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3D 모델링: 정육면체에서 출력물까지

3D 모델은 컴퓨터 안에 점(꼭짓점)으로 저장된 모양이에요. 점들이 모서리로 이어지고, 모서리로 둘러싸인 납작한 면이 모여 메시가 됩니다. 먼저 단순한 도형(기본 도형)에서 시작해 옮기고, 돌리고, 크기를 바꾸고, 면을 밖으로 끌어내요(돌출). 그다음 재질과 조명을 더하면 컴퓨터가 그림을 그려 주는데, 이것이 렌더링이에요. 같은 모델을 얇은 층으로 잘라 3D 프린터로 만들 수도 있고, 게임, 영화, VR, 제품 디자인에도 쓸 수 있어요.

🎬 단계별 이야기

  1. 모든 3D 모델은 점으로 만들어져요. 이 정육면체에는 꼭짓점 8개(빨간 점)가 있고, 모서리 12개로 이어져 납작한 면 6개를 이뤄요.
  2. 변환: 정육면체를 x 방향으로 옮기고, 45° 돌리고, 1.3배로 키워요. 모양은 그대로이고 위치, 방향, 크기만 바뀌어요.
  3. 돌출: 면 하나를 밖으로 끌어내요. 정육면체에서 새 부분이 자라 나와요. 이렇게 상자에서 시작해 만드는 방법을 박스 모델링이라고 해요.
  4. 렌더링: 모양을 매끄럽게 하고, 재질을 입히고, 빛을 하나 놓아요. 컴퓨터가 색과 그림자를 계산해서 그림을 그려요.
  5. 3D 프린트: 프로그램이 모델을 얇은 층으로 잘라요. 프린터의 노즐이 한 층을 깔고, 그 위에 다음 층을 올려요. 아래에서 위로 쌓아 가요.
  6. 이제 직접 해 보세요. 돌출 슬라이더를 당기고, 모양을 매끄럽게 하고, 출력 층의 수를 바꿔 보세요.

팁: 3D 화면을 드래그하면 돌아가요. 두 손가락으로 확대할 수 있어요.

🤔 헷갈리는 점, 한 번에 해결

3D 모델은 그림인가요?

아니에요. 점, 모서리, 면을 숫자로 저장한 것이에요. 그림은 나중에 렌더링으로 만들어져요.

회전하면 모양이 바뀌나요?

아니에요. 이동, 회전, 크기 조절은 위치, 방향, 크기를 바꿀 뿐 모양 자체를 바꾸지 않아요.

돌출과 크기 조절은 무엇이 다른가요?

돌출은 새 면과 꼭짓점을 더해요. 크기 조절은 이미 있는 것을 늘이거나 줄일 뿐이에요.

면이 납작한데 매끄러운 구는 왜 둥글어 보이나요?

작고 납작한 면이 아주 많기 때문이에요. 면이 많을수록 더 둥글어 보여요.

프린터는 왜 그렇게 많은 층이 필요한가요?

한 층이 아주 얇아서(약 0.2 mm) 많은 층이 쌓여야 전체 높이가 되기 때문이에요.

3D 모델이란?

3D 모델은 세 방향, 즉 가로(x), 높이(y), 깊이(z)로 모양을 나타낸 것이에요. 컴퓨터는 이것을 숫자로 저장해요.

정육면체는 꼭짓점 8개, 모서리 12개, 면 6개예요. 구멍이 없는 단순한 닫힌 입체는 V − E + F = 2가 성립해요(오일러의 법칙). 확인해 봐요: 8 − 12 + 6 = 2.

3D 모델링의 종류

모델 만들기: 기본 도형, 변환, 돌출

대부분의 모델은 기본 도형(프리미티브)에서 시작해요. 정육면체, 구, 원기둥, 원뿔, 평면이 있어요.

변환

박스 모델링

상자 하나로 시작해서 이렇게 해요.

  1. 면 하나를 돌출(extrude)해요. 밖으로 끌어내서 팔이나 손잡이 같은 새 부분을 만들어요.
  2. 인셋/루프 컷: 자세히 표현하고 싶은 곳에 모서리를 더 넣어요.
  3. 서브디바이드/스무스: 면을 더 작게 쪼개서 모양이 더 둥글어 보이게 해요.

CAD에서는 정확한 크기로 2D 스케치를 그린 다음, 돌출하거나 회전시켜서 입체로 만드는 경우가 많아요. 다른 도구도 있어요. 불리언(두 도형을 합치거나, 빼거나, 겹친 부분만 남기기), 필렛(모서리를 둥글게), 미러(반대쪽에 복사)예요.

목업과 시제품

디자이너는 먼저 종이나 스펀지로 만든 간단한 목업으로 아이디어를 확인하고, 그다음 3D 모델을 만들고, 마지막으로 출력한 시제품으로 크기와 맞는지를 시험해요.

재질, 조명, 카메라, 렌더링

메시만 있으면 그냥 회색 덩어리예요. 그림으로 만들려면 이런 것들을 더해요.

렌더링은 컴퓨터가 이 모든 것으로 픽셀 하나하나의 색을 계산하는 일이에요. 게임은 실시간으로 렌더링해서 1초에 약 60장을 그려요. 영화는 더 느리지만 훨씬 사실적으로 렌더링하는데, 한 장면에 몇 분이 걸리기도 해요. 모델에 움직임을 주거나 VR, AR로 보여 줄 수도 있어요.

3D 프린팅(적층 제조)

적층은 재료를 한 층씩 더해서 만드는 것을 뜻해요. (선반처럼 재료를 깎아 내는 방식은 절삭이라고 해요.)

  1. 모델을 설계하고 파일로 내보내요(보통 STL이나 3MF 파일).
  2. 슬라이서 프로그램이 모델을 얇은 가로 층으로 자르고 노즐이 움직일 경로를 짜요.
  3. 프린터는 아래에서 위로 쌓아요. FDM 방식에서는 뜨거운 노즐이 플라스틱 필라멘트(PLA 같은 것)를 녹여서 한 층씩 그려요.

층 높이는 보통 0.1~0.3 mm예요. 층이 얇을수록 표면이 매끄럽지만 시간이 더 걸려요. 층의 수 = 높이 ÷ 층 높이예요. 높이 24 mm인 모델을 층 높이 0.2 mm로 출력하면 24 ÷ 0.2 = 120층이 필요해요.

튀어나온 부분에는 서포트가 필요해요. 인필(예를 들어 20%)은 속을 가벼운 무늬로 채워서 플라스틱을 아끼는 방법이에요. 쓰임새는 시제품, 교체 부품, 의료용 모형, 의수, 콘크리트로 짓는 집까지 다양해요.

핵심 공식과 정의

풀이 예제

1. 정육면체의 면 하나를 돌출했어요. 이제 꼭짓점, 모서리, 면은 각각 몇 개일까요? 오일러의 법칙으로 확인해 보세요.

면 하나를 돌출하면 꼭짓점 4개, 모서리 8개, 면 4개가 늘어나요. V = 12, E = 20, F = 10이에요. 확인: 12 − 20 + 10 = 2 ✓.

2. 높이 4 cm인 상자의 크기를 1.5배로 키웠어요. 지금 높이는 얼마일까요?

크기 조절은 모든 길이에 곱해져요. 4 × 1.5 = 6 cm.

3. 높이 30 mm인 모델을 층 높이 0.2 mm로 출력해요. 층은 몇 개일까요? 한 층에 20초가 걸리면 모두 몇 분일까요?

층의 수 = 30 ÷ 0.2 = 150. 시간 = 150 × 20 = 3000초 = 50분.

4. 머그컵을 만들려고 해요. 박스 모델링에서 어떤 작업을 쓸까요?

원기둥으로 시작해요. 윗면을 인셋하고 아래로 돌출해서 속을 파내요. 옆면에 작은 상자를 돌출해서 손잡이를 만들고, 마지막으로 서브디바이드/스무스를 해요.

자주 하는 실수

연습 퀴즈

1. 정육면체의 꼭짓점은 몇 개일까요?
2. 면을 밖으로 끌어내서 새 부분을 만드는 것을 무엇이라고 할까요?
3. 최종 이미지를 계산하는 과정은 무엇일까요?
4. 3D 프린팅은 다른 말로 무엇이라고 할까요?
5. 출력을 위해 모델을 층으로 자르는 프로그램은 무엇일까요?

연습: 직접 풀어 보세요

답을 입력하거나 고른 뒤 확인을 누르세요. 막히면 힌트를 보세요. 풀이는 답을 낸 뒤에 나타나요.

자주 묻는 질문

3D 모델링에는 어떤 프로그램을 쓰나요?

무료와 유료 도구가 많아요. Blender와 Tinkercad(무료), FreeCAD, Fusion 360, SketchUp 등이 있어요. 이 수업의 개념은 어느 도구에서나 똑같이 통해요.

초보자에게 3D 모델링은 어려운가요?

아니에요. 기본 도형, 이동·회전·크기 조절, 돌출부터 시작해 보세요. 실제 물건의 대부분은 상자와 원기둥으로 만들 수 있어요.

3D 프린팅에는 어떤 파일 형식을 쓰나요?

STL이 가장 흔하고, 3MF와 OBJ도 써요. 슬라이서가 이것을 프린터가 읽는 명령(G-code)으로 바꿔 줘요.

배우는 곳

Spain1º BachilleratoCAD systems
Spain1º BachilleratoDigital design tools
Ukraine9 класDigital creativity
Ukraine10 класElective: 3D modelling (35 h)
Ukraine11 класElective: 3D modelling (35 h)
FrancePremièreDigital tools and languages
Russia7 класс3D modelling, prototyping, mock-ups
Russia8 класс3D modelling and prototyping
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China高三Sel.11 Product 3D design and manufacture (creation)
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