KR20140124942A - 3ｄｓ Ｍａｘ를 이용한 가상 건축물 설계 시스템 - Google Patents

Abstract

스틸하우스 공법에 의하여 스터드로 건축물을 구성하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 관한 것으로서, 스틸하우스 공법에 의한 자재의 컴포넌트, 패턴, 상기 컴포넌트와 패턴 간의 의미적 관계를 설정하여 구성하는 구성DB부; 패턴을 선택하고 패턴 내의 컴포넌트를 수정하여, 건축물을 조립하는 건물설계부; 스틸하우스 애니메이션을 진행하는 애니메이션부; 및, 완성된 건축물에 대한 스터드의 양을 산출하는 스터드 산출부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 가상 건축물 설계 시스템에 의하여, 건축의 생산 공정에 접목, 설계, 변경정보제공, 조립 등의 건축설계를 시뮬레이션을 함으로써, 건축 설계에 대한 손쉽게 변경할 수 있고, 비용을 효과적으로 절감할 수 있다.

Description

3ｄｓ Ｍａｘ를 이용한 가상 건축물 설계 시스템 { A Virtual Constructions Design System using 3ds Max }

본 발명은 건축자재들을 컴포넌트와 패턴으로 조립하여 패턴 단위로 건축설계가 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 가상 건축물 설계를 시뮬레이션하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 건축설계에 있어서 스틸하우스 기법을 3D로 시뮬레이션 할 수 있는 가상 건축 설계 시스템으로서, 스틸하우스 건축자재인 스터드를 컴포넌트로 구성하고 이 컴포넌트들을 패턴으로 조립하여 패턴 단위로 건축설계가 효율적으로 가능한 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 스틸하우스는 대표적인 건식공법으로서 패널(panel)로 만든 벽체(wall panel)와 트러스(truss)를 쉽게 조립할 수 있는 시스템이다. 스틸하우스 조립 건축 기술은 현재 가장 주목받고 있는 조립건축방법이다[비특허문헌 1-4]. 이와 같은 설계방법을 IT와 접목하여 융합기술을 활용한 건축설계 콘텐츠로 개발하면 설계자뿐 아니라 사용자도 쉽게 건축물을 설계할 수 있을 것이다.

최근에 가장 대표적인 가상건축 설계 도구가 Google SketchUp Pro이다[비특허문헌 5]. 이는 설계자를 위한 도구이며 검색기능을 갖춘 온라인 3D모델 저장소로서 필요한 모델을 찾아 자신의 모델을 만드는 도구이다.

그러나 이 도구는 설계자를 위한 도구일 뿐 일반 사용자는 건축 설계정보 및 이해가 없는 상황에서 제작하기 어려운 단점이 있다. 또한 제작과정에서 컴포넌트 하나하나씩을 이용하여 설계해야하기 때문에 학습하지 않으면 사용하기 어렵다. 이는 건축을 위한 자재들을 컴포넌트로 구성하여 제작하기 때문이다.

스터드를 이용한 건축 모델링은 벽체와 방, 창, 문을 기본 패턴으로 하여 기존 방식처럼 선이나 도형을 세부적으로 그리는 드로잉 작업 없이 이미 구성된 패턴들을 활용하여 쉽게 건축물을 설계하는 방법이다[비특허문헌 6]. 그리고 가상공간에서 실물크기의 건축을 모델링을 할 수 있도록 사용자가 인터렉티브하게 설계, 변경, 혼합이 가능하도록 시뮬레이션 하였다. 이러한 기술을 바탕으로 패턴형 건축물 조립, 생성 및 변경 기술은 건축설계 분야에서 새로운 시도라 할 수 있다. 사용된 기술은 3ds Max를 활용하여 시뮬레이션 하였다.

다음으로, 3ds Max에 대하여 설명한다.

건축 및 인테리어 분야는 80~90% 이상의 결과물들이 3ds Max를 이용할 만큼 가장 많은 활용을 보이고 있는 분야이다. CAD에서 설계가 끝나면 3차원 공간에서 시각적으로 표현하는 일을 3ds Max가 담당한다. 이렇게 시각적으로 표현된 것은 설계자의 의도를 클라이언트가 쉽게 이해할 수 있고 설계할 때의 문제점이나 클라이언트의 의도를 좀 더 정확하게 반영할 수 있는 장점이 있다.

게임분야는 게이머의 흥미를 유발하고 게임을 즐기게 하기 위한 많은 요소들이 복합적으로 융합된 분야이다. 3ds Max로 배경 캐릭터 특수효과와 같은 요소들을 제작하여 게임 엔진에 올리고 게이머의 흥미 유발과 게임에 대한 관심을 불러일으키기 위한 게임 홍보 동영상 같은 애니메이션도 3ds Max를 통해 제작된다.

가상현실 분야에서도 VRML을 지원하는 포맷과 메뉴들을 갖추고 있기 때문에 시뮬레이션 환경을 제공하는 분야로 각 산업의 교육이나 제품 홍보에 시뮬레이션을 가미한 결과물을 보여주기 위해서 3ds Max가 사용된다.

이처럼 여러 분야에서 3ds Max는 시각적인 요소를 활용하고 있다. 건축학적으로 3ds Max의 기능들을 필요로 하였기 때문에 3ds Max를 활용하여 개발하고 있다[비특허문헌 7][비특허문헌 8].

다음으로, 3D 복원기술에 대하여 설명한다.

3D기술을 사용한 고건물에 대한 특성을 파악하여 3D기술로 복원시키는 기술은 설계 도면만을 가지고 실행에 옮겨 자칫 훼손될 수 있는 건물에 대하여 3D 기술을 사용 복원되는 모습을 미리 구성하여 볼 수 있다.

건물의 각 가구부의 특성을 파악하여 복원하는 기술이며 기존의 실측데이터에 의한 형상설계방식은 도면의 부재에 따라 공포부 설계에 있어서 반복적인 작업에 따른 비효율성을 가지고 있으며 설계 후에도 수정이 어렵다는 단점을 가지고 있다.

3D에 의한 복원 기술은 기존의 실측데이터에 의존하지 않고 정보에 의해서 반복적인 작업 없이 수작업에 의한 실측값을 파라미터에 대입하여 손쉽게 다양한 복원 작업을 수행할 수 있다[비특허문헌 9].

다음으로, 3D(3차원)를 이용한 콘크리트와 거푸집 수량 산출 기술에 관하여 설명한다.

수작업과 3D CAD를 이용하여 물량산출을 했을 때, 물량의 차이는 있지만 그 차이가 크지 않고, 오차율을 비교해본 결과, 그 차이가 1% 내외이다. 이처럼 물량산출의 결과가 차이 없이 나온다면 다양한 정보 관리가 가능한 3D CAD를 사용하는 것이 효율적이라고 생각한다.

3D CAD는 단순한 치수 정보뿐만 아니라 각각의 오브젝트들이 부재의 사양이나 재질 등의 스펙을 담고 있어서 그 정보를 유용하게 사용할 수 있다. 그리고 설계 도면을 작도하는 동시에 3차원 모델링을 할 수 있다.

단가정보를 활용할 경우에는 원가관리 측면에서도 활용이 가능한 장점이 있고, 특정부위에 시공한 자재의 종류와 특성, 시기, 방법 등의 시공관리에 필요한 정보도 DB화가 가능하다.

기존의 2차원 도면에 비해서 여러 가지 데이터를 실시간으로 제공가능하고 표현가능하다. 만약, 수작업과 3D CAD의 물량산출작업 같은 일이 똑같은 시간이 걸린다고 해도 방대한 정보를 가지고 있는 3D CAD가 다방면으로 활용가능성이 높다고 생각한다.

이러한 3D CAD가 요즘의 추세가 되고 있는 BIM의 Tool로써도 활용되고, 건설 정보 통합시스템에도 기반이 될 수 있을 것이다[비특허문헌 10][비특허문헌 11].

[비특허문헌 1] Wojtek Kozaczynski, Grady Booch, "Component Based Software Engineering," IEEE Software, Vol.15, No.5, 1998(9). [비특허문헌 2] 포항산업과학연구원, "스틸하우스 설계에서 시공까지 Steel House HandBook", 도서출판 구미서관, 2002. 11. 4 [비특허문헌 3] E. Gamme, R. Helm, R. Johnson, and J. Vlissides, "Design Pattern: Elements of Reusable Object -Oriented Software," Addison-Wesley, 1995. [비특허문헌 4] 한국스틸하우스기술인협회, "스틸하우스", 시공문화사 출판, 2007. [비특허문헌 5] 박현수, "스틸하우스 구조벽체 모듈화 설계에 관한 연구", 건국대학교 산업대학원 석사논문, Feb, 2010. [비특허문헌 6] http://sketchup.google.com [비특허문헌 7] Paolo Tonella and Giulio Antoniol, "Object Oriented Design Pattern Inference," Proceedings of the IEEE International Conference on Software Maintenance, pp. 230-238, 1999. [비특허문헌 8] 이태헌, 정혜란, 김세현, "건축 인테리어 모델링 & 환경 설정을 위한 3ds Max 실무", 길벗, 2009. 3 [비특허문헌 9] 안은영, "건축정보모델링 방식에 의한 숭례문 부재 개발과 3D 복원", 멀티미디어학회논문지 제15권 제3호, pp. 408-416, 2012. 3. [비특허문헌 10] 강일웅, "3ds Max2010 기본+활용", WellBook, 2010. [비특허문헌 11] 전기현, 윤석현, "수작업과 3D CAD를 이용한 콘크리트와 거푸집 수량산출과 비교분석", 한국건축시공학회 2010년도 추계 학술논문 발표대회 논문집, 제10권 2호, pp. 45-48, 2010. 11.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스틸 자재들을 패턴으로 구성하여 설계 시 자재의 변경에 따라 필요한 패턴 정보와 변경된 건축물의 정보가 자동 생성되도록 하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 사용자가 건축주의 입장에서 건축을 쉽게 설계할 수 있고 설계의 변경에 따른 자재의 변경된 정보를 활용하여 경제적 비용을 산출할 수 있을 뿐 아니라 컴포넌트를 패턴으로 구성하여 패턴정보를 기반으로 하는 정보저장소(repository)를 구축하여 건축 설계를 지원하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 스틸하우스 공법에 의하여 스터드로 건축물을 구성하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 관한 것으로서, 스틸하우스 공법에 의한 자재의 컴포넌트, 패턴, 상기 컴포넌트와 패턴 간의 의미적 관계를 설정하여 구성하는 구성DB부; 패턴을 선택하고 패턴 내의 컴포넌트를 수정하여, 건축물을 조립하는 건물설계부; 스틸하우스 애니메이션을 진행하는 애니메이션부; 및, 완성된 건축물에 대한 스터드의 양을 산출하는 스터드 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 있어서, 상기 구성DB부는 자재의 컴포넌트에 대한 메타데이터를 구성하고, 컴포넌트들로 구성된 패턴들에 대한 메타데이터를 구성하고. 각 컴포넌트는 패턴 구성을 위한 의미적 관계를 갖게 하여 패턴의 관계와 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 있어서, 상기 건물설계부는 패턴이 선택되면 관련 컴포넌트들을 패턴에 따라 자동적으로 재조합하되, 각 컴포넌트와 패턴 간에 의미적 관계에 의하여 재조합하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 있어서, 상기 스터드 산출부는 하나의 건축물에서 다른 건축물로 변경될 때, 건축물에 필요한 스터드의 변경된 양을 비교하여 보여주는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 있어서, 상기 스터드 산출부는 변경된 건축물에 필요한 스터드의 변경된 양을 보여줄 때 건축물의 구성 요소에 따라 구분하여 보여주는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 의하면, 건축자재들을 컴포넌트로 구성하고 컴포넌트들을 패턴으로 조립하여 패턴 단위로 설계하게 함으로써, 건축설계를 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 의하면, 건축의 생산 공정에 접목, 설계, 변경정보제공, 조립 등의 건축설계를 시뮬레이션을 함으로써, 건축 설계에 대한 손쉽게 변경할 수 있고, 비용을 효과적으로 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템 일례의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템의 구성에 대한 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 애니메이션 처리과정을 설명하는 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 스터드 산출 결과의 예시를 나타내는 표.
도 5는 본 발명에 따른 건축물의 구성을 변경하는 화면의 일례도.
도 6은 본 발명에 따른 건축물의 구성 과정을 나타내는 화면의 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 건축물에 소요되는 스터드를 건축물의 구성 요소에 따라 구분하여 보여주는 예시도.
도 8은 본 발명에 따라 건축물을 변경할 때 변경된 부분을 표시하는 화면의 예시도.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1a 또는 도 1b에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템은 네트워크 상의 서버 시스템 또는 컴퓨터 단말 상의 프로그램 시스템으로 실시될 수 있다.

도 1a와 같이, 본 발명의 실시를 위한 전체 시스템의 일례는 사용자 단말(10)과 가상 건축물 설계 시스템(30)으로 구성되고 서로 네트워크(20)로 연결된다. 또, 필요한 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스(40)를 더 구비할 수 있다.

사용자 단말(10)은 설계자 등 사용자가 이용하는 PC, 노트북, 넷북, PDA, 모바일 등의 통상의 컴퓨팅 단말기이다. 사용자는 사용자 단말(10)을 이용하여 건축물 관련 설정 데이터 등을 건축물 설계 시스템(30)으로 전송하거나, 완성된 건축물 애니메이션 등을 건축물 설계 시스템(30)에 요청한다.

가상 건축물 설계 시스템(30)은 통상의 서버로서 네트워크(20)에 연결되어 건축물 컴포넌트, 건축물 구성 등을 정의할 수 있도록 정의 도구를 제공하거나, 건축물 구성 명령을 입력받거나, 중간 결과나 완성된 건축물 결과를 애니메이션 등으로 표시하는 서비스를 제공한다.

한편, 가상 건축물 설계 시스템(30)은 상기 각 서비스들을 인터넷 상의 웹페이지로 제공하는 웹서버 또는 웹어플리케이션 서버 등으로 구현될 수 있다.

데이터베이스(40)는 가상 건축물 설계 시스템(30)에서 필요한 데이터를 저장하는 통상의 저장매체로서, 샘플 건축물, 자재 컴포넌트, 패턴, 의미적 관계, 완성된 건축물 등을 저장한다.

도 1b와 같이, 본 발명의 실시를 위한 전체 시스템의 다른 예는 컴퓨터 단말(13)에 설치되는 프로그램 형태의 가상 건축물 설계 시스템(30)으로 구성될 수 있다. 즉, 건축물 설계 시스템(30)의 각 기능들은 컴퓨터 프로그램으로 구현되어 컴퓨터 단말(13)에 설치되어, 사용자(14)에 의해 명령 등을 컴퓨터 단말(13)의 입력장치를 통해 입력받거나, 구성된 건축물 등을 컴퓨터 단말(13)의 출력장치를 통해 출력한다. 한편, 건축물 설계 시스템(30)에서 필요한 데이터들은 컴퓨터 단말(13)의 하드디스크 등 저장공간에 저장되어 이용된다.

다른 실시예로서, 건축물 설계 시스템(30)은 마이크로 프로그램으로 구성되어 마이크로프로세서에 의해 구동되는 하나의 전용 IC칩으로 실시되거나, ASIC(주문형 반도체) 등 하나의 전자회로로 구성되어 실시될 수 있다. 즉, 소프트웨어 형태, FPGA 칩이나 여러 개의 회로소자로 구성된 전자회로의 형태로 구성될 수도 있다. 그 외 가능한 다른 형태도 실시될 수 있다. 그러나 이하에서 설명의 편의를 위해 컴퓨터 단말(10)에 구현된 건축물 설계 시스템(30)으로 설명하기로 한다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 설계 시스템(30)은 구성DB부(31), 건물설계부(32), 애니메이션부(33), 및, 스터드 산출부(34)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 설계 시스템(30)은 먼저 수많은 건축물을 대상으로 하는 것이 아니라 스틸하우스 공법을 이용한다.

먼저, 구성DB부(31)는 스틸하우스 공법에 의한 자재의 컴포넌트, 패턴, 상기 컴포넌트와 패턴 간의 의미적 관계를 설정하여 구성한다. 구성된 내용은 데이터베이스(40)에 저장된다. 또한, 구성DB부(31)는 샘플 건축물을 저장하되, 샘플 건축물에는 자재 컴포넌트, 패턴, 의미적 관계들이 설정되어 저장될 수 있다.

구성DB부(31)는 스틸하우스 공법을 이용하여 샘플 건축물에 대한 자재의 컴포넌트를 추출하고 각 컴포넌트에 대한 메타데이터를 구성하고, 컴포넌트들로 구성된 패턴들에 대한 메타데이터를 구성한다. 각 컴포넌트는 패턴 구성을 위한 의미적 관계를 갖고 이는 패턴의 관계와 연결되도록 한다.

패턴 구성은 컴포넌트로 구성되는 패턴인데 예를 들면 방 하나에는 벽, 창문, 문 등으로 구성된다. 방(패턴)을 선택하면 컴포넌트들이 연결되어, 건물 설계시 조립을 자동으로 지원할 수 있다.

건물설계부(32)는 패턴을 선택하고 패턴 내의 컴포넌트들을 수정하여, 건물을 조립하고 완성해 나간다. 또한, 건물설계부(32)는 특정 샘플 건축물(또는 건물 샘플)이 선택되어, 해당 건물 샘플의 패턴이나, 패턴 내의 컴포넌트들을 수정하여 건물을 조립하고 완성할 수 있다.

즉, 건물설계부(32)는 방(패턴)을 선택하면 컴포넌트들이 연결되어 조립을 지원한다. 예를 들어 방1, 방2, 방3을 조립할 때 방 하나 하나를 패턴으로 하여 방 하나에 창문 한 개와 문 하나를 가지는 패턴으로 이루어질 수 있다. 이 패턴을 구성할 때 자재 즉 스터드를 사용하여 컴포넌트를 구성하고 이 컴포넌트들로 하나의 패턴을 구성하게 된다.

패턴을 이용한 건축물의 부분을 설계하면 주변 관련된 컴포넌트들이 패턴에 따라 자동적으로 재조합되면서 새로운 건축설계가 이루어질 수 있다. 이것은 각 컴포넌트와 패턴 간에 의미적 관계로 구성되기 때문이다.

또한 조립방식으로 만들어진 건축물을 변경시키고자 할 때 변경될 부분을 선택하면 이에 따른 패턴이 지원되며 여기에 필요한 자재 관련 컴포넌트 및 패턴의 정보 분석을 통하여 설계자에게 재건축에 필요한 정보를 제공해 준다.

컴포넌트들로 방을 디자인하는 것이 아니라 방이라는 패턴에는 문, 창문, 벽 등의 컴포넌트들로 구성되어 있어서 패턴(방)만 선택하면서 건축물을 설계하는 방식이다.

건물설계부(32)는 통상의 컴퓨터 GUI(그래픽 유저 인터페이스) 인터페이스를 제공하여 작업을 수행한다. 즉, 건물설계부(32)는 2차원 또는 3차원 화면을 제공하여, 설계자가 선택하는 건물이나, 패턴, 컴포넌트 등을 화면 상에 나타내고, 화면 상에서 설계자의 선택 또는 명령 등에 의하여 건물, 패턴, 컴포넌트를 수정하거나 추가, 삭제 하는 등의 작업을 수행한다.

다음으로, 애니메이션부(33)는 스틸하우스의 애니메이션을 수행한다.

특히, 건물설계부(32)에서 건물이 설계되는 동안, 중간 중간에 설계된 건물의 상태를 프레임 단위로 저장하여, 전체 애니메이션을 진행할 수 있게 한다.

프레임은 애니에이션화한 장면하나 하나를 저장하는 것이며 프레임과 프레임의 연결을 통해서 하나의 애니메이션이 만들어진다. 프레임은 애니매이션화 하기 위한 도구로써 설계된 건축물(건물)을 3차원적으로 보여주는 역할을 한다.

도 3은 스틸하우스 애니메이션을 진행하는 프로세스이다. 이는 3ds Max 툴과 같이 3차원 애니메이션 도구를 이용할 수 있다. 즉, 3ds Max 툴을 이용하여 완성된 집을 가지고 애니메이션을 진행한다.

첫 번째로 기본적으로 가지고 있는 프레임의 값을 애니메이션에 사용될 만큼 늘려주고 자동키 값 설정을 통해서 프레임별로 변화하는 모습을 키 값으로 저장하게 된다. 좌표의 변화를 인식하게 되면 키 값이 설정이 되고 해당 프레임에 저장된다.

처음에 변화하지 않은 원본화면에서 해당프레임에서 바뀌는 원본화면의 좌표 값 변화로 인하여 해당프레임까지 일어나는 변화를 이동시킨 프레임에 저장되게 된다.

건축물을 짓는 순서에 따라서 필요한 위치에 프레임을 이동시키고 해당 프레임에 키 값을 적용하는 작업을 반복 수행하여 한 장면 한 장면이 이어지는 애니메이션 효과를 주면서 3D화면으로 건축물을 보여주는 3D애니메이션 결과물이 만들어지게 된다. 3D애니메이션 작업을 통하여 스틸하우스에서는 지어질 건물(또는 건축물)에 대한 움직이는 시각적인 효과를 부여할 수 있다.

입력된 값에 상응하는 데이터를 2차원적인 도면이나 글로만 표현하는 일반적인 시각보다 사용자의 입장에서 사용자가 원하는 설계를 하기 위해서 3차원적인 설계도면을 보여준다. 이를 통해, 사용자가 원하는 건축물에 적합하게 하기 위해서 시각적으로 보여주어 변동사항 및 도면 수정에 보다 용이하게 해줄 수 있다. 또한, 애니메이션화하여 사용자가 원하는 최종건축물의 구성을 위하여 사용된다.

스터드 산출부(34)는 완성된 건축물에 대한 스터드의 양을 산출한다. 특히, 스터드 산출부(34)는 다수의 건축물이 생성되는 경우 건축물 간에 소요되는 스터드의 양을 산출하여 서로 비교하여 출력한다(보여준다). 특히, 스터드 산출부는 변경된 건축물에 필요한 스터드의 변경된 양을 보여줄 때 건축물의 구성 요소(예를 들어, 바닥, 벽, 지붕 등)에 따라 구분하여 보여준다.

스터드는 모두 동일한 자재를 가지며 집을 구성하는 방이 패턴에 해당하며 패턴들은 방 하나에 창문 하나 문 하나의 동일한 조건을 가진 패턴이 된다. 이 패턴을 구성하기 위해서 자재 즉 스터드의 증감이 필요하기 때문에 패턴이 이루어진 건축물의 완성을 위해 스터드의 증감이 이루어진다.

스터드는 집을 구성하는 가장 작은 유닛(unit)이며 예를 들어, 사용자가 원하는 높이의 기둥을 만들기 위해서 스터드가 필요하며, 벽 또한 바닥 천장을 구성함에 있어서 스터드를 사용하여 창문이 들어갈 틀을 비워두고 필요한 곳에 결합하여 하나의 구조를 완성하게 된다. 다시 말하면, 블럭으로 집을 짓는데 그 블록을 스터드라 한다. 스터드로 벽(컴포넌트) 등을 만들고, 패턴(벽, 문, 창문 등)으로 건축을 설계 즉 패턴단위로 건축물을 설계한다.

한편, 자재 컴포넌트는 일괄적으로 자재 단위인 스터드를 가리키며 철재 스터드를 이용하여 컴포넌트가 구성되고 이 컴포넌트(벽)와 창, 문 등으로 패턴을 구성한다.

스터드 산출부(34)는 기본형으로 만들어진 건축물 A에서 건축물 B로 같이 이동할 때, 도 4와 같이 건축물에 필요한 스터드(stud)의 변경된 산출물을 비교하여 자재 개수를 계산하며 변경된 스터드(stud) 개수를 보여준다. 기본적으로 건축물 A의 집을 기준으로 집의 구조가 결정이 된다. 건축물 A는 길이가 각각 다른 벽면 A와 벽면 B로 구성이 되어있으며 삼각형 형태의 지붕과 지붕을 받쳐주는 천장 그리고 건축물 A는 문 1개와 창문 1개로 구성되어 있다.

따라서 도 4는 3D 프로세스가 실행되고 완성된 건축물의 최종구성을 보여주며 건축물 A와 건축물 B의 구성차이와 스터드(stud) 차이를 보여준다. 집 구성의 길이에 따라 정해져 있는 스터드의 길이 차이를 이용하여 스터드 하나가 나타내는 높이와 길이로 나누어 계산하여 벽면 당 할당되는 자제의 수를 결정하여 집 구조를 완성하게 된다.

스틸하우스에서는 건축물 A에서 필요한 기본 스터드를 기준으로 B로 변경될 때 지붕을 구성하는 스터드를 빼내고 벽면B의 길이 증가에 따라 스터드를 추가한다. 지붕을 제거하고 벽면을 늘림에 따라서 스터드의 변화를 산출한다. 지붕스터드가 제거되면서 벽면B의 길이가 늘어나기 때문에 천장을 구성하는 자재가 많아지게 된다.

건물의 외형변화에 따라서 변화되는 스터드에 대한 연산을 보여줌과 동시에 도 5에서와 같이 건축물 A에서 B로 전환되는 건축물을 가상으로 볼 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 가상 건축물 설계 시스템의 설계 과정을 설명한다.

집의 골조와 내부구조에 사용되는 스터드는 폭 9cm의 스터드를 사용하게 된다. 내부구조의 변화는 설치가 필요한 방의 수만큼 자제가 늘어나고 방이 줄어드는 과정에서 필요 없는 자제를 빼내고 초기형태의 방에서 증축과 축소를 하면서 창문이 자동으로 없어지거나 창문이 생길 자리에서 스터드의 양을 제거하여 방 배치에 필요한 기둥에 스터드가 재사용된다. 스틸하우스 설계 시스템은 기본형 건물을 사용하여 방을 만들 때 창문이 필요한 부분에는 스터드를 제거하고 부수적으로 더 필요한 스터드를 사용하여 방의 벽을 구성하여 방 구조를 완성시킨다. 방의 개수가 늘어나고 줄어듦에 따라 창문과 문이 배치될 공간에는 스터드가 제거되며 방이 합쳐지거나 줄어드는 과정에서 비어있던 공간에 스터드를 채워 넣게 된다.

도 6(a)는 기본형 건물A의 내부구조를 나타낸다. 도 6(b)는 건물의 벽체에서 창문이 위치할 자리에 스터드를 비워내고 이 스터드와 추가적인 스터드를 사용하여 벽체를 구성하여 방을 만드는 과정을 보여준다. 여기서는 건물의 벽체에서 스터드를 제거하고 받침이 되는 창문틀 조각을 집어넣고 나머지 벽체를 세우고 창문에서 떨어진 스터드를 왼쪽에 보여주고 있다. 도 6(c)는 다른 방을 추가하면서 도 6(b)와 마찬가지로 창문위치의 스터드를 떼어내고 필요한 자재를 사용하여 방을 만드는 것이다. 도 6(d)는 스터드를 사용한 세 번째 방의 완성을 보여준다.

스틸하우스 설계 시스템을 사용하여 방을 구성할 때의 스터드의 개수를 알 수 있다. 도 7은 건축물A의 조립과 함께 건축에 필요한 전체 스터드의 개수를 보여주고 있다. 조립식 건물에 필요한 스터드의 개수를 알 수 있기 때문에 건물의 외관을 조립하면서 드는 비용 등을 자동적으로 쉽게 계산할 수 있다. 또한 각 건축물 기본 구조에서 각 방에 대한 변경을 자유롭게 하기 위하여 방 1, 2, 3개 등을 시스템에 적용하여 전체적으로 내부 구조를 쉽게 변경이 가능하도록 할 뿐 아니라 변경 시 내부 구조에 대한 스터드의 자재 량을 자동으로 산출할 수 있도록 하였다. 이 과정은 방의 구성을 시뮬레이션 하기 위하여 패턴으로 구성하였다. 따라서 내부 구조에 대한 건축물 조립은 방의 개수에 따라 창, 문 등의 구조가 변경되며 그 과정이 3D로 볼 수 있도록 하였다.

도 7에는 건축물A에 들어가는 스터드의 총 개수를 벽면, 지붕, 천장, 방 등을 구분하여 사용되는 스터드 개수를 계산하여 보여준다. 길이가 다른 벽면 A와 B 그리고 지붕과 천장 벽면과 방 3개를 기준으로 한 스터드의 개수를 보여주고 있다. 도 8에서는 건축물 A가 건축물B로 전환될 때 지붕이 없는 구조로 지붕을 없애고 지붕의 스터드를 사용하여 벽면길이를 늘려서 구조를 바꾸는 형태에서 A형과 B형의 스터드개수를 비교 연산 하여 남게 되는 스터드를 보여준다. 위와 같은 연산을 통해서 실제 건물을 지을 때 필요한 스터드를 계산하여 예산 등을 측정할 수 있게 해주며 3ds Max를 통하여 건물의 구조가 변형될 때 클라이언트가 미리 구조를 확인할 수 있다.

따라서 도 8에는 건축물A에서 B로 변경된 스터드의 증감을 알 수 있게 보여주고 있으며, 3차원 영상을 통하여 변경되는 건물의 구조를 미리 볼 수 있도록 하였다. 건축에 필요한 스터드를 계산하고 구조를 확인시켜주는 점을 통해 클라이언트가 필요한 부분에 창문 또는 문을 배치시켜 미리 볼 수 있고, 창문 개수의 증감에 따라서 스터드가 증감되는 것을 볼 수 있기 때문에 기존에 사용하던 2차원적으로 보여주는 설계 도면보다 클라이언트의 상세한 설계가 가능하도록 하였다. 3D 가상현실을 통한 상세하고 분명한 클라이언트의 주문이 가능하며 건축물 조립에 필요한 스터드의 수량을 분명히 알 수 있기 때문에 거품 없는 건축자재 비용을 예상할 수 있다.

본 발명은 건축자재들을 컴포넌트로 구성하고 컴포넌트들을 패턴으로 조립하여 패턴 단위로 건축설계가 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 가상건축 기술 개발을 목적으로 한다. 또한 이 기술을 이용하여 건축의 생산 공정에 접목, 설계, 변경정보제공, 조립 등의 건축설계를 시뮬레이션을 통하여 건축에 대한 손쉬운 변경 및 비용을 효과적으로 절감하기 위한 기술을 지원하는 3D조립 건축설계 시뮬레이션을 목적으로 하였다.

본 발명은 먼저 수많은 건축물을 대상으로 하는 것이 아니라 샘플 건축물에 대한 컴포넌트를 추출하고 각 컴포넌트에 대한 메타데이터를 구성하였으며, 컴포넌트들로 구성된 패턴들에 대한 메타데이터를 구성하였다. 각 컴포넌트는 패턴 구성을 위한 의미적 관계를 갖고 이는 패턴의 관계와 연결되도록 하였다. 패턴을 이용한 건축의 부분을 설계하면 주변 관련된 컴포넌트들이 패턴에 따라 자동적으로 재조합되면서 새로운 건축설계가 이루어지도록 되는 것이다. 일반적인 건축의 경우 자재는 수백 가지의 부품으로 구성되어 있어서 설계자가 화면상에서 조립할 때 필요한 부품 명을 하나하나 선택하여 작업하는 것은 불가능하다.

따라서 이를 효과적으로 수행하기 위해서 스틸하우스 건축 자재인 스터드를 이용한 패턴 조립 건축 설계와 3ds Max를 이용한 가상 건축설계 시뮬레이션을 시도하여 그 결과로 자재에 대한 자동 변경 산출물이 나오도록 하였다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

10 : 사용자 단말 20 : 네트워크
30 : 가상 건축물 설계 시스템 31 : 구성DB부
32 : 건물설계부 33 : 애니메이션부
34 : 스터드 산출부
40 : 데이터베이스

Claims (5)

1. 스틸하우스 공법에 의하여 스터드로 건축물을 구성하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템에 있어서,
   스틸하우스 공법에 의한 자재의 컴포넌트, 패턴, 상기 컴포넌트와 패턴 간의 의미적 관계를 설정하여 구성하는 구성DB부;
   패턴을 선택하고 패턴 내의 컴포넌트를 수정하여, 건축물을 조립하는 건물설계부;
   스틸하우스 애니메이션을 진행하는 애니메이션부; 및,
   완성된 건축물에 대한 스터드의 양을 산출하는 스터드 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구성DB부는 자재의 컴포넌트에 대한 메타데이터를 구성하고, 컴포넌트들로 구성된 패턴들에 대한 메타데이터를 구성하고. 각 컴포넌트는 패턴 구성을 위한 의미적 관계를 갖게 하여 패턴의 관계와 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 건물설계부는 패턴이 선택되면 관련 컴포넌트들을 패턴에 따라 자동적으로 재조합하되, 각 컴포넌트와 패턴 간에 의미적 관계에 의하여 재조합하는 것을 특징으로 하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 스터드 산출부는 하나의 건축물에서 다른 건축물로 변경될 때, 건축물에 필요한 스터드의 변경된 양을 비교하여 보여주는 것을 특징으로 하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 스터드 산출부는 변경된 건축물에 필요한 스터드의 변경된 양을 보여줄 때 건축물의 구성 요소에 따라 구분하여 보여주는 것을 특징으로 하는 3ds Max를 이용한 가상 건축물 설계 시스템.
   

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