상기 3차원 변형 모델에 대한 행렬식에서 상기 3차원 변형 모델 중 외형 변형 모델에 대한 행렬식을 감산하여 상기 두께 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 두께 모델 생성 장치.
  10. 삭제
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