개념 한 쪽
3차원 CAD는 형상을 표현하는 여러 방식이 있으며, 각 방식은 제공하는 정보와 용도가 다르다는 점을 이해해야 한다. 와이어프레임은 선과 점으로만 형상을 나타내고, 서피스는 면을 이용하여 외형을 표현하며, 솔리드는 내부 영역까지 포함하여 공학적 해석에 필요한 정보를 제공한다. 또한 솔리드 표현 방식으로는 CSG와 B-Rep가 대표적이며, 이들의 데이터 구조와 장단점을 구분할 수 있어야 한다.
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출제기준 단원 「3D CAD 프로그램 활용」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| CSG와 B-Rep 비교 | 1 | 두 방식의 데이터 구조와 장단점을 구분하라고 요구 |
| 모델링 방식의 기본형상 판별 | 1 | 초기 형태(Primitive)과 2차원 요소 구분을 묻는 유형 |
| 곡면 모델링 기법 정의 판단 | 1 | 패치·로프트 등 곡면 기법의 정의적 특징을 가려내게 함 |
3차원 솔리드 모델링은 부피를 가진 입체 형상을 만드는 방법을 의미한다. 초기 형태(Primitive)로는 구, 원기둥, 원뿔, 직육면체 등이 있으며, 이러한 초기 형태를 집합연산(Boolean 연산)이나 회전체 생성 등으로 결합하여 복잡한 솔리드 형상을 구성한다. 솔리드는 부피, 질량 중심, 관성 모멘트 등 공학적 해석에 필요한 물리적 성질을 제공한다.
서피스 모델링은 면(곡면)을 사용하여 형상의 외피를 기술하는 방식이며, 복잡한 곡면 형상 표현에 유리하다. 패치(Patch)는 경계곡선으로 둘러싸인 내부 영역을 보간하여 곡면을 생성하는 방식이며, 로프트는 여러 단면 곡선을 연결하여 관 형태의 곡면을 만든다. 그리드 방식은 점 데이터를 근사하여 곡면을 만드는 기법이고, 블렌딩은 서로 만나는 두 곡면을 부드럽게 연결하는 역할을 한다.
와이어프레임 모델은 점과 선만으로 형상을 표현하므로 자료구조가 가장 단순하고 연산 효율이 높다. 그러나 면이나 체적 정보가 없어 단면도 작성, 물성 계산, 정확한 NC 코드 생성 등에 한계가 있다. 따라서 용도에 따라 와이어프레임·서피스·솔리드 중 적합한 표현 방식을 선택해야 한다.
솔리드 표현 방식 중 CSG(Constructive Solid Geometry)는 프리미티브와 불리안 연산의 조합으로 형상을 정의하므로 데이터 구조가 비교적 단순하고 형상 재생(재구성) 시 계산 효율이 높은 편이다. 반면 B-Rep(Boundary Representation)는 면·에지·버텍스 등 경계 정보를 상세히 저장하므로 표면적 계산이나 도면 작성에는 유리하지만 데이터 구조가 복잡하고 메모리 사용량이 크다.
모델링 방식의 선택은 목적에 따라 달라진다. 공학적 해석이나 물리적 성질 계산이 필요하면 솔리드 모델을 사용하고, 외형의 정밀한 곡면 표현이 필요하면 서피스 모델을 고려하며, 단순한 윤곽 확인이나 초기 설계 단계에서는 와이어프레임이 유용하다는 점을 기억해야 한다.
문제 유형에서는 여러 표현 방식의 정의와 특징을 비교하여 틀린 설명을 찾는 방식이 자주 출제된다. 예를 들어 "곡선의 이동으로 솔리드를 직접 생성한다"라는 설명은 서피스 성격을 가진 곡면 생성 방식의 설명이므로 솔리드 모델링의 주요 방법으로 보기는 어렵다. 또한 "B-Rep는 표면 정보만 저장하므로 메모리 사용량이 작다"라는 설명은 사실과 반대이므로 오답으로 처리해야 한다. 현장에서는 '완전한 물리정보 제공' 키워드가 있으면 솔리드, '선만' 키워드가 있으면 와이어프레임을 먼저 떠올리면 문제 해결에 도움이 된다.
3차원 형상의 솔리드 모델링에서 CSG방식과 B-Rep방식을 비교한 것 중 틀린 것은?
정답 ③ · 문제는 CSG와 B-Rep 방식의 비교에서 옳지 않은 진술을 고르는 문제이다. B-Rep은 경계 정보(면·에지·정점)를 상세히 저장하므로 데이터 구조가 복잡하고 표면적 계산이나 투시도 작성에 유리하지만 그만큼 메모리 사용량이 크다.
B-Rep은 표면 정보만 저장해 CSG보다 데이터 구조가 단순하고 메모리 사용량이 적으므로, 메모리 양이 크다는 설명이 틀렸다.
다음 솔리드 모델링에 관한 설명 중 틀린 것은?
정답 ③ · 문항은 솔리드 모델링에 대한 진술 중 틀린 것을 찾는 것이다. CSG와 B-rep는 솔리드 모델링의 대표적 방법이고, CSG는 기본 프리미티브의 집합·집합연산으로 형상을 표현하며 B-rep는 경계면 정보를 상세히 저장하는 방식이다.
CSG는 기본 입체를 조합하므로 형상 재생 속도가 빠르고, B-rep는 면 정보를 상세히 저장하여 재생 속도가 느리다.
항공기 날개나 동체, 자동차 차체, 배의 동체 등에는 기능상으로 매우 복잡한 형상이 표현되어야 하기 때문에 다양한 곡면의 표현 방법이 요구되고 있다. 다음 중 모델링 방법에 따른 곡면의 설명 중 틀린 것은?
정답 ④ · 문항은 여러 모델링 방법에 따른 곡면 정의 중 잘못된 설명을 찾으라는 문제이다. Loft는 여러 단면곡선을 연결해 면을 만들고, Grid는 3차원 점들을 근사 연결해 곡면을 얻는 방식이며, Blending은 두 곡면 사이를 부드럽게 이어주는 곡면을 만든다.
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