특허 개요
본 특허는 가상 물체를 절단할 때 도구의 이동 자국을 화면에 표현하는 절단 경로 시각화 방법 및 시뮬레이션 장치입니다. 절단 도구의 시작점·끝점으로 대상 물체와의 교차점을 구하고, 레이 캐스팅(ray casting)과 표면 노멀 벡터를 이용해 입사 깊이와 입사각을 산출합니다. 이후 절단 조건을 RGB 노멀 맵(normal map)에 반영하고, 반복 생성된 노멀 맵과 교차점들을 연결해 절단 경로와 깊이감을 표현합니다.
- 핵심 기능
입력된 절단 도구의 두 포인트를 기반으로 대상 물체 표면과의 교차점을 찾고, 표면 노멀 벡터와 도구 방향으로 입사 깊이 및 입사각을 계산합니다. 최대 절단 깊이, 도구 두께 및 절단 속도를 반영한 노멀 맵을 반복 생성해 시간적으로 이어지는 절단 경로 영상 신호를 만듭니다.
- 차별 강점
가상 절단 시뮬레이션은 실시간으로 절단 과정을 표현해야 하지만, 대상 물체의 메시를 직접 변형하면 계산 부담이 커질 수 있습니다. 본 특허는 메시 변형 대신 입사 조건과 속도를 노멀 맵에 반영해 절단 형상을 표현하므로, 절단 깊이·입사각·속도 변화에 따른 시각적 차이를 처리하는 방식이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 컴퓨터 그래픽스, 디지털 트윈, 가상현실 기반 작업 훈련, 물리 기반 절단 시뮬레이션 분야에 활용 가능하며, 워터 젯·원형 톱 등 절단 도구의 가상 동작 검토로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 수술 절단 훈련, 원전 해체 및 원격 해체 작업 훈련, 재난 대응 가상훈련, 절단 공정 사전 검토용 시뮬레이터로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
메시 형태의 3차원 대상 물체에 대해 도구 포인트, 교차점, 입사 깊이, 입사각 및 절단 속도를 반영한 노멀 맵 생성 절차와 절단 경로 시각화 예시가 제시되었습니다. 실제 장비 절단 결과와의 정량 정확도, 복잡 형상에서의 처리 성능, 사용자 훈련 효과는 검증되지 않았습니다.
- 대상 물체: 메시 형태의 3차원 가상 대상 물체
- 비교 조건: 입사 깊이·입사각·절단 속도에 따른 노멀 맵 형상
- 처리 조건: 30fps, 노멀 맵 1024×1024픽셀, 스테인리스 재질·워터 젯 최대 깊이 예시 0.5cm
현재 성과
대상 물체의 메시를 직접 변형하지 않고 노멀 맵으로 절단 자국과 경로를 표현하는 방식입니다. 입사 깊이와 입사각을 노멀 맵 값과 위치에 반영해 절단 형상의 깊이감과 방향성을 시각화합니다. 실제 장비 절단 결과와의 표현 정확도는 PoC에서 확인이 필요합니다.
실시예에서는 30fps 환경에서 1초 동안 30개의 노멀 맵과 30개의 교차점을 생성하고, 시간적으로 이웃한 점들을 연결해 절단 경로를 구성하는 절차를 제시했습니다. 노멀 맵 크기 1024×1024픽셀 조건도 함께 제시되었습니다.
기존의 단순 경로 표시와 달리, 도구의 입사 깊이와 입사각을 산출해 노멀 맵의 절단 형상에 반영합니다. 절단 속도가 임계 속도 이하일 때와 초과할 때 적용 두께를 다르게 설정하며, 도구 두께와 속도 조건을 함께 고려하는 점이 특징입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 장비와 재질 조합별 물리 절단 결과를 기준으로 한 시각화 정확도 검증
복잡한 3차원 형상과 다양한 절단 경로에서의 실시간 처리 성능 검증
수술·해체·재난 훈련 등 적용 환경에서의 사용자 훈련 효과 및 사용성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
시뮬레이션 장치의 절단 경로 시각화 방법 및 이를 수행하는 시뮬레이션 장치
10-2023-0142734 (2023.10.24)
1020250059579 (2025.05.07)
미등록 (심사 중)
박진아 (한국과학기술원), 우태윤 (한국과학기술원)
한국과학기술원