2022. 7. 18. 14:57ㆍ정밀형3D스캔
전투기 프라모델의 3D스캔 의뢰가 들어왔습니다. 정밀형 3D스캐너로 이를 스캔한 사례를 공유 드립니다. 이렇게 3D스캔 의뢰가 들어오면, (주)레플리카의 3D스캔 작업자는, 3D스캔 의뢰를 수주받기 전, 그에 앞서 아래와 같은 사항들을 체크하곤 합니다.
1. 의뢰받은 대상체가 3D스캔이 가능한 재질인가?
구조광 방식의 광학식 3D스캔 방법이나 레이저 3D스캔 방식은 광나거나 매우 어둡거나 유리와 같이 빛을 투과하는 대상체는 스캔이 안될 수 있답니다. 그럴 경우에는 현상액을 도포한 후 3D스캔합니다. 그래서 3D스캔 전 고객에게 현상액을 도포해도 되는지 여부를 물어보기도 한답니다. 현상액은 도포 후 스캔이 끝나면 휴지나 물로 닦아내어 없앨 수 있답니다.
2. 의뢰받은 대상체의 형상크기가 얼만한가?
대상체의 크기에 따라 이를 정밀하게 스캔할 수 있는 화각을 갖춘 스캐너가 다르기 때문에, 대상체의 크기를 파악하는게 매우 중요합니다. 5cm 미만의 대상체는 화각이 손톱만한 Macro형 3D스캐너를 이용하며, 10~100cm 사이의 대상체들은 중소형 FOV(화각)을 갖춘 광학식3D스캐너를 이용합니다. 100cm가 넘어가는 제품들은 산업용 레이저 3D스캐너를 이용하거나 광학식 핸드헬드 3D스캐너를 이용하기도 합니다. 공간, 지역, 건물과 같은 초대형 크기의 대상체의 경우, 50~350M를 빠르게 스캔할 수 있는 광대역 레이저 3D스캐너를 활용한답니다. 이렇듯 대상체의 크기에 따라 다양한 3D스캐너 방식과 종류를 이용하여 스캔을 진행합니다.
3. 컬러 스캔이 필요한 건인가?
만약 3D매쉬형상과 함께 높은 해상도의 컬러 텍스처를 함께 추출하기 위한 3D스캔 작업이라면, 이에 맞는 종류의 3D스캔 방법을 활용해야 합니다. 광학식3D스캐너로 스캔 시 어느정도의 컬러 텍스처는 함께 추출할 수 있지만 그리 고해상도는 아닙니다. 완전히 실사와 같은 고해상도 텍스처를 3D스캔 데이터와 함께 필요로 한다면, 포토그라메트리 3D스캔 방식으로 전향해야 합니다.
4. 3D스캐너의 카메라가 볼 수 없는 언더컷이 있는가?
3D스캐너는 스캐너에 달린 카메라가 보이는 부분만을 스캔할 수 있습니다. 만약 어느 물체에 가려진 깊은 구멍이 있으며 이를 사람의 눈으로 볼 수 없다면, 카메라도 역시 해당 부분을 볼 수 없겠죠!? 이러한 부분을 언더컷이라고 하며, 해당 부분은 3D스캔이 되지 않을 수 있습니다. 운동화 신발의 경우 신발 겉면은 스캔이 될 수 있으나, 발이 들어가는 신발 내부 깊숙한 밑창은 스캔이 되지 않을 수 있습니다. 항상 스캔 전 고객에게 이러한 부분을 감안하여 고지 드리고 스캔을 합니다. (3D스캐너는 외관의 형상데이터를 추출하여 이를 3D매쉬 형상으로 만들어 보여줍니다. 만약 가려진 내부의 형상도 모두 스캔하려고 한다면, 3D스캐너가 아닌 CT스캐너를 활용해야 합니다.)
손바닥 크기만한 이 제트기의 경우, 제트기의 외관형상만을 스캔하는 것은 그리 어렵지 않을 수 있습니다. 하지만 위 사진의 제트기 프라모델처럼 아주 미세한 깊이의 표면 형상이 존재하는 경우에는 경우가 달라집니다. 고객이 원하는 스캔 디테일의 요구사항에 따라 3D스캔에 활용할 스캐너가 달라집니다.
제트기 프라모델의 미세한 표면형상은 필요 없이 외관 형상의 치수분석이 중요하다고 할 경우에는 산업용 핸드헬드 레이저3D스캐너를 이용하여 스캔하면 외관형상의 정밀한 스캔 데이터를 취득하는데 무리가 없습니다. 다만 고객이 제트기의 미세한 깊이로 무늬가 나 있는 모든 형상을 다 스캔하여 3D프린팅으로 이를 복제한다고 하였을 경우에는, 정밀형 고정식 광학 3D스캐너를 이용해야 합니다.
해당 건은, 정밀하게 모든 외관형상부터 표면 미세형상도 모두 정밀하게 3D스캔해야 하는 의뢰건으로서, 높은 해상도와 정밀함을 가진 Polyga Compact S1이라는 고정식 광학 3D스캐너를 활용하였답니다.
Polyga Compact S1의 스캐너헤드를 이동식 포바스탠드에 장착한 후 대상체를 수동 턴테이블에 올려놓은 모습입니다. Polyga Compact S1은 5~30cm 정도 되는 대상체를 +-0.035mm의 정확도로 스캔하여 스캔 당 약400만 3D매쉬 데이터를 취득합니다. LED패턴을 대상체에 조사한 후 양쪽에 장착된 200만화소의 카메라로 패턴의 굴곡도를 분석한 후 이를 3D매쉬 데이터로 프로세싱하여 3D스캔 데이터를 취득하는 방식입니다.
스캔을 진행하기에 앞서, 대상체(제트기 프라모델)이 가지고 있는 세부 디테일 표면 형상을 살펴보도록 하겠습니다. 전투기 표면에 아주 미세하게 음각으로 된 선들이 존재합니다. 과연 이 부분들이 모두 스캔이 될지 작업자도 스캔하기 전까지는 알 수 없답니다.
3D스캐너는 스캔 컷별로 데이터를 취득하고, 추후에 컷별로 스캔한 데이터를 정합(단편단편의 스캔 조각들을 합쳐주는 과정)해 주어야 합니다. 위 사진과 같이, 전투기 프라모델의 날개는 얇게 떨어지는 절단면을 사이로 상하로 나뉘는 구조입니다. 상단 부분과 하단부분의 스캔 데이터를 정합해 주려면 공통구간이 많아야 정합이 잘 되는데, 이렇게 절단면으로 상하로 나뉘면 정합이 쉽지 않습니다. 그리하여 3D스캔하기에는 난이도가 좀 높은 스캔 대상체입니다.
전투기 꼬리 날개에도 미세하게 튀어나온 형상이 있으며, 살짝 음각으로 들어간 줄무뉘가 있습니다. 이러한 디테일이 모두 잘 3D스캔되기를 희망하며, 스캔을 진행해 보겠습니다.
총 20~30스캔 컷으로 해당 전투기를 모두 스캔하였습니다. 전투기의 윗면부터 360도로 돌아가며 스캔하였으며, 전투기를 뒤집어 하단면을 360도로 돌아가며 스캔하고, 이를 정합하여 최종 데이터를 만들어낼 수 있었답니다. 최종 데이터는 STL형식의 3D매쉬데이터를 추출하였습니다.
Polyga Compact S1에서 취득한 3D스캔 데이터를 정합하고 보정해 주며, 최종 STL(혹은 OBJ)데이터로 추출해주는 전용 Software인 FlexScan3D의 화면을 보시면, 완성된 전투기 프라모델의 스캔 데이터를 확인하실 수 있습니다. 자 이제 스캔 데이터를 확인해 볼까요?
전투기 외형을 완전히 복제해 낸 스캔 데이터의 모습입니다. 실제 형상과 스캔 데이터의 정확도 차이는 +-0.03~0.05mm입니다. 유실된 부분 없이 모든 부분이 잘 스캔되었답니다.
전투기 프라모델의 후방 날개 부분 하단의 에어벤트 형상도 잘 취득되었네요. 자세히 보시면 살짝 음각으로 파인 디테일한 무늬도 모두 스캔 된 상태입니다. 해당 데이터를 가지고 SLA 방식으로 3D프린팅을 한다면 완전히 복제된 프라모델을 양산해 낼 수 있답니다.
전투기 아랫면의 얇은 형상도 아주 정확하게 스캔되었습니다. 역시 Polyga Compact S1의 정밀함은 대단합니다. 이렇게 추출한 STL데이터는 약 400만개의 삼각형 개수를 지닌 3D매쉬 데이터로서, 약 190MB의 용량을 가진 STL파일로 추출됩니다.
해당 제트기 프라모델은 가로 약 30cm 미만의 크기이며 형상이 복잡하면서도 얇은 칼날같이 되어있는 부분이 많아 스캔하기 매우 어려운 대상체였습니다. 3D스캔 작업에 약 2시간이 소요되었으며 누락된 언더컷 부분이 있어, 해당 표면 데이터를 메꾸고 스캔 중 겹쳐지거나 중복된 삼각형을 제거하는 치유작업이 완료되면, 바로 3D프린팅이 가능한 최종 STL데이터가 완성됩니다.
(주)레플리카는 VFX/CG/GAME/VR/XR에 활용이 가능한 소품부터 인체와 공간 및 건물에 대한 3D스캔 작업을 시작으로 현재는 산업용 부품의 스캔과 역설계도 진행하고 있습니다. 업계에서 가장 정밀하고 정확한 3D스캔 데이터를 납품하고 있으니 언제든지 3D스캔 작업이 필요하시면 문의 주시기 바랍니다.
또한 3D스캔 데이터를 3DsMAX 혹은 MAYA 소프트웨어를 활용하여 토폴로지 작업과 리텍스처링 작업을 통해 3D그래픽 데이터로도 제작하여 납품하고 있습니다. 사물/인체/공간/지역에 대한 3D스캔 및 3D그래픽 데이터의 전환작업(Digital Twin)을 전문으로 다양한 고객에게 3D모델링이 완료된 애셋을 납품하여 Unreal 혹은 Unity에 활용할 수 있도록 지원하고 있답니다.
(주)레플리카의 홈페이지에 찾아 오셔서 언제든지 문의 주시기 바랍니다! 감사합니다.
레플리카 ㅣ REPLICA ㅣ DIGITAL TWIN STUDIO
레플리카는 포토스캔부스, 광학식 혹은 광대역 3D스캐너 등 다양한 기술을 활용하여 Digital Twin 데이터를 제공하는 전문 기업입니다.
www.re-plica.com
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