제품 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 11.0 (1)   ■ 김성철 디지테크 기술지원팀의 이사로 Creo 전 제품의 기술지원 및 교육을 담당하고 있다. 홈페이지 | www.digiteki.com   PTC는 사용자가 작업을 더욱 쉽고 빠르게 완료할 수 있도록 사용자 요구 사항을 반영하여 매년 크레오의 새 릴리스를 출시하고 있다. 지난 4월 출시된 크레오 파라메트릭 11.0(Creo Parametric 11.0)은 설계 엔지니어가 자주 사용하는 사용성 및 생산성 기능을 포함하여 CAD 모델 관리/조작/이해용 도구를 개선하고 전자화, 복합소재, 모델 기반 정의(MBD), 시뮬레이션 기반 설계, 제조 기능 등 다양한 부분의 기능이 향상되었다. 이번 호에서는 크레오 파라메트릭 11.0의 주요 기능 향상 내용을 알아보자.   생산성 및 유용성 개선 크레오 파라메트릭 11.0은 작업을 간소화하고 설계를 더 빨리 생성할 수 있도록 다중 보디 설계, 서피싱, 모델 트리 관리 기능이 개선되었다. 판금 설계에서 다중 보디를 지원하여 더욱 다양한 형태의 판금 모델을 빠르게 생성할 수 있도록 설계 워크플로가 향상되었다.     다중 보디로 구성된 판금 부품은 각 보디의 두께를 다르게 지정하거나 플랫 상태를 개별로 생성 및 시각화할 수 있고 부울 연산, 분할, 트림, 제거, 복사 패턴, 대칭복사 등의 일반적인 보디 작업을 지원한다.     새 보디를 추가하고 유형을 솔리드 혹은 판금으로 선택하여 생성할 수 있고 첨부되지 않은 벽을 생성할 때 보디 옵션을 사용하여 새 보디를 추가할 수도 있다.     용접 피처에 새 용접 및 조인트 트리가 추가되어 모델의 모든 용접 피처를 모델 트리에서 쉽게 확인 및 편집할 수 있고, 스폿 용접에서 스케치, 투영, 커브 위, 오프셋 등 모든 기준점을 사용하여 스폿 용접을 정의할 수 있도록 개선되어 스폿 용접 생성의 효율성이 향상되었다.     새 영역 선택 기능으로 올가미 선택 및 추적 선택이 추가되어, 부품 및 어셈블리에서 여러 서피스를 더 다양한 방법으로 간편하고 빠르게 선택할 수 있도록 개선되었다.     추가된 선택 기능을 이용하여 모델 서피스에 색상을 지정하거나 3차원 주석에 대한 의미 참조를 더 빠르게 선택하고 정의할 수 있다. 새로운 슈링크랩 옵션을 사용하여 참조된 원본 어셈블리에서 보디를 수집하여 부품에 추가할 수 있다. 모든 솔리드 형상 자동 수집 옵션을 사용하여 솔리드 보디를 결과 형상 유형으로 수집하고, 원본 부품의 모든 보디를 대상 부품에 별개의 객체로 복사하고 유지하거나 병합하여 하나의 솔리드 형상으로 처리할 수 있다.      ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

BIM 칼럼니스트 강태욱의 이슈 & 토크   이번 호에서는 생성형 AI의 멀티모달 딥러닝 기술 확산의 계기가 된 오픈AI(OpenAI)의 CLIP(Contrastive Language-Image Pre-Training, 2021) 코드 개발 과정을 분석하고, 사용하는 방법을 정리한다.    ■ 강태욱 건설환경 공학을 전공하였고 소프트웨어 공학을 융합하여 세상이 돌아가는 원리를 분석하거나 성찰하기를 좋아한다. 건설과 소프트웨어 공학의 조화로운 융합을 추구하고 있다. 팟캐스트 방송을 통해 이와 관련된 작은 메시지를 만들어 나가고 있다. 현재 한국건설기술연구원에서 BIM/GIS/FM/BEMS/역설계 등과 관련해 연구를 하고 있으며, 연구위원으로 근무하고 있다. 이메일 | laputa99999@gmail.com 페이스북 | www.facebook.com/laputa999 홈페이지 | https://dxbim.blogspot.com 팟캐스트 | http://www.facebook.com/groups/digestpodcast CLIP은 구글이 개발한 자연어 번역 목적의 트랜스포머 모델, 비전 데이터 변환에 사용되는 VAE(Variational Autoencoder) 개념을 사용하여 멀티모달 학습 방식을 구현하였다. 이번 호에서는 그 과정을 설명하고 파이토치로 직접 구현하는 과정을 보여준다. CLIP을 이용하면 유튜브, 넷플릭스와 같은 영상에서 자연어로 질의해 해당 장면을 효과적으로 검색할 수 있다. 참고로, CLIP에서는 트랜스포머가 핵심 컴포넌트로 사용되었다. CLIP과 같이 트랜스포머가 자연어 번역 이외에 멀티모달의 핵심 기술이 된 이유는 비정형 데이터를 연산 가능한 차원으로 수치화할 수 있는 임베딩 기술의 발전과 트랜스포머의 Key, Query, Value 입력을 통한 여러 학습 데이터 조합이 가능한 특징이 크게 작용했다.    그림 1. 멀티모달 시작을 알린 오픈AI의 CLIP 모델(Learning Transferable Visual Models From Natural Language Supervision, 2021)   트랜스포머와 VAE를 이용한 멀티모달 CLIP 네트워크를 좀 더 깊게 파헤쳐 보도록 한다. 앞서 설명된 트랜스포머, 임베딩과 관련된 개념에 익숙하다면, CLIP을 이해하고 구현하는 것이 그리 어렵지는 않을 것이다.    CLIP에 대한 이해 오픈AI에서 개발한 CLIP 모델은 공유 임베딩 공간 내에서 이미지 및 텍스트 형식을 통합하는 것을 목표로 했다. 이 개념은 기술과 함께 이미지와 텍스트를 넘어 다른 양식을 수용한다.(멀티모달) 예를 들어, 유튜브 등 비디오 애플리케이션 내에서 텍스트 검색 성능을 개선하기 위해 공통 임베딩 공간에서 비디오 및 텍스트 형식을 결합하여 모델을 학습시켰다. 사실, 임베딩 텐서를 잠재 공간(Latent Space)으로 이기종 데이터를 변환, 계산, 역변환할 수 있다는 아이디어는 VAE 기술, 구글의 트랜스포머 논문(2017)을 통해 개발자들 사이에 암시되어 있었다. 이를 실제로 시도해본 연구가 CLIP이다.  참고로, CLAP(Contrastive Language-Audio Pretraining)은 동일한 임베딩 공간 내에서 텍스트와 오디오 형식을 통합하는 또 다른 모델로, 오디오 애플리케이션 내에서 검색 기능을 개선하는 데 유용하다. CLIP은 다음과 같은 응용에 유용하다. 이미지 분류 및 검색 : CLIP은 이미지를 자연어 설명과 연결하여 이미지 분류 작업에 사용할 수 있다. 사용자가 텍스트 쿼리를 사용하여 이미지를 검색할 수 있는 보다 다양하고 유연한 이미지 검색 시스템을 허용한다. 콘텐츠 조정 : CLIP은 부적절하거나 유해한 콘텐츠를 식별하고 필터링하기 위해 이미지와 함께 제공되는 텍스트를 분석하여, 온라인 플랫폼의 콘텐츠를 조정하는 데 사용할 수 있다. 참고로, 메타 AI(Meta AI)는 최근 이미지, 텍스트, 오디오, 깊이, 열, IMU 데이터 등 6가지 양식에 걸쳐 공동 임베딩을 학습하는 이미지바인드(ImageBind)를 출시했다. 두 가지 모달리티를 수용하는 최초의 대규모 AI 모델인 CLIP은 이미지바인드 및 기타 다중 모달리티 AI 시스템을 이해하기 위한 전제 조건이다. CLIP은 배치 내에서 어떤 N×N(이미지, 텍스트) 쌍이 실제 일치하는지 예측하도록 설계되었다. CLIP은 이미지 인코더와 텍스트 인코더의 공동 학습을 통해 멀티모달 임베딩 공간을 만든다. CLIP 손실은 트랜스포머의 어텐션 모델을 사용하여, 학습 데이터 배치에서 N개 쌍에 대한 이미지와 텍스트 임베딩 간의 코사인 유사성을 최대화하는 것을 목표로 한다.  다음은 이를 설명하는 의사코드이다. 1. img_en = image_encoder(I)   # [n, d_i] 이미지 임베딩 인코딩을 통한 특징 추출  2. txtxt_emdn = textxt_emdncoder(T)    # [n, d_t] 텍스트 임베딩 인코딩을 통한 특징 추출 3. img_emd = l2_normalize(np.dot(img_en, W_i), axis=1)    # I×W 결합(조인트) 멀티모달 임베딩 텐서 계산 4. txt_emd = l2_normalize(np.dot(txtxt_emdn, W_t), axis=1)  # T×W 결합(조인트) 멀티모달 임베딩 텐서 계산 5. logits = np.dot(img_emd, txt_emd.T) * np.exp(t)   # I×T * E^t 함수를 이용한 [n, n]코사인 유사도 계산 6. labels = np.arange(n) 7. loss_i = cross_entropy_loss(logits, labels, axis=0)  # 이미지 참값 logits과 예측된 label간 손실 8. loss_t = cross_entropy_loss(logits, labels, axis=1)  # 텍스트 참값 logits과 예측된 label간 손실 9. loss = (loss_i + loss_t)/2   # 이미지, 텍스트 손실 평균값   실제 오픈AI 논문에는 <그림 2>와 같이 기술되어 있다.(동일하다.)   그림 2     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

유니버설로봇이 기존 제품보다 더 큰 무게를 다룰 수 있는 협동로봇 신제품 ‘UR30’을 공개했다. 공간 활용과 유연성 등 협동로봇의 이점을 강화하면서 속도와 안정성을 높인 신제품을 통해, 산업용 로봇이 쓰이는 영역에서 본격적인 경쟁도 가능해졌다는 것이 유니버설로봇의 시각이다. ■ 정수진 편집장   ▲ 유니버설로봇의 UR30   간편하고 안전하게 활용할 수 있는 협동로봇의 이점 강화 코봇(cobot)으로도 불리는 협동로봇(collaboration robot)은 사람과 같은 공간에서 함께 작업할 수 있는 로봇을 가리킨다. 기존의 산업용 로봇은 크기가 커서 넓은 공간이 필요하고, 사람과 충돌해 사고가 나지 않도록 안전망으로 분리되어 있는 경우가 많다. 반면에 협동로봇은 센서를 탑재해 사람과 부딪치면 정지하도록 해 안전성을 확보한 것이 특징이다. 유니버설로봇은 지난 2008년 첫 번째 제품을 선보인 이후 현재까지 7만 5000대 이상의 협동로봇을 판매해 왔으며, 전 세계에 20개 지사와 1000여 명의 임직원 및 글로벌 네트워크를 구축해 왔다. 유니버설로봇은 자사의 협동로봇이 산업용 로봇에 비해 콤팩트하면서 사용이 간편하다는 점을 내세운다. 유니버설 로봇 코리아의 이내형 대표는 “몇 시간의 교육만으로 비전문가도 로봇의 기본 조작을 익힐 수 있고, 트레이닝센터에서 어느 정도 교육을 받으면 제조 현장에서 문제를 해결할 수 있는 것이 장점”이라고 전했다.   성능과 사용 편의성 강화한 UR30 국내 시장에 새롭게 내놓은 UR30은 지난 해 출시한 UR20에 이어 유니버설로봇의 5세대 제품으로 꼽힌다. 로봇이 들어올릴 수 있는 최대 무게를 뜻하는 가반하중이 30kg으로 늘었지만 로봇 자체의 무게는 63.5kg으로 산업용 로봇에 비하면 가볍고, 지름 245mm의 공간만 있으면 바닥뿐만 아니라 벽이나 천장에도 설치가 가능하다. 로봇의 모든 관절이 360도 회전하기 때문에 움직임의 자유도가 높다는 점도 특징이다. UR30은 더 무거운 무게를 안전하게 다룰 수 있도록 하는 데에 중점을 두고 개선이 이뤄졌다. 속도와 안정성을 높이면서 더욱 부드러운 제어를 위해 소프트웨어를 개선했고, 자동화 시스템을 더 쉽게 구축할 수 있도록 했다. 유니버설로봇 코리아의 심재호 차장은 “고장이 생겼을 때 로봇을 제거하지 않고 현장에서 바로 수리와 부품 교체가 가능하기 때문에, 빠르게 생산라인을 재가동할 수 있다”면서, “로봇에 내장된 조인트 부품의 수를 기존 제품 대비 50% 줄였고, 누구나 쉽게 로봇의 움직임을 프로그래밍할 수 있도록 소프트웨어도 업데이트됐다”고 설명했다.   ▲ 유니버설로봇 코리아의 심재호 차장은 산업용 로봇과 경쟁을 기대할 수 있는 단계라고 전했다.   산업용 로봇과 경쟁 및 협동로봇 시장 확대 추진 UR30은 여러 개의 그리퍼를 활용해 다양한 작업에서 효율을 높일 수 있고, 조인트 제어의 자유도를 통해 좁은 공간에서 활용도가 높아졌다. 개선된 토크 센서로 토크 제어의 정밀도도 향상됐으며, 무거운 물건을 반복해서 옮기는 작업에서 속도가 향상돼 시간 단축이 가능할 것으로 보인다. 유니버설로봇은 협동로봇의 속도와 정밀도가 높아짐에 따라 산업용 로봇이 많이 쓰이는 분야에서 본격적인 경쟁이 가능해질 것으로 기대하고 있다. 공간과 자유도의 이점 및 유연성과 사용 편의성을 앞세워 산업용 로봇 대비 경쟁력이 높아졌다는 것이다. 심재호 차장은 “산업용 로봇의 활용 분야에 협동로봇이 근접할 수 있는 단계에 왔다고 본다. 산업용 로봇을 완벽히 대체할 수 있다고 보기는 이르지만, 공간 활용 등 협동로봇이 가진 이점을 살리면서 속도와 안정성을 높여 산업용 로봇과 경쟁할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 한편, 유니버설로봇은 국내외 시장에서 많은 제조사가 등장하면서 협동로봇 시장 전체가 꾸준히 커지고 있다고 판단하고 있다. 이런 상황에서 고품질과 퍼포먼스를 요구하는 제조 분야의 대기업을 중심으로 시장을 확대한다는 것이 유니버설로봇이 밝힌 올해 비즈니스 전략의 핵심이다. 이내형 대표는 “작년 국내 시장에서 매출이 크게 늘었는데, 이는 협동로봇 시장 자체가 확대된 영향도 있을 것이다. 2차 전지나 자동차 등의 산업을 중심으로 복잡한 동작이나 극한 상황이 요구되는 시장에서 협동로봇의 적용 가능성이 높다고 보여, 올해도 큰 폭의 매출 성장을 기대하고 있다”고 전했다. 또한 “자사 제품의 퍼포먼스를 내세워 고퀄리티/하이엔드 협동로봇 고객에 집중하면서, 학교에서 협동로봇에 대해 배우고 직장에서 활용할 수 있도록 교육 사업도 강화해 협동로봇의 인지도 및 시장을 넓히는 데 기여하고자 한다”고 전했다.   ▲ 유니버설로봇 코리아의 이내형 대표는 협동로봇의 인지도 확대와 하이엔드 시장 공략 계획을 밝혔다.   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

개발 : Impact Design Europe 주요 특징 : 설계 초기 단계부터 차량의 충돌 성능 평가/개선 및 최적화 지원, SFE 및 SBE 기반으로 충돌하중을 받는 박판구조물의 설계/해석/최적화, 간편한 모델링 및 설계 변경, 빠른 계산 속도 및 신뢰성 있는 결과 도출, 사용자 친화적인 통합 작업 환경 등 사용 환경 : 윈도우 PC/랩톱 자료 제공 : 브이에스텍   그림 1. 유한요소 모델   그림 2. VCS 모델   차량 충돌 안전 법규 및 상품성 평가는 실제 충돌 상황을 최대한 반영하고 승객의 사망 및 심각한 상해를 줄이기 위하여 지속적으로 강화되고 있고, 자동차 제조업체는 이러한 평가 프로토콜에 따라 차량의 안전 등급을 높이기 위해 노력하고 있다. 다양한 충돌 테스트는 제품 설계 및 개발 프로세스를 가속화하기 위해 가상 엔지니어링 모델링 및 시뮬레이션 기술에 크게 의존하는 차량 제조업체에 상당한 부담을 주고 있다. 일반적으로 각 설계 단계에서 CAD 모델 준비, 각 하중 케이스/물리적 테스트에 대한 유한요소(FE) 모델 생성, 평가 및 개선 작업이 필요하므로 복잡하고 많은 시간이 소비되어, 간편하고 빠르게 차량의 충돌 성능을 평가하고 개선하는 것이 큰 관심사이다. 특히, 프로토타입 제작 및 개발 프로세스 후반의 설계 변경으로 인한 시간과 비용을 줄이기 위해서는 초기 콘셉트 단계에서부터 다양한 설계에 대한 충돌 성능의 평가 및 개선을 통한 충돌 성능의 최적화가 필요하다. 매크로요소법(Macro Element Method)을 사용하는 Visual Crash Studio(VCS)는 비전형적 모델링 및 시뮬레이션 접근 방식으로 단순한 설계 환경에서 빠르고 신뢰할 수 있는 결과를 제공하며, 설계 초기 단계부터 차량의 충돌 성능 평가/개선 및 최적화가 가능한 CAE 소프트웨어이다.   그림 3   VCS의 주요 특징 매크로요소법, 수퍼폴딩요소(SFE : Super-folding Element) 및 수퍼빔요소(SBE : Super-beam Element) 개념을 기반으로 객체지향유한요소(OOEF : Object Oriented Finite Element) 정식화와 결합된 충돌하중을 받는 박판구조물의 설계, 해석 및 최적화가 가능 다양한 재료의 박판구조물의 대변형 붕괴 거동의 예측에 성공적으로 적용이 가능하며, 유한요소 솔버와 경쟁이 아닌 보완 관계 매크로요소법에 기반한 간편한 모델링 및 설계 변경, 빠른 계산 속도 및 신뢰성 있는 결과의 도출을 통해 설계 초기 단계에서부터 충돌 부재의 충돌 성능 분석 및 최적화 가능 사용자 친화적인 통합(all-in-one) 작업 환경 주요 기능 : Material Editor, Cross Section Editor, 3D environment, Cross Section Optimizer, Chart Wizard 단면 수준에서 부재의 충돌 특성 파악 및 설계를 위한 2D 환경 제공 부재, 어셈블리 및 전체 구조물 등의 복잡한 충돌 해석 및 설계를 위한 3D 환경 제공 2D 및 3D 환경에서 독립적으로 설계 수정 및 계산이 가능하며, 각 환경에서의 수정 및 계산 결과는 자동으로 전 모델에 반영 통합 전/후처리 도구 : 솔버와 통합된 전/후처리 프로세스로 모델링 및 설계 변경이 간단하여 다양한 설계안의 충돌 성능 평가가 빠른 시간에 가능하고 챗 위저드(Chart Wizard) 등으로 다양한 결과의 비교 분석이 용이   그림 4. VCS의 일반적 설계 및 계산 프로세스   VCS의 작업 프로세스 박판 충돌구조물의 설계, 해석 및 최적화는 통합 환경에서 수행되며, 일반적인 작업 프로세스는 <그림 4>와 같다. <그림 5>는 VCS의 메인 뷰(Main View) 화면이며, 메인 툴바(Main Toolbar)는 작업 프로세스에 따른 툴 그룹(File, Model, Calculate and Results, Analysis, View 및 Help Tool)으로 구성된다. ‘Model Tool’은 모델 생성 프로세스에 필요한 모든 도구(Select, Nodes, Beams, Spine-line, Rigid, Contact, Group, Special, Measure 등)를 제공하며, ‘Calculate and Results Tool’은 계산 및 결과 비교에 유용한 처리 장치(Processing Unit), Chart Wizard, 애니메이션 도구 모음 등의 기능이 있다. ‘Analysis Tool’은 단면자동분석(Cross Section Analyzer) 기능 전용이며 ‘View Tool’은 추가 3D 보기 도구를 제공한다. ‘Help Tool’에서는 VCS 소프트웨어의 모든 기능에 대한 최신 설명서와 도움말 정보를 찾을 수 있다. 또한 개발사 홈페이지에서도 모든 사용 매뉴얼과 따라하기 매뉴얼을 다운로드할 수 있다.   그림 5. VCS의 메인 뷰 화면   VCS의 작업 프로세스의 순서에 따른 주요 기능은 다음과 같다.   FE Mesh/Initial geometry import 다양한 FE 데이터 및 CAD 지오메트리(geometry) 불러오기 기능을 제공한다.   재료 정의(Material Editor) 재료상수(Material Constraint) : Hardening Factor, Mass Density, Poisson Ratio, Proof Strain, Proof Stress, Young Modulus 응력-변형률(Stress-Strain) 특성 : Array, Power Law, Polynomial, User Function-2D, Array 3D 변형률속도(strain rate) 특성 : Cowper Symonds, Modified Cowper Symonds, User defined function-3D, Johnson Cook   Fracture Indicator : Surface strains, Cockcroft-Latham/Norris LS-DYNA MAT24(MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY) 호환 Material & Characteristic Repository 기능   2D Structure(Cross Section Editor) : Cross Sections & Cross Section analysis Cross Section Editor는 단면의 충돌 성능 최대화를 위한 설계, 계산 및 최적화를 위한 편집기이다. 여기서 처리된 단면은 3D 수퍼빔요소(SBE)에 사용되며, Cross Section Editor의 이론적 배경의 핵심은 수퍼폴딩요소(SFE)이다. Point, plate, segment, SFE 및 connection으로 모든 단면을 생성할 수 있으며, 쉽고 편리한 단면 형상 및 재료 특성의 변경으로 다양한 디자인의 빠른 변경이 가능하다. Cross Section 계산 결과 단면 상태에서는 7가지의 충돌 거동(Axial Response, Design Recommendations, Bending Response, Lateral Response, Denting Response, Torsion Response, Elastic Properties-축/굽힘/전단 강성 등)을 결과로 표시 각 결과는 주어진 붕괴 응답 모드에 대한 특성 파라미터((최대 하중 및 모멘트, 에너지 흡수 능력, 굽힘힌지의 총 회전 등과 같은 변형제한 값)의 정보 표시 Design Recommendations   효과적인 축방향 붕괴를 위한 단면 최적화 프로세스 : 결함이 있는 단면은 점진적 붕괴가 발생하지 않고 불규칙한 접힘으로 인해 많은 에너지 흡수가 적음 상세 단면 형상 근사화를 위한 단순화 모델링 과정을 통한 결함 제거 : 단면 수준에서 허용 가능한 접힘 모드를 선택하면 다음단계로 단면에 대한 각 SFE에 대해 결함 제거 과정을 수동으로 진행 단면 계산 결과 비교 툴 제공 및 결과 report 생성   3D Structure : Super Beams 3D 가상 설계 공간은 SBE를 기반으로 한 부재 및 박판구조물의 모델링과 계산에 사용 유한요소 모델로부터 SFE를 바로 생성할 수 있는 도구 제공 VCS 3D 모델을 구성하는 모든 객체는 빔(beam)과 강체(rigid body)를 정의할 수 있는 노드(node)로 구성되며, 노드는 VCS 객체에 대한 공간 참조 point로 사용 노드 속성 : 형상(CoG, Origine), 질량(mass, Concentrated Mass) 및 관성(Concentrated Inertia, Principal Moments, Transformed Moments) SBE는 두개의 노드로 구성되고 2D 계산에서 사용된 단면 형상이 적용되며, 하나의 노드에 다수의 SBE가 연결될 수 있다. 또한 동적 해석(초기/구속 조건 등)을 위해 필요한 많은 데이터를 포함한다. 3차원 공간에서 구조물(부재, 어셈블리, 전체 차량)의 생성을 위해서는 Node, Beam, Rigid body 등이 사용되며, 매크로요소법에 기반한 SFE가 포함된 SBE의 생성으로 시작 다양한 충돌 하중조건에 대한 풀 카(full car)의 해석을 위해 VCS 전용 배리어가 제공 차량 충돌 설계를 위해 매크로요소법을 사용하는 데 있어 유한요소법 대비 주요 장벽은 구조물 조인트의 강성을 정확하게 모델링하는 것이다. VCS는 구조적 조인트에 대해 교차하는 하중 전달 빔의 기하학적 중심에서 연결되며, X, Y 및 Z 오프셋은 위치와 길이를 수정하기 위해 교차하는 빔의 시작과 끝에 적용할 수 있어 구조물의 실제 형상과 조인트의 강체 코어를 보다 사실적으로 근사화할 수 있다.   3D : Additional elements & Mass distribution 엔진 및 기어박스와 같이 충격 하중 동안 거의 변형되지 않는 부품은 강체로 모델링 강체를 생성하기 위해 부품의 무게 중심에 있는 노드가 정의되고 이 노드에 총 질량 및 관성 행렬(inertia matrix)이 할당 노드는 나머지 구조물에 직접 연결되는 반면, 여러 장착 위치의 경우 간단한 원형 단면을 갖는 SBE를 사용할 수 있음 3D 환경에서 생성된 각 객체의 질량 정보는 해당 요소가 정의된 노드에 위치하며, 추가 질량은 노드에 집중질량으로 정의하거나 정의된 질량/또는 밀도로 새로운 강체를 생성하여 추가   Initial & Boundary conditions 및 Contact settings 초기 및 경계조건(Kinematic Constraints-Angular Velocities & Linear Velocities, Concentrated Loadings- Forces & Moments)은 모두 노드에 정의 전체 모델이 구축되면 접촉을 정의하며, 접촉 정의에 필요한 부품의 부피를 나타내기 위해 질량이 없는 강체(sphere, cone, cylinder and box 형상)가 이 절점에서 생성되고, 모델의 형상에 따라 배치한 후 접촉 정의 - 전용 접촉 감지 루틴으로 물리적 접촉 메커니즘을 구현 변형체의 접촉 정의를 위해 변형가능 배리어(Deformable barrier) 툴 제공   Solution Settings Solution Explorer tree에서 자세한 솔루션 파라미터를 정의 : Attributes, Animation Progress, Time Stepping Routine, Fields and global parameters, Settings 및 Statistics section 특히, Statistics section은 모델 확인의 마지막 단계에서 유용하며, 모델의 요소 수, 질량 및 무게중심에 대한 정보 제공   Calculations & Animation 계산 프로세스는 Process Unit에서 한번의 클릭으로 진행되며, Process Unit 창에서 시각적으로 진행 상황을 모니터링 전체 차량 충돌 해석은 일반 데스크탑 PC/노트북에서 1분 내외로 계산이 완료되며, 다중 계산이 가능하여 계산시간 추가 단축 가능 계산 프로세스가 완료된 후 하중 조건에 따른 해석 결과를 애니메이션으로 확인할 수 있으며, SBE를 색깔 별로 간단히 구분하여 SBE의 순간 변형 상태를 쉽게 분석   Results : Chart Wizard 애니메이션과 함께 다양한 결과를 그래프로 생성하며, 사용자는 VCS 결과 파일 내에서 어느 객체든 선택 후 결과를 볼 수 있음 3D view에서 선택한 VCS 모델의 각 객체는 Selection Window에 자동으로 추가   VCS의 도입 효과 설계 초기 콘셉트 안으로 충돌 부재 단면 최적화가 가능하여 제품 개발 프로세스 촉진 장비 도입/운영 비용 절감 : 매크로 요소법에 기반한 빠른 계산으로 랩톱에서도 수초 또는 수분내에 계산이 가능 단순한 작업 환경에서 간편한 설계 변경이 가능하여, 해석 엔지니어가 아닌 설계 엔지니어도 쉽게 활용 가능   VCS의 주요 적용 분야 자동차 산업 및 조선산업 등에서 충돌하중을 받는 박판구조물의 설계, 해석 및 최적화 충돌/충격 부재의 단면 충돌 특성 평가/개선 및 최적화 컴포넌트(에너지 흡수 구조 부품, bumper back beam, FR Side 멤버, Fillar component 등)의 충돌 특성 평가 및 개선 부분 충돌 모델 및 풀 카 충돌 모델의 충돌 성능 평가 및 개선   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

동역학 해석 소프트웨어, T-FLEX Dynamics   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : Top Systems ■ 자료 제공 : 설아테크, 02-1661-3215, www.t-flex.co.kr T-FLEX Dynamics는 T-FLEX CAD 환경을 벗어나지 않고 CAD 설계의 물리 기반 모션 동작을 연구하기 위한 범용 모션 시뮬레이션 애드온 애플리케이션이다. T-FLEX Dynamics는 어셈블리의 성능을 이해하는데 관심이 있는 엔지니어와 설계자를 위한 가상 프로토타이핑 소프트웨어이다. 설계를 구축하기 전에 설계가 제대로 작동하는지 확인할 수 있다. 1. 기계 어셈블리의 동작 자동차 서스펜션 또는 항공기 랜딩 기어와 같은 기계 시스템을 설계할 때 다양한 구성 요소를 이해해야 한다.(공압, 유압, 전자 등) 작동 중에 이러한 구성 요소가 생성하는 힘과 상호 작용한다. T-FLEX Dynamics는 기계 어셈블리의 복잡한 동작을 해석하기 위한 모션 시뮬레이션 솔루션이다. T-FLEX Dynamics를 사용하면 움직이는 어셈블리를 설계 및 시뮬레이션하여 수많은 물리적 프로토타입을 제작 및 테스트할 필요없이 설계 실수를 찾아 수정하고, 가상 프로토타입을 테스트하고, 성능, 안전 및 편의를 위해 설계를 최적화할 수 있다. 물리적 프로토타입이 적어지면 비용이 절감될 뿐만 아니라 출시 시간이 단축되어 처음에 올바르게 제작된 더 나은 품질의 제품을 얻을 수 있다. 2. 공학 조건과 관련된 물리학 기반 모델 T-FLEX Dynamics는 실제 작동 조건을 나타내는 여러 유형의 관절 및 힘 옵션을 제공한다. T-FLEX CAD 어셈블리 모델을 구축할 때 T-FLEX Dynamics는 어셈블리 구속 조건과 모델 지오메트리에서 생성하는 메커니즘의 부품, 조인트 및 접점을 자동으로 생성할 수 있다. 프로그램이 Parasolid 지오메트리를 기반으로 접촉 몸체의 정확한 해석을 제공하므로 접촉 유형에 제한이 없으므로 수동 접촉 구속을 정의할 필요가 없다. 각 접점 쌍은 특정 충격 및 마찰 파라메터로 설명할 수 있다. T-FLEX Dynamics를 사용하면 설계가 중력 및 마찰과 같은 동적 힘에 어떻게 반응할지 결정할 수 있다. 마찰, 힘을 사용하여 스프링 및 댐핑 엘레먼트, 작동 및 제어 힘, 기타 여러 부품 상호 작용을 모델링할 수 있다. 계산 중에 부품을 드래그하여 대화식으로도 힘을 적용할 수 있다. 3. 산업 응용 물리 기반 모션을 T-FLEX CAD의 어셈블리 정보와 결합함으로써 T-FLEX Dynamics는 다음과 같은 광범위한 산업 응용 분야에서 사용할 수 있다. 유압, 전자, 공압과 같은 제어 시스템 해석, 작동 중 로봇 성능 이해, 회전 시스템에서 힘 불균형을 최적화하거나 최소화한다. 기어 드라이브 이해, 현실적인 모션과 서스펜션 시스템의 부하를 시뮬레이션 한다. 발사대 및 위성과 같은 우주 어셈블리의 동적 거동 평가 소비자 및 비즈니스 전자 제품 최적화; 피로, 소음 또는 진동에 대한 구성 요소 및 시스템 부하를 예측한다. 4. 결과 검토 어셈블리를 시뮬레이션 한 후 XY 그래프 또는 변위, 속도, 가속도, 관절 위치의 힘 벡터, 트레이스 표시의 수치 데이터 형태의 다양한 결과 시각화 도구를 사용할 수 있다. 전체 시뮬레이션 중 신체의 어느 지점에서든. 특수한 몸체 쌍 센서는 접촉 지점에서 반력과 마찰을 측정한다. 시뮬레이션 도중 또는 시뮬레이션 직후에 메커니즘을 애니메이션할 수 있다. T-FLEX 소프트웨어 내의 애니메이션 및 XY 그래프를 사용하여 모터/액추에이터의 크기를 결정하고, 전력 소비량, 연결 레이아웃을 결정하고, 캠을 개발하고, 스프링/댐퍼의 크기를 결정하고, 접촉 부품의 작동 방식을 결정할 수 있다. 동기화된 그래프 및 애니메이션은 힘 및 가속도 값을 메커니즘 위치와 직접 연관시킨다. T-FLEX Dynamics는 또한 구조 해석을 위한 하중 케이스를 정의하는 데 사용할 수 있는 하중을 계산한다. 5. 사용자 인터페이스 T-FLEX Dynamics의 사용자 인터페이스는 T–FLEX CAD의 원활한 확장이다. T–FLEX CAD 소프트웨어 및 교육에 대한 귀하의 투자는 보존되고 강화되며 제품 설계의 형태와 적합성 및 기능을 평가할 수 있는 강력한 새로운 도구를 갖게 된다. CAD와 기하학적 데이터를 교환하는 별도의 응용 프로그램인 다른 제품과 달리 T–FLEX Dynamics는 설계를 설명하는 동일한 지오메트리에서 직접 작동한다. 6. 대형 모델의 빠르고 정확한 처리 오늘날 산업 개발 프로세스에서 대형 프로토 타입 모델의 사용은 이러한 대형 모델을 처리하는 방식의 효율성과 속도에 따라 달라진다. 효과적인 해결 기술과 고급 데이터 조작을 통해 T-FLEX Dynamics는 대형 모델 가공에 활용된다. 솔버에 구현된 알고리즘은 올바른 정확도를 제공하고 결과를 빠르게 제공하도록 최적화되어 있다. 7. –FLEX CAD의 익스프레스 다이나믹 T–FLEX Dynamics의 제한된 버전인 익스프레스 Dynamics를 사용하면 링크, 모터, 액추에이터, 캠, 기어, 스프링 등과 같은 구성 요소를 포함하는 설계의 기능적 성능을 작동하는 동안 설계 애니메이션을 만들고 확인하여 평가할 수 있다. 작동할 때 설계의 모든 구성 요소 사이의 간섭을 방지한다. 무엇보다도 이미 가지고 있다. 익스프레스 Dynamics는 모든 T–FLEX CAD 사본과 함께 제공된다. 8. T–FLEX Dynamics 이점 가상 테스트에서 얻은 시간 절약을 사용하여 더 많은 디자인 아이디어를 평가함으로써 보다 혁신적인 제품을 만든다. 설계의 실제 성능에 가장 큰 영향을 미치는 파라메터를 식별하고 최적화한다. 원하는 메커니즘 동작을 생성하는데 필요한 힘과 토크를 계산하여 모터 및 액추에이터의 치수를 지정한다. 기기 고장으로 인해 중요한 데이터가 손실되거나 악천후, 실제 테스트에 수반되는 공통 요소로 인해 일정이 뒤처지는 것에 대한 두려움 없이 안전한 가상 환경에서 작업할 수 있다. 개발 프로세스의 모든 단계에서 더 나은 설계 정보를 확보하여 위험을 줄인다. 물리적 프로토타입 테스트에 필요한 것보다 훨씬 빠르고 저렴한 비용으로 설계 변경 사항을 분석한다. 전체 시스템 성능을 최적화하기 위해 다양한 설계 변형을 탐색하여 제품 품질을 개선한다 물리적 계측, 테스트 픽스처 및 테스트 절차를 수정하지 않고도 수행되는 해석의 종류를 다양화할 수 있다.  

포인트셰이프 디자인을 사용한 역설계 사례   포인트셰이프 디자인(PointShape Design)은 드림티엔에스에서 자체 개발한 3D CAD 기반의 역설계 소프트웨어이다. CGM(CATIA) 커널이 적용되었으며, 사용자에게 친숙한 디자인 프로세스 및 사용자 인터페이스를 제공하여 다양한 제품의 3D CAD 모델을 쉽게 생성할 수 있는 것이 특징이다.   ■ 자료 제공 : 드림티엔에스   이번 호에서 설명한 역설계 프로세스는 다음과 같다. 스캔 데이터 불러오기 및 정렬 스캔 데이터 단면 추출 및 스케치 모델링 툴과 편집 툴을 사용하여 3D 모델 작업 Analyzing 기능을 통한 설계 데이터 편차 확인 최종 설계 데이터 완성   스캔 데이터 불러오기 및 정렬(Import & Alignment) 3D스캐너를 통해 취득한 스캔 데이터를 <그림 1>과 같이 프로그램에서 불러온다. 스캔 데이터의 좌표 정렬 상태는 스캔 당시 스캐너의 좌표를 기준으로 정렬되어 있는 상대좌표 상태이기 때문에, 스캔 데이터를 절대좌표에 정렬 후 역설계를 진행한다. 3-2-1 Alignment 기능을 사용하여 좌표 정렬할 스캔 데이터를 선택하고 평면, 벡터, 점을 순서대로 선택하여 스캔 데이터를 절대 좌표에 정렬한다.   그림 1   그림 2   스캔 데이터 단면 추출 및 스케치(Plane(Offset) - 2D Sketch) Ref. Plane의 오프셋(Offset) 기능을 사용하여 해당 위치에 2개의 평면을 생성한 후, 해당 평면을 스케치 평면으로 사용하여 단면 폴리라인(Polyline)을 각각 추출하고 추출된 단면 폴리라인을 따라 스케치한다. 스케치를 한 후 트림(Trim) 기능을 이용하여 라인들을 다듬는다.   그림 3   그림 4   ■ 기사의 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

개발 및 공급 : 에픽게임즈 주요 특징 : 아이폰 또는 스테레오 헤드 마운트 카메라로 얼굴을 캡처해 고퀄리티 페이셜 애니메이션으로 적용 가능, GPU 하드웨어를 사용해 빠르게 최종 애니메이션 완성, 4D 솔버를 사용해 비디오와 뎁스 데이터를 메타휴먼 캐릭터와 결합, 캡처한 애니메이션 데이터의 타임코드 지원 등   아이폰과 PC만으로 배우의 연기를 캡처해서 메타휴먼의 고퀄리티 페이셜 애니메이션을 단 몇 분 만에 만들 수 있을까? 게임 콘퍼런스인 GDC 2023(Game Developers Conference)에서 처음 선보인 메타휴먼 애니메이터(MetaHuman Animator)는 쉽고 빠른 디지털 휴먼 파이프라인으로 메타휴먼을 위한 고퀄리티 퍼포먼스 캡처 기능을 제공한다. 메타휴먼 애니메이터는 아이폰 또는 스테레오 헤드 마운트 카메라(Head-Mounted Camera : HMC) 시스템으로 배우의 연기를 캡처하고, 수작업 없이 모든 메타휴먼 캐릭터에 고퀄리티 페이셜 애니메이션으로 적용할 수 있는 새로운 기능이다.     ▲ 이미지 출처 : 메타휴먼 애니메이터 출시 영상 캡처   이 새로운 기능은 사람 얼굴의 모든 미묘한 표정, 모습, 감정을 정확하게 캡처하여 디지털 휴먼으로 충실히 재현할 수 있다. 또한 사용법이 간단하고 직관적이기 때문에 누구나 손쉽게 멋진 결과물을 얻을 수 있다. 퍼포먼스 캡처를 처음 사용한다면 메타휴먼 애니메이터를 사용해 실제 연기를 기반으로 한 페이셜 애니메이션을 메타휴먼에 간편하게 적용할 수 있다. 이미 퍼포먼스 캡처 사용 경험이 있다면 이 새로운 기능으로 기존의 캡처 워크플로를 크게 개선하고, 시간과 노력을 줄이며, 보다 창의적으로 제어할 수 있다. 뿐만 아니라 메타휴먼 애니메이터를 기존의 버티컬 스테레오 헤드 마운트 카메라와 함께 사용하면 훨씬 뛰어난 퀄리티를 구현할 수 있다.   손쉽게 제작할 수 있는 고퀄리티 페이셜 애니메이션 기존에는 전문가로 구성된 팀이라도 배우의 연기에 담긴 모든 뉘앙스를 디지털 캐릭터에 충실히 재현하려면 수 개월이 걸렸다. 그러나 이제 메타휴먼 애니메이터가 훨씬 적은 노력과 시간으로 이 어려운 작업을 대신 처리할 수 있게 되었다. 이 새로운 기능은 4D 솔버를 사용해 비디오와 뎁스 데이터를 연기자의 메타휴먼 캐릭터와 결합한다. 애니메이션은 GPU 하드웨어를 사용하여 로컬에서 제작되며, 몇 분 만에 최종 애니메이션이 완성된다. 이 모든 과정은 내부적으로 진행되기 때문에, 사용자는 카메라를 배우에게 맞춰 녹화 버튼을 누르기만 하면 된다. 캡처가 완료되면 메타휴먼 애니메이터는 배우의 개성 있는 연기와 모습을 모든 메타휴먼 캐릭터에 정확하게 재현한다.   ▲ 이미지 출처 : 언리얼 엔진 홈페이지(관련 영상)   또한 애니메이션 데이터는 적절한 릭 컨트롤을 사용해 정확하고 시간적으로 일관되며 컨트롤 전환이 부드럽기 때문에, 필요에 따라 애니메이션을 손쉽게 조정할 수 있다. 에픽게임즈는 이 메타휴먼 애니메이터로 어떤 작업을 할 수 있는지, 그 가능성이 어디까지인지를 보여줄 수 있는 쇼케이스 영상도 함께 선보였다. 에픽게임즈의 제품군 중 하나인 3Lateral 팀이 유명 배우 라디보예 부크빅(Radivoje Bukvić)을 비롯한 세르비아 현지 아티스트들과 협업하여 제작한 단편 영화 ‘Blue Dot’이다. 이 단편 영화에서 라디보예 부크빅은 미카 앤틱(Mika Antic)의 시를 바탕으로 한 독백을 선보였다. 이 연기는 테이크원(Take One) 스튜디오의 모캡 스테이지에서 촬영되었으며, 이반 시작(Ivan Šijak)이 촬영 감독을 맡았다. 이 단편 영화는 아티스트와 영화 제작자가 스테레오 헤드 마운트 카메라 시스템과 전통적인 영화 제작 기법을 메타휴먼 애니메이터와 함께 사용했을 때 기대할 수 있는 퀄리티를 보여준다. 팀은 최고의 메타휴먼 애니메이터 결과물에 최소한으로 개입하며 인상적인 수준의 애니메이션 퀄리티를 얻을 수 있었다.   ▲ 이미지 출처 : Blue Dot: 3Lateral 메타휴먼 애니메이터 쇼케이스 영상 캡처   모든 메타휴먼을 위한 페이셜 애니메이션 메타휴먼 애니메이터로 캡처한 페이셜 애니메이션은 몇 번의 클릭만으로 모든 메타휴먼 캐릭터 또는 새로운 메타휴먼 페이셜 디스크립션 표준을 채택한 모든 캐릭터에 적용할 수 있다. 즉, 사용자가 원하는 방식으로 캐릭터를 디자인할 수 있다. 기술적인 측면을 살펴보면, 메시 투 메타 휴먼은 이제 단 3 프레임의 비디오와 아이폰으로 캡처하거나 버티컬 스테레오 헤드 마운트 카메라에서 얻은 데이터를 사용하여 재구성한 뎁스 데이터로 메타휴먼 아이덴티티를 생성할 수 있다. 이를 통해 솔버를 배우에 맞게 개인화하여 메타휴먼 애니메이터가 모든 메타휴먼 캐릭터에서 작동하는 애니메이션을 제작할 수 있다. 뿐만 아니라 오디오를 사용하여 사실적인 혀 애니메이션을 제작할 수도 있다.   아이폰으로 캡처하기   ▲ 이미지 출처 : 언리얼 엔진 홈페이지   에픽게임즈는 고사양 캡처 시스템을 갖춘 전문가만이 할 수 있는 페이셜 퍼포먼스 캡처를 모든 크리에이터가 사용할 수 있도록 메타휴먼 애니메이터를 제작했기 때문에, 아이폰(12 이상)과 데스크톱 PC만 있으면 아주 간단하게 사용할 수 있다. 이는 업데이트된 Live Link Face iOS 앱으로 원본 비디오와 뎁스 데이터를 캡처한 다음 디바이스에서 언리얼 엔진으로 직접 수집하도록 처리하기 때문이다. 또한 메타휴먼 애니메이터와 함께 기존의 버티컬 스테레오 헤드 장착 카메라 시스템을 사용하면 훨씬 높은 퀄리티를 구현할 수 있다.   ▲ 이미지 출처 : 언리얼 엔진 홈페이지   아이폰을 사용하든 스테레오 HMC를 사용하든 메타휴먼 애니메이터는 캡처 워크플로의 속도와 사용 편의성을 향상시킨다. 따라서 촬영 요건과 원하는 퀄리티에 맞춰 가장 적합한 하드웨어를 유연하게 선택할 수 있다. 캡처한 애니메이션 데이터는 타임코드를 지원하기 때문에, 페이셜 연기 애니메이션을 보디 모션캡처 및 오디오와 손쉽게 연동하여 완벽한 캐릭터 퍼포먼스를 구현할 수 있다.   ▲ 이미지 출처 : 언리얼 엔진 홈페이지   촬영장에서 창의적 작업을 위한 솔루션 메타휴먼 애니메이터는 모든 메타휴먼 캐릭터에 페이셜 애니메이션을 빠르게 처리하고 적용할 수 있기 때문에, 촬영 중에 창의적인 반복 작업을 하는 데 특히 적합하다. 배우의 더 나은 연기를 이끌어내거나, 다른 감정에 몰입하게 하거나, 단순히 새로운 방향을 모색하고 싶다면 다시 촬영하기만 하면 된다. 커피 한 잔 마시는 짧은 시간에 결과물을 검토할 수 있다. 그리고 촬영하는 동안 언리얼 엔진에서 애니메이션 데이터를 바로 검토할 수 있어, 최종 캐릭터가 애니메이팅되기 전에 캡처의 퀄리티를 미리 평가할 수 있다. 또한 배우가 스테이지에 있는 동안 재촬영을 할 수 있어, 추후 모든 관계자를 다시 모으기 위해 시간과 비용을 들일 필요 없이 그 자리에서 최고의 장면을 얻을 수 있다.   ▲ 이미지 출처 : 메타휴먼 애니메이터 활용에 관한 Aaron Sims Creative와 이반 시작의 인터뷰 영상 캡처   커스텀 캐릭터를 위한 새로운 메시 투 메타휴먼 워크플로 이번 출시 버전에서는 메타휴먼 애니메이터뿐만 아니라 메시 투 메타휴먼(Mesh to MetaHuman)도 확장하여 템플릿 메시 포인트 위치를 직접 설정할 수 있게 됐다. 메시 투 메타휴먼은 형태를 맞추는 작업을 수행할 때 어떠한 토폴로지라도 사용 가능하지만 이 경우 입력한 메시의 볼륨과 유사한 형태를 얻을 수밖에 없었는데, 이번 버전에서는 템플릿 메시를 설정할 수 있고 이 때 메타휴먼 토폴로지를 철저하게 준수하면 유사한 형태가 아닌 정확한 형태의 리깅된 메시를 얻을 수 있다. 또한 메시와 조인트에 대한 뉴트럴 포즈를 설정하는 DNA 캘리브레이션 기능과 함께 사용하면 커스텀 캐릭터에서 빠르게 집중할 수 있다. 새로운 메타휴먼 허브에서 메시 투 메타휴먼을 비롯한 메타휴먼 프레임워크의 모든 측면을 다룬 문서를 살펴볼 수 있다. 메타휴먼 허브는 에픽 툴에 대해 학습하고 다른 사람들과 정보를 교환할 수 있는 에픽 디벨로퍼 커뮤니티에 있으며, 커뮤니티에는 작품을 선보이거나 질문을 할 수 있는 포럼 섹션, 에픽 및 사용자가 만든 튜토리얼 콘텐츠로 구성된 튜토리얼 섹션도 마련돼 있다. 이제 모바일 기기 하나로 누구나 손쉽게 고퀄리티의 페이셜 애니메이션을 제작해 자신의 디지털 휴먼에 적용할 수 있게 됐다. 물론, 기존에 사용하던 스테레오 헤드 마운트 카메라 시스템이 있다면 더 뛰어난 퀄리티의 페이셜 애니메이션을 만들 수 있다. 이것이 에픽게임즈가 메타휴먼 애니메이터를 출시한 이유이다.   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

17　THEME. 제조 산업의 혁신 돕는 디지털 전환 전략과 기술 반도체 장비 사례에서 본 모듈러 디자인과 PLM의 연계 디지털 전환 시대의 성공적인 반도체 PLM 구축 전략 제조 기업의 성공을 견인하는 스마트한 데이터 활용 챗GPT와 PLM 활용 시나리오 버추얼 트윈 기반의 버추얼 팩토리 구축 솔루션 및 사례 제조 혁신을 위한 클라우드 기반의 디지털 트윈 전략 효과적인 3D 데이터 활용과 데이터 공유 및 디지털화 실현   INFOWORLD   Case Study 45　항공 정비 교육용 XR 콘텐츠, AK GO　항공기 정비에 인공지능과 확장현실을 융합하다   New Products 48　고퀄리티 페이셜 애니메이션을 빠르게 제작　메타휴먼 애니메이터 51　쉽고 편한 디지털 도면 관리 솔루션　아스트라 PDM 23.0 54　터보 기계 해석을 위한 CFD 소프트웨어 패키지　피델리티 CFD 56　기계 라이브러리 및 유틸리티로 편리한 설계 지원　progeM   People&Company 59　지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 마우리지오 파로디 부사장, 패트릭 니븐 이사　시뮬레이션으로 포괄적이면서 실행 가능한 디지털 트윈 구현   Focus 62　PTC, “크레오 10은 제조산업 디지털 전환의 출발점” 64　레노버, “워크스테이션의 최우선 가치는 성능·확장성·안정성” 66　SAP, 기업의 비즈니스 혁신 돕는 핵심 전략으로 AI/지속가능성/네트워크 제시 68　한국컴퓨터그래픽스학회, 컴퓨터 그래픽스 연구의 현재와 미래 짚는 학술대회 진행 70　유아이패스, 생성형 AI로 비즈니스 자동화의 가치 극대화   Column 73　책에서 얻은 것 No.18 / 류용효　거인의 리더십 76　디지털 지식전문가 조형식의 지식마당 / 조형식　디지털 스레드, 디지털 트윈, MBSE, PLM 연결에 필요한 디지털 연속성과 디지털 신임성   On Air 84　캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계　아트&디자인 분야 AI의 인공 창의성과 NFT, 작업 이야기 소개 85　캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계　스마트 건설을 위한 토목분야 BIM 전면설계의 중요성 86　캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계　메디컬 트윈과 의료 AI 발전 방향   82　New Books 79　News   Directory 139　국내 주요 CAD/CAM/CAE/PDM 소프트웨어 공급업체 디렉토리   CADPIA   AEC 87　BIM 칼럼니스트 강태욱의 이슈 & 토크 / 강태욱　인공지능 미디어 아트 작업을 위한 생성형 AI 도구 소개 92　새로워진 캐디안 2023 살펴보기 (10) / 최영석　3D 객체 그리기 기능 96　토목 분야 BIM 기반 자동, 연동, 수동 수량산출 합산 프로세스 (1) / 이재홍　BIM 기반 수량산출 관련 정책 및 지침 동향 100　데스크톱/모바일/클라우드를 지원하는 아레스 캐드 2024 (3) / 천벼리　아레스 캐드의 트리니티 개념과 기능   Mechanical 103　제품 개발 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 10.0 (3) / 김주현　향상된 인체 공학 설계   Reverse Engineering 108　이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (8) / 유우식　측정 결과의 분석 118　포인트셰이프 디자인을 사용한 역설계 사례 / 드림티엔에스　모터 조인트 스캔 데이터 역설계 작업 과정   Analysis 122　앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공 사례 / 김선명　L-PBF 방식 적층공정 해석 보상 모델로 열 변형 해결하기 128　제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (3) / 이상훈, 안치우, 윤재민　MBSE 실현을 위한 다분야 솔루션 통합 환경 구축 및 활용 방안   PLM 132　제조기업의 미래를 위한 PLM 이야기 (7) / 김성희　위기의 시대와 PLM   Cloud Computing 134　산업 현장에서 활용할 수 있는 AWS IoT 서비스 (4) / 조상만　AWS의 에지 컴퓨팅 서비스, IoT 그린그래스 Ⅱ      

  주요 CAE 소프트웨어 소개     ■ 개발 : C3P Software, www.cast-designer.com ■ 자료 제공 : 캣솔루션, 02-1688-4374, www.catsolutions.co.kr Cast-Designer Weld(캐스트 디자이너 웰드)는 웰드/용접 산업에 특화된 소프트웨어이다. 웰드/용접 정밀 해석 뿐만 아니라 3D 웰드 비드 설계 기술과 웰드 공정의 설계, 제품 접합의 소재 분석 기능까지 탑재하고 있으며, 아크용접(TIG/MIG/MAG 등), OSLW, YAG, SPOT 등 모든 용접 공정에 대응한다.  1. 주요 기능 (1) 웰드 설계  1) Weld 계산기 ■ 용접성 : 재료간의 용접 능력을 분석하여 용접 프로세스를 검증 ■ 냉각시간, 예열온도, 용접재료의 수량 ■ 위상 변화 밸런스 ■ HAZ 경도, 인장 강도   2) 스마트 웰드 최적화 CO2 연속 웨이브 레이저 용접, Nd: YAG 레이저 용접 및 비소모성 아크 용접 공정을 위한 최적의 용접 분석을 지원한다. ■ 웰드 주위의 온도 ■ 웰드 크기(폭, 깊이, 단면 등) ■ 공정 파라미터 ■ 금속 두께의 영향   (2) 웰드/용접 해석 ■ 열, 금속 충전, 응고 및 냉각 공정의 물리적 현상과 기계적 거동을 시뮬레이션 ■ 열, 유동, 응력 및 미세 구조 솔버가 완전히 연동 ■ 완전 자동 메시 기능 ■ 다양한 열원 모델 ■ 용접 시퀀스 설계 및 시뮬레이션을 위한 프로세스 환경설정 ■ FEM, FVM 듀얼 솔버 기술로 완전 연동 ■ 자동 최적화 기능 지원(DOE, GA, PSO) ■ CAD 엔진 탑재로 설계 파라미터 연동 가능   (3) 웰드 기술 1) 다양한 열원 ■ Double ellipsoid heat source ■ 2D Gaussian heat source ■ 3D Gaussian heat source ■ 3D uniform heat source ■ 3D Conical heat source ■ 3D print heat source ■ Combined heat source ■ FSW heat source   2) 다중 웰드 디자인 및 해석 Multi Pass 웰드 조인트는 결함이 자주 발생하기 때문에 부품에서 매우 중요한 부분이다. 잔류 인장 응력은 구조 수명과 취성 파괴 저항성에 부정적인 영향을 미친다. Cast-Designer Weld는 다중 웰드의 용접 시퀀스 및 간헐적 용접 설계를 구현하고 왜곡, 잔류 응력이나 기타 문제를 해소하는 최적의 설계값을 도출한다. 3) 조인트 템플릿 ■ MAG/MIG 강철, 레이저 용접 및 알루미늄에 대한 30개 이상의 조인트 템플릿 제공 ■ 사용자가 새로운 템플릿 생성 가능   (4) 다양한 웰드 기능 1) 웰드 어셈블리 대형 구조물의 용접 조립 시뮬레이션을 수행하기 위한 쉬운 프런트 엔드 역할 기능을 제공한다. ■ 열주기, 재료 상태의 변화, 응력, 소성 병형, 열 변형, 재료의 항복 응력 및 과도 용접 시뮬레이션과 관련된 모든 결과 ■ Gantt 다이어그램을 이용한 용접 공정 시각화 ■ 용접 순서, 냉각, 클램핑, 릴리스 시간을 최적화   2) FSW - 마찰 교반 용접 FSW는 재료를 녹이지 않고 두개의 마주 보는 공작물을 결합하는 공정이다. Cast-Designer Weld는 FSW 이후 잔류 왜곡, 잔류 응력 및 미세 구조를 예측할 수 있다. 3) 스팟 용접 전자기학, 열 전달, 야금 및 역학을 통해 시뮬레이션하고 결과를 제공한다. 4) 웰드 견적 계산 용접 프로세스에 관련된 상세 견적서 기능을 제공한다. 사용자는 통화, 공정, 인력 비용 및 용접 공정, 제조 비용 및 기타 운영 비용을 계산하고 견적서로 생성할 수 있다. (5) 용접 최적화 DOE, GA, PSO를 기반으로 다중 기준 비선형 최적화를 실행할 수 있다. ■ 다중 기준 목표 : 변형, 변위, 응력 및 온도 등을 포함한 모든 물리적 문제를 최적화 ■ 다중 설계 또는 공정 변수 : 허용되는 설계요소는 부품 치수, 용접 비드 치수와 같은 CAD 파라미터이거나 재료 속성, 용접 속도, 용접 전류 및 전압 또는 고정력, 릴리스 시간 및 용접 시퀀스 순서와 같은 공정 파라미터도 가능   2. 도입 효과 Cast-Designer Weld는 웰드/용접 산업에 특화된 소프트웨어이다. 웰드/용접 정밀 해석뿐만 아니라, 3D 웰드 비드 설계 기술과 웰드 공정의 설계, 시퀀스 제어, 제품 접합의 소재 분석 기능까지 탑재하여 고객이 원하는 제품을 생산하기 위한 최적의 웰드 방안을 찾아낼 수 있다. 3. 주요 고객 사이트 삼성전자, 현대, AUDI, Nissan, Honda, Fiat, NASA, Rolls-Royce, Bosch, Renault, MAGNA, Posco, Daewoo를 비롯해 자동차, 전자 등 다양한 산업에서 사용하고 있다.     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

차별화된 콘텐츠 선보이는 버추얼 아이돌 그룹, 메이브   메이브(MAVE:)는 2023년 1월 말 첫 뮤직비디오 공개를 시작으로 음악 프로그램인 ‘쇼! 음악중심’에서 데뷔 무대를 가지며 K-POP 버추얼 아이돌 그룹이라는 분야에서 새로운 물결을 일으키고 있다. 메이브는 사실적인 캐릭터 비주얼과 자연스러운 애니메이션은 물론 중독성 있는 음악으로 데뷔 1개월 만에 뮤직비디오 1800만 뷰, 데뷔 생방송 무대 영상 300만 뷰를 기록하고 있으며, TV쇼와 SNS 등을 통해 팬들과 다양한 방식으로 소통하고 있다. 이번 호에서는 언리얼 엔진과 메타휴먼으로 탄생한 버추얼 아이돌 그룹 메이브의 사실적이고 자연스러운 디지털 휴먼을 구현하기 위해, 제작사인 메타버스엔터테인먼트가 언리얼 엔진과 메타휴먼 기술을 어떻게 활용하였고, 단시간 내에 다양한 플랫폼을 위한 콘텐츠를 어떻게 제작할 수 있었는지 자세히 알아보자. ■ 자료 제공 : 에픽게임즈   ▲ 언리얼 엔진과 메타휴먼으로 탄생한 버추얼 아이돌 그룹 MAVE: 프로젝트(이미지 출처 : 메타버스엔터테인먼트)   메타버스엔터테인먼트는 넷마블에프앤씨의 기술과 카카오엔터테인먼트의 감성이 더해져 영화, 드라마 제작뿐만 아니라 VFX, 버추얼 휴먼 등 다양한 콘텐츠를 창작하고, 그 IP를 다양한 콘텐츠로 확장시킬 수 있는 역량과 인프라를 보유한 종합 미디어 콘텐츠 제작사이다.   디지털 캐릭터 제작 이유 메이브는 4인조 버추얼 그룹으로, 세상 어디에도 없는 완전히 새로운 외형을 가지는 것은 물론 멤버 각자가 매력을 보유한 캐릭터를 제작하는 것이 목표였다. 매력적인 캐릭터란 기본 외형뿐만 아니라 여러 상황에 맞는 다양한 표정과 디테일을 표현하는 것이 핵심이었기 때문에, 메이브의 제작사인 메타버스엔터테인먼트는 이것을 위한 파이프라인과 기술을 구축하고 개발하는 데 초점을 두었다.   매력적인 캐릭터를 제작하기 위한 메타휴먼 기술 활용 매력적인 캐릭터는 기본 외형과 함께 상황에 맞는 다양한 표정을 세밀하게 표현하는 것이 매우 중요하다. 이러한 표정을 제작하거나 수정하는 것은 항상 리깅과 모델링 작업이 동반되어야 하고, 반복적인 수정과 확인을 요하기 때문에 많은 시간과 비용이 요구된다. 그런 이유로 수십 년간의 디지털 휴먼 제작 기술의 노하우가 적용된 ‘메타휴먼’은 좋은 선택이었고, 메타버스엔터테인먼트의 캐릭터 파이프라인 구축에 있어 매우 중요한 부분을 차지했다. 메타버스엔터테인먼트는 메타휴먼의 페이셜 컨트롤을 통해 원하는 표정을 제작하거나, 캐릭터 간의 애니메이션을 손쉽게 공유할 수 있었다. 또한 에픽게임즈에서 공개한 ‘릭 로직 : 메타휴먼 페이스 릭의 런타임 평가 백서’를 참고하여 릭의 컨트롤 방식을 개선하는 등 연구개발에 집중할 수 있었다. 또한, 엔비디아의 Audio2Face, iPhone, Faceware, FACEGOOD 등 외부 툴과의 높은 호환성 덕분에 메타휴먼의 애니메이션을 적용할 수 있었는데, 기본적인 메시의 토폴로지, UV, 조인트 구조, 컨트롤 등을 그대로 공유할 수 있어 실제 제작 시간을 크게 단축할 수 있었다.   ▲ 릭의 컨트롤 방식을 개선하기 위한 R&D 결과물(이미지 출처 : 메타버스엔터테인먼트,)   메타휴먼과 함께 언리얼 엔진을 채택한 이유 메타버스엔터테인먼트는 메이브의 기획 단계에서 어떤 포지셔닝과 활동을 해야 할 지에 대한 고민이 컸고, 이런 고민에 있어 가장 중요한 고려 사항은 콘텐츠의 생산성이었다. 많은 활동은 많은 양의 콘텐츠 생산을 의미하고, 이는 제작의 효율성이 뒷받침되어야 한다. 그렇지 않은 경우에는 시각적 퀄리티를 포기해야 할 수도 있기 때문이다. 이 때문에 작업의 효율성뿐만 아니라 오프라인 렌더링과 견줄 만한 렌더링 퀄리티를 실시간으로 제공하는 언리얼 엔진을 선택했고, 언리얼 엔진을 활용하여 트랜스미디어의 형태로 단시간 내에 뮤직비디오 제작, SNS 활동 그리고 추후 출연할 TV쇼, CF 등 다양한 영역에서 메이브의 활동을 이어 나갈 수 있었다. 특히 SNS는 아이돌이 팬들과 언제든지 소통할 수 있는 매우 중요한 채널이다. SNS 채널 운영을 위해서는 그만큼 고퀄리티의 콘텐츠가 다양한 형태로 많이 필요한데, 언리얼 엔진 덕분에 사실적인 이미지는 물론 일반 영상, 쇼츠 폼 영상 등 다양한 플랫폼에서 팬들과 소통할 수 있는 여러 형태의 콘텐츠 제작이 가능했다. 그 결과, 콘텐츠 제작의 효율성과 퀄리티라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있었다.   메이브 각 캐릭터의 제작 파이프라인 메이브 제작팀은 게임, 영화 등 다양한 산업 분야의 인재들로 구성되어, 산업별로 각각 다른 DCC 툴을 사용해 왔다. 예를 들어, 게임 산업 출신의 팀원은 리얼타임 렌더링에 대한 이해도가 높고 M&E 산업의 인재들은 영상 미디어 제작에 대한 전문성을 지니고 있어, 각 팀원들의 시너지 효과를 극대화하기 위한 특별한 파이프라인을 구축했다.   ▲ 이미지 출처 : 메타버스엔터테인먼트   파이프라인은 크게 캐릭터 기획과 캐릭터 제작으로 나누어지고, 캐릭터 제작은 다시 모델링, 표정 생성 및 리깅, 헤어 제작, 보디 보정 등의 단계로 나눠진다. 캐릭터 기획은 각 캐릭터의 외형을 계획하는 단계로, 메타버스엔터테인먼트는 성공적인 아이돌 기획 경험을 다수 보유한 카카오 엔터테인먼트의 전문가들과 긴밀하게 협업하여 진행했다. 다만, 기존의 아이돌 그룹의 경우 이미 존재하는 연습생이라는 집단 구성원 내에서 알맞은 구성원을 선택해 메이크업과 스타일링으로 외형의 특성을 완성시키는데 비해, 버추얼 아이돌 그룹은 기본 외형뿐만 아니라 세밀한 표정, 움직임, 말투 등의 다양한 매력을 지닌 완전히 새로운 사람을 창조해 내야 하는 큰 차이가 있다. 이런 차이를 줄이고 기획팀의 기존 방식과 최대한 비슷한 작업 환경을 제공하기 위해, 개발팀은 GAN 네트워크를 사용해 타깃 이미지를 자동으로 생성하고 직접 아이겐 벡터를 수정하거나 조합할 수 있는 파이프라인을 구축했다. 덕분에 기획 의도에 맞는 캐릭터의 외형을 처음부터 하나하나 설정할 필요 없이, 기획팀에서 다년간 구축해 온 성공적인 아이돌 그룹의 공식에 맞는 비슷한 외형의 캐릭터를 선택하고 파라미터를 수정해 가며 기획 의도를 맞춰 갈 수 있었다.   ▲ GAN 네트워크를 활용한 이미지 합성 영상 캡처(이미지 출처 : 메타버스엔터테인먼트, 관련 영상)   얼굴을 정하는 단계에서는 스타일링에 따라 모델링이 달라지기 때문에, K-POP 아이돌의 의상과 헤어를 담당했던 전문 스타일리스트들과 함께 K-POP 아이돌 공식에 맞는 스타일링을 결정한 후 모델링을 진행했다. 실제 사람을 스캔한 후 제작한다면 훨씬 빠르게 사실적인 외형을 만들 수 있었겠지만, 그 과정에는 기획된 얼굴과 똑같은 외형의 사람을 찾는 어려움, 초상권 문제와 같은 예상되는 이슈가 많았기 때문에 모델링을 통해 얼굴을 제작했다.   ▲ 메이브의 3D 모델링 영상 캡처(이미지 출처 : 메타버스엔터테인먼트, 관련 영상)   표정을 생성 및 수정하는 단계에서는 모델을 분석하고 각 영역의 위치와 크기, 근육의 흐름 등을 고려해 약 800여 개의 표정을 자동으로 생성하는 자체 제작 툴을 활용했는데, 메타휴먼의 ‘메시 투 메타휴먼 플러그인’과 같이 기본 형태의 메시를 넣으면 표정을 자동으로 생성해 주는 기능과 비슷하다. 이 기능을 개발했던 당시에는 메시 투 메타휴먼 플러그인이 출시되지 않았기 때문에 자체적으로 개발했지만, 필요에 따라 알고리즘을 수정하고 자동화된 파이프라인을 구축하는 데 많은 도움이 됐다. 또한, 일반적인 표정 외에 캐릭터의 성격이 반영된 고유의 표정을 커스터마이징할 수 있는 기능도 제작했는데, 이렇게 기존에 없던 표정이 추가된 경우에는 그에 맞는 리깅이 필요하기 때문에 언리얼 엔진의 컨트롤 릭을 통해 자동으로 생성하고 캐릭터에 맞게 구성했다.   ▲ 눈썹을 들고 눈을 감은 상태에서 눈동자를 아래로 내리면 생기는 주름을 제거하는 과정(이미지 출처 : 메타버스엔터테인먼트)   헤어는 기본적으로 마야의 XGen을 이용해 제작됐다. 메타버스엔터테인먼트는 “그룸을 통한 언리얼 엔진의 헤어 렌더링은 리얼타임이라 믿을 수 없는 수준의 엄청난 퀄리티를 보여줬으며, 그 덕분에 많은 작업 시간을 아낄 수 있었다”고 전했다. 경우에 따라 더 높은 퍼포먼스를 위해 그룸을 쓸 수 없는 경우가 있었는데, 이런 경우에는 그룸 기반의 헤어를 카드로 바꿔주는 툴을 제작하여 사용했다. 헤어를 교체하는 과정에서 바인딩 애셋이 없는 경우 수동으로 생성해야 하는 것과 같이 헤어를 수정하고 적용하는 데 발생하는 번거로움은 자동화를 통해 작업 공정을 최적화했다. 보디를 보정하는 단계에서도 자동화를 적용하여, 수십 개의 보정 셰이프를 활용해 포즈에 따라 형태가 수정되도록 설정했다. 디테일한 설정을 적용하면 의도하지 않은 형태의 보디가 나올 확률이 높아진다거나 보간에 계층구조를 적용할 수 없는 등 RBF 솔버를 사용하면 발생할 수 있는 문제들은 새로운 솔빙 알고리즘을 개발하여 피할 수 있었다. 이외에도 옷이나 액세서리의 자연스러운 반응을 위해 언리얼 엔진의 피직스, 클로스 시뮬레이션, 애님 다이내믹 노드와 함께 다양한 솔루션을 상황에 맞게 활용했으며, 언리얼 엔진의 DMX로 화려한 무대를 성공적으로 연출할 수 있었다.   ▲ 손의 형태를 보간하는 보정 셰이프 적용 전(왼쪽)과 보정 셰이프 적용 후(오른쪽) 영상 캡처(이미지 출처 : 메타버스엔터테인먼트, 관련 영상)   자연스러운 무대를 구성하고 연출한 비결 K-POP의 감성이 잘 녹아있는 뮤직비디오를 만들기 위해 실제 K-POP 뮤직비디오를 연출해 온 감독과 카메라 감독, 그랩 팀과 지미집 그리고 실제 K-POP 댄스팀과 함께 작업했다. 메타버스엔터테인먼트는 새로운 환경 속에서도 K-POP 제작팀의 감각이 발휘될 수 있도록 기존 작업 방식 및 환경과 최대한 비슷한 환경을 조성하려고 노력했다. 그 일환으로 20m×20m×8m 크기의 대형 VFX 센터를 마련해 실제 뮤직비디오 촬영장만큼이나 큰 공간에서 모션 캡처를 진행했으며, 배우의 액션뿐만 아니라 실제 촬영 장비의 움직임도 캡처하여 뮤직비디오의 현란한 카메라 워크까지 구현할 수 있도록 공간을 구성했다. 녹화도 실제 K-POP 뮤직비디오와 동일한 방식으로 진행했는데, 모션 캡처를 진행했던 현장을 촬영한 카메라의 녹화본으로 먼저 컷편집을 진행하고 이를 기반으로 모션 캡처의 클리닝을 진행했다. 따라서 최종본에서 실제 사용되는 부분에 집중하여 클리닝 작업이 가능했고, 실제 사람의 움직임을 참고하여 작업했기 때문에 더욱 자연스러운 움직임을 담을 수 있었다.   ▲ 이미지 출처 : [4K STAGE] MAVE:(메이브) - PANDORA(판도라) | Show! MusicCore 영상 캡처(MBC 2023년 2월 18일 방송)   메이브가 준비하고 있는 콘텐츠 및 향후 방향 언리얼 엔진을 활용한 버추얼 셀럽으로서 메이브는 기존 아이돌과 차별화할 수 있는, 전혀 다른 차원의 콘텐츠를 준비하고 있다. 이외에도 직.간접적으로 엔터테인먼트와 관련된 사업을 진행하면서 생산된 IP로 파트너들과의 협업을 통해 트랜스미디어 프로젝트를 성공적으로 진행하고 있다. 메타버스엔터테인먼트는 앞으로 영화, 드라마, 게임 등 기존 IP를 활용한 사업뿐만 아니라 전문 분야인 버추얼 휴먼, 메타버스 등을 통해 사업 영역을 더욱 확대해 나갈 예정인데, 이러한 과정에서 필요한 실시간 팬덤 콘텐츠, 인터랙티브 콘텐츠, 뉴미디어 등 다양한 콘텐츠를 제작하는데 언리얼 엔진이 강력한 기반이 될 것이라고 밝혔다.   관련 영상 참고   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.