모델링 실천을 통한 과학 영재학생들의 메타모델링 지식 구성요소별 인식수준 분석

김기향,백성혜 대한화학회 2023 대한화학회지 Vol.67 No.1

The purpose of this study is to obtain basic data for constructing a modeling practice program integrated with meta-modeling knowledge by analyzing the cognition level for each meta-modeling knowledge components through model- ing practice in the context of the chemistry discipline content. A chemistry teacher conducted inquiry-based modeling prac- tice including anomalous phenomena for 16 students in the second year of a science gifted school, and in order to analyze the cognition level for each of the three meta-modeling knowledge components such as model variability, model multiplicity, and modeling process, the inquiry notes recorded by the students and observation note recorded by the researcher were used for analysis. The recognition level was classified from 0 to 3 levels. As a result of the analysis, it was found that the cognition level of the modeling process was the highest and the cognition level of the multiplicity of the model was the lowest. The cause of the low recognitive level of model variability is closely related to students' perception of conceptual models as objec- tive facts. The cause of the low cognitive level of model multiplicity has to do with the belief that there can only be one cor- rect model for a given phenomenon. Students elaborated conceptual models using symbolic models such as chemical symbols, but lacked recognition of the importance of data interpretation affecting the entire modeling process. It is necessary to intro- duce preliminary activities that can explicitly guide the nature of the model, and guide the importance of data interpretation through specific examples. Training to consider and verify the acceptability of the proposed model from a different point of view than mine should be done through a modeling practice program. 본 연구는 화학교과 내용 맥락 하에서 모델링 실천을 통해 드러난 메타모델링 지식 구성요소별 인식수준을 진단함으로써 메타모델링 지식과 통합된 모델링 실천 프로그램 구성을 위한 기초자료를 얻고자 하였다 . A 과학 영재학교 2학년 재학생 16명을 대상으로 화학 교사가 변칙현상이 포함된 탐구기반 모델링을 진행하였으며 , 모델의 가변성 , 모델의 다중성 , 모델링 과정 등 메타모델링 지식 구성요소별 인식수준을 분석하기 위하여 학생이 기록한 탐구노트와 연구자가 기록한 관찰노트를 분석에 활용하였다 . 인식수준은 0단계부터 3단계까지 분류하였다 . 분석 결과 , 메타모델링 지식의 구성요소 중 모델링 과정에 대한 인식수준이 가장 높았으며 모델의 다중성 다음으로 모델의 가변성에 대한 인식수준이 가장 낮은 것으로 나타났다 . 모델 가변성에 대한 낮은 인식수준의 원인은 학생들이 개념모델을 객관적 사실로 인식하는 것과 관련이 깊고 , 모델 다중성에대한 낮은 인식수준의 원인은 주어진 현상에 대해 오직 하나의 올바른 모델이 존재한다는 신념과 관련이 있다 . 학생들은 개념모델을 화학기호와 같은 상징적 모델을 이용하여 정교화하였으나 모델링 전 과정에 영향을 주는 자료해석의 중요성에 대한 인식이 부족하였다 . 모델의 본성을 명시적으로 안내할 수 있는 사전활동의 도입하고 , 자료해석의 중요성을 구체적 예시를통해 안내할 필요가 있다 . 다른 관점에서 제안된 모델의 수용 가능성을 고려하고 검증하는 훈련이 모델링 실천 프로그램을통해 이루어져야 한다.

모델링 공정 연계 시스템을 통한 효율적 폴리곤 모델링 기법에 대한 탐구

김상돈(Kim, Sang-Don),이현석(Lee, Hyun-Seok) 한국만화애니메이션학회 2014 만화애니메이션연구 Vol.- No.37

3D 컴퓨터 애니메이션의 모델링 작업과정은 사실적 형태 구현을 위한 최적의 작업조건에 대한 방법들이 진일보되고 있다. 1999년 출시된 모델링 전문 소프트웨어인 ZBrush는 기존과 다른 용이한 제작방식으로 인해, 캐릭터 모델 작업에 있어서 필수요소로 자리 잡고 있다. 이에, 본 논문에서는 보다 최적화된 애니메이션 캐릭터 모델 제작을 위한 방법으로써 두 개의 소프트웨어 (Z-Brush, Maya)의 연계된 제작시스템에 대한 효율성에 대해 고찰하고, 그 시사점을 제시하고자 한다. 이를 위해, 첫째 폴리곤 모델링과 리토폴로지(retopology)에 대한 기술적 특성에 대해 살펴보았으며, 둘째, 이를 바탕으로, 기존의 캐릭터 모델링을 위한 ZBrush와 Maya의 연계적 작업 과정의 문제점을 분석한다. 셋째, 새로운 모델링 작업의 최적화 기법의 효율성을 검증하기 위해, 단편 애니메이션 영화 ‘Cula & Mina"의 Dumvee 캐릭터의 제작과정을 사례로 하여 그 제작과정을 분석하였다. 본 연구를 통해, 두 개의 소프트웨어를 이용한 모델링 공정 연계 시스템은 보다 효과적으로 하이 폴리곤(high polygon) 모델에 대한 제작의 용이함과 높은 완성도를 구현할 수 있음을 알 수 있었다. 이를 통해, 기존과 다른 효율적 모델링 방식을 고찰함으로써, 모델링 관련 수업이나 관련 산업체의 제작 시스템의 최적화를 위한 참고자료가 되리라 사료된다. 또한, 본 연구는 폴리곤 모델링 제작과정의 개선을 위한 ‘실용적 대안 제시’를 목적으로 하는 기술제작 사례논문으로 접근하였다. In the modeling processes of 3D computer animation, methods to build optimal work conditions to realize real forms for more efficient works have been advanced. Digital sculpting software, published in 1999, ZBrush has been positioned as an essential factor in character model work requiring of realistic descriptions through different manufacturing methods from previous modeling work processes and easy shape realization. Their functional areas are expanding. So, in this production case paper, as a method to product more optimized animation character models, the efficiency of production method linking digital sculpting software (Z-Brush) and animation production software (Maya) was deliberated and its consequences and implications are suggested. To this end, first the technical features of polygon modeling and Retopology were reviewed. Second, based on it, the efficiency of animation character modeling work processes through step linking ZBrush and Maya suggested in this paper was analyzed. Third, based on the features drawn before, in order to prove the hypothesis on modeling optimization method suggested in this paper, the production process of character Dumvee from a short animation film, ‘Cula & Mina" was analyzed as an example. Through this study, it was found that technical approach easiness and high level of completion could be realized through two software linked work processes. This study is considered to be a reference for optimizing production process of related industries or modeling-related classes by deliberating different modeling process linked systems.

모델링 기반 탐구 활동에 대한 과학 교사들의 인식

오우진(Woojin Oh),최경식(Kyeongsik Choi),백성혜(Seoung-Hey Paik) 학습자중심교과교육학회 2021 학습자중심교과교육연구 Vol.21 No.23

목적 이 연구의 목적은 과학 교사들을 대상으로 모델링 기반 탐구 활동 경험을 제공하고, 이 활동에 대한 과학 교사들의 인식을 살펴보는 데 있다. 방법 4명의 과학 교사를 선정하여 5주 동안 1회 평균 3시간의 수업으로 총 15차시를 진행하였다. 이 연구에서는 보로노이 다이어그램(Voronoi Diagram)을 모델로 선정하였고, 컴퓨터 프로그램 중 하나인 지오지브라(GeoGebra) 프로그램을 사용하여 모델링 기반 탐구 활동을 설계하였다. 이때 모델링 기반 탐구 활동은 1) 자연현상 탐구, 2) 탐구 정교화, 3) 모델링, 4) 모델링 정교화, 5) 자연현상 적용의 5단계로 진행하였다. 결과 첫 번째 단계에서 교사들은 다각 형태를 나타내는 여러 자연현상을 관찰하면서 “다각형 패턴은 어떻게 생성되는가?” 라는 공동 탐구 질문을 종합적으로 도출하였다. 탐구 정교화 단계에서는 교사들이 직접 비누막을 제작하고, 여러 비누막을 합쳐보고, 비누막의 크기를 서로 다르게 조절하면서 조작적 관찰을 수행하였다. 모델링 단계에서는 컴퓨터 프로그램인 지오지브라 프로그램과 친숙하도록 경험을 제공한 후에 다각형 패턴을 보로노이 다이어그램으로 모델링하는 추상화와 형식화 과정을 거쳤다. 모델링 정교화 단계에서는 과학 교사들은 보로노이 다이어그램의 점을 자유롭게 움직이면서 다양한 형태의 보로노이 다이어그램 모델을 생성하였다. 이를 통해 자연현상에서 관찰되는 다각 형태에 대한 해석을 할 수 있도록 하였다. 자연현상 적용 단계에서는 보로노이 다이어그램 모델로 설명할 수 있는 자연현상과 자연현상에 완벽하게 적용되지 않는 점 등에 대한 피드백과 일반화 과정을 거쳤다. 결론 과학 교사들은 컴퓨터 프로그램인 지오지브라를 활용하여 모델링 기반 탐구 활동을 수행하는 과정에서 자연현상에 대해 깊이 이해하게 되었다. 또한, 이를 통해 모델링 기반 탐구 활동의 교육적 효과를 인식하였다. Objectives The purpose of this study is to provide an experience of modeling-based inquiry activity for science teachers, and to examine science teachers perceptions of this activity. Methods Four science teachers were selected and a total of 15 hours were conducted with an average of 3 hours of class per session for 5 weeks. In this study, Voronoi Diagram was selected as a model, and modeling-based inquiry activities were designed using one of the computer programs, GeoGebra. At this time, modeling-based inquiry activities were conducted in five stages: 1) exploration of natural phenomena, 2) elaboration of inquiry, 3) modeling, 4) elaboration of modeling, and 5) application of natural phenomena. Results In the first stage, exploration of natural phenomena, while observing various natural phenomena representing polygonal shapes, the teachers comprehensively derived the joint inquiry question, “How are polygonal patterns created?” In the elaboration of inquiry stage, the teachers made the soap films themselves, tried to combine several soap films, and performed operational observations while adjusting the sizes of the soap films differently. In the modeling stage, after providing an experience of getting used to the computer program, GeoGebra, it went through the process of abstraction and formalization of modeling polygonal patterns into Voronoi diagrams. In the elaboration of modeling stage, science teachers created various types of Voronoi diagram models by freely moving points of voronoi diagrams. This allowed that science teachers was able to interpret various forms observed in natural phenomena. At the application of natural phenomena stage, we went through a process of generalization and feedback about natural phenomena that can be explained by the Voronoi diagram model and those that are not perfectly applied to natural phenomena. Conclusions Science teachers performed modeling-based inquiry activities using a computer program, GeoGebra, and this allowed that they had a deep understanding of the natural phenomena. In addition, the educational effect of modeling-based inquiry activities was recognized through this.

수학적 모델링 과제의 실행과 수정을 통한 현직 교사의 수학적 모델링 교수 역량 신장 사례 분석

정혜윤,이경화 대한수학교육학회 2021 수학교육학연구 Vol.31 No.1

The purpose of this study is to investigate how teachers demonstrate ‘mathematical modeling teaching competencies’ (MMTCs) by implementing and modifying mathematical modeling tasks, as well as to suggest how teacher education should support teachers for teaching mathematical modeling. A teacher with three years of teaching experience participated in this study. Data sources include transcripts, student worksheets, interviews and the researcher’s field notes. The findings indicate that the participant edited tasks to improve the realism and complexity of mathematical modeling tasks. The edits included simplifying and specifying; the participant also decomposed tasks into multiple subtasks. Through iterative implementations and modifications, the participant improved his MMTCs in four dimensions -- diagnostic, theoretical, task, and instructional dimensions were promoted in relays and cyclically. The implementation and modification of the task contributed to connecting theoretical knowledge and practical competencies to mathematical modeling. The study recommends the following areas of need in order to develop teachers’ MMTCs: combining theoretical and practical experiences, improving teachers’ diagnostic competencies, and creating teacher-researcher communities. 본 연구에서는 수학적 모델링 과제를 반복적으로 실행하고 수정하는 과정에서 교사의 수학적 모델링 교수 역량이 신장되는 과정을 살펴보고, 향후 수학적 모델링 교수 역량 강화를 위한 교사교육의 방향을 제시하고자 하였다. 연구 참여자는 3년 경력의 현직 교사로, 중학교 3학년 수업 시간에 수학적 모델링 과제를 실행한 뒤 연구자와 함께 실행 결과를 분석하고 과제를 수정하는 과정을 거쳤다. 전 과정을 녹화, 녹음한 자료와 학생들의 활동지, 교사 인터뷰, 연구자의 현장 노트 등의 자료가 수집, 분석되었다. 연구결과, 첫째, 수학적 모델링 과제와 수학적 모델링 과정의 현실성과 복잡성을 개선하기 위해 과제를 간략화, 구체화, 단계화하는 모습이 관찰되었다. 둘째, 반복적인 수학적 모델링 과제의 실행 및 수정 과정에서 네 가지 차원의 수학적 모델링 교수 역량이 신장되는 모습이 관찰되었다. 이때, 수학적 모델링 과제의 실행과 수정은 수학적 모델링에 대한 이론적 지식과 실제 수행 능력을 연결하는 역할을 하였다. 본 연구결과는 수학적 모델링 교수 역량 강화를 위한 교사교육의 방안으로, 이론과 실행의 균형있는 경험, 학생 수준 진단 역량 강화를 위한 교육, 교사연구공동체의 구성을 제안한다.

수학적 모델링 활동이 수학적 문제해결력 및 수학적 성향에 미치는 영향

고창수,오영열 한국초등수학교육학회 2015 한국초등수학교육학회지 Vol.19 No.3

본 연구는 수학적 모델링이 초등학생들의 수학적 문제해결력과 수학적 성향에 미치는 영향을 알아보는데 목적이 있다. 이를 위해서 초등학교 5학년 학생에게 8가지 주제로 총 16차시의 수학적 모델링 수업을 실시하였다. 그 결과, 수학적 모델링 중심의 수학 수업은 전통적인 교과서 중심의 수업에 비해서 수학적 문제해결력과 수학적 성향의 측면에서 통계적으로 유의미한 차이를 보여주었다. 또한, 수학적 모델링 활동은 학생들의 의사소통, 추론, 반성적 사고와 같이 다양한 수학적 사고를 촉진시키는 것으로 드러났으며, 학생들이 수업에 적극적으로 참여함으로써 수학에 대한 긍정적 성향을 갖게 되는 것으로 나타났다. 이와 같이 수학적 모델링 중심의 수학 수업이 초등학생들의 수학 학습에 양적 및 질적인 측면에서 유의미한 영향이 있는 것으로 나타남에 따라서 추후 초등학교에서 수학적 모델링의 적용 가능성 및 초등학교 수학과 교수·학습방법 연구에 대해 시사하는 바가 크다고 생각한다. The purpose of this study is to examine the effects of mathematical modeling activities on mathematical problem solving abilities and mathematical dispositions in elementary school students. For this study, we administered mathematical modeling activities to fifth graders, which consisted of 8 topics taught over 16 classes. In the results of this study, mathematical modeling activities were statistically proven to be more effective in improving mathematical problem solving abilities and mathematical dispositions compared to traditional textbook-centered lessons. Also, it was found that mathematical modeling activities promoted student's mathematical thinking such as communication, reasoning, reflective thinking and critical thinking. It is a way to raise the formation of desirable mathematical dispositions by actively participating in modeling activities. It is proved that mathematical modeling activities quantitatively and qualitatively affect elementary school students’s mathematical learning. Therefore, Educators may recognize the applicability of mathematical modeling on elementary school, and consider changing elementary teaching-learning methods and environment.

논의-기반 모델링 전략을 이용한 일반화학실험에서 글쓰기 대상에 따른 예비화학교사들의 모델링 능력 및 모델링에 대한 인식 분석

조혜숙,김한영,강유진,남정희 대한화학회 2019 대한화학회지 Vol.63 No.6

The purpose of this study was to investigate the effect of science writing for different audiences on preservice chemistry teachers’ chemistry concept understanding and modeling ability in general chemistry experiment activities using Argument-based Modeling (AbM) strategy. And we also examined preservice chemistry teachers’ perceptions of modeling in different audience groups. The participants of the study were 18 university students in the first grade of preservice chemistry teachers taking a general chemistry experiment course. They completed eleven topics of general chemistry experiment using argumentbased modeling strategy. The understanding of chemistry concept was compared with the effect size of pre- and post-chemistry concept test scores. To find out modeling ability, we analyzed level of model by each preservice chemistry teacher. Analytical framework for the modeling ability was composed of three elements, explanation, representation, and communication. The questionnaire was conducted to check up on preservice chemistry teacher’s recognition of modeling. The result of analyzing the effect of modeling for different audience on the understanding of chemistry concept and modeling ability, the preservice chemistry teachers’ were found to be more effective when the level of audience was low. There was no difference in the recognition of modeling between the groups for audience. However, we could confirm that the responses of preservice chemistry teachers are changed in concrete when they have an experience in succession on modeling. 이 연구는 논의-기반 모델링 전략을 적용한 일반화학실험 수업에서 글쓰기 대상에 따른 과학 글쓰기가 예비 화학교사 들의 모델링 능력 및 모델링에 대한 인식에 미치는 영향을 알아보는 것을 목적으로 하였다. 또한 이와 함께 예비 화학교사들의 화학개념 이해에 미치는 영향도 알아보았다. 이를 위해서 사범대학 화학교육과에 재학 중인 예비 화학교사 1학년 18명을 대상 으로 11개 주제의 논의-기반 모델링 전략을 적용한 일반화학실험 수업을 진행하였다. 화학개념 이해는 사전과 사후의 화학개념 이해 검사 점수에 대한 효과크기를 비교하였다. 모델링 능력은 예비 화학교사들이 제시하는 모델을 설명, 표상화, 의사소통의 3 가지 영역으로 구분하여 집단의 효과크기를 분석하였으며, 모델링에 대한 인식을 알아보기 위해서 설문조사를 실시하였다. 분 석결과, 예비 화학교사의 화학개념 이해와 모델링 능력은 글쓰기 대상인 독자의 수준이 낮은 경우, 효과가 더 큰 것으로 나타났 으며 글쓰기 대상에 따른 집단에서 모델링에 대한 인식은 차이가 없는 것으로 나타났다. 하지만 모델링 과정을 경험함에 따라 예 비 화학교사들의 응답이 더 구체적으로 변해가는 것을 확인할 수 있었다.

초등수학에 적용된 수학적 모델링 과제 유형 탐색

오영열,박주경 서울교육대학교 초등교육연구원 2019 한국초등교육 Vol.30 No.1

Today, adapting actively to a rapidly changing society has become increasingly difficult to achieve satisfactory results in the traditional way of teaching and learning mathematics. In this context, mathematical modeling is increasingly becoming an integral part of school mathematics. However, many teachers have difficulty in applying to the class together with lack of understanding about mathematical modeling. One of the main reasons teachers have difficulty understanding and applying mathematical modeling is that it is difficult to understand the nature of the mathematical modeling task. Until now, mathematical modeling has been mainly dealt with at the middle and high school levels, and the modeling tasks for them have become common, so teachers have difficulties in understanding and applying mathematical modeling in elementary school. In this study, the case of mathematical modeling applied to elementary school was examined and the applied task type was analyzed. As a result, the types of problem-centered, table-centered, and complex-type were derived as characteristics of mathematical modeling tasks applied to elementary school. Based on this study, it is expected that mathematical modeling can be applied to elementary school, and mathematical modeling can be applied to elementary school mathematics classroom with improvement of teachers' perception about mathematical modeling. 오늘날 빠르게 변화하는 사회에 능동적으로 적응하기 위해서는 수학을 가르치고 배우는 방법에 있 어서 새로운 접근이 요구되며, 이러한 배경에서 출발한 수학적 모델링은 점차 학교수학의 필수 영역이 되고 있다. 하지만 많은 교사들은 수학적 모델링에 대한 이해 부족과 함께 수학적 모델링을 수업에 적 용하는데 어려움을 겪고 있다. 교사들이 수학적 모델링을 이해하고 적용하는데 어려움을 느끼는 가장 큰 이유 가운데 하나는 수학적 모델링 과제의 특성을 이해하기 어렵다는 데에 있다. 지금까지 수학적 모델링은 주로 중·고등학교 수준에서 다루어져 왔으며 이들을 위한 모델링 과제가 보편화되어 있어 교 사들은 초등학교에서 수학적 모델링의 교육적 활용에 대한 어려움을 갖고 있다. 이에 본 연구에서는 초등학교에 적용된 수학적 모델링의 사례를 검토하고 적용된 과제의 유형을 분석하였다. 그 결과 초등 학교에 적용된 수학적 모델링 과제의 특징으로 문제 중심, 표 중심, 복합 유형이 도출되었다. 문제 중 심 유형은 하나의 문제로부터 과제가 통합적으로 다루어지며, 표 중심 유형은 과제의 정보가 표를 중 심으로 전개되어 표에 포함된 정보를 처리하는 능력을 요구한다. 복합 유형은 서술된 문장, 표, 그림의 형태가 두 가지 이상 제시되는 형태로 대부분의 수학적 모델링 과제가 이에 포함된다. 모든 학생들에 게 수학적 모델링 과제는 항상 어려움을 야기하지만 그 어려움은 수학적 모델링 고유의 인지적 복잡성 에서 기인하며 바로 그 지점으로부터 모델링 역량을 발달시킬 수 있다. 본 연구 결과 수학적 모델링을 초등학교에 적용할 수 있는 과제 유형을 밝힘으로써 수학적 모델링에 대한 교사들의 인식 개선과 더불 어 수학적 모델링을 초등학교 수학 수업에 적용하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

3D 그래픽에 기반한 숙련 모델링과 자기 모델링이 결합된 혼합 모델링 피드백이 초보자의 골프 퍼팅 학습에 미치는 영향

장덕찬,김경환 한국골프학회 2024 골프연구 Vol.18 No.2

[목적] 본 연구의 목적은 3D 그래픽에 기반한 숙련 모델링과 자기 모델링이 결합된 혼합 모델링 피드백이 초보 골퍼의 퍼팅 수행결과와 퍼팅 매개변수에 미치는 영향을 분석함으로써 학습 과정에서 3D 그래픽 혼합 모델링의 적용 가능성을 파악하는 것이다. [방법] 50명의 초보 남자 골퍼가 이 실험에 참여하였으며, 중첩 혼합 모델링집단, 분리 혼합 모델링집단, 숙련 모델링집단, 자기 모델링집단, 그리고 통제집단에 무작위로 배정되었다. 사전검사 후, 참여자들은 집단별로 실험 중재를 받았으며, 이후 사후검사와 지연된 사후검사가 진행되었다. [결과] 중첩 혼합 모델링집단은 통제집단에 비해 공간적 결과 오류가 학습 동안 유의미하게 향상되었다. 또한 퍼팅 매개변수와 관련하여 중첩 혼합 모델링집단은 지연된 사후검사에서 다른 집단과 달리 유의한 향상과 함께 가장 큰 효과크기를 보여주었다. [결론] 이러한 결과는 초보 학습자의 경우 정량적 정보가 함께 제공된 3D 중첩 혼합 모델링이 수행자에게 퍼팅 스트로크의 실시간 제어를 보다 용이하게 지각하게 함으로써 가장 효율적인 보강적 시각 피드백 기법이 될 수 있음을 시사한다. [Purpose] This study aimed to determine the applicability of 3D graphical mixed modeling in learning by analyzing the effect of 3D graphic-based mixed modeling feedback combining expert modeling and self-modeling on beginner golfers’ putting performance and parameters. [Method] Fifty beginner male golfers participated in this experiment. They were randomly assigned to the following groups: overlapped mixed modeling (OM) group, separated mixed modeling group, expert modeling group, self-modeling group, and control group. After the pretest, participants received the experimental intervention by group, followed by a posttest and a delayed posttest. [Result] The OM group significantly improved spatial outcome errors during learning compared to the control group. In addition, concerning putting parameters, the OM group showed the most prominent effect size with significant improvement at the delayed posttest. [Conclusion] These results suggest that 3D OM may be the most effective reinforcing visual feedback technique for novice learners by facilitating the performer’s perception of online control of putting stroke.

파라메트릭 모델링에 관한 연구

이영헌 한국만화애니메이션학회 2020 만화애니메이션연구 Vol.- No.59

Today, computer graphics are widely used in various fields. Modeling is a fundamental and essential element in computer graphics. Parametric modeling proceeds with modeling by adjusting the parameter values of formulas that define geometry figures and object relationships based on traditional modeling methods. Parametric modeling methods require systematic research to use methods that are applied and accessed in a rather complex and diverse manner. Since parametric modeling is based on traditional methods in this study, we have studied traditional modelling methods in Chapter 2 and various methods of parametric modelling in Chapter 3. The traditional methods of modeling were divided into polygon, NURBS, and subdivisions, respectively, to learn about the characteristics of modeling. In Chapter 3, parametric modeling was divided into examples using one and various parametric modeling tools. Of the parametric modelling methods, we found that tools such as Bend, Bulge, Shear, Taper, Twist, FFD, Melt, Cloner and Voronoi Fracture used the method of applying variations to traditional modelling methods. In addition to the transformation, cloning uses a variety of applications by replicating existing modeling. The parametric modeling method of crack was known to represent objects in a way that causes cracks in the modeling, which is destroyed and fused. In addition, a variety of parametric modelling can be used to capture the characteristics of each of the various parametric methods and to implement the unique morphological characteristics of the complex mixed parametric modelling. 오늘날 컴퓨터 그래픽은 다양한 분야에 널리 활용되고 있다. 컴퓨터 그래픽에 있어 모델링은 기초적이며 필수적인 요소이다. 파라메트릭 모델 링은 전통적인 모델링 방식을 기반으로 지오메트리 수치 및 오브젝트 관 계를 정의하는 수식의 매개 변숫값을 조정하는 방식으로 모델링을 진행한 다. 파라메트릭 모델링 방식은 다소 복잡하고 다양한 방법으로 응용 및 접근되는 방식을 사용하기에 체계적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 파라메트릭 모델링이 전통적인 방식을 기반으로 이루 어지기에 2장에서는 전통적인 모델링 방식에 대하여 알아보고 3장에서는 파라메트릭 모델링의 여러 가지 방식에 대하여 연구하였다. 모델링의 전 통적인 방식은 폴리곤, 넙스, 서브디비젼으로 나누어 각각 모델링의 특징 에 대하여 알아보았다. 3장의 파라메트릭 모델링에서는 하나 및 다양한 파라메트릭 모델링 툴을 사용한 예로 구분하였다. 파라메트릭 모델링 방 식 중에서 구부리기, 팽창, 기울기, 가늘게 만들기, 뒤틀기 등의 툴은 전 통적인 모델링 방식에 변형을 가하는 방식을 사용한다는 것을 알았다. 변 형이라는 방식 외에 복제는 기존의 모델링을 복제하여 다양한 응용방식을 사용한다. 균열이라는 파라메트릭 모델링 방식은 모델링에 균열이 생기도 록 하여 파괴 및 융합되는 방식으로 오브젝를 표현하는 것을 알았다. 또 한 다양한 파라메트릭 모델링을 사용하면 다양한 파라메트릭 방식 각각의 특성을 살리며 복합적으로 혼합된 파라메트릭 모델링만의 고유한 형태적 특성을 구현 할 수 있다.

Numerical Simulation of Dynamic Soil-Pile-Structure Interactive Behavior Observed in Centrifuge Tests

권선용 한국방재학회 2014 한국방재학회지 Vol.14 No.4

많은 토목구조물의 기초로써 사용되는 말뚝 기초의 동적 거동을 예측하는 것은 매우 중요한데, 이는 말뚝 기초의 동적 거동이 그 자체의 거동뿐 아니라 구조물 전체의거동에 커다란 영향을 미치기 때문이다. 이러한 말뚝 기초의 동적 거동을 평가하기위한 방법은 크게 현장 조사, 실내 모형시험, 수치 모델링의 세 가지로 나누어볼 수있다. 이 중 현장 조사는 지진에 의한 피해가 일어난 후에 수행되는 소극적 형태의 접근법이며, 최근 들어 실내 모형시험의 절차적, 경제적, 시간적인 한계점들로 인하여수치 모델링 기법의 효율성이 더욱 중요시되고 있는 상황이다. 수치 모델링 기법을 적용하여 말뚝 기초의 동적 거동을 예측하고자 한 선행 연구들은 대부분 단순화 접근법을 이용하였다. 단순화 접근법은 절차가 비교적 간단하고 해석이 간편하다는 장점이 있으나 단순화 과정에서 발생하는 여러 가지 가정조건들로인하여 정확하고 신뢰성 있는 결과를 기대하기 힘들다는 한계점을 가진다. 이에 대해2차원 혹은 3차원 연속체 모델링은 계산 과정이 복잡하고 해석 시간이 오래 걸린다는단점에도 불구하고 가장 직접적인 접근법이며, 적절한 모델링이 수행된다면 가장 정확하고 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 3차원 연속체 모델링기법을 사용하여 지진 시 지반-말뚝-구조물 동적 상호작용을 평가하고자 하였다. 원심모형시험 (Yoo, 2013) 에서 관측된 건조토 조건에서의 지반-말뚝-구조물 동적 상호작용을 모사하기 위하여 유한 차분법에 기초한 3차원 동적 수치 모델링이 수행되었다. 제안된 3차원 모델은 지반의 비선형 거동을 적절히 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간 영역에서 해석이 수행되었다. 모델링방법론으로써 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 모델을 적용하였으며 이력 감쇠 모델을 적용하여 지반의 비선형 거동을 모사하고자 하였다. 진동 중 지반과 말뚝 간의미끄러짐 및 분리 현상을 모사할 수 있는 인터페이스 모델을 적용하였으며 인터페이스 강성은 탄성이론에 기초하여 결정되어, 내장 함수인 FISH를 통해 깊이 별로 입력되었다. 경계 조건의 경우에는 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법 (Kim, 2011)을 적용함으로써 해석 시간을 감소시키고자 하였다. 수치 해석의 오차를 최소화하고 결과의 신뢰성을 확보하기 위해, 원심모형시험 결과와 수치 해석 결과와의 비교를 통한 제안된 기법의 캘리브레이션이 수행되었다.제안된 수치 모델로부터 계산된 말뚝 최대 휨 모멘트와 횡 방향 말뚝 최대 변위의 깊이 별 분포가 다양한 입력 하중 조건에서 실험 결과와 잘 일치하는 것을 확인하였다.제안된 수치 모델의 적용성 평가를 위해 다른 실험 케이스의 결과와 수치 해석 결과와의 추가적인 비교가 수행되었다. 수치 해석으로부터 계산된 다양한 말뚝의 동적응답이 다양한 입력 하중 조건에서 실험 결과를 적절히 모사하고 있는 것으로 나타났다. 이를 통하여 다양한 조건에서 제안된 수치 모델링 기법의 적용성이 검증되었다고 판단하였다. 제안된 수치 해석 기법의 적용성 평가를 토대로 다양한 조건에서의말뚝 동적 거동을 조사하기 위하여 제안된 수치 모델을 이용한 매개변수 연구를 수행하였다. 이를 통하여 건조토 지반에 근입된 말뚝 기초의 동적 거동에 미치는 다양한변수들의 영향을 평가하였으며, 기존의 연구결과와 매개변수 연구 결과를 비교함으로써 제안된 수치 모델링 기법의 적용성 및 신뢰성을 확인하였다. 원심모형시험 (Wilson, 1998) 에서 관측된 액상화 가능한 지반 조건에서의 지반-말뚝-구조물 동적 상호작용을 모사하기 위해 3차원 수치 모델링이 수행되었다. 액상화 시, 지반의 전단 변형으로 인해 야기되는 간극 수압의 발달을 모사하기 위해Finn 모델을 적용하였다. Finn 모델은 유효응력 해석법을 이용한 액상화 모델의 하나로써 임의의 지점에서의 다양한 액상화 거동을 실시간으로 파악할 수 있다. Finn모델은 건조토 조건에서 사용된 기존의 구성 모델에 결합되어 해석이 수행되었다.건조토 조건에서와 마찬가지로 실험 결과와 수치 해석 결과와의 비교를 통한 제안된 기법의 캘리브레이션이 수행되었다. 수치 모델로부터 계산된 과잉 간극수압 비,말뚝 휨 모멘트, 말뚝 두부 변위의 시간 이력이 실험 결과를 적절히 모사하고 있는 것으로 나타났다. 제안된 수치 모델의 적용성 평가를 위해 다른 실험 케이스와의 추가적인 비교를 수행한 결과, 수치 해석으로부터 계산된 다양한 말뚝의 동적 응답이 실험 결과를 대체로 잘 모사하고 있는 것으로 나타났다. 이를 통하여 제안된 수치 모델링 기법의 적용성이 검증되었다고 판단하였다. 다양한 조건에서의 말뚝의 동적 거동을 조사하기 위하여 제안된 기법을 이용한 매개변수 연구를 수행하였다. 이를 통하여액상화 지반에 근입된 말뚝의 동적 거동에 미치는 여러 변수들의 영향을 평가하였으며 기존의 연구결과와 매개변수 연구 결과를 비교함으로써 제안된