Rhino는 얼마나 정확한가?

많은 자유 형상 모델러(free‑form modeler)는 제조 또는 공학적 해석에 사용할 정도로 정확하지 않습니다. Rhino가 자유 형상 모델러이기 때문에 많은 분들이 Rhino도 마찬가지로 정확하지 않을 것이라고 생각합니다.

실제로 Rhino는 많은 CAD 소프트웨어만큼 또는 그 이상으로 정확합니다.

자세한 내용은 다음과 같습니다.

컴퓨터에 3D 모델이 저장되는 방식에는 2 가지 일반적인 방식이 있습니다:

  1. 첫 번째 방식은, 일반적인 렌더링, 애니메이션, 컨셉트 디자인에 사용되는 메쉬 (face 또는 면이라고도 함)사용하는 것입니다. 메쉬 모델러는 구, 상자, 스플라인, NURBS까지 만들 정도로 고도의 정밀도를 갖추고 있다고 많이들 생각하지만, 실제로는 모든 것을 결국 메쉬로 변환합니다. 메쉬는 그저 평평한 삼각형의 집합이므로, 본질적으로는 정확하지 않습니다. 휘어진 서피스도 메쉬 모델러에서는 평평한 삼각형을 사용하여 표현합니다. 이것은 대부분의 렌더링, 애니메이션, 게임에서는 문제가 없으나, 제품 제조용 디자인에는 좋은 방법이 아닙니다. 많은 제조 과정에서는 메쉬가 실제로 사용되지만, 제조에 필요한 정밀도에 맞춰 제조 애플리케이션에서 메쉬 밀도가 제어되어야 합니다. Rhino는 모델링에 메쉬를 사용하지 않지만, 파일 내보내기 및 렌더링을 실행할 때 원하는 밀도로 설정하여 NURBS를 메쉬로 변환할 수 있습니다.

  2. 두 번째 방식은 NURBS입니다. Rhino를 비롯한 대부분의 CAD, CAM, CAE, CAID 모델러는 자유 형상을 NURBS로 나타냅니다. NURBS를 충실하게 구현한 제품이라면, 높은 정밀도를 요구하는 제품 제조 공정에 적합한 자유 형상을 정확하게 표현하였을 가능성이 높습니다. 애플리케이션의 주요 초점이 자유 형상이 아닌 기계 설계라면, 정확한 NURBS를 구현해야 하는 자유 형상 모델링에는 적합하지 않은 수준일 수 있습니다. 현재 인기 있는 중간 레벨 피처 기반 파라메트릭 모델러가 바로 그 전형적인 예입니다.

Rhino는 자유 형상 NURBS 모델링에 초점을 두고 있으므로, NURBS 구현은 지금 현재 시중에 나와 있는 소프트웨어 중 가장 뛰어난 제품 중 하나입니다. 다음은 모델러가 제조 과정에 적합한 정밀도를 갖추었는지 판단하실 때 고려해야 하는 주요 사항입니다.

  • 위치. 대부분의 CAD 제품처럼 Rhino도 배정밀도 부동 소수점으로 위치를 나타냅니다. 어느 한 점의 x, y, z 좌표 범위가 크게는 ±10308에서 작게는 ±10-308범위의 값을 가질 수 있음을 뜻합니다. 현재 컴퓨터 기술의 한계로 인하여 계산은 ±1020 에서 ±10-20까지의 범위로 유효 자릿수 15까지 정확합니다. 이 한계는 현재 모든 CAD 제품에서 발견됩니다.

    오래된 CAD제품은 원래 현재 정도로 정밀하지 않은 컴퓨터에서 실행되도록 개발되었기 때문에 보다 많은 제약이 있습니다. 예를 들어, 많은 CAD 모델러는 원점에 중심이 있는 1000x1000x1000 미터 크기의 직육면체 범위로 제한된 지오메트리를 계산하도록 설계되었습니다. Rhino에는 오래된 제품에서나 볼 수 있는 제한이 전혀 없습니다.

  • 교차. Rhino에는 2개의 자유 형상 서피스가 교차할 때 교차 커브가 지정된 정밀도로 계산됩니다. Rhino의 기본 정밀도(허용오차)는 1/100 밀리미터입니다. 많은 CAD 시스템은 재정의할 수 없는, 기본 탑재된 허용오차를 사용합니다.

    다른 모델러가 자유 형상 서피스의 교차, 자유 형상 필릿 생성, 자유 형상 서피스의 간격 띄우기로 만드는 지오메트리를 주의 깊게 살펴 보면, 그 자유 형상 지오메트리는 정밀도가 10-8(단위가 미터임을 명시하지 않고)이라고 선전하지만 실제로는 10-2와 10-4 미터 사이의 정밀도로 계산되는 것을 알 수 있습니다.

  • 연속성 (심에 걸쳐 곡률 변경이 일치함.) 대부분의 CAD 제품에는 안목 있는 디자이너에게 필요한 곡률을 일치시키는 기능이 없습니다. 제조 과정에 에어포일, 하이드로포일, 렌즈, 반사면과 같은 매끄러운 자유 형상 서피스가 필요하다면 Rhino 또는 CATIA, Alias 등의 첨단 서피스 모델링 제품에만 탑재되어 있는 이러한 기능이 반드시 필요합니다.

기타 고려 사항:

  • 단위. Rhino에서는 단위를 지정할 수 있습니다. 단위를 변경하면 변경된 단위로 모든 계산이 실행됩니다. 많은 CAD 제품에서 단위는 표시 속성에 불과합니다. 밀리미터로 지정했더라도 모든 계산은 미터로 실행됩니다. 그저 소숫점 자리를 옮기면 되니 문제될 리 없다고 생각하시겠죠. 아닙니다! 계속 읽어 보세요.

  • 단위 변경. 단위 변경 또는 단위 변환은 CAD/CAM에서 가장 간과하기 쉬운 정밀도 문제 중 하나입니다. 우리 중 대부분은 야드 파운드법에서 미터법으로 변환할 때 부정확할 수 있다고 생각하지만, 밀리미터에서 센티미터로 변환하는 것은 문제가 아니라고 생각합니다. 왜 그럴까요? 이것은 우리가 십진법으로 생각하기 때문입니다. 하지만 생각해 보세요. 컴퓨터는 십진법이 아니라 이진법을 사용합니다. 이것은 1개 또는 여러 부동소수점의 곱셈과 나눗셈이 밀리미터에서 센티미터로 변환할 때도 필요하다는 것을 의미합니다. 밀리미터에서 센티미터로 변환할 때 발생하는 부정확함은 밀리미터에서 인치로 변환할 때 발생하는 부정확함과 같은 문제입니다.

요약하자면, Rhino는 최소한 오늘날 시중에 나와 있는 다른 CAD 제품만큼 정확합니다. 또한 Rhino에는 대부분의 CAD 제품에는 없는, 연속성을 제어하고 계산하기 위해 정밀도와 단위, 도구를 설정하는 기능이 있습니다.