목적 : 본 연구는 렌즈를 향해 입사하는 광선의 구면수차를 제거하기 위해 광선추적법과 스넬의 법칙을 사용하 여 계산과정을 유도하여 렌즈를 설계하였다. 방법 : 스넬의 법칙을 활용하여 렌즈의 초점이 한 점으로 진행하도록 역산하여 설계하는 과정을 거친 후 광학 시뮬레이션 소프트웨어인 SPEOS를 활용하여 수치를 측정하였다. 결과 : 렌즈의 입사각에 따라 렌즈의 후면 곡률반경이 변화하였고, 일정 입사고에 도달하였을 때 렌즈 후면의 곡률반경이 구면수차 보정함으로 인해 일정 입사고 이전의 값에서 변화하는 구간이 발생하였다. 결론 : 본 연구를 통해 구면수차를 제거하는 렌즈를 스넬의 법칙과 광선추적의 방식으로 설계하여 광학 시뮬레 이션 소프트웨어를 통하여 구현하였다. 이를 통하여 스넬의 법칙을 이용한 광선 추적방식의 설계가 구면수차를 제 거한 비구면렌즈의 제작에 있어서 도움이 될 것으로 기대한다.

This study aimed to create 3D-printed insoles for flat-footed senior men using 3D systems. 3D systems are product-manufacturing systems that use 3-dimensional technologies like 3D scanning, 3D modeling, and 3D printing. This study used a 3D scanner (NexScan2), 3D CAD programs including Rapidform, AutoCAD, SolidWorks, Nauta+ compiling program, and a 3D printer. In order to create insoles for flat-footed senior men, we analyzed horizontal sections of 3D foot scans We selected 20 flatfooted and 20 normal-footed subjects. To make the 3D insole models, we sliced nine lines on the surface of the subjects’ 3D foot scans, and plotted 144 points on the lines. We calculated the average of these 3D coordinates, then located this average within the 3D space of the AutoCAD program and created 3D sole models using the loft surface tools of the SolidWorks program. The sole models for flat feet differed from those of normal feet in the depth of the arch at the inner sideline and the big toe line. We placed the normal-footed sole model on a flat-footed sole model, and the combination of the two models resulted in the 3D insole for flat feet. We printed the 3D modeled insole using a 3D printer. The 3D printing material was an acrylic resin similar to rubber. This made the insole model flexible and wearable. This study utilized 3D systems to create 3D insoles for flat-footed seniors and this process can be applied to manufacture other items in the fashion industry as well.

3D프린팅에 대한 관심이 증가함에 따라, 3D프린팅에 선행되어야 할 3D모델링 교육에 대한 관심으로 증가하고 있다. 그러나 현존하는 3D모델링 소프트웨어들은 대부분 외국 브랜드에서 개발하였고, 이에 따라 인터페이스가 모두 영어되어 있기에 이러한 용어에 익숙하지 않은 한국인 입문자들을 대상으로 3D모델링 소프트웨어 교육을 수행하기에 는 제약이 있다. 본 연구는 이러한 현실을 반영하면서 3D프린팅을 위한 한국형 3D모델링 교육용 소프트웨어를 개발할 때 고려해야할 사항이 무엇인지 탐색하기 위해 이루어졌다. 이를 위해 3D모델링 경험이 없는 사람들로 하여금 입문자들 의 접근이 용이하다고 알려진 대표적인 무료공개 3D모델링 소프트웨어 123D Design나 Tinker CAD 중 하나로 집 만들기 과제를 수행하게 한 후, 이에 대한 설문을 진행하였다. 결과적으로 Tinker CAD에 대한 사용자 경험이 123D Design에 대한 것보다 호의적이고, 전자를 경험하면서 발생한 오류가 후자를 경험하면서 발생한 오류보다 적으며, 전자에서 과업을 완료한 사람의 비율이 후자에서 과업을 완료한 사람의 비율보다 높음을 확인할 수 있었다. 종합논의에 서는 Tinker CAD의 특성(입체도형을 통해 쉽게 모델링 가능)과 웹 기반 구동방식을 적용한 입문자 교육용 3D모델링 소프트웨어 개발 및 123D Design의 특성(세밀한 치수조작과 도형정렬 가능)과 윈도우 기반 구동방식을 적용한 초?중급 자 교육용 3D모델링 소프트웨어 개발을 제안하였다.

3D 모델링 및 렌더링 과정에서 모델의 컬러를 재현하기 위해 사용되는 RGB 컬러 정보는 특정 사물의 단순한 컬러 재현에는 용이하나 광원 효과나 주변의 다른 환경요인에 의해 컬러가 변화되는 경우에 대한 렌더링 시 가상공간에서 실제의 컬러를 재현하기에는 한계가 있다. 실제 컬러는 광원의 스펙트럼이 물체에 반사되어 인간의 시각 시스템에 인지되는데, 이때 3개의 필터를 통해 스펙트럼 정보가 걸러지고 각필터의 출력값이 컬러로 인지된다. 따라서 주변광원이나 물체의 반사율에 의해 두개의 스펙트럼이 다르더라도 인간 시각에는 동일하게 인지되는 조건등색 현상이 발생할 수 있으며, 또한 조명과 물체의 스펙트럼 특성에 의해 인지되는 컬러를 단순한 RGB 데이터만으로 재현하기에는 한계가 있다. 이에 본 논문에서는 3D모델에서 컬러 정보를 포함하고 있는 RGB 기반의 텍스쳐맵이 아닌 스펙트럼맵을 사용한 컬러렌더링 기법을 제안한다. 스펙트럼 기반 카메라 특성화를 통해 획득된 영상의 스펙트럼 정보를 3D 모델링 및 렌더링에 사용하기 위한 스펙트럼맵으로 생성하고 고속렌더링에 적용하기 위해 이를 최적화하였다. 스펙트럼맵을 사용하여 광원 및 주변환경에 의한 컬러 변화에 대한 스펙트럼 렌더링이 가능하게 되었다.

캐릭터 애니메이션 생성을 위해서는 대용량의 기하 모델 데이터와 모션 데이터 처리를 요구한다. 본 연구에서는 이러한 캐릭터 애니메이션 데이터를 다기종 컴퓨터 환경에서 교환하여 사용할 수 있는 방법에 대해서 기술한다. 캐릭터는 일반 그래픽스 도구를 이용하여 H-Anim ISO/IEC JTC1 SC24 표준화 그룹과 Web3D Consortium에 의해 제정된 국제표준인 H-Anim 기반에서 새로 확장된 구조로 제작한다. H-Anim은 현재 인간형 캐릭터 구조의 전송이나 저장에 필요한 계층적 데이터 구조를 X3D 기반으로 정의하고 있으나 캐릭터의 움직임 표현이나 전송을 위한 애니메이션 데이터에 대해서는 정의되어 있지 않다. 본 연구에서는 H-Anim 표준에 애니메이션에 필요한 추가적인 기능을 새로 제공하여 캐릭터 애니메이션 데이터가 호환성을 가질 수 있도록 데이터 형식을 정의하고, 이 때 H-Anim 구조를 만족시키도록 해주기 위한 캐릭터 모델링의 조건과 제작 방법을 설명한다.

우리나라의 국민표준체위조사는 1979년 1차 조사를 시작으로 약 5∼6년 주기로 실시되고 있으며, 1997년 제4차 조사가 실시되었다. 국민표준체위조사 결과를 기반으로 한 인체측정치는 의류, 신발, 가구 등 관련산업의 제품설계에 반영되었다. 본 논문에서는 국민표준체위조사 결과자료를 기본으로 성별, 연령별, 체형별로 사용자를 분류한 후 체형별 분류를 위한 인체측정치를 도출하였다 도출된 인체측정치의 상관관계를 분석, 대표적인 항목 도출 등의 과정을 통하여 3D 캐릭터를 구성하였다. 구성을 위한 과정으로 골프, 테니스 등의 스포츠 동작을 효율적으로 나타낼 수 있는 인체 측정치를 도출하였다. 항목이 결정되면 각 타입의 3D 캐릭터를 구성할 수 있는 치수를 제시하여 생성하였다. 스포츠의 자세 및 동작분석에 대한 이론적 접근에서 가시적인 정보제공 및 자세ㆍ동작분석 프로토콜을 개발함으로써 자세 및 동작에 대한 정량적ㆍ객관적 평가가 가능해졌다.

3D 프린팅은 최근 다양한 분야에서 활용 되고 있다. 다양한 활용 분야 중 사람의 얼굴을 3D 프린팅을 위해서는 먼저 3D 얼굴 데이터를 생성해야 한다. 3D 얼굴 데이터 획득을 위해 레이저 스캐너 등이 활용되고 있으나 스캔 중에 사람이 움직이면 안 되는 제약이 있다. 본 논문에서는 단일 영상 기반의 3D 얼굴 모델링 방법과 생성된 3D 얼굴을 가상 성형 등에 쓰일 수 있도록 얼굴 변형 시스템을 제안한다. 3D 얼굴 데이터 생성을 위해 3D 얼굴 데이터베이스로부터 특징점들을 정의하였다. 단일 얼굴 영상으로부터 얼굴을 특징점을 추출 한 후 3D 얼굴 데이터베이스로부터 정의된 3D 얼굴 특징점과 대응하여 입력 얼굴 영상의 3D 얼굴을 생성한다. 3D 얼굴 생성 후에 가상 성형 등의 용도를 위해 얼굴 변형 부분을 적용하였다.

하동군 북천면 직전리 일대에는 선캄브리아기 간극누적형 회장암체 내 티탄철석 광상이 발달하고 있다. 정밀 지질조사를 통한 노두 자료와 7개 공의 시추탐사 자료를 바탕으로 GOCAD S/W를 사용하여 티타늄의 자원량을 평가하였다. 티탄철석 광체의 지하 부존상태 및 규모를 예측하기 위해 3차원 모델링을 수행한 결과 5개 맥상 광체가 남북방향으로 발달하였으며, 지구통계학적 기법을 활용하여 평균품위 및 자원량을 산출한 결과 Ti 평균 품위 2.98 wt%, 티탄철석 광량 7,494,303톤 (Ti 223,330톤)이 산정되었다. 이번 연구에 수행된 3차원 모델링을 하동지역 회장암 내 티탄광상 전체에 적용함으로써 티타늄 광체의 3차원적 형태와 자원량 평가에 활용할 수 있을 것이다.

미국 오바마 대통령은 2013 국정연설에서“3차원(3D)프린팅(printing) 기술육성으로 새로운 제조업 혁명을 이룰 것”이라고 선언했다. G2인 중국 또한 3차원(D) 프린팅 기술 투자로 제조 산업을 일으키겠다고 의지를 표명했다. 대한민국은 3D프린팅에 대한 연구가 미흡한 실정으로 국가전략 및 미래 산업동력으로서 3D프린팅 모델링 연구를 제안하는데 목적이 있다. 연구방법은 국내외 3D프린팅 사례를 분석시트에 적용하여 종합적인 연구를 시도한다. 연구결과 3D프린팅은 소재별로 세부제작 방식이 광 조형공정, 분사시스템, 선택적 레이저 소결, 직접금속레이저소결, 3차원인쇄, 융합증착모델링으로 분별된다. 종합적 특징으로는 일반적인 제조공정에 비하여 제작 속도, 제품의 정확한 형태, 표면마감정도, 재료의 다양성과 색상이 우수하다. 조형적 특징은 오브젝트 내부에 오브젝트, 섬유 직접조형효과 인쇄와 개별 색상구현, 움직이는 부품의 동시구축, 복재3D 스캐닝 및 자유로운 스케치 조형구축등이며 기능적이고 혁신적인 디자인이 가능하다. 3D프린팅은 개인맞춤형, 1인 제조, 혁신적 디자인, 새로운 제조영역으로서의 가능성과 대한민국의 미래 성장 동력으로서 가치를 지니고 있다.

본 논문에서 3DARModeler 라는 증강현실 환경에서의 3D 모델링 시스템에 대해서 제시 한다. 이 시스템은 3D 객체(모델)를 만들기 위해 객체 호출, 텍스쳐 적용, 애니메이션, 광원추정, 그림자 등의 기능들이 포함된 간단한 3D Studio Max라고 볼 수 있다. 3DARModeler는 3D 모델을 만들기 위한 효과적이고 편리한 상호작용 방법들을 제시한다. 3DARModeler 시스템의 주사용자는 컴퓨터 그래픽, 모델링 기술에 관한 많은 지식을 갖추지 않은 비전문가들을 대상으로 한다. 사용자들은 기본 객체를 선택, 객체들의 속성 부여, 여러 객체들의 결합을 통하는 방법으로 사용자가 실세계에서 직접 모델링을 하는 것과 같이 간단하고 직관적인 방법의 모델링을 가능하도록 한다.