본 논문은 복잡한 비선형 모델링 방법인 다항식 기반 RBF 뉴럴 네트워크(Radial Basis Function Neural Network)와 벡터공간에서 임의의 비선형 경계를 찾아 두 개의 집합을 분류하는 방법으로 주어진 조건하에서 수학적으로 최적의 해를 찾는 SVM(Support Vector Machine)를 사용하여 3차원 얼굴인식 모델을 설계하고 두 모델의 3차원 얼굴 인식률을 비교한다. 3D스캐너를 통해 3차원 얼굴형상을 획득하고 획득한 영상을 전처리 과정에서 포인트 클라우드 정합과 포즈보상을 수행한다. 포즈보상 통해 정면으로 재배치한 영상을 Multiple Point Signature기법을 이용하여 얼굴의 깊이 데이터를 추출한다. 추출된 깊이 데이터를 RBFNN과 SVM의 입력패턴과 출력으로 선정하여 모델을 설계한다. 각 모델의 효율적인 학습을 위해 PCA 알고리즘을 이용하여 고차원의 패턴을 축소하여 모델을 설계하고 인식 성능을 비교 및 확인한다.
본 논문에서는 플랫폼에 구애받지 않으며, 특정한 3차원 그래픽스 소프트웨어 없이 웹 상에서 솔리드 모델을 설계할 수 있는 꾑 기반 3차원 솔리드 모델러를 설계하였다. Java 3D를 이용하여 개발하기 위한 시스템 라이브러리의 설계 결과와 구현방법을 제시하였다. 클라이언트는 솔리드 모델러 서버에 접속하여 설계를 한 후 원하는 파일 형태로 저장할 수 있으며, 다른 CAD 시스템에서 기존에 설계된 데이터를 볼 수 있도록 하며, 렌더링 및 애니메이션과 같은 3차원 그래픽스 기능이 가능함으로써 정확한 설계를 지원하도록 한다.
건설 프로젝트 수행에서 설계정보는 실제 건축물에 대한 정확한 정보가 반영된 체계적인 모델로 구축하여 프로젝트 전 단계에서 적용할 수 있어야 한다. 하지만 3차원 기반의 도면과 관련 문서에 대한 파일 관리 위주의 시스템은 발주자 및 설계자의 의도를 명확하게 표현하고 전달하기 어려울 뿐만 아니라 단순기능위주, 방대자료의 정리 부족, 축적된 정보와 실행정보의 공유 및 교환이 미비한 수준이다. 반면, 제반 환경의 변화와 기술의 발전 속도는 관련 사용자들이 적응하기 어려울 정도로 급변하고 있다. CAD 기술의 발전은 기존의 2차원 도면 위주에서 3차원 모델기능의 확대와 발전으로 많은 설계정보를 CAD를 통해 표현하고 기타 관련정보와 연계할 수 있는 CAD시스템들이 등장하고 있다. 그러나 아직까지 현시점에서 설계관련 모든 정보를 3차원 모델을 통해 나타내는 것은 매우 어려우며 많은 시간과 비용을 필요로 하고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 3차원 도면 및 시방서 위주의 시스템에서 3차원 모델기반의 설계정보관리 시스템으로의 전환기 시점에 초점을 두고 3차원 모델기반 시스템으로의 완전한 전환이 아닌 3차원과 3차원 기반 시스템의 공존을 통한 전환에 그 초점을 두고 있다. 다시 말해 2차원 도면과 3차원 모델의 통합을 통한 혼합된 형태의 2차원 및 3차원 설계정보관리시스템의 모델을 제시하고자 하며, 이를 통해 객체기반 설계 및 시방서 정보 통합관리시스템을 개발하는 것이 본 연구의 목적이다. 본 연구에서는 3차원 도면 및 시방서 정보를 통합하여 3차원 객체 기반의 설계정보로 표현하기 어려운 부분을 보완하고, 3차원 정보를 효과적으로 활용할 수 있도록 관련 업무를 분석하고, 관리 모델을 구축하여, 이를 기반으로 한 설계도면 및 시방서 통합관리 시스템을 구축하였다.
3 차원 GIS 소프트웨어를 개발하기 위한 기술로는 공간데이터처리 및 공간분석기술, 컴퓨터그래픽스 및 가상현실 기술에 이르기까지 다양한 연구가 요구된다. 지리정보 가시화(Visualization)에 관한 연구는 여러 GIS 응용분야에서 주요한 부분이 된다. 현재 2 차원 기 구축된 데이터를 이용하여 3차원으로 가시화 및 분석을 수행할 수 있다는 것은 데이터와 소프트웨어 재사용 및 비용측면에서 중요한 의미를 가진다. 본 논문에서는 2차원 데이터와 최소한의 3차원 부가정보(빌딩높이, 도로폭등)를 이용하여 규칙기반 모델링(Rule-Based Modeling)을 통해 3 차원으로 모델링 해 낼 수 있는 3 차원 장면 모델러 컴포넌트 설계 방법을 제안한다. 시설물의 다양한 상세도 제어가 가능한 LOD(level-of detail) 모델러와 3 차원 장면을 효율적으로 관리하기 위한 장면 그래프(scene graph) 컴포넌트 설계 기술을 소개한다. 장면 모델러 컴포넌트 분석을 위해 처리하는 입력 데이터, 수작업 3 차원 모델링 여부, 소프트웨어 재사용성, 상호운용성, 구축 비용 등을 기준으로 분석하였다.
최근 지진에서 발생한 건물의 손상을 살펴보면, 지진하중을 받는 건물의 3차원 거동에 의해서만 설명할 수 있는 경우가 많이 있다. 특히, 비대칭의 평면을 가지는 건물에서 발생하는 비틀림 거동은 2차원 모델로는 파악하기가 어렵기 때문에 구조물과 개별 부재의 3차원 거동을 보다 정확히 이해함으로써 구조물의 내진능력을 더 정확히 평가할 수 있다. 이를 위해서는 3차원 모델에 의한 비탄성 동적해석이 필요하게 된다. 현재, 전산기의 발달과 더불어 많은 자유도를 요구하는 3차원 구조물의 비탄성해석이 가능해지고, 구조부재의 비탄성거동에 관한 많은 실험으로 다양한 구조부재의 모델이 개발되어 지진에 대한 건물의 설계시 개인용 컴퓨터를 사용하여 이러한 3차원 비탄성 동적해석의 반영이 가능하게 되었다. 실제로 지진이 많이 발생하는 국가에서는 비탄성해석에 대해 많은 연구들이 진행되고 있으며, 일부 국가에서는 건물의 내진설계시 강진에 대한 비탄성해석을 요구하고 있다. 이 글에서는 삼성건설 기술연구소에서 도곡동 102고층 건물의 해석에 사용하였던 3차원 비탄성 동적해석 프로그램인 CANNY-E에 대하여 그 구성과 특징을 소개하고자 한다.
지리 객체는 3차원 공간으로 구성되기 때문에 정확한 표현을 위하여 3차원 좌표계를 사용하여야 한다. 이 논문에서는 3차원+temporal 객체 모델을 정의하기 위해 2차원 공간으로 제한되어 있는 개방형 지리 데이터 모델을 3차원 공간과 유효 시간으로 확장하였다. 이러한 모델 설계 방법은 개방형 모델을 사용하는 타 시스템과의 호환성을 보장한다. 또한 이력 객체와 이동 객체를 함께 고려하여 두 종류의 시공간 객체에 대한 관리를 가능하게 하였다. 여기에서 제안된 3차원+temporal 객체 모델은 OLE/COM 기법을 사용한 3차원+temporal 객체 컴포넌트로 구현하였다. 이를 위해 제안한 객체 모델을 기반으로 컴포넌트의 인터페이스 구조를 정의하였다. 이 컴포넌트의 사용 예를 보이기 위해 3차원 시공간 데이터를 대상으로 하는 데이터 소비자를 구현하였다. 이와같은 컴포넌트는 기존의 시스템에 제안된 모델을 적용하기 위한 비용과 노력을 최소화하는 해결책으로 사용될 수 있다.
본 논문은 3차원 ELS 모델과 건설 프로젝트 관리 프로그램을 이용한 해체 공정을 기계식공법으로 해체하는 구조물에 적용한 사례이다. 해체 공정 설계를 위한 3차원 ELS 모델은 도면 및 현장 조사 통해 부재별 크기와 배근 정보를 확인하여 모델링하였다. 완성된 3차원 모델을 건설 프로젝트 관리 프로그램인 Bexel manager에 적용하여 부재 별 해체 공정을 설계하였다. 설계된 해체 공정은 기계식공법으로 해체하는 구조물에 적용하였고, 해체결과 작업 별 작업동선을 효과적으로 관리할 수 있었으며, 안전하게 해체를 완료하였다.
철근콘크리트 파일캡의 설계 시 사용되고 있는 현행 설계기준의 단면법 및 스트럿-타이 모델 방법은 각각 B-영역으로 이루어진 철근콘크리트 구조부재의 거동과 2차원 응력교란영역을 갖는 철근콘크리트 구조부재의 거동에 기초한 것으로, 이를 응력교란영역(D-영역)을 갖고 3차원 거동이 지배적인 철근콘크리트 파일캡의 설계에 적용하는 것은 적절하지 않다. 이 연구에서는 3축 응력을 받는 콘크리트 스트럿 및 절점영역의 강도특성과 철근이 배치되지 않은 인장영역에서의 콘크리트 타이의 하중저항능력 등을 반영하여 철근콘크리트 파일캡을 합리적으로 설계할 수 있는 개선 3차원 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 파괴실험이 수행된 78개 철근콘크리트 파일캡 시험체의 극한강도를 현행 설계기준의 단면법 및 스트럿-타이 모델 방법, 그리고 이 연구의 개선 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하여 평가하였으며, 그 결과의 비교분석을 통해 스트럿-타이 모델 방법 적용 시의 3차원 거동 및 하중전달 메커니즘을 묘사하기 위한 적절한 구성요소의 필요성과 이 연구에서 제안한 개선 3차원 스트럿-타이 모델의 타당성을 검증하였다.
복합화력 발전플랜트의 주기기 특성을 고려한 설계품질 향상과 원가절감을 위해 3차원설계의 업무절차를 대상으로 업무재설계기법을 이용한 개선된 업무절차를 제시하였다. 업무 구현을 위해 3차원설계 프로그램을 중심으로 통합된 설계운영시스템을 구축하였으며 개발 모듈로는 주기기 제작사에서 제공한 3차원 모델정보를 사내 표준코드와 비교하여 변환시켜주는 3차원 모델정보 변환시스템을 통하여 3차원 통합시스템의 연계성을 강화하였다. 또한 3차원설계의 수행사례를 분석하여 개선된 효과를 정량적으로 산출하였으며 분석결과 적정평가금액 대비 설계분야별 평균 20.4%의 설계비용 절감효과를 나타냈다. 업무개선 사항은 각 공종 및 협력사와 주기기 제작사에서 제공되는 설계정보의 통합화로 후행 부서의 중복 작업감소 및 반복적인 설계변경에 대한 일관성을 향상시켰다.
제품 개발 환경을 자세히 들여다보면, 고객의 요구 또는 창조된 새로운 제품의 컨셉(Spec)을 사람(개발자)이 도구(설계경험, CAD)를 이용해서 업무수행절차(업무처리규정, 부서별 역할)에 따라 제품을 정의(모양, 크기, 구조)하는 것을 설계행위로 볼 수 있고, 이러한 활동의 결과로써 도면 Mock-up, 각종 Document가 만들어지고 이러한 매체가 부서간, 업무공정간 의사소통의 수단으로 이용되고 있다. 여기서 CAD를 없애서는 안될 개발의 도구로 인식하고 이용하는데, 일반적으로 경쟁력있는 제품을 개발하기 위한 노력의 일환으로 3차원 CAD시스템을 도입하여 적용해 오고 있다. 현재의 3차원 CAD시스템들은 공통적으로 솔리드(Solid) 근간에, FEATURE 개념을 수용하면서 PARAMETRIC 또는 VARIATIONAL 모델링 기법을 채택하여 설계자들에게 다양한 기능을 제공하고 있다. 그러나 3차원 CAD 시스템을 적용하여 만족할 만한 결과를 얻어내기란 간단한 문제가 아니다. 본 고에서는 당 사업장에서 개발한 무선전화기 및 FAX에 3차원 설계를 적용한 사례를 중심으로, 3차원 설계에 대한 허와 실을 살펴보고 3차원 설계가 나아가야 할 방향에 대해 생각해 보고자 한다. 참고로 당 사업장은 디자인, 기구설계, 금형설계까지는 I-DEAS, CAM 작업은 CATIA를 이용하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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