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렌더링용 모델과 출력용 모델은 어떻게 다른가?
‘화면상 렌더링 후 보이는 것’과 ‘프린팅 가능한 메쉬'는 다르다게임, 영상 등의 렌더용 모델은 디테일 대비 리소스 최적화와 표현 편의성을 위해최소한 면 갯수 만을 구현하고 이미지 맵핑과 실시간 렌더 혹은 최종 렌더 단계에서 보정, 보완되는 기법이 다수 사용한다때문에 화면에서는 매끄럽고 정상적으로 보이지만, 실제 프린팅에서는 구현 에러가 발생하게 된다 출력 전 처리를 하는 슬라이서는 폴리곤 메쉬와 솔리드 부피 정보를 기반으로 모델을 슬라이싱하기 때문인데 아래는 이해를 위한 기초와 그러한 오류, 의도된 렌더 기법, 실제 출력에 주의사항 등의 실 사례를 정리해봤다 [목차]폴리곤 메쉬와 슬라이서-[폴리곤 메쉬 최소 단위와 부피]-[슬라이서에서의 X,Y,Z 좌표계]-[슬라이서는 어떻게 동작하는가]화면과 실제 메쉬의 괴리-[캠 화각에 의한 왜곡]-[실제 메쉬 부피가 아예 없는 경우]-[그룹 지정없는 겹친 솔리드에 의한 오류]-[논-매니폴드 엣지 오류]-[노말 방향]-[익스포트시 곡면 해상력]출력 방식별 해상력 한계와 주의점-[FDM에서]-[레진 광경화 방식에서]-[공통 한계]-[출력시 사이즈]-[최소 두께 필요]-[재질 수축과 공차 Tolerance]폴리곤 메쉬와 슬라이서 [폴리곤 메쉬 최소 단위와 부피]폴리곤 메쉬는 다음 3요소로 구성된다1. 버텍스(Vertex): X,Y,Z 좌표 정보만 가진 점2. 엣지(Edge): 두 점을 연결한 선3. 페이스(Face): 최소 면 단위 (삼각/사각)이 단계에는 ‘두께, 부피’ 개념이 없다페이스의 구성은3개의 버텍스를 가진 트라이, 삼각 형태가 제일 기본이고4개의 버텍스를 가진 쿼드, 사각 형태는 렌더 시에는 나눠져 삼각으로 자동 변환되지만,추구하는 형상에 따라 초기 단계를 넘어 작업 초중반 과정에서 쿼드를 유지하는 것이 관리에 유리하다 엣지 루프를 선택함으로 수정에 용이성도 있고디바이드 형태 안정성리깅 애니메이션에 의한 움직임노멀, 쉐이딩이 튀는 이상을 최소화 할 수 있기 때문5개 이상의 버텍스를 가지는 Ngon은 거의 사용되지 않는다 각 버텍스와 엣지가 서로 교차하거나 관통하지 않고,겹치지 않는 페이스들이 연결되어 풍선과 같은 밀폐 형태가 되고 (water tight)후술할 노멀의 방향까지 일관되게 배치 되었을때 메쉬가 “솔리드(부피)로 해석될 수 있는 상태”가 될 수 있다 [슬라이서에서의 X,Y,Z 좌표계]베드 혹은 빌드플레이트라고 불리는 평면에서 좌우로 X, 상하로 Y해당 면을 기준으로 수직으로 위로 올라가는 방향이 Z이다 플레이트상 왼쪽 하단이 0,0,0 좌표값을 가진다언급의 이유는 특정 모델링 프로그램에서 위를 향하는 방향을 Y로 보는 경우가 있기 때문이다 [슬라이서는 어떻게 동작하는가] [FDM용 슬라이서에서 슬라이싱 이후 모습 - 단면에서 외벽과 내부 채움(인필) 구분] 슬라이서는 재질의 배치 계획을 위해서폴리곤 메쉬로 이루어진 닫힌 솔리드(부피) 데이터를 요구한다넙스방식으로 구현된 모델링파일(예step)도 슬라이서에서 불러와질때 삼각 폴리곤으로 변환되며 해상력이 결정된다 슬라이싱 과정에서 1. 메쉬를 XY평면기준 Z축 방향으로 일정 간격(Z층높이)으로 절단 2. 단면의 영역을 확보한 뒤 3. 각 층에서 ‘재질이 있어야 할 영역’을 계산4. FDM방식에서 노즐 이동 경로, 압출 혹은 레진방식에서 투사될 영역의 음영, 조사 시간을 계획한다중요한 점은 슬라이서는 메쉬의 면 자체를 해석하지 않고내부 솔리드가 잘린 단면에서 ‘채워야 할 영역’만을 계산한다는 것 화면과 실제 메쉬의 괴리 [캠 화각에 의한 왜곡][사물이 거울에 보이는 것보다 가까이 있음]과한 화각과 배치를 사용하는 경우 캠 왜곡에 의해 실제 프린팅에서는 의도된 실루엣과 형상이 무너질 수 있다 [게임용 모델링에서 헤어카드][실제 메쉬 부피가 아예 없는 경우] 헤어카드식 헤어 구현은 '부피'가 없는 투명한 테이프 형태 면에이미지를 투영시켜 디테일과 볼륨을 표현하는 방식을 사용한다 헤어 외에도 의상이나 소품등이 부피가 없이 이미지 + 페이스만으로 구성된 경우가 많다 [Kaoru Sakaki]반면 실제 부피가 필요한 피규어를 목적으로 헤어 구현하는 경우 완결성이 확보된 부피가 있는 메쉬 도형을 변형 조작하고 디테일이 필요한 경우 추가 스컬프팅해 형상을 잡는다 [구 모델에 적용된 범프맵과 디스플레이스먼트 맵]노멀맵핑, 범프맵은 이미지를 불러와 RGB색상에 따른 지정된 빛 방향을 렌더링하여 볼륨을 표현하는 방식 실제 메쉬 돌출이 없다실제 메쉬 돌출이 적용되는 디스플레이스먼트 맵도모델링 프로그램으로 적용할 면의 버텍스를 늘려 높이 배수 수준을 지정하고 메쉬로 적용후 익스포트해야 프린팅이 가능프린팅에서는 실제 형상을 가진 메쉬가 필요하기 때문에 평면 이미지로 존재하는 텍스쳐, 범프맵은 적용되지 않는다 텍스쳐 이미지를 불러오는것을 대부분 보급기용 슬라이서에서 적용은 사실상 불가하다예외 : 산업용 풀컬러 지원 폴리젯 방식[그룹 지정없는 겹친 솔리드에 의한 오류]슬라이서상에서 두 개의 오브젝트 솔리드를 어샘블 없이 둘 경우 슬라이서가 한층당 두번 압출하여 실제 출력에서 문제가 발생 할 수 있다[논-매니폴드 엣지 오류]작은 오류의 경우 슬라이서에서 인식되고슬라이서상 윈도우 3D mesh fix를 통해 자동수정 가능하다[열린 상태로 해석되어 특정 층들이 사라진 슬라이싱후 모습] 가장 잦은 사례는 부분적으로 메쉬 페이스가 제대로 닫혀 있지 않아부피정보가 없이 열려있는 상태 그외에도 한 버텍스(점)를 엣지(모서리)를 다 수의 면이 공유한다던지 내부에 불필요한 면이 지정 되있는 경우도 있다 검증된 모델이 아닌경우 슬라이싱후 결과를 꼼꼼하게 돌려보는 것을 권장한다 [내부 방향에서는 면이 보이지 않는 잘린 구] [노멀 방향]대다수 프로그램들이 페이스의 양 쪽 모두를 구현하지 않는다 캠에 보이는 외곽의 한 쪽면만 구현하면 렌더링 리소스가 반절이니 최적화를 위해서도 면의 앞 뒤 구분이 존재한다솔리드 상태의 근거로써 노멀 방향이 주요하게 작용한다모델링시 면 앞뒤 구분을 하지 않는 작업 절차를 가진다면해당 면이 없다고 인식하고 슬라이서에서 오류를 겪을 가능성이 높다[익스포트시 곡면 해상력][라이노 / SubD 렌더 모델링] [블렌더 / 서브디비전 모디파이어를 통한 보간 곡면 표현]익스포트시 충분한 레벨로 나눠줘야 한다 레벨이 낮은 경우 엣지가 두드러질수 있다[오토데스크 퓨전 / 넙스 방식으로 구현된 모델을 STL 익스포트시 메쉬 해상력 결정]컴퓨터 성능과 슬라이서가 처리 가능한 한계도 있기 때문에 적당히 조절이 필요하다출력 방식별 해상력 한계와 주의점보급형 기기들은 보통 두 가지로 나뉘는데 1. FDM 플라스틱을 녹이고 노즐로 적층하는 방식2. 액상 레진 UV라이트-LCD제어 마스킹 광경화 방식레진의 경우 레이저로 한점을 이동하는 방식, 프로젝터로 하는 방식도 있지만보급형 레진 기기 현재 주류는 MSLA방식으로 UV라이트- LCD 마스킹을 이원화 하는 방식 [FDM에서]FDM 노즐 방식 출력 해상도를 결정하는 두가지 요소가 있다 1. Z에 해당하는 층높이 2. X,Y에 해당하는 선폭 [https://ellis3dp.com/Print-Tuning-Guide/articles/misconceptions.html]Z 층높이는 스텝모터 모션으로 구현되는데 일반적으로 0.4mm 노즐기준 층높이는 0.2mm 언더를 사용한다노즐에서 압출되는 필라멘트는 어느정도 원형 체적이기 때문에 안정적인 표면적 접합을 위해서는 눌러줘야 하기 때문[좌 0.2 노즐과 우 0.4노즐 해상력 차이 / https://gall.dcinside.com/mgallery/board/view/?id=3dprinting&no=98555]XY 해상력의 경우 노즐 구경에 좌우 되는데 0.4mm가 보통 번들 구성으로 많이 사용된다 볼펜, 샤프심의 굵기를 생각하면 쉽다노즐 구경 사이즈가 곧 절대적인 선폭 세팅은 아니지만 선폭 세팅은 노즐 구경 사이즈의 근처에 잡아야 안정적이다 가변 선폭(아라크네)방식이 있지만 디폴트 세팅에서도 노즐 사이즈의 85%즉 마이너스 방향으로는 약 15% 차이 수준에만 사용 가능한 한계가 있다 안정적으로 더 높은 해상력을 위해선 노즐 변경이 필요하다노즐이 작아지는경우 병목에 의해 허용 체적량이 감소해 출력 속도를 크게 내려야 한다층간 표면적에 의한 접착 안정성이 낮아질 수 있다이물에 의한 막힘 현상 빈도가 심해질 수 있다 Cf,Gf,마블등 이물이 들어간 필라멘트를 피하고 밀폐스풀러, 먼지필터 스펀지 등을 이용하자 FDM으론 해상력상 디테일 피규어는 매우 힘들다노즐 마찰과 노즐 압출의 시작과 끝에 의해 존재하는 심에 의한 품질,섬간 이동시 필라멘트를 당겼다가 다시 내보내는 리트랙션 제어의 한계가 있기 때문노즐이 한점으로 이동하며 압출하는 방식이라 층당 레이어를 한판씩 출력해내는 MSLA레진 방식과도 디테일 출력시 출력 시간 격차도 크다그럼에도FDM 미니어처 출력을 위한 세팅 연구는 많이 되고있다 https://www.reddit.com/r/FDMminiatures/https://gall.dcinside.com/mgallery/board/view/?id=3dprinting&no=141098[ https://www.youtube.com/watch?v=WGRoTCiIlts / https://www.youtube.com/@GeekDetour ][레진 광경화 방식에서]FDM에 비해 엄청난 해상력을 강점으로 가진다25년 기준 XY 1픽셀의 크기가 17 µm 수준비교군FDM 에서 XY 해상력과 관련있는 노즐 구경 0.4 mm = 400 µmUV라이트 - LCD방식의 빛 확산 특성과FDM의 경우 안정성을 위해서 노즐구경보다 선폭을 살짝 더 크게 사용하기도해서 완전한 비교는 아니지만Xy평면에서만 약 23배가 차이난다 / FDM이 0.2노즐이어도 약 12배 가능 Z 높이까지 따지면 해상력 차이는 더 커지게 된다레진 출력을 가정한 모델링시 동공에 의한 내부 레진 액상 갇힘에 주의가 필요하다표면 세척이 불가한 내부 동공 발생시 경화 실패의 문제가 발생할 수 있다한참 뒤에 갑자기 갈라지다던지 부분적으로 터져버린다헤어 무더기, 의상과 몸체 사이등 동공섬 발생에 주의가 필요하다 출력용 레진 액상 대부분이 가스방출 및 피부흡수시 독성을 가진다세척용 IPA 등도 독성을 가진다 레진 종류와 물성의 한계일반적으로 스탠다드레진은 잘 깨지지만 ABS LIKE 네이밍의 충격 내성 레진들이 나오기 시작하면서 얇은 디테일을 요구하는 파손에 민감한 디테일 피규어나 미니어처쪽에서도 많이 사용되기 시작했다 [공통 한계] -오버행 품질, 리스크45도를 넘는 각도는 서포트 없이 안정적으로 출력되기 힘들다 -서포트 리스크 닿는 면에 후가공이 필요하다서포트 최소화를 위한 파팅이 필요 할 수 있다계단현상 방지에는 결에 따른 방향 배치도 중요하다-보급기기 색상 표현 한계 레진의 경우 액상 레진의 색상에 의존하여 단색 출력되고 일반적으로 후가공, 도색을 통해 색을 구현한다FDM의 경우도 개별 필라멘트 색상에 의존한다 - 입체 표면 그라데이션 구현이 매우 어려움 대안 - 컬러 폴리젯 방식 대행받기업체 세팅에 따라 색감이 살짝 뿌옇한 감과 가격당 업체 세팅 해상력 차이가 클 수 있다[출력시 사이즈]1. 모델 메쉬밀도2. 프린터 세팅 해상력3. 출력 사이즈다시 정리하자면 품질 관련에서 모두가 별개이고 한 모델의 출력 사이즈(스케일)은 슬라이서에서도 얼마든지 편하게 수정 가능하다단, 작게 하는경우 얇은 디테일이 해상력 한도에 걸려 디테일이 사라지거나 형상 상 지지될 무게를 못이겨 출력이 불가 할 수 있다 기기 빌드플레이트 사이즈를 넘어선 큰 사이즈를 단일 출력은 불가[최소 두께 필요]대부분 렌더용 모델을 바로 출력에 사용할 수 없는 이유로 레진의 경우 최소 외벽이 0.2~0.4mmFDM의 경우 최소 외벽이 1~2mm정도로 안정성을 위해서 이전층에서 다음층이 지지될 두께가 필요하다 [재질 수축과 공차 Tolerance]출력이 어려운 이유재질 자체의 수축도 있지만 출력시 주변 온도에 의한 과수축도 존재한다이는 FDM뿐만 아니라 레진도 똑같다 압출배수, 광조사시간과 같은 재질에 맞는 기기 캘리브레이션 수준이 다르다FDM방식의 경우 압출방식에 여러 제어 오차도 존재한다조립물을 구현시 설계상 허용 공차 여유가 필요할 수 있다최종 요약1. 출력용 모델은 현실에 존재 가능한 부피가 있는 슬라이서상 솔리드로 인식 될 수 있는 구조로 만들어야 한다 2. 렌더링용 모델링 기법이 따로 있다3. 기기에 따른 해상력, 모델링시 메쉬 밀도, 출력 가능한 사이즈는 모두가 별개이다4. 여러 사유로 출력시 물리적 치수 오차, 한계가 존재한다 끝 추가할 점, 잘못된 부분 훈수 대환영
작성자 : 때제베고정닉
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