제품 디자이너를 위한 Rhino CAD의 NURBS 이해하기 (라이노 캐드 이론)

 

NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)는 CAD 설계와 모델링에서 가장 강력한 도구 중 하나입니다. 특히 제품 디자인에서는 NURBS로 복잡하고 매끄러운 곡면을 자유롭게 만들 수 있어서, 이를 잘 이해하면 정말 큰 이점이 됩니다.

NURBS에 대해서 자세히 모르고 라이노 캐드를 하는 것과 이해하고 라이노를 포함한 여러 캐드를 다루는 것은 천지차이 입니다.

이번 포스팅에서는 Rhino CAD에서 사용하는 NURBS의 기본 개념부터 고급 활용 방법까지 정리해 보겠습니다.

1. NURBS란?

NURBS는 곡선과 곡면을 표현하는 수학적 방식입니다. 이를 통해 CAD에서 매끄러운 곡선을 정밀하게 표현할 수 있습니다. 기본적인 요소는 다음과 같습니다:

• Control Points (제어점): NURBS 곡선이나 곡면은 제어점으로 정의됩니다. 제어점은 곡선의 모양을 결정하는 역할을 하며, 각 점의 영향력은 가중치로 조정할 수 있습니다.
• Knots (노드): Knot 벡터는 곡선의 매개변수 구간을 정의하고, 제어점의 영향을 조절합니다. 노드는 곡선이 어떻게 꺾이고 이어질지를 결정합니다.
• Degree (차수): 곡선의 차수는 형태와 부드러움에 영향을 미칩니다. 1차는 직선, 2차는 포물선, 3차 이상의 경우 곡선이 더 매끄러워집니다.

아래 그림은 제어점과 노드가 곡선의 모양을 어떻게 결정하는지 보여줍니다.

 

NURBS의 핵심 요소 요약 도표

요소설명

제어점	곡선/곡면의 모양을 결정하는 점입니다
노드	곡선의 매개변수 구간을 정의합니다
차수	곡선의 형태와 부드러움에 영향을 미칩니다

2. NURBS의 특징과 장점

NURBS는 CAD 모델링에서 널리 사용되며, 다음과 같은 장점이 있습니다:

• 정밀한 제어: 제어점을 사용하여 곡선의 형상을 정밀하게 조작할 수 있습니다. 제어점의 위치와 가중치를 조절하면 곡선이나 곡면을 미세하게 조정할 수 있습니다.
• 유연성: NURBS는 다양한 차수와 노드 배치를 통해 단순한 곡선부터 매우 복잡한 곡면까지 표현할 수 있습니다. 이 유연성 덕분에 제품 디자이너는 원하는 형태를 자유롭게 구현할 수 있습니다.
• 비균일성: Knot 벡터를 비균일하게 구성함으로써, 특정 구간에서는 곡선을 더 부드럽거나 딱딱하게 만들 수 있습니다. 이는 디자인에 필요한 특성을 반영하는 데 큰 도움이 됩니다.

DOI: 10.1016/j.compositesb.2013.12.018 이미지 출처

이 그림에서는 제어점을 이동함으로써 곡선이 어떻게 변경되는지 나타냅니다. 제어점을 더 많이 추가하면 곡선의 복잡도가 증가하고, 특정 부분을 더 정교하게 조정할 수 있습니다.

3. Rhino CAD에서의 NURBS 활용

3.1 기본 NURBS 곡선 그리기

Rhino에서는 기본적으로 'Curve' 명령을 사용하여 NURBS 곡선을 그릴 수 있습니다. 사용자는 제어점을 클릭하면서 곡선을 형성하게 되며, 이러한 방식은 직관적이면서도 정밀한 제어가 가능합니다.

예를 들어, Control Point Curve 명령을 사용하면 곡선의 제어점을 하나씩 추가하며 모양을 만들어 나갈 수 있습니다. 이를 통해 초기 디자인의 윤곽을 쉽게 잡을 수 있습니다.

3.2 복잡한 곡면 만들기

NURBS는 곡선뿐만 아니라 곡면을 만들 때도 매우 강력한 도구입니다. Loft 명령이나 Sweep 명령을 사용하면 여러 개의 NURBS 곡선을 기반으로 복잡한 곡면을 생성할 수 있습니다. 이를 통해 매끄럽고 유기적인 형태를 쉽게 구현할 수 있습니다.

예를 들어, 자동차의 외관 디자인에서 여러 프로파일 곡선을 사용하여 매끄러운 차체를 만들 수 있습니다. Loft 명령을 이용해 여러 단면을 연결하면, 연속적이고 유려한 곡면을 쉽게 생성할 수 있습니다.

4. 고급 NURBS 테크닉

4.1 제어점 가중치 조정

제어점에 가중치를 부여함으로써 곡선의 특정 부분을 더 부드럽게 혹은 더 날카롭게 만들 수 있습니다. Rhino에서 곡선을 선택한 후 가중치를 조정하면 곡선의 곡률을 세밀하게 조작할 수 있습니다. 이를 통해 제품 디자인에서 필요한 특정 곡률을 표현하는 것이 가능합니다.

가중치에 대한 이해를 돕기 위한 사진

4.2 Rebuild 명령을 사용한 최적화

복잡한 NURBS 곡선이나 곡면은 많은 제어점을 가질 수 있으며, 이로 인해 모델링 작업이 어려워질 수 있습니다. 이럴 때 Rebuild 명령을 사용하여 제어점의 수를 조절하거나 차수를 변경하면 보다 간결한 형태로 재구성할 수 있습니다. 이는 모델의 효율성을 높이고, 파일 크기를 줄이는 데에도 도움이 됩니다.

 

이 그림에서는 Rebuild 명령을 사용해 복잡한 곡선을 단순화한 결과를 보여줍니다.

 

5. 마무리: NURBS로 제품 디자인에 생명 불어넣기

NURBS는 복잡한 형태를 자유롭게 표현하고, 제품의 디테일을 정밀하게 다듬는 데 필수적인 도구입니다. Rhino CAD에서 NURBS를 잘 활용하기 위해서는 제어점, 노드, 차수의 개념을 깊이 있게 이해하고, 이를 실제 디자인에 어떻게 적용할지 많은 연습이 필요합니다.

오늘 강의에서 다룬 내용은 NURBS의 기본적인 요소와 이를 활용한 곡선 및 곡면 생성 방법이었습니다. 다음 포스팅에서는 더욱 복잡한 사례와 Rhino에서의 실제 모델링 프로세스를 소개하도록 하겠습니다.