CAD 프로그램으로 3D 오브젝트를 디자인할 때, 주요 모델링 프로그램들은 폴리곤 메쉬(polygon mesh) 또는 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline, 비균일 유리 B-스플라인) 방식으로 오브젝트를 표현합니다. 3D 프린팅용 파일을 만들 때 대부분의 CAD 프로그램은 파일을 STL 형식(삼각형 폴리곤 메쉬로 변환됨)으로 변환합니다. 메쉬로 오브젝트를 제작할지, 아니면 NURBS로 작업한 후 변환할지 고민된다면 두 방식을 비교해 선택에 도움을 드리겠습니다.
핵심 요약: 메쉬 vs NURBS
메쉬(Mesh)
- 파일 크기가 작습니다.
- 모델 수정이 더 쉽습니다.
- STL 형식과 호환되므로 변환이 필요 없습니다.
- 완전한 3D 렌더링 방식이라 조각을 이어 붙인 이음새가 없습니다.
NURBS
- 더 정밀하고 픽셀화되지 않은 모델을 만들 수 있습니다.
- 엔지니어링 및 기계 설계 분야에 더 적합합니다.
- 매끄러운 곡면을 표현합니다.
폴리곤 메쉬는 컴퓨터에서 3차원 물체를 렌더링하는 방식으로, 3D 프린팅에 사용되는 STL 파일도 바로 이 형식을 사용합니다. 삼각형으로 3D 형상을 만들다 보면 매끄러운 면을 근사적으로 표현하게 되는데, NURBS로 처음부터 제작한 이미지 특유의 완벽한 매끄러움에는 미치지 못합니다. 그럼에도 메쉬는 모델링이 훨씬 쉽습니다. 메쉬를 밀고 당겨 형태를 자유롭게 조정할 수 있고, 점들의 수학적 평균값을 계산하지 않기 때문에 매번 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.
컴퓨터 모델링에서 가장 매끄러운 이미지를 만드는 것은 NURBS입니다. 또한 가장자리가 균일하고 픽셀화되지 않은 정밀한 모델을 만들어냅니다. 엔지니어링이나 기계 설계 분야에서는 폴리곤 메쉬 기반 프로그램보다 NURBS 기반 렌더링이 선호됩니다. 일반적으로 CAD 프로그램에 오브젝트를 스캔할 때도 NURBS 방식으로 스캔하는 경우가 많습니다.
호환 프로그램: 무료 및 유료 버전
메쉬
- 무료 및 상용 소프트웨어를 모두 이용할 수 있습니다.
NURBS
- 무료 및 상용 소프트웨어를 모두 이용할 수 있습니다.
- 대부분의 프로그램이 폴리곤과 NURBS를 함께 지원합니다.
폴리곤 메쉬든 NURBS든 다양한 무료, 프리미엄(부분 유료), 상용 소프트웨어를 활용할 수 있으며, 많은 프로그램에 두 가지 옵션이 모두 내장되어 있습니다. 예를 들어 무료 소프트웨어인 Blender에서 영화를 제작할 때 캐릭터는 폴리곤으로 만들고, 환경은 NURBS로 제작하면 유기적인 곡선이 살아 있는 자연스러운 지형을 얻을 수 있습니다.
대표적인 NURBS 전문 프로그램으로는 Autodesk Maya, Rhinoceros(Rhino), AutoCAD 등이 있으며, 이들 역시 폴리곤 메쉬 기능을 함께 제공합니다. SketchUp의 무료 기본 버전은 내장 도구로 폴리곤만 지원하고, Pro 버전은 부드러운 곡선처럼 NURBS 방식에 가까운 작업을 가능하게 해주는 확장 기능을 지원합니다.
어떤 도구를 선택하든 수백 달러를 쓰지 않고도 모델을 만들 수 있습니다. 다만 일부 고성능 소프트웨어는 그런 수준의 비용이 들 수 있습니다.
사용 편의성: 메쉬가 모델링과 출력이 더 빠름
메쉬
- 3차원 공간에서 선과 도형을 이용해 모델을 빠르게 조립합니다.
- 매끄러운 곡면을 만들기는 다소 어렵습니다.
NURBS
- 2차원 객체 패치(patch)를 이어 붙여 모델을 조립합니다.
- 연결 상태가 좋지 않으면 틈새가 생길 수 있습니다.
- 매끄러운 곡면을 표현하기 더 쉽습니다.
NURBS는 곡면 렌더링에 탁월하지만, 메쉬 모델에서도 폴리곤의 변 수를 늘리면 곡면에 가까운 표현이 가능합니다.
물론 NURBS에도 한계가 있습니다. 2차원 렌더링 방식이기 때문에 복잡한 3차원 형상을 만들려면 패치들을 이어 붙여야 하며, 경우에 따라 패치가 완벽히 맞아떨어지지 않아 이음새가 나타나기도 합니다. 따라서 디자인 단계에서 오브젝트를 꼼꼼히 살펴보고, STL 파일용 메쉬로 변환하기 전에 이음새가 완벽하게 정렬되었는지 확인하는 것이 중요합니다.
초보자에게는 메쉬 폴리곤 프로그램이 3D 모델링의 기본기를 익히기 좋은 출발점입니다. 기본적인 모델을 만드는 데 그리 오랜 시간이 걸리지 않습니다.
3D 프린팅: 폴리곤 메쉬가 더 빠름
메쉬
- STL로 직접 변환할 수 있습니다.
NURBS
- STL 파일로 내보내기 전에 반드시 메쉬로 변환해야 합니다.
3D 프린팅이 목적이라면 폴리곤 메쉬가 NURBS보다 유리합니다. NURBS 파일은 STL 형식(슬라이싱 소프트웨어가 프린터 명령을 생성할 때 사용하는 파일 형식)으로 직접 변환할 수 없고, 먼저 메쉬로 변환하는 추가 단계를 거쳐야 합니다.
NURBS로 작업한 뒤 메쉬로 변환할 때는 해상도를 선택할 수 있습니다. 해상도가 높으면 출력물의 곡선이 가장 매끄럽지만 파일 크기가 커지며, 경우에 따라 파일이 너무 커서 3D 프린터가 처리하지 못할 수도 있습니다.
해상도와 파일 크기 사이의 최적 균형을 찾는 것 외에도 파일 크기를 줄이는 정리 방법이 있습니다. 예를 들어 오브젝트를 제작할 때 실제로 출력되지 않을 내부 면을 만들지 않는 것입니다. 두 형상을 하나로 합칠 때 흔히 발생하는 문제로, 출력 결과에서는 하나의 면이 되더라도 합쳐진 경계면이 불필요하게 정의된 상태로 남아 있는 경우가 있습니다.
최종 결론
가장 익숙한 3D 디자인 프로그램이라면 대부분 NURBS 또는 메쉬 파일을 STL이나 다른 3D 프린팅 형식으로 내보내는 기능을 갖추고 있을 것입니다.
오브젝트를 처음부터 NURBS로 만들지 메쉬로 만들지는 개인의 선호에 따라 달라집니다. 변환 과정 없이 더 쉽게 작업하고 싶다면 메쉬로 시작하는 것이 최선이고, 완벽한 곡선을 원한다면 NURBS를 사용하는 프로그램을 선택하세요.
다양한 모델 형식을 이해하는 데 도움이 되는 좋은 자료는 Sculpteo, Shapeways 같은 3D 프린팅 서비스 업체에서 찾을 수 있습니다. 이들은 대부분의 3D 디자인 프로그램에서 만든 파일 형식을 처리하며, 파일이 제대로 출력되도록 유용한 팁과 조언을 제공하기도 합니다.