형상 유지 메쉬분할 적용 설계모델의 다차원 정보 VR 가시화

Abstract

Interpretation of CAE(Computer Aided Engineering) can reduce a development period and budget by predicting the internal defect and optimizing casting condition through performing simulation which predicts functions and capacity of casting on a computer. However, despite of the product simulated by three-dimensional visualization, in the existing desktop-based monitor environment, there are limitations, such as two-dimensional object visualization by limited size display and mouse interface, fixed user viewpoint, and insufficient collaboration environment. The interpretation visualization result of FDM decreases realistic visualization showing an aliasing appearance, when projecting CAE model with a real size VR large object. When visualizing information, there is a limitation of accuracy caused by limited mesh because the casting model is formed focusing on the minimal vertex. In this paper, to overcome these limitations, the large object is visualized using the CAVE™-like system, a virtual space of immersive type, user friendly and interactive technique is established so that users can operate intuitively and the movement of eyes can be unrestricted in order to cooperate effectively on real-time basis. Furthermore, the original FDM interpretation technique is utilized because the simulation is relatively easy to apply; additionaly, Multi-Dimension information on casting model and affecting the real surface casting effects, like FEM formed with triangle factors was applied to the visualization technique that has been developed. Mesh Subdivision method is applied so that the surface information can be expressed accurately and shape-Preserving mesh subdivision method is used not to change the form of the model. During this process, if mesh is subdivisioned, it wastes time on dividing unnecessary meshes; the speed can be improved by examining the mesh length threshold of essential areas to divide mesh efficiently. Multi-dimension information VR simulation of the casting model applied the proposed shape-preserving mesh subdivision to restore results derived from FDM method CAE to volume data, and the interpretation result information is visualized in mapping the casting model through searching for the shortesh distance between restored volume data and casting model vertex. In this experiment, the aliasing, caused by original FDM interpretation data visualization, is not found; moreover, the casting model shape has been expressed realistically. The speed for mesh subdivision using length threshold was 7.19 times faster when comparing mesh division and the result showing the most similar surface division visualization effects among the results; additionally, balanced mesh subdivision effects and effective and accurate surface casing has been demonstrated because it didn’t distribute unnecessary mesh. In addition, by implementing the virtual reality technique, on real-time basis users can effectively observe the real size casting model applied interpretation technique; simulation environment, which enables them to interact intuitively and cooperate effectively, has been established.;컴퓨터를 전 설계과정에 이용하는 CAE(Computer Aided Engineering) 해석은 설계안의 성능이나 기능을 컴퓨터 상에서 예측하는 시뮬레이션을 수행함으로써 제품 내부 결함을 미리 예측하고 주조 조건을 최적화하는 효과로 개발 기간 및 비용을 줄일 수 있다. 하지만 제품을 3차원으로 가시화하여 시뮬레이션을 한다하더라도 데스크탑 기반 모니터 환경에서는 한정된 크기의 2차원 디스플레이와 마우스 인터페이스로 대상 객체 가시화가 평면적이고, 사용자의 시점이 고정되어 있으며, 충분한 협업 환경을 제공하지 못하는 한계를 지닌다. 또한 FDM 방식의 해석 데이터 가시화 결과는 계단현상이 나타나 VR 대형 입체 가시화하여 CAE 모델을 실제 크기로 투사하였을 때 실제감이 떨어진다. 설계 모델은 최소 정점으로 모델을 형성하기 때문에 정보를 가시화할 경우 한정된 수의 메쉬로 인한 정확성의 한계가 있다. 본 논문에서는 이를 극복하기 위해 몰입형 가상공간인 CAVETM™-like 시스템을 이용하여 대형 입체 가시화하고, 사용자 중심으로 시점 이동이 자유로우며 사용자가 직관적으로 조작하는 상호작용 기법을 개발하여 효율적이고 현장감있는 협업이 가능하도록한다. 또한 시뮬레이션이 상대적으로 용이하여 기존의 FDM 해석 기법을 이용하되 삼각형 요소로 구성된 FEM과 같이 사실적 표면 설계 효과를 내는 설계모델에 다차원 정보를 적용하여 가시화하는 기법을 개발한다. 표면 정보가 고해상도로 정확히 표현될 수 있도록 메쉬 분할 방법을 적용하되 모델의 형태는 변형 되지 않도록 형상 유지 메쉬 분할법을 사용한다. 이때 메쉬를 모두 분할하면 불필요한 메쉬도 분할되어 시간이 낭비되기 때문에 필요한 영역을 메쉬 길이 임계값을 통해 검사하여 효율적으로 메쉬를 분할하고 속도를 개선하고자 한다. 본 논문에서 제안한 형상유지 메쉬 분할을 적용한 설계 모델의 다차원 정보 VR 가시화는 FDM방식 CAE로 도출된 결과를 볼륨 데이터로 복원하고, 복원된 볼륨 데이터와 설계 모델 정점의 최단 거리를 찾아 해석 결과 정보를 설계 모델에 매핑하여 가시화한다. 기존의 FDM 해석 데이터 가시화 결과로 나타나는 계단현상이 전혀 나타나지 않고 설계 모델 외형 그대로의 사실적인 표현 효과를 얻을 수 있었다. 메쉬 길이 임계값에 의한 메쉬 분할은 모든 메쉬 분할과 그 결과값 중 가장 유사한 표면 분할 가시적 효과를 나타낸 결과를 비교하였을 때 메쉬 분할 속도가 평균 7.19배 빨랐으며 불필요한 메쉬를 분할하지 않으므로 균형적인 메쉬분할 효과가 나타나 효율적이고 정확한 표면 설계할 수 있었다. 또한 가상현실 기술을 적용함으로써 사용자가 해석 기술이 적용된 실제 크기의 설계 모델을 입체적으로 현장감 있게 관찰할 수 있고, 직관적인 상호작용과 효율적인 협업이 가능한 시뮬레이션 환경을 구축하였다.