솔리드 모델링

 

❔ 솔리드 모델링 소개

솔리드 모델링은 디지털 환경에서 물리적인 3차원 객체를 표현하고 시뮬레이션하는 방법입니다. 와이어프레임 모델링이나 표면 모델링과 같은 다른 CAD 기술과 달리 솔리드 모델링은 내부 및 외부 형상과 볼륨을 포함하여 객체를 완벽하게 표현합니다. 이를 통해 스트레스 테스트나 공기 역학과 같은 보다 정확한 시뮬레이션 및 분석이 가능합니다.

 

자신만의 세계를 만들 수 있는 비디오 게임을 최근에 많이들 하실겁니다. 메뉴에서 블록, 나무, 집 및 기타 개체를 선택하고 원하는 곳에 배치할 수 있습니다. 이 게임은 상상할 수 있는 모든 것을 만들 수 있기 때문에 재미있습니다. 이제 엔지니어와 디자이너가 비슷한 게임을 하지만 비디오 게임용 세계를 만드는 대신 장난감, 자동차, 스마트폰과 같은 실제 물건을 디자인한다고 말하면 어떨까요? 그들이 플레이하는 이 "게임"은 솔리드 모델링 이라고 불리며 , 이는 우리 주변의 거의 모든 것을 만드는 데 중요한 부분입니다.

 

❔ 산업에서는 솔리드 모델링이 어떻게 쓰일까요?

 

📌 솔리드 모델링은 제품 설계 및 분석, 다양한 조건에서의 동작 시뮬레이션, 프리젠테이션 또는 마케팅을 위한 시각화 생성, 3D 프린팅 또는 CNC 가공과 같은 제조 프로세스에 필요한 데이터 생성에 사용됩니다.

 

ex.) 자동차 산업에서 솔리드 모델링은 엔지니어가 자동차 모델 주변의 공기 흐름을 시뮬레이션 및 분석하고 물리적 프로토타입을 제작하기 전에 반복적인 개선을 수행할 수 있도록 함으로써 보다 공기역학적이고 연료 효율적인 차량의 설계를 가능하게 했습니다.


짧은 역사
오래전에는 디자이너와 엔지니어들이 아이디어를 손으로 그렸는데, 이는 케이크에 대해 이야기하는 것만으로도 케이크의 모양과 맛이 어떻게 되어야 하는지 설명하려는 것과 같았습니다. 효과가 있었지만 오해의 여지가 많았습니다. 그런 다음 컴퓨터와 함께 디지털 3D 모델을 생성하는 기능이 등장했습니다. 당시에 그것은 혁신적인 기능이었습니다 이는 누군가에게 케이크에 대해 이야기하는 것에서 사진과 정확한 치수가 포함된 레시피를 제공하는 것과 같습니다. 이러한 기술의 발전으로 인해 모든 사람들이 케이크가 무엇인지 정확히 이해하게 되었습니다.

솔리드 모델링을 사용하는 이유는 무엇입니까?
솔리드 모델링은 객체의 모양을 이해하는 것 이상으로 사용됩니다. 이를 통해 디자이너는 충돌 시 자동차가 안전한지, 휴대폰이 떨어졌을 때에도 견딜 수 있는지 등 다양한 조건에서 제품을 테스트할 수 있습니다. 이는 비디오 게임을 플레이하기 전에 비디오 게임 수준에서 얼마나 잘할 것인지 상상하는 것과 약간 비슷합니다. 엔지니어는 이러한 결과를 예측함으로써 더 우수하고 안전하며 흥미로운 제품을 만들 수 있습니다.

솔리드 모델링의 기초
이제 이해하기 쉬운 몇 가지 개념을 사용하여 솔리드 모델링이 작동하는 방식의 기본 사항을 살펴보겠습니다.

솔리드 모델의 유형:
1. 경계 표현(B-Rep): B-Rep을 물체의 모양 윤곽선을 그려서 그리는 것과 같다고 생각하세요. 모든 표면, 모서리 및 모서리를 스케치합니다. 마치 주사위의 모든 면을 그리는 것처럼 각 숫자가 보이도록 상세하고 정확합니다.

2. CSG(Constructive Solid Geometry): 이는 빌딩 블록을 사용하는 것과 비슷합니다. 단순한 모양(블록)으로 시작하여 이를 결합하여 더 복잡한 개체를 만듭니다. LEGO 블록으로 성을 짓는다고 상상해 보세요. 각각의 벽돌은 단순하지만 함께 모이면 놀라운 것을 형성합니다.

 

차이점

B-Rep은 외부 경계(표면, 모서리, 꼭지점)를 정의하여 객체를 모델링하여 상세하고 복잡한 모양을 허용합니다.

CSG는 결합, 교차, 차이 등의 연산을 통해 단순한 모양(원형)을 결합하여 객체를 구성하므로 일반적인 기하학적 형태로 객체를 생성하는 데 효율적입니다.

 

솔리드 모델링의 구성 요소
솔리드 모델링의 중심에는 꼭지점(점), 모서리(선), 면(면)이라는 기본 요소가 있습니다. 

• 정점(점): 꼭지점은 2개 이상의 기하학적 모서리가 수렴하는 3차원 공간의 고유한 점입니다. 이는 기하학적 모양의 모서리나 교차점을 정의하는 0차원 엔터티를 나타냅니다. 솔리드 모델링의 맥락에서 꼭지점은 모델의 형상이 구성되는 골격 프레임워크를 설정하는 데 중요하며 모서리와 면이 만나는 지점에 대한 정확한 위치 참조 역할을 합니다.
• 모서리(선): 가장자리는 두 꼭지점을 연결하는 1차원 선형 구성요소로, 면 사이의 경계 또는 두 표면 사이의 교차선을 형성합니다. 솔리드 모델링에서 모서리는 모델의 모양과 윤곽을 묘사하여 기하학적 및 공간적 특성을 정의할 수 있습니다. 이는 다면체 개체의 구조를 설명하는 데 중추적인 역할을 하며 3D 형태의 시각화 및 조작에 필수적입니다.
• 면(표면): 면은 닫힌 모서리 루프로 둘러싸인 2차원 다각형 영역으로 솔리드 모델의 가시적 표면 역할을 합니다. 각 면은 3차원 객체의 외부 또는 내부 경계의 일부를 정의하는 평면 또는 곡선 영역을 나타냅니다. 솔리드 모델링에서 면은 모델의 볼륨과 모양을 만드는 데 기본이 되며, 응집력 있는 3차원 개체를 형성하기 위한 여러 면의 집합을 통해 복잡한 형상을 표현하는 수단을 제공합니다.

이러한 요소를 정밀하게 결합하면 설계자는 복잡하고 세부적인 모델을 만들 수 있습니다. 예를 들어 스마트폰을 디자인하려면 각 모서리의 꼭지점, 전화기의 윤곽을 이루는 가장자리, 화면과 뒷면 표지를 구성하는 면을 정의해야 합니다. 이 방법을 사용하면 화면 곡선부터 버튼 배치까지 모든 세부 사항이 원래대로 유지됩니다.

 

 

🔧 솔리드 모델링을 하기 위해서는 이를 다루기 위한 툴도 필요할 것인데, 어떤 것들이 있는지 몇 가지 알아봅시다.

 

아티스트에게 브러시와 페인트가 있는 것처럼 솔리드 모델러에게는 소프트웨어 도구가 있습니다. AutoCAD, SolidWorks, Blender 등 다양한 도구가 있습니다. 각각은 고유한 장점을 가지고 있습니다. 일부는 복잡한 기계를 만드는 데 더 좋고, 다른 것들은 멋진 애니메이션을 만드는 데 좋습니다.

 

• AutoCAD: 디자인 분야에서 가장 오래되고 잘 알려진 소프트웨어 도구 중 하나인 AutoCAD는 견고한 모델러를 위한 도구입니다. 다재다능하며 상세한 2D 계획 초안을 작성하고 복잡한 3D 모델을 만드는 데 적합합니다. 엔지니어와 건축가는 종종 AutoCAD를 사용하여 소형 장치부터 고층 건물까지 모든 것을 설계합니다.
• SolidWorks: 기계 설계, 엔지니어링, 제품 개발에 선호됩니다. SolidWorks는 치수, 요소 간의 관계 등 설계에 대한 특정 매개변수를 정의하여 변경 및 업데이트를 더 쉽게 할 수 있는 파라메트릭 모델링에 탁월합니다.
• Blender: 솔리드 모델링 소프트웨어가 미술 용품 ​​세트라면 Blender는 3D 모델링과 놀라운 시각적 효과를 모두 허용하는 다채로운 팔레트가 될 것입니다. 무료이며 오픈 소스이므로 애호가와 전문가 모두가 액세스할 수 있습니다. 블렌더는 단지 솔리드 모델링만을 위한 것이 아니라는 점에서 독특합니다. 애니메이션, 렌더링, 심지어 비디오 편집에도 사용됩니다. 상상과 현실이 만나는 창작 스튜디오와 같습니다