KR102189238B1 - Method and apparatus for processing 3d printing models - Google Patents

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KR102189238B1
KR102189238B1 KR1020190017583A KR20190017583A KR102189238B1 KR 102189238 B1 KR102189238 B1 KR 102189238B1 KR 1020190017583 A KR1020190017583 A KR 1020190017583A KR 20190017583 A KR20190017583 A KR 20190017583A KR 102189238 B1 KR102189238 B1 KR 102189238B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 방법은, 3D 모델을 획득하여 입력 데이터로서 수신하는 단계; 3D 모델의 구조를 분석하는 단계; 분석 결과에 기초하여 3D 모델에 대한 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 단계; 3D 모델의 그래프 - 3D 모델은 다수의 버텍스(vertices)와 각각의 버텍스들 사이를 연결하는 에지(edges)로 구성되는 그래프로 표현될 수 있음 - 와 구조 강건성 지수 맵에 기초하여, 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하는 단계; 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 단계; 및 3D 평활화가 수행된 가공된 3D 모델을 출력하거나 저장하는 단계를 포함한다.A 3D printing model processing method according to an embodiment of the present invention includes the steps of obtaining a 3D model and receiving it as input data; Analyzing the structure of the 3D model; Generating a structural robustness index map for the 3D model based on the analysis result; Graph of the 3D model-The 3D model can be expressed as a graph composed of a number of vertices and edges connecting each vertex-and processing of the 3D model based on the structural robustness index map Detecting a target area; Performing 3D planarization on the detected area to be processed; And outputting or storing the processed 3D model on which 3D smoothing has been performed.

Description

3D 프린팅 모델 가공 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING 3D PRINTING MODELS}3D printing model processing method and apparatus {METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING 3D PRINTING MODELS}

본 발명은 3D 프린팅 모델 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printing model processing apparatus and method.

소재별 특성과 공정에 대해 정확히 이해하지 못한 채 3D 프린팅을 할 경우 안전사고가 발생할 가능성이 있다. 기업체는 작업환경 관련 엄격한 기준을 적용 받고 있으나, 가정에서는 그렇지 못하여 개인이 3D 프린터를 사용하는 경우 각종 위험에 직접 노출될 수 있다.If 3D printing is performed without an accurate understanding of the characteristics and processes of each material, there is a possibility of a safety accident. Businesses are subject to strict standards related to the working environment, but this is not the case at home, so when individuals use 3D printers, they may be directly exposed to various risks.

그리고, 교육 컨텐츠로 다양하게 활용되고 있는 3D 프린터는 가정 및 학교에서 비전문가가 사용할 가능성이 높은 만큼 출력 결과물이 안전하고 견고한 구조로 제작되어야 할 필요성이 있으며, 구조적으로 파손의 우려가 높은 부위는 3D 출력 이전에 미리 개선할 필요가 있다.In addition, 3D printers, which are widely used as educational content, are highly likely to be used by non-professionals at home and school, so there is a need to make the output result in a safe and sturdy structure. It needs to be improved beforehand.

특히, 원래 날카로운 형상이거나 파손으로 인해 날카로워지는 부위는 사용자에게 큰 위험요소로 작용한다는 문제점이 있다.In particular, there is a problem that the original sharp shape or a portion that is sharpened due to breakage acts as a great risk factor to the user.

그러나, 기존의 방식에서는 3D 프린팅을 수행하는 과정에서 형상의 안전성이나 견고함을 판단하는 장치가 마련되어 있지 않은 상태이다.However, in the conventional method, a device for determining the safety or robustness of a shape in the process of performing 3D printing is not provided.

한국공개특허공보 제2016-0112055호 (2016년 9월 28일 공개)Korean Patent Application Publication No. 2016-0112055 (published on September 28, 2016)

본 발명의 목적은 3D 모델의 구조 해석을 통해 취약성 및 안전성을 사전에 분석하고, 분석 내용에 기초하여 3D 모델 가공을 자동화 처리하는 것이다.An object of the present invention is to analyze vulnerabilities and safety in advance through structural analysis of a 3D model, and to automate 3D model processing based on the analysis contents.

본 발명의 다른 목적은 3D 프린팅을 통해 제작한 출력물의 위험 부위로부터 발생하는 피해를 최소화하기 위해 구조 해석을 활용한 3D 프린팅 모델 가공을 위한 자동화 기술을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an automated technology for processing a 3D printing model using structural analysis in order to minimize damage arising from dangerous areas of an output produced through 3D printing.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 바로 제한되지 않으며, 언급되지는 않았으나 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있는 목적을 포함할 수 있다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited as mentioned above, and are not mentioned, but include objects that can be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. can do.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 방법은, 3D 모델을 획득하여 입력 데이터로서 수신하는 단계와, 상기 3D 모델의 구조를 분석하는 단계와, 상기 분석 결과에 기초하여 상기 3D 모델에 대한 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 단계와, 상기 3D 모델의 그래프 - 상기 3D 모델은 다수의 버텍스(vertices)와 각각의 버텍스들 사이를 연결하는 에지(edges)로 구성되는 상기 그래프로 표현될 수 있음 - 와 상기 구조 강건성 지수 맵에 기초하여, 상기 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하는 단계와, 상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 단계와, 상기 3D 평활화가 수행된 가공된 3D 모델을 출력하거나 저장하는 단계를 포함할 수 있다.A 3D printing model processing method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes obtaining a 3D model and receiving it as input data, analyzing the structure of the 3D model, and based on the analysis result. Generating a structural robustness index map for the 3D model, and a graph of the 3D model-the graph consisting of a plurality of vertices and edges connecting each of the vertices -Based on and the structural robustness index map, detecting an area to be processed of the 3D model, performing 3D flattening on the detected area to be processed, and performing the 3D smoothing It may include the step of outputting or storing the processed 3D model.

또한, 상기 3D 모델을 획득하는 것은, 3D 스캐너를 통해 대상을 직접 스캔하는 것, 3D 설계 프로그램을 통해 상기 대상에 대한 도면을 그리는 것, 또는 온라인 3D 모델 공유 플랫폼을 통해 상기 대상에 대한 3D 모델을 획득하는 것일 수 있다.In addition, obtaining the 3D model may include directly scanning the object through a 3D scanner, drawing a drawing of the object through a 3D design program, or creating a 3D model of the object through an online 3D model sharing platform. It may be to acquire.

또한, 3D 프린팅 모델 가공 방법은 상기 입력 데이터를 전처리하는 단계를 더 포함하되, 상기 입력 데이터를 전처리하는 단계는 3D 모델링 툴을 이용하여 상기 입력 데이터의 불연속 구간을 연속적인 구간으로 수정하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the 3D printing model processing method further includes pre-processing the input data, and the pre-processing of the input data includes modifying the discontinuous section of the input data into a continuous section using a 3D modeling tool. can do.

또한, 상기 3D 모델의 구조를 분석하는 단계는, 상기 3D 모델에 대한 구조 해석 조건을 선정하여 상기 3D 모델의 구조를 해석하고, 상기 해석 결과를 유한 요소 분석(FEA; Finite Element Analysis)을 통해 분석하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of analyzing the structure of the 3D model may include analyzing the structure of the 3D model by selecting a structural analysis condition for the 3D model, and analyzing the analysis result through finite element analysis (FEA). It may include the step of.

또한, 상기 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 단계는 상기 3D 모델의 각 부위의 폰 미제스(Von-mises) 응력에 따라 상기 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, generating the structural robustness index map may include generating the structural robustness index map according to Von-mises stress of each portion of the 3D model.

상기 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하는 단계는, 상기 3D 모델의 그래프 상의 버텍스를 상기 구조 강건성 지수 맵과 서로 대응하는 위치로 매칭하고, 결정 트리(decision tree) 분류기 알고리즘을 활용하여 가공 대상이 될 그래프 상의 버텍스를 선택하여 상기 가공 대상 영역을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.The step of detecting the region to be processed of the 3D model includes matching vertices on the graph of the 3D model with the structural robustness index map and corresponding positions, and using a decision tree classifier algorithm to be processed. It may include the step of selecting a vertex on the graph to detect the area to be processed.

상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 단계는, 상기 검출된 가공 대상 영역별 3D 평탄화 지수를 계산하고, 상기 계산된 3D 평탄화 지수에 따라 상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In the step of performing 3D flattening on the detected area to be processed, the detected 3D flattening index for each area to be processed is calculated, and 3D flattening is performed on the detected area to be processed according to the calculated 3D flattening index. It may include the step of.

또한, 상기 3D 평활화 지수는 상기 가공 대상 영역 내의 각 버텍스가 인접한 버텍스와 연결된 에지의 길이 및 방향에 따라 이동하는 방향과 이동거리를 결정하는 지수일 수 있다.In addition, the 3D smoothing index may be an index that determines a moving direction and a moving distance according to the length and direction of an edge connected to an adjacent vertex in the area to be processed.

또한, 상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 단계는, 상기 가공 대상 영역 내의 각 버텍스를 상기 계산된 3D 평활화 지수에 대응하는 방향과 정도로 이동시킴으로써 3D 평활화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, performing 3D flattening on the detected area to be processed may include performing 3D smoothing by moving each vertex in the area to be processed in a direction and degree corresponding to the calculated 3D smoothing index. have.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치는, 3D 모델을 획득하여 입력 데이터로서 수신하는 입력부와, 상기 3D 모델의 구조를 분석하고, 상기 분석 결과에 기초하여 상기 3D 모델에 대한 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 3D 모델 구조 분석부와, 상기 3D 모델의 그래프 - 상기 3D 모델은 다수의 버텍스(vertices)와 각각의 버텍스들 사이를 연결하는 에지(edges)로 구성되는 상기 그래프로 표현될 수 있음 - 와 상기 구조 강건성 지수 맵에 기초하여, 상기 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하고 상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 3D 모델 가공부와, 상기 3D 평활화가 수행된 가공된 3D 모델을 출력하거나 저장하는 출력부를 포함할 수 있다.A 3D printing model processing apparatus according to another embodiment of the present invention includes an input unit that acquires a 3D model and receives it as input data, analyzes the structure of the 3D model, and analyzes the structure of the 3D model based on the analysis result. A 3D model structure analysis unit that generates a robustness index map, and a graph of the 3D model-The 3D model will be represented by the graph consisting of a plurality of vertices and edges connecting the vertices. -Based on and the structural robustness index map, a 3D model processing unit that detects the area to be processed of the 3D model and performs 3D flattening on the detected area to be processed, and the processed processed 3D smoothing It may include an output unit that outputs or stores the 3D model.

또한, 상기 3D 모델 구조 분석부는 상기 입력 데이터를 전처리하되, 상기 입력 데이터를 전처리하는 것은 3D 모델링 툴을 이용하여 상기 입력 데이터의 불연속 구간을 연속적인 구간으로 수정하는 것을 포함할 수 있다.In addition, the 3D model structure analysis unit pre-processes the input data, and pre-processing the input data may include correcting a discontinuous section of the input data into a continuous section using a 3D modeling tool.

또한, 상기 3D 모델 구조 분석부는, 상기 3D 모델에 대한 구조 해석 조건을 선정하여 상기 3D 모델의 구조를 해석하고, 상기 해석 결과를 유한 요소 분석(FEA; Finite Element Analysis)을 통해 분석할 수 있다.In addition, the 3D model structure analysis unit may analyze the structure of the 3D model by selecting a structure analysis condition for the 3D model, and analyze the analysis result through finite element analysis (FEA).

또한, 상기 3D 모델 구조 분석부는 상기 3D 모델의 각 부위의 폰 미제스(Von-mises) 응력에 따라 상기 구조 강건성 지수 맵을 생성할 수 있다.In addition, the 3D model structure analysis unit may generate the structural robustness index map according to the Von-mises stress of each portion of the 3D model.

또한, 상기 3D 모델 구조 가공부는, 상기 3D 모델의 그래프 상의 버텍스를 상기 구조 강건성 지수 맵과 서로 대응하는 위치로 매칭하고, 결정 트리(decision tree) 분류기 알고리즘을 활용하여 가공 대상이 될 그래프 상의 버텍스를 선택하여 상기 가공 대상 영역을 검출할 수 있다.In addition, the 3D model structure processing unit matches vertices on the graph of the 3D model with the structural robustness index map and corresponding positions, and uses a decision tree classifier algorithm to determine the vertices on the graph to be processed. It can be selected to detect the region to be processed.

또한, 상기 3D 모델 구조 가공부는, 상기 검출된 가공 대상 영역별 3D 평탄화 지수를 계산하고, 상기 계산된 3D 평탄화 지수에 따라 상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행할 수 있다.In addition, the 3D model structure processing unit may calculate the detected 3D flattening index for each area to be processed, and perform 3D flattening on the detected area to be processed according to the calculated 3D flattening index.

또한, 상기 3D 평활화 지수는 상기 가공 대상 영역 내의 각 버텍스가 인접한 버텍스와 연결된 에지의 길이 및 방향에 따라 이동하는 방향과 이동거리를 결정하는 지수일 수 있다.In addition, the 3D smoothing index may be an index that determines a moving direction and a moving distance according to the length and direction of an edge connected to an adjacent vertex in the area to be processed.

또한, 상기 3D 모델 구조 가공부는, 상기 가공 대상 영역 내의 각 버텍스를 상기 계산된 3D 평활화 지수에 대응하는 방향과 정도로 이동시킴으로써 3D 평활화를 수행할 수 있다.In addition, the 3D model structure processing unit may perform 3D smoothing by moving each vertex in the area to be processed in a direction and degree corresponding to the calculated 3D smoothing index.

본 발명의 실시예에 의하면, 3D 프린팅 결과물의 완성도를 향상시킬 수 있다. 즉, 개인과 같은 비전문 사용자가 3D 프린팅물을 제작시 용도와 소재에 맞는 3D 모델의 구조 해석 및 모델 가공 기능을 제공함으로써, 비전문 사용자가 원하는 사물 및 구조물을 안전하고 견고한 형태로 쉽게 3D 모형화할 수 있으며, 보급형 3D 스캐너를 활용함으로써 고비용, 고사양의 3D 스캐너를 구매하지 않고도 후처리(매끄럽지 못한 표면 처리 등 기능적 한계를 보완)를 통해 완성도 높은 결과물을 제작할 수 있고, 출력 대상의 3D 데이터 상에 파손가능성이 클 것으로 예상되는 부분을 사전에 보완·가공하여 출력물의 구조 강건성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to improve the completeness of the 3D printing result. In other words, when non-professional users, such as individuals, provide structural analysis and model processing functions of 3D models suitable for use and materials when creating 3D printed objects, non-professional users can easily 3D model objects and structures desired in a safe and robust form. In addition, by using an entry-level 3D scanner, high-quality results can be produced through post-processing (compensating for functional limitations such as unsmooth surface treatment) without purchasing a high-cost, high-spec 3D scanner, and the possibility of damage to the 3D data to be printed. The structural robustness of the printout can be improved by supplementing and processing these parts that are expected to be large in advance.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 3D 프린팅의 안전성을 향상시킬 수 있다. 즉, 출력물의 날카로운 가장자리 및 날카로운 끝 부분에 의해 사용자가 위험에 노출되는 상황을 방지하는 안전장치로써 활용하고, 교육용 및 놀이용 3D 프린팅을 안전한 형태로 가공 및 출력하기 위한 서비스를 제공하는 것이 가능하며, 유아용 3D 프린팅 장난감 관련 3D 스캐너 및 3D 프린터 산업의 대중화에 기여할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to improve the safety of 3D printing. In other words, it is possible to use it as a safety device to prevent the situation in which the user is exposed to danger by the sharp edge and sharp end of the printout, and to provide a service for processing and printing 3D printing for education and play in a safe form. , It can contribute to the popularization of 3D scanner and 3D printer industry related to 3D printing toys for children.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 구조 해석 기반 3D 모델 가공 기법을 활용하여 관광/게임/3D 장난감 컨텐츠에 적용할 수 있다. 즉, 관광 산업에서는 이동 및 보관에 효과적이도록 견고한 3D 기념품 제작할 수 있고, 게임 산업에서는 사용자 본인의 캐릭터를 직접 출력하는 과정에서 견고하고 안전한 3D 모델 가공 기능을 제공할 수 있으며, 3D 장난감 컨텐츠 산업에서는 안전을 보장하기 위한 장치로써 개인용 온라인 판매/교류 시장 활성화에 기여할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it can be applied to tourism/game/3D toy contents by utilizing a structural analysis-based 3D model processing technique. That is, in the tourism industry, a robust 3D souvenir can be produced to be effective for movement and storage, in the game industry, a robust and safe 3D model processing function can be provided in the process of directly outputting the user's own character, and in the 3D toy content industry As a device to ensure the security, it can contribute to the activation of the personal online sales/exchange market.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present disclosure belongs from the following description. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 구조 분석부가 생성한 구조 강건성 지수 맵의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 가공부가 3D 모델을 다수의 버텍스(Vertices)와 에지(edges)로 구성된 그래프로 표현한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 가공부가 3D 모델의 그래프 상의 버텍스를 강건성 지수 맵과 서로 대응하는 위치로 매칭하는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 가공부가 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하는 과정을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 가공부가 검출된 가공 대상 영역별 3D 평탄화 지수를 계산하는 과정을 도시하고 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 가공부가 검출한 가공 대상 영역에 대해 3D 평활화를 수행하기 전과 후의 3D 모델을 비교한 예시도이다.
도 7b는 도7a의 한 부위를 확대하여 구조 강건성 지수 맵을 3D 평활화 수행 전과 후로 비교한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 자동화 방법의 흐름도이다.1 is a block diagram of an apparatus for processing a 3D printing model according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram of a structural robustness index map generated by a 3D model structure analysis unit of a 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram in which a 3D model processing unit of a 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention expresses a 3D model as a graph composed of a plurality of vertices and edges.
4 is an exemplary diagram in which a 3D model processing unit of a 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention matches vertices on a graph of a 3D model with a robustness index map and corresponding positions.
5 is a diagram illustrating a process in which a 3D model processing unit of a 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention detects an area to be processed of a 3D model.
6 illustrates a process of calculating a 3D flattening index for each area to be processed detected by a 3D model processing unit of the 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
7A is an exemplary view comparing a 3D model before and after performing 3D smoothing on a region to be processed detected by a 3D model processing unit of a 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
7B is an exemplary view comparing a structural robustness index map before and after performing 3D smoothing by expanding a portion of FIG. 7A.
8 is a flow chart of a method for automating 3D printing model processing according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the scope of the invention is only defined by the claims.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 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.In describing the embodiments of the present invention, detailed descriptions of known functions or configurations will be omitted except when actually necessary in describing the embodiments of the present invention. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Used below'… Wealth','… The term'group' refers to a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치(1)는, 입력부(10), 3D 모델 구조 분석부(20), 3D 모델 가공부(30), 및 출력부(40)를 포함할 수 있다.1, a 3D printing model processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes an input unit 10, a 3D model structure analysis unit 20, a 3D model processing unit 30, and an output unit ( 40) may be included.

입력부(10)는 3D 모델을 획득하여 입력 데이터로서 사용할 수 있다. 입력부(10)는 3D 스캐너를 통해 대상을 직접 스캔하는 방법, 3D 설계 프로그램을 통해 도면을 그리는 방법, 온라인 3D 모델 공유 플랫폼을 통해 3D 모델을 획득하는 방법 등으로 3D 모델을 획득하여 입력 데이터로 사용할 수 있다.The input unit 10 may obtain a 3D model and use it as input data. The input unit 10 acquires a 3D model and uses it as input data by directly scanning an object through a 3D scanner, drawing a drawing through a 3D design program, or obtaining a 3D model through an online 3D model sharing platform. I can.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 구조 분석부(20)가 생성한 구조 강건성 지수 맵의 예시도이다.2 is an exemplary diagram of a structural robustness index map generated by the 3D model structure analysis unit 20 of the 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델에 대한 입력 데이터를 전처리하고, 구조 해석 조건을 선정하여 3D 모델의 구조를 해석하며, 3D 구조의 해석의 분석 결과에 따라 3D 모델에 대한 구조 강건성 지수 맵을 생성할 수 있다.The 3D model structure analysis unit 20 pre-processes the input data for the 3D model, selects structural analysis conditions to analyze the structure of the 3D model, and maps the structural robustness index for the 3D model according to the analysis result of the 3D structure analysis. Can be created.

먼저, 3D 모델 구조 분석부(20)는 해석 데이터(즉, 3D 모델에 대한 입력 데이터)를 전처리할 수도 있다. 3D 모델 구조 분석부(20)는 구조 해석을 위해 입력 데이터의 데이터 포맷을 변환할 수 있다. 이 경우, 데이터 변환 프로그램(CAD)을 사용하여 해석에 적합한 형태의 데이터로 변환할 수 있다. 그리고, 3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 데이터를 정제할 수도 있다. 예컨대, 3D 스캐너를 통해 획득한 데이터의 경우 표면에 불연속 구간이 발생할 수 있는데, 3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델링 툴을 이용하여 해당 불연속 구간을 연속적인 구간으로 수정하는 작업을 수행할 수 있다.First, the 3D model structure analysis unit 20 may preprocess analysis data (ie, input data for a 3D model). The 3D model structure analysis unit 20 may convert a data format of input data for structural analysis. In this case, data in a format suitable for analysis can be converted using a data conversion program (CAD). In addition, the 3D model structure analysis unit 20 may refine 3D data. For example, in the case of data acquired through a 3D scanner, a discontinuous section may occur on the surface, and the 3D model structure analysis unit 20 may perform a task of modifying the discontinuous section into a continuous section using a 3D modeling tool. have.

3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델에 대한 구조 해석 조건을 선정하여 3D 모델의 구조를 해석할 수 있다. 3D 모델 구조 분석부(20)는 출력 대상의 사용 환경에 따른 해석 조건을 선정할 수 있으며, 사용 환경에 따른 경계조건을 부여하여 진동, 충돌, 열 해석을 수행할 수 있다. 예를 들어, 장난감이 바닥에 떨어지는 충격과 같은 조건의 외란을 경계조건으로 설정하여 해석을 수행할 수 있다.The 3D model structure analysis unit 20 may analyze the structure of the 3D model by selecting a structure analysis condition for the 3D model. The 3D model structure analysis unit 20 may select an analysis condition according to the use environment of the output object, and may perform vibration, collision, and thermal analysis by assigning a boundary condition according to the use environment. For example, it is possible to perform an analysis by setting a disturbance under conditions such as an impact of a toy falling on the floor as a boundary condition.

3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델의 구조 해석 결과를 분석할 수 있다. 3D 모델 구조 분석부(20)는 유한 요소 분석(FEA; Finite Element Analysis)을 통해 분석을 수행할 수 있다. 3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델을 유한한 요소를 이용해 이산화하고 경계조건 설정 후 시뮬레이션을 수행하여 물체의 거동을 분석할 수 있다.The 3D model structure analysis unit 20 may analyze a structure analysis result of the 3D model. The 3D model structure analysis unit 20 may perform analysis through finite element analysis (FEA). The 3D model structure analysis unit 20 may discretize the 3D model using finite elements and perform simulation after setting the boundary conditions to analyze the behavior of the object.

도 2를 참조하면, 3D 모델의 구조 해석의 분석 결과에 기초하여, 3D 모델 구조 분석부(20)는 구조 강건성 지수 맵을 생성할 수 있다. 3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델의 각 부위의 폰 미제스(Von-mises) 응력을 기준으로 강건성 지수 맵을 생성할 수도 있다. 이 경우, 높은 폰 미제스 응력이 높은 강건성 지수에 대응 할 수 있다. 유한 요소 분석(FEA)에 있어 구조물의 파괴를 예측하는 기준은 항복 조건이다. 각 요소에 작용하는 응력은 방향성을 가진 다축 응력으로 작용하는데, 폰 미제스 응력은 각 요소에 작용하는 다축 응력을 단축응력 형태의 스칼라 값으로 나타낸 응력을 의미한다. 폰 미제스 항복 조건은 폰 미제스 응력이 설계대상 재료의 항복응력에 도달하면 항복한다고 판단할 수 있다.Referring to FIG. 2, based on the analysis result of the structural analysis of the 3D model, the 3D model structure analysis unit 20 may generate a structural robustness index map. The 3D model structure analysis unit 20 may generate a robustness index map based on the von-mises stress of each part of the 3D model. In this case, a high von Mises stress can cope with a high robustness index. In finite element analysis (FEA), the criterion for predicting structural failure is the yield condition. The stress acting on each element acts as a directional multiaxial stress, and the von Mises stress refers to the stress in which the multiaxial stress acting on each element is expressed as a scalar value in the form of uniaxial stress. The von Mises yield condition can be determined to yield when the Von Mises stress reaches the yield stress of the material to be designed.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 가공부가 3D 모델을 다수의 버텍스(vertices)와 에지(edges)로 구성된 그래프로 표현한 예시도이고, 도 4는 3D 모델 가공부가 3D 모델 상의 그래프의 버텍스를 강건성 지수 맵과 서로 대응하는 위치로 매칭하는 예시도이고, 도 5는 3D 모델 가공부가 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하는 과정을 도시하고 있고, 도 6은 3D 모델 가공부가 검출된 가공 대상 영역별 3D 평탄화 지수를 계산하는 과정을 도시하고 있다.3 is an exemplary view in which a 3D model processing unit of a 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention expresses a 3D model as a graph composed of a plurality of vertices and edges, and FIG. 4 is a 3D model processing An exemplary diagram of matching vertices of a graph on an additional 3D model with a robustness index map and corresponding positions, FIG. 5 shows a process in which the 3D model processing unit detects a processing target area of the 3D model, and FIG. 6 is a 3D model A process of calculating a 3D flattening index for each area to be processed in which the processing unit is detected is shown.

3D 모델 가공부(30)은 가공 대상 영역을 검출하고, 검출 영역별 3D 평활화 지수를 계산하며, 검출 영역별로 3D 평활화를 수행할 수 있다.The 3D model processing unit 30 may detect an area to be processed, calculate a 3D smoothing index for each detection area, and perform 3D smoothing for each detection area.

먼저, 3D 모델 가공부(30)는 가공 대상 영역을 검출한다. 도 3을 참조하면, 3D 모델 가공부(30)는 3D 모델을 다수의 버텍스와 각각의 버텍스들 사이를 연결하는 에지로 구성된 그래프로 표현할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 특정 버텍스와 인접한 버텍스 사이의 관계를 나타내기에 유용한 특징 공간이 형성될 수 있다. 도 3에서 도 3a는 3D 모델의 표면(surface)을 포함한 3D 모델을 도시하고 있고, 도 3b는 표면에 버텍스와 에지를 동시에 표현한 3D 모델을 도시하고 있으며, 도 3c는 버텍스와 에지만 표현한 3D 모델을 도시하고 있다.First, the 3D model processing unit 30 detects an area to be processed. Referring to FIG. 3, the 3D model processing unit 30 may represent a 3D model as a graph composed of a plurality of vertices and edges connecting the vertices. As shown in FIG. 3, a feature space useful for representing a relationship between a specific vertex and an adjacent vertex may be formed. In FIG. 3, FIG. 3A shows a 3D model including the surface of the 3D model, FIG. 3B shows a 3D model in which vertices and edges are simultaneously expressed on the surface, and FIG. 3C is a 3D model expressing only vertices and edges. Is shown.

도 4를 참조하면, 3D 모델 가공부(30)는 그래프 상의 버텍스를 강건성 지수 맵과 서로 대응하는 위치로 매칭할 수 있다.Referring to FIG. 4, the 3D model processing unit 30 may match vertices on a graph with a robustness index map with positions corresponding to each other.

3D 모델 가공부(30)는 가공 대상이 될 버텍스를 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 3D 모델 가공부(30)는 각 버텍스에 대해 인접한 버텍스 상의 강건성 지수 집합을 입력값으로 하는 결정 트리(decision tree) 분류기 알고리즘을 활용하여 가공 대상이 될 버텍스를 선택할 수도 있다. 결정 트리 분류기는 결정 트리 학습법(decision tree learning)을 통해 생성한 분류기로서 어떤 항목에 대한 관측값과 목표값을 연결시켜주는 예측 모델로써 결정 트리를 사용하며, 통계학과 데이터 마이닝, 기계 학습에서 사용하는 예측 모델링 방법 중 하나이다. The 3D model processing unit 30 may select a vertex to be processed. In an embodiment, the 3D model processing unit 30 may select vertices to be processed using a decision tree classifier algorithm that uses a set of robustness indexes on adjacent vertices for each vertex as an input value. The decision tree classifier is a classifier created through decision tree learning, which uses a decision tree as a prediction model that connects an observation value and a target value for an item, and is used in statistics, data mining, and machine learning. It is one of the modeling methods.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치의 3D 모델 가공부가 검출된 가공 대상 영역별 3D 평탄화 지수를 계산하는 과정을 도시하고 있다. 3D 모델 가공부(30)는 검출 영역별 3D 평활화 지수를 계산할 수 있다. 3D 평활화 지수는 선택된 각 버텍스가 인접한 버텍스와 연결된 에지의 길이 및 방향에 따라 이동하는 방향과 이동거리를 결정하는 지수이며, 선택된 각 버텍스가 인접한 버텍스와 연결된 에지의 길이 및 방향을 입력값으로 하는 분류기를 활용하여 해당 버텍스가 이동해야 할 방향과 이동거리를 계산한다. 이 경우, 선형 회귀(linear regression) 분류기를 순차적으로 4개 연결한 계층 구조의 알고리즘을 활용할 수도 있다. 선형 회기 분류기는 데이터 마이닝 및 기계 학습에서 사용하는 선형 회귀로서 종속 변수 y와 한 개 이상의 독립 변수 (또는 설명 변수) x 와의 선형 상관 관계를 모델링하는 회귀분석 기법이다.6 illustrates a process of calculating a 3D flattening index for each area to be processed detected by a 3D model processing unit of the 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The 3D model processing unit 30 may calculate a 3D smoothing index for each detection area. The 3D smoothing index is an index that determines the moving direction and distance of each selected vertex according to the length and direction of the edge connected to the adjacent vertex, and a classifier that takes the length and direction of the edge connected to the adjacent vertex as an input value. Calculate the direction and distance the vertex should move by using. In this case, an algorithm having a hierarchical structure in which four linear regression classifiers are sequentially connected may be used. The linear regression classifier is a linear regression method used in data mining and machine learning, and is a regression analysis technique that models a linear correlation between a dependent variable y and one or more independent variables (or explanatory variables) x.

3D 모델 가공부(30)는 검출 영역별 3D 평활화를 수행할 수 있다. 3D 모델 가공부(30)는 선택된 각 버텍스에 대해, 기 계산한 3D 평활화 지수에 맞는 방향과 정도로 이동시킴으로써 3D 평활화를 수행한다. 도 7a는 3D 모델 가공부의 검출 영역별 3D 평활화를 수행하기 전과 후의 3D 모델을 비교한 예시도이고, 도 7b는 도 7a의 한 부위를 확대하여 구조 강건성 지수 맵을 3D 평활화 수행 전과 후로 비교한 예시도이다.The 3D model processing unit 30 may perform 3D smoothing for each detection area. The 3D model processing unit 30 performs 3D smoothing by moving the selected vertices in a direction and degree suitable for the previously calculated 3D smoothing index. 7A is an exemplary view comparing 3D models before and after performing 3D smoothing for each detection area of a 3D model processing unit, and FIG. 7B is an example comparing a structural robustness index map before and after performing 3D smoothing by enlarging a portion of FIG. 7A Is also.

출력부(40)는 3D 평활화가 수행된 가공된 3D 모델을 출력하거나 저장할 수 있다.The output unit 40 may output or store a processed 3D model subjected to 3D smoothing.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 모델 가공 장치에 의해 수행되는 3D 프린팅 모델 가공 자동화 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart of a 3D printing model processing automation method performed by the 3D printing model processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

먼저, 3D 프린팅 모델 가공 장치(1)의 입력부(10)는 3D 모델을 획득하여 입력 데이터로서 사용할 수 있다(S210). 이 때, 입력부(10)는 3D 스캐너를 통해 대상을 직접 스캔하는 방법, 3D 설계 프로그램을 통해 도면을 그리는 방법, 온라인 3D 모델 공유 플랫폼을 통해 3D 모델을 획득하는 방법 등으로 3D 모델을 획득하여 입력 데이터로 사용할 수 있다.First, the input unit 10 of the 3D printing model processing apparatus 1 may obtain a 3D model and use it as input data (S210). At this time, the input unit 10 acquires and inputs a 3D model by directly scanning the object through a 3D scanner, drawing a drawing through a 3D design program, or obtaining a 3D model through an online 3D model sharing platform. Can be used as data.

3D 프린팅 모델 가공 장치(1)의 3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델에 대한 입력 데이터를 전처리할 수 있다(S220). 구조 해석을 위해, 3D 모델 구조 분석부(20)는 입력 데이터의 데이터 포맷을 변환할 수 있다. 이 경우, 데이터 변환 프로그램(CAD)을 사용하여 해석에 적합한 형태의 데이터로 변환할 수 있다. 그리고, 3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 데이터를 정제할 수도 있다. 예컨대, 3D 스캐너를 통해 획득한 데이터의 경우 표면에 불연속 구간이 발생할 수 있는데, 3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델링 툴을 이용하여 해당 불연속 구간을 연속적으로 수정하는 작업을 수행할 수 있다.The 3D model structure analysis unit 20 of the 3D printing model processing apparatus 1 may pre-process the input data for the 3D model (S220). For structural analysis, the 3D model structure analysis unit 20 may convert a data format of input data. In this case, data in a format suitable for analysis can be converted using a data conversion program (CAD). In addition, the 3D model structure analysis unit 20 may refine 3D data. For example, in the case of data acquired through a 3D scanner, a discontinuous section may occur on a surface, and the 3D model structure analysis unit 20 may perform a task of continuously correcting the discontinuous section using a 3D modeling tool.

3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델의 구조 해석 조건을 선정하여 3D 모델의 구조를 해석할 수 있다(S230). 3D 모델 구조 분석부(20)는 출력 대상의 사용 환경에 따른 해석 조건을 선정할 수 있으며, 사용 환경에 따른 경계조건을 부여하여 진동, 충돌, 열 해석을 수행할 수 있다. 예를 들어, 장난감이 바닥에 떨어지는 충격과 같은 조건의 외란을 경계조건으로 설정하여 해석을 수행할 수도 있다.The 3D model structure analysis unit 20 may analyze the structure of the 3D model by selecting a structure analysis condition of the 3D model (S230). The 3D model structure analysis unit 20 may select an analysis condition according to the use environment of the output object, and may perform vibration, collision, and thermal analysis by assigning a boundary condition according to the use environment. For example, it is possible to perform an analysis by setting a disturbance under conditions such as an impact of a toy falling on the floor as a boundary condition.

3D 모델 구조 분석부(20)는 해석된 3D 모델의 구조를 분석할 수 있다(S240). 3D 모델 구조 분석부(20)는 유한 요소 분석(FEA)을 통해 분석을 수행할 수 있고, 3D 모델을 유한한 요소를 이용해 이산화하고 경계조건 설정 후 시뮬레이션을 수행하여 물체의 거동을 분석할 수 있다.The 3D model structure analysis unit 20 may analyze the structure of the analyzed 3D model (S240). The 3D model structure analysis unit 20 may perform analysis through finite element analysis (FEA), discretize the 3D model using finite elements, set boundary conditions, and perform simulation to analyze the behavior of the object. .

3D 모델의 구조의 분석 결과에 기초하여, 3D 프린팅 모델 가공 장치(1)의 3D 모델 구조 분석부(20)는 구조 강건성 지수 맵을 생성할 수 있다(S250). 3D 모델 구조 분석부(20)는 3D 모델의 각 부위의 폰 미제스(Von-mises) 응력을 기준으로 강건성 지수 맵을 생성할 수 있다. 이 경우, 높은 폰 미제스 응력이 높은 강건성 지수에 대응할 수 있다. 유한 요소 분석(FEA)에 있어 구조물의 파괴를 예측하는 기준은 항복 조건이다. 각 요소에 작용하는 응력은 방향성을 가진 다축 응력으로 작용하는데, 폰 미제스 응력은 각 요소에 작용하는 다축 응력을 단축응력 형태의 스칼라 값으로 나타낸 응력을 의미한다. 폰 미제스 항복 조건은 폰 미제스 응력이 설계대상 재료의 항복응력에 도달하면 항복한다고 판단할 수 있다.Based on the analysis result of the structure of the 3D model, the 3D model structure analysis unit 20 of the 3D printing model processing apparatus 1 may generate a structural robustness index map (S250). The 3D model structure analysis unit 20 may generate a robustness index map based on the von-mises stress of each portion of the 3D model. In this case, a high von Mises stress can correspond to a high robustness index. In finite element analysis (FEA), the criterion for predicting structural failure is the yield condition. The stress acting on each element acts as a directional multiaxial stress, and the von Mises stress refers to the stress in which the multiaxial stress acting on each element is expressed as a scalar value in the form of uniaxial stress. The von Mises yield condition can be determined to yield when the Von Mises stress reaches the yield stress of the material to be designed.

3D 모델 가공부(30)은 가공 대상 영역을 검출할 수 있다(S260). 3D 모델 가공부(30)는 3D 모델을 다수의 버텍스와 각각의 버텍스들 사이를 연결하는 에지로 구성된 그래프로 표현할 수 있다. 도 3a는 3D 모델의 표면을 포함한 3D 모델을 도시하고 있고, 도 3b는 표면에 버텍스와 에지를 동시에 표현한 3D 모델을 도시하고 있으며, 도 3c는 버텍스와 에지만 표현한 3D 모델을 도시하고 있다.The 3D model processing unit 30 may detect the area to be processed (S260). The 3D model processing unit 30 may represent the 3D model as a graph composed of a plurality of vertices and edges connecting the vertices. FIG. 3A shows a 3D model including a surface of a 3D model, FIG. 3B shows a 3D model in which vertices and edges are simultaneously expressed on the surface, and FIG. 3C shows a 3D model in which only vertices and edges are expressed.

3D 모델 가공부(30)는 3D 모델의 그래프 상의 버텍스를 강건성 지수 맵과 서로 대응하는 위치로 매칭하고, 결정 트리(decision tree) 분류기 알고리즘을 활용하여 가공 대상이 될 그래프 상의 버텍스를 선택하여 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 3D 모델 가공부(30)는 각 버텍스에 대해 인접한 버텍스 상의 강건성 지수 집합을 입력값으로 하는 결정 트리 분류기 알고리즘을 활용하여 가공 대상이 될 버텍스를 선택할 수도 있다.The 3D model processing unit 30 matches the vertices on the graph of the 3D model with the robustness index map and corresponding positions, and selects the vertices on the graph to be processed using a decision tree classifier algorithm. It is possible to detect the area to be processed. In an embodiment, the 3D model processing unit 30 may select vertices to be processed using a decision tree classifier algorithm that uses a set of robustness indexes on adjacent vertices for each vertex as an input value.

3D 모델 가공부(30)는 검출된 가공 대상 영역별 3D 평탄화 지수를 계산할 수 있다(S270). 3D 평활화 지수는 선택된 각 버텍스가 인접한 버텍스와 연결된 에지의 길이 및 방향에 따라 이동하는 방향과 이동거리를 결정하는 지수이며, 선택된 각 버텍스가 인접한 버텍스와 연결된 에지의 길이 및 방향을 입력값으로 하는 분류기를 활용하여 해당 버텍스가 이동해야 할 방향과 이동거리를 계산한다. 이 경우, 선형 회귀 분류기를 순차적으로 4개 연결한 계층 구조의 알고리즘을 활용할 수도 있다. 선형 회기 분류기는 데이터 마이닝 및 기계 학습에서 사용하는 선형 회귀로서 종속 변수 y와 한 개 이상의 독립 변수 (또는 설명 변수) x 와의 선형 상관 관계를 모델링하는 회귀분석 기법이다.The 3D model processing unit 30 may calculate a 3D flattening index for each detected area to be processed (S270). The 3D smoothing index is an index that determines the moving direction and distance of each selected vertex according to the length and direction of the edge connected to the adjacent vertex, and a classifier that takes the length and direction of the edge connected to the adjacent vertex as an input value. Calculate the direction and distance the vertex should move by using. In this case, a hierarchical algorithm in which four linear regression classifiers are sequentially connected may be used. The linear regression classifier is a linear regression method used in data mining and machine learning, and is a regression analysis technique that models a linear correlation between a dependent variable y and one or more independent variables (or explanatory variables) x.

3D 모델 가공부(30)는 검출 영역별 3D 평활화를 수행할 수 있다(S280). 3D 모델 가공부(30)는 계산된 3D 평활화 지수에 맞는 방향과 정도로 가공 대상 영역 내의 각 버텍스를 이동시킴으로써 3D 평활화를 수행할 수 있다.The 3D model processing unit 30 may perform 3D smoothing for each detection area (S280). The 3D model processing unit 30 may perform 3D smoothing by moving each vertex in the area to be processed in a direction and degree suitable for the calculated 3D smoothing index.

3D 프린팅 모델 가공 장치의 출력부(40)는 3D 평활화가 수행된 가공된 3D 모델을 출력하거나 저장할 수 있다.The output unit 40 of the 3D printing model processing apparatus may output or store a processed 3D model subjected to 3D smoothing.

상술한 본 발명의 실시예에 의한 3D 프린팅 모델 가공 장치 및 방법은, 3D 프린팅 결과물의 완성도를 향상시킬 수 있다. 즉, 개인과 같은 비전문 사용자가 3D 프린팅물을 제작시 용도와 소재에 맞는 3D 모델의 구조 해석 및 모델 가공 기능을 제공함으로써, 비전문 사용자가 원하는 사물 및 구조물을 안전하고 견고한 형태로 쉽게 3D 모형화할 수 있으며, 보급형 3D 스캐너를 활용함으로써 고비용, 고사양의 3D 스캐너를 구매하지 않고도 후처리(매끄럽지 못한 표면 처리 등 기능적 한계를 보완)를 통해 완성도 높은 결과물을 제작할 수 있고, 출력 대상의 3D 데이터 상에 파손가능성이 클 것으로 예상되는 부분을 사전에 보완·가공하여 출력물의 구조 강건성을 향상시킬 수 있다.The 3D printing model processing apparatus and method according to the embodiment of the present invention described above can improve the completeness of the 3D printing result. In other words, when non-professional users, such as individuals, provide structural analysis and model processing functions of 3D models suitable for use and materials when creating 3D printed objects, non-professional users can easily 3D model objects and structures desired in a safe and robust form. In addition, by using an entry-level 3D scanner, high-quality results can be produced through post-processing (compensating for functional limitations such as unsmooth surface treatment) without purchasing a high-cost, high-spec 3D scanner, and the possibility of damage to the 3D data to be printed. The structural robustness of the printout can be improved by supplementing and processing these parts that are expected to be large in advance.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 3D 프린팅의 안전성을 향상시킬 수 있다. 즉, 출력물의 날카로운 가장자리 및 날카로운 끝 부분에 의해 사용자가 위험에 노출되는 상황을 방지하는 안전장치로써 활용하고, 교육용 및 놀이용 3D 프린팅을 안전한 형태로 가공 및 출력하기 위한 서비스를 제공하는 것이 가능하며, 유아용 3D 프린팅 장난감 관련 3D 스캐너 및 3D 프린터 산업의 대중화에 기여할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to improve the safety of 3D printing. In other words, it is possible to use it as a safety device to prevent the situation in which the user is exposed to danger by the sharp edge and sharp end of the printout, and to provide a service for processing and printing 3D printing for education and play in a safe form. , It can contribute to the popularization of 3D scanner and 3D printer industry related to 3D printing toys for children.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 구조 해석 기반 3D 모델 가공 기법을 활용하여 관광/게임/3D 장난감 컨텐츠에 적용할 수 있다. 즉, 관광 산업에서는 이동 및 보관에 효과적이도록 견고한 3D 기념품 제작할 수 있고, 게임 산업에서는 사용자 본인의 캐릭터를 직접 출력하는 과정에서 견고하고 안전한 3D 모델 가공 기능을 제공할 수 있으며, 3D 장난감 컨텐츠 산업에서는 안전을 보장하기 위한 장치로써 개인용 온라인 판매/교류 시장 활성화에 기여할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it can be applied to tourism/game/3D toy contents by utilizing a structural analysis-based 3D model processing technique. That is, in the tourism industry, a robust 3D souvenir can be produced to be effective for movement and storage, in the game industry, a robust and safe 3D model processing function can be provided in the process of directly outputting the user's own character, and safety in the 3D toy content industry. As a device to ensure the security, it can contribute to the activation of the personal online sales/exchange market.

본 명세서에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.Combinations of each block in the block diagram attached to the present specification and each step in the flowchart may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions can be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment, the instructions executed by the processor of the computer or other programmable data processing equipment are shown in each block or flow chart of the block diagram. Each step creates a means to perform the functions described. These computer program instructions can also be stored in computer-usable or computer-readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement a function in a particular way, so that the computer-usable or computer-readable memory It is also possible to produce an article of manufacture in which the instructions stored in the block diagram contain instruction means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flowchart. Computer program instructions can also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, so that a series of operating steps are performed on a computer or other programmable data processing equipment to create a computer-executable process to create a computer or other programmable data processing equipment. It is also possible for the instructions to perform the processing equipment to provide steps for performing the functions described in each block of the block diagram and each step of the flowchart.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each block or each step may represent a module, segment, or part of code comprising one or more executable instructions for executing the specified logical function(s). In addition, it should be noted that in some alternative embodiments, functions mentioned in blocks or steps may occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially simultaneously, or the blocks or steps may sometimes be performed in the reverse order depending on the corresponding function.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential quality of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present disclosure is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

1: 3D 프린팅 모델 가공 장치
10: 입력부
20: 3D 모델 구조 분석부
30: 3D 모델 가공부
40: 출력부1: 3D printing model processing equipment
10: input
20: 3D model structure analysis unit
30: 3D model processing section
40: output

Claims (17)

3D 모델을 획득하여 입력 데이터로서 수신하는 단계와,
상기 3D 모델의 구조를 분석하는 단계와,
상기 분석 결과에 기초하여 상기 3D 모델에 대한 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 단계와,
상기 3D 모델의 그래프 - 상기 3D 모델은 다수의 버텍스(vertices)와 각각의 버텍스들 사이를 연결하는 에지(edges)로 구성되는 상기 그래프로 표현될 수 있음 - 와 상기 구조 강건성 지수 맵에 기초하여, 상기 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하는 단계와,
상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평활화를 수행하는 단계와,
상기 3D 평활화가 수행된 가공된 3D 모델을 출력하거나 저장하는 단계를 포함하고,
상기 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하는 단계는,
상기 3D 모델의 그래프 상의 버텍스를 상기 구조 강건성 지수 맵과 서로 대응하는 위치로 매칭하고, 각 버텍스에 대해 인접한 버텍스 상의 강건성 집합을 입력값으로 하는 결정 트리 분류기 알고리즘을 이용하여 상기 가공 대상이 될 버텍스를 선택하는
3D 프린팅 모델 가공 방법.Obtaining a 3D model and receiving it as input data,
Analyzing the structure of the 3D model,
Generating a structural robustness index map for the 3D model based on the analysis result,
Based on the graph of the 3D model-the 3D model may be represented by the graph consisting of a plurality of vertices and edges connecting the vertices-and the structural robustness index map, Detecting an area to be processed of the 3D model,
Performing 3D smoothing on the detected area to be processed,
Including the step of outputting or storing the processed 3D model in which the 3D smoothing has been performed,
The step of detecting the processing target area of the 3D model,
Vertices to be processed using a decision tree classifier algorithm in which vertices on the graph of the 3D model are matched with the structural robustness index map to corresponding positions, and a robustness set on adjacent vertices is used as an input value for each vertex. To choose
3D printing model processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 3D 모델을 획득하는 것은,
3D 스캐너를 통해 대상을 직접 스캔하는 것, 3D 설계 프로그램을 통해 상기 대상에 대한 도면을 그리는 것, 또는 온라인 3D 모델 공유 플랫폼을 통해 상기 대상에 대한 3D 모델을 획득하는
3D 프린팅 모델 가공 방법.The method of claim 1,
To obtain the 3D model,
Scanning an object directly through a 3D scanner, drawing a drawing on the object through a 3D design program, or obtaining a 3D model of the object through an online 3D model sharing platform
3D printing model processing method. 제 2 항에 있어서,
상기 입력 데이터를 전처리하는 단계를 더 포함하되,
상기 입력 데이터를 전처리하는 단계는 3D 모델링 툴을 이용하여 상기 입력 데이터의 불연속 구간을 연속적인 구간으로 수정하는 단계를 포함하는
3D 프린팅 모델 가공 방법.The method of claim 2,
Further comprising the step of pre-processing the input data,
The pre-processing of the input data includes modifying the discontinuous section of the input data into a continuous section using a 3D modeling tool.
3D printing model processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 3D 모델의 구조를 분석하는 단계는,
상기 3D 모델에 대한 구조 해석 조건을 선정하여 상기 3D 모델의 구조를 해석하고, 상기 해석 결과를 유한 요소 분석(FEA; Finite Element Analysis)을 통해 분석하는 단계를 포함하는
3D 프린팅 모델 가공 방법.The method of claim 1,
Analyzing the structure of the 3D model,
Selecting a structural analysis condition for the 3D model to analyze the structure of the 3D model, and analyzing the analysis result through finite element analysis (FEA)
3D printing model processing method. 제 1 항에 있어서,
상기 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 단계는 상기 3D 모델의 각 부위의 폰 미제스(Von-mises) 응력에 따라 상기 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 단계를 포함하는
3D 프린팅 모델 가공 방법.The method of claim 1,
The step of generating the structural robustness index map comprises generating the structural robustness index map according to the Von-mises stress of each portion of the 3D model.
3D printing model processing method. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 단계는,
상기 검출된 가공 대상 영역별 3D 평탄화 지수를 계산하고, 상기 계산된 3D 평탄화 지수에 따라 상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 단계를 포함하는
3D 프린팅 모델 가공 방법.The method of claim 1,
The step of performing 3D planarization on the detected area to be processed,
Computing the detected 3D flattening index for each area to be processed, and performing 3D flattening on the detected area to be processed according to the calculated 3D flattening index.
3D printing model processing method. 제 7 항에 있어서,
상기 3D 평활화 지수는 상기 가공 대상 영역 내의 각 버텍스가 인접한 버텍스와 연결된 에지의 길이 및 방향에 따라 이동하는 방향과 이동거리를 결정하는 지수인
3D 프린팅 모델 가공 방법.The method of claim 7,
The 3D smoothing index is an index that determines a moving direction and a moving distance according to the length and direction of an edge connected to an adjacent vertex in the area to be processed.
3D printing model processing method. 제 8 항에 있어서,
상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는 단계는,
상기 가공 대상 영역 내의 각 버텍스를 상기 계산된 3D 평활화 지수에 대응하는 방향과 정도로 이동시킴으로써 3D 평활화를 수행하는 단계를 포함하는
3D 프린팅 모델 가공 방법.The method of claim 8,
The step of performing 3D planarization on the detected area to be processed,
Comprising the step of performing 3D smoothing by moving each vertex in the processing target region in a direction and degree corresponding to the calculated 3D smoothing index.
3D printing model processing method. 3D 모델을 획득하여 입력 데이터로서 수신하는 입력부와,
상기 3D 모델의 구조를 분석하고, 상기 분석 결과에 기초하여 상기 3D 모델에 대한 구조 강건성 지수 맵을 생성하는 3D 모델 구조 분석부와,
상기 3D 모델의 그래프 - 상기 3D 모델은 다수의 버텍스(vertices)와 각각의 버텍스들 사이를 연결하는 에지(edges)로 구성되는 상기 그래프로 표현될 수 있음 - 와 상기 구조 강건성 지수 맵에 기초하여, 상기 3D 모델의 가공 대상 영역을 검출하고 상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평활화를 수행하는 3D 모델 가공부와,
상기 3D 평활화가 수행된 가공된 3D 모델을 출력하거나 저장하는 출력부를 포함하고,
상기 3D 모델 가공부는 상기 3D 모델의 그래프 상의 버텍스를 상기 구조 강건성 지수 맵과 서로 대응하는 위치로 매칭하고, 각 버텍스에 대해 인접한 버텍스 상의 강건성 집합을 입력값으로 하는 결정 트리 분류기 알고리즘을 이용하여 상기 가공 대상이 될 버텍스를 선택하는
3D 프린팅 모델 가공 장치.An input unit that acquires a 3D model and receives it as input data,
A 3D model structure analysis unit that analyzes the structure of the 3D model and generates a structural robustness index map for the 3D model based on the analysis result,
Based on the graph of the 3D model-the 3D model may be represented by the graph consisting of a plurality of vertices and edges connecting the vertices-and the structural robustness index map, A 3D model processing unit that detects an area to be processed of the 3D model and performs 3D smoothing on the detected area to be processed,
And an output unit for outputting or storing the processed 3D model on which the 3D smoothing has been performed,
The 3D model processing unit matches the vertices on the graph of the 3D model with the structural robustness index map and corresponding positions, and uses a decision tree classifier algorithm that uses a robustness set on adjacent vertices for each vertex as an input value To select the vertex to be the target
3D printing model processing equipment. 제 10 항에 있어서,
상기 3D 모델 구조 분석부는 상기 입력 데이터를 전처리하되,
상기 입력 데이터를 전처리하는 것은 3D 모델링 툴을 이용하여 상기 입력 데이터의 불연속 구간을 연속적인 구간으로 수정하는 것을 포함하는
3D 프린팅 모델 가공 장치.The method of claim 10,
The 3D model structure analysis unit preprocesses the input data,
Pre-processing the input data includes modifying the discontinuous section of the input data into a continuous section using a 3D modeling tool.
3D printing model processing equipment. 제 10 항에 있어서,
상기 3D 모델 구조 분석부는,
상기 3D 모델에 대한 구조 해석 조건을 선정하여 상기 3D 모델의 구조를 해석하고, 상기 해석 결과를 유한 요소 분석(FEA; Finite Element Analysis)을 통해 분석하는
3D 프린팅 모델 가공 장치.The method of claim 10,
The 3D model structure analysis unit,
Analyzing the structure of the 3D model by selecting a structural analysis condition for the 3D model, and analyzing the analysis result through finite element analysis (FEA)
3D printing model processing equipment. 제 10 항에 있어서,
상기 3D 모델 구조 분석부는 상기 3D 모델의 각 부위의 폰 미제스(Von-mises) 응력에 따라 상기 구조 강건성 지수 맵을 생성하는
3D 프린팅 모델 가공 장치.The method of claim 10,
The 3D model structure analysis unit generates the structural robustness index map according to the Von-mises stress of each portion of the 3D model.
3D printing model processing equipment. 삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 3D 모델 구조 가공부는,
상기 검출된 가공 대상 영역별 3D 평탄화 지수를 계산하고, 상기 계산된 3D 평탄화 지수에 따라 상기 검출된 가공 대상 영역에 대해 3D 평탄화를 수행하는
3D 프린팅 모델 가공 장치.The method of claim 10,
The 3D model structure processing unit,
Calculating the detected 3D flattening index for each area to be processed, and performing 3D flattening on the detected area to be processed according to the calculated 3D flattening index.
3D printing model processing equipment. 제 15 항에 있어서,
상기 3D 평활화 지수는 상기 가공 대상 영역 내의 각 버텍스가 인접한 버텍스와 연결된 에지의 길이 및 방향에 따라 이동하는 방향과 이동거리를 결정하는 지수인
3D 프린팅 모델 가공 장치.The method of claim 15,
The 3D smoothing index is an index that determines a moving direction and a moving distance according to the length and direction of an edge connected to an adjacent vertex in the area to be processed.
3D printing model processing equipment. 제 16 항에 있어서,
상기 3D 모델 구조 가공부는,
상기 가공 대상 영역 내의 각 버텍스를 상기 계산된 3D 평활화 지수에 대응하는 방향과 정도로 이동시킴으로써 3D 평활화를 수행하는
3D 프린팅 모델 가공 장치.The method of claim 16,
The 3D model structure processing unit,
3D smoothing is performed by moving each vertex in the processing target region in a direction and degree corresponding to the calculated 3D smoothing index.
3D printing model processing equipment.
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