3D 모델링: 곡선 기반 vs. 다각형 기반 모델링

 

 

3D 모델링에서는 크게 곡선 기반 모델링과 다각형 기반 모델링으로 나눌 수 있습니다. 두 방식은 형상을 표현하는 방식이 다르고, 각각의 장단점이 있습니다.

CAD나 산업 디자인에서 자주 사용되는 NURBS는 곡선 기반 모델링의 대표적인 방식이고, 폴리곤 메쉬는 다각형 기반 모델링의 대표적인 예입니다.

 

각 방식의 특징과 차이점, 그리고 어떤 상황에서 적합한지 한번 살펴볼까요?

 

곡선 기반 모델링 (Curve-based Modeling)

곡선 기반 모델링은 곡선과 곡면을 수학적으로 정의해 형상을 만들어가는 방식입니다. 부드러운 곡면과 높은 정밀도가 중요한 설계 작업에서 주로 쓰입니다.

• NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines)
  곡선 기반 모델링의 대표적인 방식입니다. 제어점과 가중치를 이용해 자유롭게 곡면을 만들 수 있어 자동차나 항공기 같은 정밀한 디자인 작업에 많이 사용됩니다. CAD 프로그램에서 가장 흔히 사용되는 방식이기도 하죠.
• Bézier 곡선 및 곡면
  단순하면서도 직관적인 곡선 정의 방식입니다. 제어점을 움직여 곡선을 조정할 수 있어 그래픽 디자인이나 간단한 3D 모델링에 자주 사용됩니다. 복잡한 형상을 표현하는 데는 다소 제한적입니다.
• B-Spline
  Bézier 곡선을 확장한 개념으로, 여러 곡선을 연결해 복잡한 형상을 만들 수 있습니다. NURBS의 기초가 되는 방식이기도 합니다.
• T-Splines
  NURBS와 다각형 기반 모델링의 장점을 결합한 방식입니다. 자유롭게 곡면을 만들 수 있고, 곡면을 국부적으로 수정할 수 있는 유연성이 있어 복잡한 곡면 디자인에 적합합니다.

다각형 기반 모델링 (Polygon-based Modeling)

다각형 기반 모델링은 형상을 삼각형이나 사각형 같은 다각형으로 나눠 표현하는 방식입니다. 게임이나 애니메이션처럼 빠른 처리 속도가 중요한 작업에서 주로 사용됩니다.

• 폴리곤 메쉬 (Polygon Mesh)
  가장 일반적인 다각형 기반 모델링 방식입니다. 많은 다각형으로 구성된 메쉬를 사용해 3D 형상을 만들며, 다각형 수가 많을수록 정교한 모델링이 가능합니다. 실시간 렌더링 시에는 다각형 수를 줄여 성능을 높일 수 있습니다.
• 서브디비전 서페이스 (Subdivision Surface)
  기본 폴리곤 메쉬를 세분화해 부드러운 곡면을 만드는 방식입니다. 캐릭터 모델링이나 애니메이션에서 자주 사용되며, 기본적인 폴리곤 메쉬로부터 고해상도의 부드러운 표면을 만들 수 있습니다.
• 암시적 곡면 (Implicit Surfaces)
  수학적 방정식으로 곡면을 정의하는 방식입니다. 유체 시뮬레이션이나 물리 기반 계산에서 자주 사용되며, 복잡한 현상을 표현하는 데 유리합니다.

하이브리드 모델링 (Hybrid Modeling)

최근에는 곡선 기반과 다각형 기반 모델링의 장점을 결합한 하이브리드 방식도 많이 사용되고 있습니다. 이 방식은 두 기술의 장점을 결합해 높은 자유도와 효율성을 동시에 추구합니다.

• T-Splines
  NURBS와 폴리곤 메쉬의 장점을 결합한 방식으로, 자유형 곡면을 효율적으로 만들 수 있습니다. 곡면을 국부적으로 수정할 수 있어 복잡한 자유곡면 설계에 유용합니다.
• 복셀 (Voxels)
  3D 공간을 작은 큐브 단위로 나눠 모델링하는 방식입니다. 2D 픽셀을 3D로 확장한 개념으로, 주로 의학 이미지 처리나 지질학적 데이터 분석에서 많이 쓰입니다.

어떤 모델링 방식이 적합할까?

• 정밀하고 부드러운 형상이 필요한 작업이라면 곡선 기반 모델링이 적합합니다. 특히 NURBS는 자동차나 항공우주 산업처럼 고도의 정확도가 필요한 설계에 많이 사용됩니다.
• 빠른 처리와 실시간 렌더링이 중요한 작업에서는 다각형 기반 모델링이 유리합니다. 게임 개발이나 애니메이션 제작에서 자주 사용되며, 폴리곤 수를 조절해 성능을 최적화할 수 있습니다.
• 두 가지 방식의 장점을 모두 활용하고 싶을 때는 하이브리드 모델링을 고려해볼 만합니다. 특히 T-Splines는 곡면 수정의 자유도와 효율적인 계산 성능을 모두 제공해 복잡한 디자인 작업에 적합합니다.

 

 

결론은 그래서 뭐가 좋다고?

결론적으로, 3D 모델링에서 어떤 방식을 선택할지는 작업의 성격에 따라 다릅니다. 곡선 기반 모델링은 부드러움과 정밀함이 필요한 프로젝트에, 다각형 기반 모델링은 속도와 효율성이 중요한 작업에 적합합니다. 하이브리드 방식은 이 둘의 장점을 결합해 복잡한 작업에도 최적의 솔루션을 제공할 수 있습니다.

상황에 따라, 모델링하려는 모델의 형상에 따라 적합한 방식을 두루 사용할 수 있어야 좋은 엔지니어, 디자이너라고 저는 생각합니다.