2022. 9. 1. 20:30ㆍ디자인, 예술
목차
1. 3D 모델링 적용 분야
2. 3D 표현기법
3. 3D 모델링 방식
1. 3D 모델링 적용 분야
3D 모델링은 크게 두 가지 영역에서 사용됩니다.
1) 제품의 오류를 최소화시키는 것이 가장 중요한 엔지니어링 분야
2) 비주얼적인 부분에 좀 더 집중한 영화, 애니메이션, 게임 등의 엔터테인먼트 분야
3D 모델링의 표현 방법과 그 방식에는 여러가지가 있는데, 각 종류마다 특징이 다르기 때문에 딱 "이 분야에서는 이 모델링"이라고 말하기는 어렵습니다. 목적에 맞게 각 모델링 방식을 사용해야 합니다. 가령, 체적과 부피 값 등이 중요한 모델링에서는 '솔리드 모델링'을 사용해야 합니다. 반면에 빠른 연산과 렌더링, 자연스러운 곡면을 원한다면 '서페이스 모델링'이 적합할 것입니다. 또한 하나의 모델링 소프트웨어서 여러 모델링 방식이 사용될 수도 있습니다. 대표적인 소프트웨어가 'Fusion360'이라는 프로그램입니다. 더구나 요즘은 기술의 발전으로 게임, 영화 분야의 3D 모델링도 더욱 정교해지고 있기 때문에 엔지니어링 소프트웨어에서 사용되던 모델링 방식이 도입되기도 하고 있습니다.
2. 3D 표현 기법
가장 단순한 "와이어 프레임" 모델링
가장 단순한 방식으로 직선, 점, 원, 호 등의 기본적인 기하학적인 요소로 마치 철사를 연결한 구조물과 같이 모델링하는 방법입니다. 시간과 용량이 적게 소모되기 때문에 주로 2D 도면 출력에 적합한 방법입니다. 단점으로는 경계 정보나 부피에 대한 정보가 없습니다. 따라서 형상을 확실하게 판단하기 어렵습니다.
서페이스(Surface) 모델링
면을 이용해서 물체를 모델링하는 방법으로 표면 모델링이 정교합니다. 솔리드 모델링으로 표현하기 힘든 기하 곡면을 처리하는 기법으로 정교한 곡선 표면이 필요한 자동차, 항공, 조선 산업 등에서 필요합니다.
겉면만이 존재하는 모델링 방법으로, 컴퓨터의 속도와 메모리 용량을 적게 쓰고 주로 렌더링을 하기 위한 목적이나 애니메이션 등의 화면용으로 데이터를 출력하는 용도로 많이 쓰이고 있습니다.
단점은 물리적 성질을 계산할 수 없다는 것과 물체 내부의 정보가 없다는 것입니다.
엔지니어링 분야에서 중요한 "솔리드" 모델링
솔리드 모델링은 3차원 형상의 표면뿐만 아니라 내부의 질량, 체적, 부피 등 여러 정보가 담겨있으며 점, 선, 면의 집합체로 되어 있습니다. 스케치에서 생선 된 프로파일에 각종 모델링 명령(돌출, 회전, 로프트 등)을 이용하여 형상을 표현할 수 있습니다.
특히 파라메트릭 기반의 3D CAD 프로그램을 사용하여 기하학적인 형상에 구속조건을 부여하여 설계 및 변경이 용이하도록 모델링 할 수 있습니다. 여기서 구속조건이란 각 객체들 사이의 관계를 부여하는 것으로써 평행, 일치, 직각 등의 조건을 의미합니다.
사실 이러한 파라메트릭 기법은 엔지니어링 분야의 3D 모델링에서만 볼 수 있는 것은 아니고 영화에서 VFX(시각효과)를 다루는 "후디니"와 같은 프로그램에서도 볼 수 있습니다.
3. 3D 모델링 방식
폴리곤 방식
게임 그래픽에 많이 이용되는 폴리곤은 다각형이라는 뜻으로 형태를 구성하는 점, 선, 면의 집합으로 메쉬(Mesh)를 만드는 방법입니다. 즉 어떤 사물을 다각형의 모임으로 나타내는 것을 말하며 입체 공간에서 3개의 점을 선으로 이으면 하나의 면이 만들어지는데 이러한 3개의 점으로 만들어진 면의 기본 단위를 바로 폴리곤 이라고 합니다. 최소 단위는 삼각형이지만 모델링을 할 때는 작업자가 보기 편한 사각형을 기본 단위로 합니다.
넙스 방식
넙스는 비정형 유리 B-스플라인(Non-Uniform Rational B-Spline)의 약자로 폴리곤의 단점을 보완하기 위해 생긴 기술입니다. 수학적으로 선을 그려서 형태를 만들고 그 형태의 선들을 이용해 면을 구현하는 방식입니다.
폴리곤 구조는 근본적으로 4각 폴리곤, 3각 폴리곤을 사용하기 때문에 유선형의 객체에서는 꺾어지는 부분이 생기는데 넙스 구조는 이러한 꺾이는 부분이 만들어지지 않으며 객체의 유선형 구조를 곡선 그 자체로 구성하게 됩니다.
넙스 구조는 유선형의 물체나 생명체 등을 모델링하는 데에 알맞은 특성이 있지만, 처리 속도가 폴리곤보다 느립니다. 그래서 이 구조는 보다 완벽한 형태가 있어야 하는 고급 모델링에 이용됩니다.
컨트롤러로 작용하는 점(Control Vertex)을 사용해 형태를 수정하거나 접합하는 방식으로 모델링하며 논리 연산과 테두리를 손질하는 트림 연산이 가능하다는 장점이 있습니다. 따라서 제품 디자인에 주로 사용됩니다. 화면 정보량은 폴리곤보다 단순하지만, 모델링이 까다롭고 텍스쳐 맵핑을 할 수 없으며 모델링 시간이 오래 걸리고 렌더링 시 하이 폴리곤으로 바뀌어 데이터가 무거워진다는 단점이 있기 때문에 게임이나 애니메이션에는 잘 사용하지 않습니다.
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