3D모델링이란 무엇일까?

JIN's·2021년 2월 2일

날씨가 따뜻해져서 벌써 봄이 오는건가.. 싶더니 다시 추워졌다.ㅠㅠ
요즘 날씨가 변덕이 심한듯 하다..!!!

오늘은 3D모델링이란..? 무엇인지, 개념과 특징, 3차원 형상 표현기법의 차이 등 모든 것에 대해 알아보려고 한다.
시제품, 목업 등 모형제작을 하기 위해서는 삼차원 데이터는 필수이기 때문에 설계는 이 분야에서 빠질 수 없는 것이라고 할 수 있다.
그럼 지금부터 그 뜻과 3차원 형상 표현기법에 대해 알아보겠다.

1. 3D모델링이란..?

사전적 의미로 3차원 모델링(3D modeling)은 컴퓨터가 이해할 수 있는 형태의 데이터로 저장하는 것을 말한다.
컴퓨터 그래픽스 분야에서는 특히 이러한 3차원 모델을 표현하고자 하며 가상공간의 입체적인 모델을 통해 실세계의 물체를 묘사하거나 혹은 물리적 환경을 만들어 가상환경 속에서 물체의 모습을 만들어낼 수도 있으며 최근 3차원 모델링은 영화, 애니메이션, 광고 등의 엔터테인먼트 분야와 물리적 실험 시뮬레이션, 건축, 디자인 등의 설계 및 예술의 표현 수단으로 활용되고 있다.
쉽게 말하면 입체 그림을 그릴 수 있는 프로그램을 활용해 가상의 공간에서 입체적인 그림을 그려 컴퓨터가 인식할 수 있는 데이터로 저장하는 것을 말한다.

모델링을 끝낸 3차원 모형은 재질과 조명 등을 설정하여 실제 물체와 비슷한 질감으로 보이도록 결과를 출력할 수 있는데, 이런 출력과정을 렌더링(Rendering)이라고 하며 이에 대한 자세한 설명은 다음에 자세히 포스팅하겠다.

2. 개요

1970년대 시스템의 발전과 더불어 개발되어 사용되기 시작한 이것은 CAD/CAM으로 표현되는 모델의 차원이 2D, 2.5D, 3D 3가지로 나눠진다.

1) 2D modeling : 형상정보의 2차원적인 자료로 도면작성과 같은 방법이 이에 해당되며 물체의 경계면을 구성하는 요소를 기초로 만든 것.

2) 2.5D modeling : 2D에서 작성한 평면의 데이터에 제3의 요소인 측단면과 길이에 대한 정보를 추가해 3차원 형상을 만드는 방식

3) 3D modeling : 1980년대에서 1990년대 엔지니어링 수준의 컴퓨터가 등장하면서 적극적으로 이루어진 것으로 입체를 표현하는 X, Y, Z축의 좌표값을 표시함으로서 3차원의 형상을 구현하는 것.

3. 구분

삼차원 모델링은 엔지니어링을 위한 modeling과 디자인을 위한 modeling으로 크게 구분 Fusion360할 수 있고, 산업 분야별로 사용 용도나 프로그램의 기능에 따라 기업에 적합한 3DCAD프로그램을 선택할 수 있으며 엔지니어링 쪽은 주로 건축, 조선, 기계, 항공 분야 등의 제조산업계에서 활용하며 카티아(CATIA), 크레오(CREO), 솔리드웍스(SolidWorks), 인벤터(Inventor), 솔리드엣지(SolidEdge), 퓨전360(Fusion360), 아이캐드(ICAD) 등 파라메트릭(Parametric) 기반의 프로그램을 많이 사용하고 있다.

디자인 쪽은 주로 제품, 사업디자인, 캐릭터디자인, 영상제작 등의 분야에서 활용되며 라이노, 마야, 알리아스, 지브러쉬, 3D맥스, 블랜더 등의 프로그램을 사용한다.

** 파라메트릭(Parametric)란..?
여러 개의 독립적 변수를 사용한 공식에 의해 정의되는 직선이나 곡선, 표면 등의 그래픽 데이터를 처리하는 것.

4. 3차원 형상 표현기법의 종류

컴퓨터 형상 모델러는 크게 와이어프레임모델링, 서페이스모델링, 솔리드모델링 3종류로 나눠지는데 3차원 형상 표현기법 종류의 특징에 대해 알아보도록 하겠다.

1) 와이어프레임 모델링(Wire Frame Modeling)

1960년대 처음으로 발견된 이 방식은 가장 단순한 소프트웨어로 직선, 점, 원, 호 등의 기본적인 기하학적인 요소로 마치 철사를 연결한 구조물과 같이 모델링을 하였는데 소요시간이 적게 들고 차지하는 메모리의 용량이 적기때문에 주로 2D도면 출력을 위한 평면 가공과 용도에 적합한 방식이다.

《장점》

최소의 정보만으로 원하는 형상 구현시스템 구축이 쉽다.
처리 속도가 빠르며 모델 작성이 쉽다.
데이터 구성이 간단하며 3면 투시도 작성이 용이하다.

《단점》

경계 정보나 부피에 대한 정보다 없다.
구현하려는 모델의 형상이 간단하고 명확해야 한다.
물리적 성질을 계산할 수 없으며 숨은선 제거가 불가능하다.
간섭체크가 어렵고, 단면도 작성이 불가능하다.
형상을 정확하게 판단하기 어렵다.

2) 서페이스 모델링(Surface Modeling)

이 방식은 면을 이용해서 물체를 모델링하는 방법으로 표면 모델링이 정밀하고 수학적으로 정의된 곡선표면, 우주항공, 자동차, 조선 산업에서는 필수이다.
물체의 경계면을 구성하는 요소를 기초로 만든 것으로 와이어 프레임에서 어려웠던 작업을 진행할 수 있고, 가공면을 정확히 인식해 NC가공에 최적화된 방식으로 겉표면만이 존재하는 모델링 기법으로 인식되며 컴퓨터의 속도와 메모리 용량을 적게 쓰고, 주로 랜더링을 하기 위한 목적이나 애니메이션 등의 필름용, 화면용으로 데이터를 출력하는 용도에 많이 쓰이고 있다.

《장점》

은선처리가 가능하고, 단면도 작성을 할 수 있다.
자동으로 Tool Path를 생성할 수 있고, 간섭체크가 가능하다.
컴퓨터 내에서 가상적인 목업을 만들어 실사화할 수 있다.
음영처리가 가능하며 2개 면의 교선을 구할 수 있다.

《단점》

물리적 성질을 계산할 수 없다.
물체 내부의 정보가 없다.

3) 솔리드 모델링(Solid Modeling)

가장 진보적인 방식으로 앞서 설명한 두 가지 방식에 비해 모든 작업이 가능해 표면 모델러는 물체의 표면을 정확하게 기술할 수 있으나 종종 물체의 내부에 관한 정보가 요구된다.
3차원으로 형상화된 물체의 내부를 공학적으로 분석할 수 있는 방식으로 물체를 가공하기 전에 가공상태를 미리 예측하거나, 부피, 무게 등의 다양한 정보를 제공한다.

《장점》