실제 공간과 가상 도시공간의 정밀도(LOD) 분석

배동성 연세대학교 대학원 2025 국내석사

3D modeling is expected to be the best alternative to overcome the spatial, temporal, and cost limitations of dealing with urban space, as it allows users to manipulate conditions such as time and weather in a way that is convenient and suits their purposes. With the rapid development of spatial information technology, systematic simulation of urban space using these 3D modeling techniques is becoming increasingly commercialized. In addition, as 3D modeling software has been updated several times, the proficiency, cost, and time required to implement 3D models have been further reduced. Therefore, in recent years, discussions have begun on the possibility of using 3D modeling as an effective analysis tool for complex urban spaces beyond just visualization tools. Accordingly, various domestic and international organizations and companies have been creating 3D models. However, before 3D modeling can be used in earnest, there was a need to resolve the question of whether the experimental results using 3D modeling can work the same in real space. In order to confirm this, it is also necessary to examine the level of realism required to capture complex urban spaces in 3D models. Especially in experiments that seek to determine the effects of spatial components or changes before and after improvements, such as landscape evaluations in urban planning and design and urban regeneration, the surrounding environment of the actual urban space is also an important variable. However, the degree to which these should be implemented(the precision of the 3D model) has not yet been studied in depth. Therefore, different standards have been adopted in different studies based on the subjective judgment of researchers using 3D modeling technology. In this study, we conducted a landscape evaluation of 3D models that represent the same space as the appearance of the real space to understand the level of precision of 3D models that show similar observation responses to real-world observations. To this end, an experiment was conducted in which a group of 30 observers consisting of university students in their 20s with age and socio-cultural homogeneity were asked to evaluate the real-world and 3D modeled urban spaces. First, the urban space components were categorized by Level of Detail and pedestrian viewing area based on the literature review. Then, two real-world sites were selected and photographed, and a 3D model of the same area was created to meet the classification criteria. We collected observational reactions to both the photorealistic and 3D models while observers evaluated the landscapes. Observational reactions were categorized into psychological and physical reactions, which were measured using surveys and eye-tracking techniques, respectively. The survey results were analyzed using a paired sample t-test to compare the scores between items that were found to be significant. The eye tracking results were analyzed by creating a Python-based image analysis algorithm to calculate the similarity between gaze patterns and the frequency of gaze by area. The results showed that both psychological and physical observation responses generally decreased as the model precision increased. However, some items showed a decrease in similarity at step 4, which was presumed to be a limitation caused by the observation equipment and the order of observation. In addition, the frequency of attention to the horizontal plane was the highest in all stages, which suggests that relatively open areas or areas with dynamic components are more likely to attract the observer's attention due to their distance from the shielding. Therefore, it is necessary to pay attention to the representation of components in such areas when 3D modeling. This study is the first study to attempt continuous landscape evaluation from a human-scale pedestrian perspective. It is also differentiated from other studies in that it analyzes the cognitive responses of observers to visual stimuli through computer vision, thus providing a more quantitative and empirical examination of the feasibility of using 3D modeling techniques. However, this study was unable to identify the point at which further increases in precision become meaningless. This is likely due to the fact that the precision of 3D modeling was split into only four LODs, so the differences between each level were largely accepted, and should be revisited in the future when attempts are made to more specifically and finely distinguish the precision of 3D modeling. A more in-depth discussion of the precision of 3D modeling techniques in subsequent studies will help to efficiently manage the resources and time spent on 3D modeling, which will contribute to the creation of a highly immersive and believable metaverse environment or simulation environment. 3D모델링은 시간과 날씨 등의 조건을 편리하게 사용자의 목적에 맞는 형태로 조작할 수 있는 등, 도시공간을 다루는 데 있어 시·공간적, 비용적 한계를 극복할 수 있는 최적의 대안으로 기대를 모으고 있다. 공간정보기술이 비약적으로 발전함에 따라, 이러한 3D모델링 기법을 활용하여 도시공간에 대한 체계적인 시뮬레이션이 점차 상용화되어가고 있었다. 3D모델링 소프트웨어들 또한 여러 차례 업데이트를 거치게 되면서, 3D모델을 구현하는 데 필요한 숙련도와 비용, 시간은 더욱 줄어들게 되었다. 따라서 최근에는 3D모델링이 단순히 시각화 도구를 넘어, 본격적으로 복잡한 도시공간에 대한 효과적인 분석 도구로써의 활용 가능성에 대한 논의가 시작되고 있었다. 이에 맞춰 국내·외 여러 기관과 기업들에서도 3D모델을 제작하는 추세를 보이고 있었다. 본격적으로 3D모델링을 활용하기 위해서, 3D모델링을 활용한 실험 결과가 실제 공간에서 동일하게 작동할 수 있는지에 대한 의문을 해결해야할 필요성이 존재하였다. 그러나 이를 확인해보기에 앞서, 복잡한 도시공간을 3D모델에 어느 정도 수준까지 사실적으로 담아내야 하는가에 대한 검토가 먼저 진행되어야 했다. 특히 도시계획 및 설계, 도시재생 부문에서 실시되고 있는 경관에 대한 평가와 같이, 공간을 구성하는 요소들의 효과나 개선안의 전/후 변화를 알아보고자 하는 실험에서는 실제 도시공간을 구성하는 주변환경 또한 중요한 변수로 작용하게 된다. 그럼에도 아직 이들을 어느 정도 수준까지 구현하여야 하는가(3D모델의 정밀도)에 관하여서는 깊이 고찰되지 아니하였다. 따라서 3D모델링 기술을 활용하는 연구자의 주관적인 판단을 바탕으로 연구마다 상이한 기준을 채택하고 있었다. 본 연구에서는 실제 공간의 모습과 동일한 공간을 구현한 3D모델에 대한 경관평가를 실시함으로써, 실사 관찰과 유사한 관찰반응을 보이는 3D모델의 정밀도 수준을 파악해보고자 하였다. 이를 위해 연령 및 사회·문화적 동질성을 지닌 20대 대학생 30인으로 구성된 관찰자 집단을 대상으로 실사와 3D모델 속 도시공간에 대한 경관평가를 실시하는 방식의 실험을 진행하였다. 먼저 문헌고찰을 통해 도시공간 구성요소들을 정밀도 단계(Level of Detail)별, 보행자 시점에서의 영역별 구분 기준에 따라 분류하였다. 이후 2곳의 실제 대상지를 선정하여 실사 촬영을 실시하였으며, 동일한 지역을 배경으로 앞서 정리한 3D모델링 정밀도 구분 기준에 부합하는 3D모델을 제작하였다. 이를 통해 관찰자들이 경관에 대한 평가를 진행하는 동안, 실사와 3D모델에 대한 관찰반응을 수집하였다. 관찰반응은 크게 심리적·물리적 반응으로 유형을 구분하였으며, 각각 설문조사와 아이트래킹 기법을 사용하여 측정하였다. 설문 결과는 대응표본 t검정에서 유의성이 확보된 문항 간의 점수를 비교하였다. 아이트래킹 측정 결과는 Python 기반의 이미지 분석 알고리즘을 작성하여 주시패턴 간의 유사도 및 영역별 주시빈도에 관한 연산을 수행하였다. 분석 결과, 심리적·물리적 관찰반응 모두 대체적으로 정밀도가 상승할수록 실사와의 차이가 감소하는 것을 확인하였다. 단, 일부 항목들의 경우 4단계에서 오히려 유사도가 감소하였는데, 이는 관찰 장비와 관찰 순서에 의해 발생된 한계로 추정되었다. 또한 모든 단계에서 가로면에 대한 주시 빈도가 가장 높게 나타났다. 이는 차폐물과의 거리가 멀어 상대적으로 개방된 영역이나 동적인 구성요소들이 분포하는 영역이 상대적으로 관찰자의 이목을 끌게 되는 것으로 해석되었다. 따라서 3D모델링 작업 시 해당 영역에 속한 구성요소들을 표현하는 것에 주의를 기울일 필요가 있었다. 본 연구는 휴먼스케일이 반영된 보행자 시점에서 연속적인 경관 평가를 시도한 1차 연구에 해당된다. 또한 시지각적 자극에 대한 관찰자의 인지적 반응을 컴퓨터 비전을 통해 분석함으로써, 3D모델링 기법의 활용 가능성에 대하여 보다 정량적이고 실증적인 검토를 시도하였다는 측면에서 의의와 차별점을 지니고 있다. 하지만 본 연구에서는 더 이상의 정밀도 상승이 무의미해지는 구간을 포착하지는 못하였다. 이는 3D모델링의 정밀도가 단지 4단계만으로 분할되었기 때문에 각각의 단계 간의 차이가 크게 체감되었던 것으로 추정되므로, 향후 3D모델링의 정밀도를 보다 구체적이고 세부적으로 구분하기 위한 시도가 이루어진 후에 다시 검토될 필요성이 있다고 판단되었다. 후속연구에서 3D모델링 기법의 정밀도에 관하여 보다 심도깊은 논의를 이어나갈 경우, 3D모델링 작업에 소요되는 자원과 시간을 효율적으로 관리할 수 있을 것이며, 이를 바탕으로 높은 몰입감과 신뢰도를 지닌 메타버스 환경 혹은 시뮬레이션 환경을 조성하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

소조와의 비교를 통한 3D 컴퓨터 그래픽 모델링 과정연구 : ZBrush 프로그램을 중심으로

윤성욱 충북대학교 일반대학원 2016 국내석사

The usage of 3D modeling has great influence on medical, industrial and artistic areas, and the work through 3D modeling is being performed by many artists already. The development of work with 3D computer graphic already reached at high level, but it is still a beginning in a view point of its development. Though the 3D printer is being handled as a specialized equipment now, but the 3D printer will be popular in near future as the printer for paper was distributed quickly. Walking along with this development of the time, and preparing the future as specialists who deal in three-dimensional structure and form, the artists must use 3D modeling program and 3D printer as tools for modeling. The study on the program for the 3D modeling is inevitable for that, and to perform higher quality work conveniently, it is time that the methodical study on analog modeling and digital modeling is needed. This study was performed to recognize the necessity of 3D computer graphic modeling works and use it. This study examined using plan for efficient work by comparing and analyzing molding through direct work process and 3D computer graphic modeling. The 'Z brush‘ has highest completeness among all existing modeling programs, and it is most similar program to molding work in reality and has many things in common with molding work. But even if the working characteristic which is performed as digital work in monitor is clearly similar, but it has difference. In this point, this study has a purpose to understand similarity, difference, merit/demerit etc. between molding work and 3D computer graphic modeling to use as a method. The result of the study was confirmed as below. The 3D computer graphic modeling which has characteristic of decrease of working hour, unlimited correction and unlimited duplication due to various functions is very useful in simulation process to get big size output as a tool to get props or in molding work in which the correction of output is limited. The 3D computer graphic modeling which has strong point as a working process and the molding work which has strong point with output have clear characteristics and merit/demerit, so if we use them flexibly according to work kinds instead of focusing on one of these two, we could have efficient and fast work and produce high quality output. The technology of 3D related area is continuously being developed now as the time changes. The current 3D computer graphic's strong point is revealed only at the working process because of limited output technology. But the 3D printing technology which is under quick development while attracting attention of all areas will bring variety in producing output in near future, and it will solve demerit of producing output. The development possibility of this 3D area is currently not an expectation, but an on going fact. So the artists must accept and use high technology which current time brings to us instead of staying behind for better works in the position of an experts and pioneers, who deal in three-dimensional structure. This study has been performed in a hope to be a guide book for sculptures and artists, who are working with molding, to learn the necessity of 3D computer graphic modeling and the difference and merit/demerit between these two works and use them. If the demerit of producing output of the 3D computer graphic modeling is solved by development of 3D printer, the study to compare the difference between the outputs of 3D computer graphic modeling work and molding work will be carried out as following works.

강원도 태백시 동점동 일대의 지질구조 및 지질모델링

이승규 강원대학교 일반대학원 2018 국내석사

연구지역은 강원도 태백시 동점동과 경상북도 봉화군 석포면 일대이고, 연구지역의 지질은 전기 고생대의 조선누층군의 두위봉형에 해당된다. 캠브리아기의 장산층, 묘봉층, 풍촌층, 화절층과 오르도비스기의 동점층, 두무동층, 막동층으로 구성되어 있다. 이를 부정합으로 피복하고 있는 충적층으로 구성된다. 이중 산업에 사용되어지고 있는 고생대 캠브리아기에 해당하는 풍촌층은 태백산지구지하자원조사단에 의해 명명되어 있으며 암상에 따라 풍촌층 상부 석회암대, 풍촌층 하부 석회암대로 세분하였다. 연구지역의 지층 분포는 크게 동-서로 발달하는 백운산 향사대의 남쪽날개에 해당되며 동점단층과 이에 파생된 남-북 방향의 2개의 좌수향 주향이동단층과 북동-남서 방향의 드러스트에 의해서 규제되며 노두규모의 소습곡 등이 인지되고 있다. 이번 연구의 목적은 MOVE 2017 프로그램을 통한 연구지역내에 3D 지질학적 모델링을 수행함으로써 한 가지 지표를 세우고 시험, 정의하는 것이다. 이번 연구의 3D 지질 모델링은 두 단계로 진행하였다. 첫 번째는 연구지역의 DEM(digital elevation model)과 수치지형도 1/5,000 축척의 지질도 완성본을 결합해서 DEM 과 지질도의 합본인 2.5-D 지질학적 모델을 생성하였고 2.5-D 지질 모델은 전통방식의 2-D 지질도보다 지형적 요소와 지층의 선후 관계 및 지질구조를 이해하는 데 더욱 용이하다. 두 번째로 기존 야외지질조사 자료와 최신의 방식의 자료를 이용 하여 지하 및 지층의 지질구조를 보다 더 잘 형상화 되어있다는 점이다. 3D 모델링을 통해 지층 및 지질구조에 대해 보게 된다면, 2D 단면도 상에서 보는 것보다 이해가 쉽게 되고, 연구지역내에 동점단층과 그에 파생된 좌수향 주향이동단층과 습곡의 모습을 보는 것이 더욱 쉬워질 것이다. 이를 통해 연구지역내에 변형사를 알고 쉽게 이해하게 된다면, 산업에서 유용광물로 쓰이는 풍촌층 상부 고품위 석회암 개발이 정확하고 쉽게 될 것이 분명하다. 주요어 : 지질모델링, 3D모델링, 주향이동단층, 습곡, 변형사, 동점단층, 백운산향사대

무인항공기와 3D 모델링을 이용한 가설구조물의 기울기 측정에 관한 연구

곽상훈 충북대학교 2023 국내석사

본 연구의 목적은 무인항공기로 촬영한 2D 이미지를 Pix4D Mapper 프로그램을 활용하여 가설구조물 수직재의 기울기를 측정하는 것이다. 실험을 진행할 시험부지 선정 등 사전에 수행사항을 계획하고, 시험부지에 설치할 실험체의 조립도를 작성하였다. 작성한 조립도에 따라 실험체를 설치하고 실험체를 중심으로 3개소 이상의 GCP지점을 선정한 후 선정된 지점에 대한 측점을 토탈스테이션을 활용하여 측정하였다. 설치된 실험체의 수직재 기울기를 디지털 경사계를 이용하여 실제 기울기 값을 확인하고 사전에 수립된 계획 및 절차에 따라 비행경로 등을 준수하여 무인항공기를 이용, 실험체를 촬영하였다. 촬영된 결과물인 2D 이미지를 3D 모델링 소프트웨어를 이용하여 실험체의 모델링을 수행하면 측정하고자 하는 포인트에 좌표계(x,y,z)를 확인할 수 있고, 앞서 수행된 디지털 경사계에 의해 측정된 실측값과 동일 측점에 대한 좌표값의 비교를 통해 각 측점에 대한 오차를 분석하였다. 오차 범위는 원형의 가설재 경우 2D 이미지 획득 단계에서 측정점의 설치와 3D 모델링 단계에서 포인트 클라우드의 고밀도 실행으로 0.5°까지 분석되었다. 일반건축물 벽체의 경우는 오차범위 0.1° 이내 기울기 측정까지 가능한 것으로 분석되었다. 본 연구로 가설구조물은 물론 일반 구조물의 시공 및 유지관리 상태를 확인하기 위한 수직도 점검에 있어 일상적인 육안점검 방식이 아닌 수치해석이 가능한 제안된 방법이 활용될 것으로 판단된다. The purpose of this study is to measure the inclination of the vertical member of a temporary structure using the Pix4D Mapper program for 2D images taken by an unmanned aerial vehicle. Plans were planned in advance, such as selection of a test site to conduct the experiment, and an assembly drawing of the specimen to be installed at the test site was prepared. After installing the test object according to the prepared assembly drawing, selecting three or more GCP points centered on the test object, and measuring the measurement points for the selected points using a total station. The actual inclination value of the vertical member of the installed specimen was confirmed using a digital inclinometer, and the specimen was photographed using an unmanned aerial vehicle in compliance with the flight path, etc. according to the previously established plan and procedure. If the model of the specimen is performed using the 3D modeling software for the 2D image, which is the result of the filming, the coordinate system (x, y, z) can be checked at the point to be measured, and the measured value is the same as the previously measured value by the digital inclinometer. The error for each measurement point was analyzed by comparing the coordinate values ​​of the measurement points. In the case of circular temporary materials, the error range was analyzed to be around 0.5° by installing measurement points in the 2D image acquisition stage and high-density execution of the point cloud in the 3D modeling stage. In the case of general building walls, it was analyzed that it was possible to measure the inclination within the error range of 0.1°. In this study, it is found that the proposed method, which enables numerical analysis, rather than the routine visual inspection method, will be used for checking the verticality to check the construction and maintenance status of temporary structures as well as general structures.

드론과 3D 모델링을 활용한 흙막이가시설의 시공단계 기울기 변화 측정

채홍종 충북대학교 산업대학원 2025 국내석사

Recently, the construction industry has been increasingly using 4th industrial technology for construction and safety. Smart technologies such as drones, 3D modeling, and BIM can supplement existing maintenance methods and allow a small number of management personnel to supervise the site. Among all industries, the construction industry has the highest rate of accidental fatalities, and the rate of accidental fatalities due to temporary structures was found to be particularly high at approximately 48.1%. Retaining walls, which are among temporary structures, are mainly used to prevent soil during excavation work, and if they are not managed properly, they can lead to accidents such as collapse. It is believed that a method that can supplement the measurement management of retaining walls will be helpful in the safety management of retaining walls on site. In this study, a method for measuring the change in slope during the construction stage of retaining walls using drones and 3D modeling. A 2D image was taken using a drone, and the slope of the retaining wall was measured in a virtual space by implementing it as a 3D model using the Pix 4D Mapper program. In order to verify the accuracy of the slope measurement of the retaining wall using the proposed method, the slope values ​measured by the digital inclinometer and the design values ​of the retaining wall were compared and analyzed. Through comparison with the H-Pile plumbness standard 1/100 of the retaining wall construction specifications, it was analyzed that it can be used within the ±0.56/100 error range of the plumbness. Therefore, the proposed method is expected to help solve the difficulties such as the limited cost of the measurement management of the retaining wall and the large management area. 최근 건설업에 4차 산업기술을 활용하여 시공 및 안전 등에 적용하는 사례가 증가하는 것으로 나타났다. 드론, 3D 모델링, BIM 등의 스마트 기술은 기존의 유지관리 방법을 보완하고 소수의 관리인력으로도 현장을 감독할 수 있게 한다. 전체 산업 중에서 건설업은 가장 많은 사고사망자 비율을 차지하며, 특히 가설구조물에 기인하는 사고사망자 비율이 약 48.1%로 높은 것으로 나타났다. 가설구조물 중 하나인 흙막이 가시설은 주로 굴착 작업 시 토사를 막기 위해 사용되며 관리가 부족한 경우 붕괴 등의 사고로 이어진다. 흙막이 가시설 계측관리를 보완할 수 있는 방법은 현장의 흙막이 가시설 안전관리에 도움이 될 것으로 판단된다. 본 연구에서는 드론과 3D 모델링을 활용한 흙막이 가시설의 시공단계 기울기 변화 측정 방법을 제안한다. 드론을 활용하여 2D 이미지를 촬영하여 Pix 4D Mapper 프로그램을 이용해 3D 모델링로 구현하여 가상공간 속에서 흙막이 벽체의 기울기를 측정하였다. 제안한 방법을 활용한 흙막이 벽체의 기울기 측정 정밀도를 검증하기 위해 디지털 경사계로 계측한 기울기 값 및 흙막이 가시설 설계값과 비교 분석하였다. 측정 목표치로 설정한 가설흙막이 공사시 방서의 H-Pile 연직도 기준인 1/100 이내에 모두 충족하며 연직도 ±0.56/100 오차 범위 내에서 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 제안한 방법을 활용한 흙막이 가시설 계측관리는 가설흙막이 공사시방서의 연직도 기준을 충족하여 기존의 계측관리 방법과 함께 상호보완하여 흙막이 가시설의 안전관리에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다

창의성 신장을 위한 수학영재 교수.학습 자료 개발 : 3D 프린터를 활용하여

김슬기 한국교원대학교 대학원 2021 국내석사

본 연구는 제4차 산업혁명에 대비한 교육부의 제4차 영재교육진흥종합계획에서 제시한 정책 동향에 맞추어, 새로운 교육 도구를 활용하여 정규 교육과정에서 경험하지 못하는 창의‧탐구 경험을 통해 영재들의 창의성을 신장할 수 있는 수학영재 교수‧학습 자료를 개발하고자 하였다. 4차 산업혁명과 함께 주요하게 떠오른 키워드 중 하나인 3D 모델링과 3D 프린팅의 산업 육성을 위해 교육, 산업 분야에서 정부 차원의 노력이 이루어지고 있다. 하지만 3D 프린팅 기반의 제조 혁신 열풍이 일어나고 있음에도 그 변화에 대응하기 위한 교육에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 3D 모델링과 3D 프린터를 활용한 교수‧학습 자료를 개발하였으며 이를 적용한 실제 사례를 통해 학습자들의 창의성 신장 가능성을 분석하고자 연구문제를 다음과 같이 설정하였다. 첫째, 3D 모델링과 3D 프린터를 활용한 수학 영재 교수‧학습 자료를 어떻게 설계할 수 있는가? 둘째, 본 연구에서 개발한 수학 영재 교수‧학습 자료의 적용 과정에서 창의성을 발현시킬 수 있는 요소는 무엇인가? 이를 위하여 먼저 수학교육에 기술공학적 도구를 도입하였을 때의 긍정적인 효과를 고찰하였고 3D 프린팅 활용의 교육적 의미와 잠재력을 알아보며 3D 프린팅 활용 수업에 관한 선행 연구를 살펴보았다. 체계적인 교수‧학습 자료의 구성을 위해 국가 영재교육 프로그램 기준을 알아보고, 수학 영재를 위한 효율적인 교수‧학습 자료의 개발을 위해 고려해야 할 사항과 영재 수업을 위한 교수‧학습 모형을 연구하였다. 우리나라 영재교육에서 가장 많이 활용하는 모형인Renzulli의 심화학습 3단계 모형을 바탕으로 3D 모델링을 이용해 레이싱 카트를 디자인하고 출력물을 살펴보는 12차시 분량의 교수‧학습 자료를 개발하고, 전문가 집단의 점검을 받아 수정하였다. 두 번째 연구문제의 해결을 위해 창의성의 정의와 그 요소를 알아보았고, 창의성 신장을 위한 수업전략을 살펴보았다. 그리고 전문가 집단의 점검을 거친 교수‧학습 자료를 H대학교 영재원 사사활동에 참여하는 중학교 학생 3명에게 적용하였다. 교수‧학습 자료에서 창의성을 신장시키기 의한 전략이 적용되어있는지 확인하고, 수업 과정에서 학생들이 창의성을 발현한 순간을 구체적으로 분석하였다. 수업 진행 후 연구자가 느낀 개선점과 학생 활동 자료를 바탕으로 교수‧학습 자료를 수정해 후에 수업 현장에 적용할 때의 어려움을 줄이고자 하였다. 본 연구에서 3D 모델링과 3D 프린터를 활용한 수학 영재 교수‧학습 자료를 개발하고 적용하여 수업 과정에서 학생들에게 나타나는 특성을 분석해본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 3D 모델링과 3D 프린터를 활용한 교수‧학습 자료는 수학영재를 위한 수업 자료로 활용될 수 있다. 본 연구에서 개발한 교수‧학습 자료는 속진이 아닌 심화학습으로서 수학 영재교육 현장에서 활용될 수 있다. 수업 과정에서 별도의 선행학습 없이 중학교 도형의 기본 내용인 점, 선, 면의 위치 관계, 3차원 좌표평면의 이해, 도형의 이동, 부피의 비 등을 자연스럽게 학습할 수 있었다. 둘째, 3D 모델링과 3D 프린터를 활용한 수업을 통해 학습자에게 창의성 발현의 기회를 제공할 수 있다. 본 연구에 참여한 수학 영재 학생들은 카트를 설계하며 고려해야 할 점을 이야기할 때 다양한 측면에서 생각하는 연습을 할 수 있었고, 각자의 취향에 맞는 카트를 설계하는 과정에서 독창적인 아이디어를 내고자 노력하였다. 아이디어를 정교하게 설명하였으며 그 과정에서 3D 모델링과 3D 프린터는 상상과 현실을 연결해주는 매개체로서 세부적이고 구체적인 아이디어를 낼 수 있도록 유도하였다. 셋째, 3D 모델링을 이용하여 학생들이 디자인한 모델을 3D 프린터로 출력한 결과물까지 수업에 활용함으로써 학생들의 동기를 유발하고 수학과 3D 산업에 대한 흥미를 높일 수 있다. 실생활 소재를 이용해 수학이 다루어지는 분야가 광범위함을 알고 관심을 넓혔다. 디자인의 결과물을 이용한 활동을 통해 반성적 사고와 확장적 사고를 촉진하며, 학생들이 수업 과정에서 가지게 된 동기와 흥미를 앞으로의 수학 학습과 3D 프린터 산업 분야로 이어갈 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 3D 모델링과 3D 프린터를 활용한 창의성 신장 교육이 활성화되기 위한 후속 연구를 제안하고자 한다. 첫째, 본 연구에서 개발한 교수‧학습 자료의 효과를 더 정밀하게 점검하고 일반화하기 위해서는 더 많은 학생을 대상으로 한 연구를 진행해야 한다. 둘째, 본 연구에서 개발한 교수‧학습 자료의 소재로 쓰인 카트 설계는 수학적 지식만을 이용하여 해결할 수 있도록 구성한 작업이었다. 조건을 추가하고 정교화함으로써 기술, 과학, 미술과의 융합과제로 발전할 수 있을 것이다.

인공지능 기반 2D-3D 변환 도구의 성능 분석 및 파이프라인 개선 방안 연구

윤영준 가톨릭대학교 대학원 2025 국내석사

This study aims to enhance the efficiency of traditional production pipelines by utilizing artificial intelligence-based 2D-to-3D conversion tools (TRIPO, RODIN, Meshy, 3D AI STUDIO, and Artefacts), focusing on reducing production time and addressing potential issues arising during the conversion process. 3D modeling technology has become a core component across various industries such as gaming, animation, film, and VR/AR. 3D graphics technology has extended its application beyond conventional use cases to industries integrating real-world elements, such as NVIDIA’s Omniverse, highlighting its growing importance. However, traditional production pipelines face significant challenges, such as the substantial time and skilled labor needed for modeling and texturing, along with inefficiencies stemming from repetitive tasks. This study selected five state-of-the-art AI-based 2D-to-3D conversion tools and analyzed their accessibility, efficiency, and functional differences. The evaluation primarily examined topology, material reproduction quality, and processing speed to assess and compare the overall quality of the outputs. Furthermore, these tools were utilized in a previous digital artifact restoration project for museums, showcasing substantial reductions in production time and improved efficiency when compared to traditional methods. Through this, the study empirically validated the feasibility of integrating these conversion tools into existing production pipelines and provided solutions to address encountered challenges. Despite the advancements, achieving final digital content still required post-production quality adjustments, such as improving material quality and optimizing topology. Notably, the study identified the need for human intervention to address issues such as diffuse distortion and imbalanced topology structures introduced by the conversion tools. Nevertheless, a hybrid approach combining AI-based conversion tools with manual quality adjustments proved to maximize efficiency in the 3D modeling production process and demonstrated applicability across various industries utilizing 3D graphics. Future research will focus on exploring the collaborative potential between AI tools and human operators, with an emphasis on developing practical pipelines that can be applied across real-world industries, irrespective of the reference type. Additionally, the study will further refine the optimized utilization of AI tools and advance collaborative methodologies with human operators based on practical case studies across diverse industrial fields. Through these efforts, this research seeks to continuously investigate the broader efficiencies that AI tools can bring to digital content production pipelines. 본 연구는 인공지능 기반 2D-3D 변환 도구(TRIPO, RODIN, Meshy, 3D AI STUDIO, Artefacts)를 활용하여 기존 제작 파이프라인의 효율성을 개선하고, 제작 시간 단축 및 변환 과정에서 발생하는 문제점의 해결 가능성을 검토하는 데 목적을 두었다. 3D 모델링 기술은 게임, 애니메이션, 영화, VR/AR과 같은 다양한 산업에서 핵심 요소로 자리 잡고 있다. 특히 COVID-19 이후 3D 그래픽 기술은 기존의 활용 범위를 넘어 NVIDIA의 Omniverse와 같이 현실세계와의 융합을 목표로 각종 산업에도 도입되면서 중요성이 부각되고 있다. 그러나 기존의 제작 파이프라인은 모델링 및 텍스처 작업에 많은 시간과 숙련된 인적 자원을 요구하며, 반복적인 작업으로 인해 효율성이 떨어진다는 한계를 지닌다. 본 연구에서는 2024년 기준으로 성능과 평가가 뛰어난 5개의 인공지능 기반 2D-3D 변환 도구를 선정하여 접근성, 효율성, 기능적 차이를 분석하였다. 이를 통해 변환 도구가 실제 산업에서 활용 가능한지를 평가하였으며, 분석 기준으로 토폴로지, 머터리얼의 재현도, 처리 속도를 중점으로 결과물의 수준을 비교하였다. 아울러 과거에 진행했던 박물관 디지털 유물 복원 프로젝트를 대상으로 해당 변환 도구를 활용하여 기존 방식과의 제작 시간 단축 효과 및 효율성 증대 여부를 실증적으로 검증하였다. 동시에, 발생한 문제점에 대한 해결 방안을 제시함으로써 기존 제작 파이프라인에 도입하여 실제로 개선이 가능할 수 있다는 점을 입증하였다. 그러나 최종 디지털 콘텐츠로 활용하기 위해서는 여전히 머터리얼 품질 개선 및 토폴로지 최적화와 같은 품질 조정 작업이 필요하였으며, 특히 변환 도구 사용 시 발생하는 Diffuse의 왜곡 및 토폴로지 구조의 불균형 문제를 해결하기 위해 작업자의 조정 작업이 필요함을 확인했다. 그럼에도, 인공지능 변환 도구와 작업자의 품질 조정 작업의 혼합적 접근법은 3D 모델링 제작 과정에서 효율성을 극대화할 수 있으며, 3D 그래픽을 활용하는 다양한 산업에서 적용할 수 있다고 평가하였다. 향후 연구에서는 인공지능 도구와 작업자의 다양한 협업 가능성을 확인하고 레퍼런스의 형태와 관계없이 실제 산업에서 활용이 가능한 구체적인 파이프라인 개발에 목표를 둔다. 또한, 다양한 산업 분야에서 실제 적용 사례를 기반으로 인공지능 도구의 최적화된 활용 방안을 구체화하고 작업자와의 협업 방식을 더욱 발전시킬 것이다. 이러한 연구를 통해 디지털 콘텐츠 제작 파이프라인에서 인공지능 도구가 가져올 수 있는 더 큰 효율성을 지속적으로 탐구하고자 한다.

창의적 문제해결력 향상을 위한 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램 개발

전지현 청주교육대학교 교육대학원 2017 국내석사

변화하는 미래 사회에 대비하기 위해 최근 교육부는 창의인재 양성을 위한 다양한 교육 개혁을 추진하고 있다. 로봇이 대체할 수 있는 단순 기능 위주에서 한 단계 나아가 새로운 가치를 창출할 수 있는 창의성이나 문제해결력을 키워주는 교육이 이루어져야 한다. TV나 SNS 등 다양한 대중매체를 통해 인포그래픽에 대한 이용도가 높아졌고, 3D프린터의 상용화로 이전보다 쉽게 3D프린팅을 경험할 수 있다. 또한 다양한 연구를 통해 인포그래픽과 3D프린팅은 학습에 효과적이며, 창의적 문제해결력 향상에 도움을 준다고 증명되어 왔다. 하지만 전문가의 영역이라는 선입견과 비싼 장비 가격이라는 현실 장벽에 가로막혀 쉽게 교육현장에 적용할 수 없는 것이 현실이다. 본 연구에서는 초등학생도 쉽게 접할 수 있는 PowerPoint와 SketchUp을 활용한 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램을 제시하고, 초등학교 6학년 학생을 대상으로 18차시의 STEAM 프로그램을 개발 및 적용하였다. 그리고 이 프로그램을 통해 창의적 문제해결력이 얼마나 향상되었는지 검증하기 위해 개발한 프로그램을 적용한 실험집단과 전통적인 교과 수업을 적용한 비교집단을 대상으로 창의적 문제 해결력 검사를 실시하였고, 그 결과를 비교, 분석하였다. 본 연구의 결과 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램을 적용한 실험집단의 경우 비교집단에 비해 학습에 대한 관심도와 만족도가 높았으며, 학생들의 창의적 문제해결력이 크게 향상 되었다. 특히 창의적 문제해결력의 하위 요소 중 비판적·논리적 사고와 동기적 요소에서 유의하게 더 큰 향상을 보였다. 향후 연구 과제로는 인포그래픽과 3D모델링을 활용한 STEAM 프로그램을 여러 주제로 개발하여 다양한 대상들이 경험할 수 있도록 확대 적용하는 것이 필요하다. 또한, 교사 대상의 인포그래픽과 3D프린팅 연수 및 교육계 각층의 수업 자료 및 노하우 공유를 위한 네트워크 구축이 뒷받침된다면 교육현장에서 학습자의 창의적 문제해결력이 더욱 효과적으로 향상될 것이다.

멀티 비주얼을 위한 모델링(매핑) 기술 : 르네 마그리트의 데페이즈망을 살펴보고

노유수 동서대학교 일반대학원 2022 국내석사

과거 3D 게임 모델링 기술과 현재의 기술을 비교했을 때 기술 발전이 비약적인 성장을 이뤘다는 생각을 지울 수 없다. 픽셀이 현저하게 보이던 과거의 게임과 달리 일반인들도 활용할 수 있는 보급형 엔진들이 나오고 피비알(PBR) 기술에 이르기까지 게임과 관련된 기술의 발전은 그리 오랜 시간이 걸리지 않았다. brandessenceresearch에서 분석한 디지털 콘텐츠 시장 규모 및 예측 (brandessenceresearch, https://brandessenceresearch.com) 을 살펴보면 산업의 발전 정도를 짐작할 수 있고 이 데이터만으로도 3D 그래픽 시장의 잠재력은 무궁무진하다는 것을 알 수 있다. 본 논문에서는 앞으로의 메타버스 시대를 대비한 올바른 준비를 하기 위해 멀티 비주얼 모델링을 정의하고 비주얼 모델링(매핑)의 종류와 표현 방식, 제작 공정을 돌아보면서 아방가르드를 시작으로 초현실주의에서 발발한 르네 마그리트의 데페이즈망의 특성을 분석한다. 그리고 그 특성과 함께 3D 모델링(매핑) 기술의 반복적 모방을 이용한 재현의 단계를 통해 앞으로의 시대에 발맞추어 우리가 어떤 준비를 해야 하는지를 정의하였다.

Waterfront알고리즘을 활용한 2D 이미지의 3D 모델링 변환방법에 대한 연구

최태준 부산외국어대학교 대학원 2016 국내박사

In this modern society, the spread of smart devices with the development of IT technology increases the demands for 3D contents in various areas such as in game, advertising, exhibition contents, etc., those which are usually 2D image based contents. The 3D contents are not only the representation of information but they enhance value added products and productivity in various industries and services such as in health care, education, architecture, etc. This is called 3D fusion industry, and as it is selected as the next generation strategic industries, many countries are trying to develop technologies using 3D contents to preempt the global markets. But 3D fusion industry is one of the high level entry barrier industries requiring professional and technical experts and expensive equipment. Therefore, there exists a demand for new method to quickly and easily create 3D models for the public. The design and implementation of 3D models are one of the professional areas. Normally, people have difficulties in making 3D models. This dissertation is about 3D model generation algorithm which can easily convert a 2D image into 3D model. The traditional methods and technology for 3D conversion especially from 2D images are surveyed. The traditional ways of getting 3D model data, such as 3D scanner, Stereo Images, Shape Form Shading(SFS) and 3D Modeling Tool are discussed. The converting technology is for converting conventional contents into 3D contents by using specially designed software or by manual labor. There are three kinds of converting technologies: real time automatic converting, partially manual works and full manual works. The converting technologies still need to be improved in areas of views of quality, work hours, costs, and errors. In this dissertation, the 2D image drawn by an user is processed to separate the foreground image and background image, where only the foreground image is used for 3D modeling data. The first step is segmentation process where the foreground image area is extracted from the background image. The edge detection operation is employed as the segmentation process with Waterfront algorithm. There are many edge detection operations in image processing area, but the Canny Edge detection operation is used in this study because of its fast and correct edge detection nature. If, for example, Waterfront algorithm considers background image as an ocean, then foreground image is considered as an island, in which its algorithm detects border lines between the ocean and an island. The algorithm assumes that waters run only horizontally and vertically. The first path where waters start from upper conner left and run horizontly right into edges to stop, and the process also applied to vertical down ways. The ways where waters run are labeled as background area. In the second path, waters start to run from bottom conner right and run horizontally left into edges and vertical up ways with labeling as background. Those two paths are called one cycle and the algorithm cycles until there are no more space to run. Most backgrounds can easily be separated through one cycle, but foreground and background areas are more accurately separated when there are more cycles The foreground area can be composed of many labels. Each label area is used as to make a 3D model independently. The overall 3D models are combination of all separated The 3D models are composed of vertices and faces and one face uses 3 vertices. The 3D models form triangles using 3 vertices. The same number of vertices is distributed on the foreground area as the same horizontal image plane. As the number of vertices on a horizontal image plane increases, the 3D models become fine resolution models. In this dissertation, the right hand coordinate system is employed where horizontal lines on an image plane are used as the ways where vertices are located. Two closing face on the top and bottom are obtained with adding extra vertices at the center of the distributed vertices on the top and bottom. The x and y values on the 3D model local coordinate are determined by the position on the image plane and the z-values are calculated by using the relative position on the horizontal image lines. The z-value depends on each application. In this dissertation, this 3D conversion algorithm is tested on the fish images and human face images. The drawing fish images on a paper or a screen and the photo images of human face are used as the input source images. The color images are converted into gray images to operate edge detection and Waterfront algorithm. The vertices distributed on the images planes are positioned with symmetric ways for initial calculation. The initial vertices are relocated for each application differently for better appearance and the original texture image is applied on the corresponding 3D model faces. The human head model is not symmetric for front face and rear part of head, but the fish 3D models are symmetric between front and reverse side. That is why the initial vertices are needed to be relocated. The vertices can also be relocated by time based Sine function for fish animation application case. The model can be moved with S character shape animation. As an experiment for usefulness of this algorithm, the 3D fish models made by using this proposed algorithm are animated on the large scale display where multiple users can share their 3D models swimming on the screen. The algorithm can be implemented by using Javascript for the web browsers or any dedicated native codes for each platform or server based program languages. The animation program for large scale display can get 3D model data from database server. The algorithm is tested and evaluated on Windows7(64-bit) operating system, Intel(R) Core(TM) i7-2600 CPU, Main Memory 6.0GB. The 3D animation program is implemented by using Unity 5.0.1f1(64-bit) Editor where manual drawing 3D models by using