보고서 정보
주관연구기관 |
한국전자통신연구원 Electronics and Telecommunications Research Institute |
연구책임자 |
최진성
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2018-04 |
과제시작연도 |
2017 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800039298 |
과제고유번호 |
1711055350 |
사업명 |
기술확산지원(정보통신) |
DB 구축일자 |
2018-09-15
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키워드 |
컴퓨터그래픽스/비전.3D 스캐너.모바일 캐드.3D모델링.3D프린팅 오류 검증 및 보정.3D 객체 검색 및 병합과 변형.3D프린팅 데이터 컨버팅.Virtual Warehouse.
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초록
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핵심내용 및 기술
3D 공간에서의 카메라 위치 트레킹, 3D 복원 기반 모델 데이터 생성
3D 캐드 데이터, 메쉬 데이터의 모바일뷰어/저작 및 PRC/U3D 데이터 컨버터
메쉬 단위의 오류 검증 알고리즘 및 보정
3D프린팅을 위한 파일포맷/참조구현(다이렉트 출력)의 표준화
SaaS, VW기반의 응용 서비스 앱과 3D프린팅 데이터의 관리 체계 구축
최종목표
누구나 쉽게 3D프린팅을 위한 3D모델의 생성/저작/출력을 할 수 있는 모바일 기반의 3D 프린팅 응용 S/W 및 서비스 개발
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핵심내용 및 기술
3D 공간에서의 카메라 위치 트레킹, 3D 복원 기반 모델 데이터 생성
3D 캐드 데이터, 메쉬 데이터의 모바일뷰어/저작 및 PRC/U3D 데이터 컨버터
메쉬 단위의 오류 검증 알고리즘 및 보정
3D프린팅을 위한 파일포맷/참조구현(다이렉트 출력)의 표준화
SaaS, VW기반의 응용 서비스 앱과 3D프린팅 데이터의 관리 체계 구축
최종목표
누구나 쉽게 3D프린팅을 위한 3D모델의 생성/저작/출력을 할 수 있는 모바일 기반의 3D 프린팅 응용 S/W 및 서비스 개발
지원내용 및 결과
(기술 원리, 연구내용 및 결과)
각 주요 연구 영역별 연구 목표, 내용, 주요 결과를 요약 기술
【모바일 카메라 영상 기반 스캐닝 기술】
․기술원리: 스마트폰의 카메라 영상을 이용하여 피사체의 특징과 3차원 공간상의 트레킹을 이용하여 3D 모델 데이터 생성. 이를 위해, 특징점 추출 및 트래킹, 다중 뷰 제한, 자기보정, 삼각측량, 레이저 라인 추출, 텍스처 매핑, PnP(Perspective-n-Point), 모바일 영상 병렬처리, 홀 필링 등의 기술적 원리의 이해와 구현이 필요
․연구내용: 모바일 촬영 영상만으로 영상 처리, 3D 모델 스캔 및 레이저 라인 포인터와 모바일 카메라만으로 보정과정 없이 3차원 모델 스캔
․결과: 모바일 촬영 영상 기반 3D 스캔 모델 생성 기술, 레이저 기반 런타임 3D 스캔 모델 생성 기술, 모바일 깊이 센서 기반 3D 스캔 모델 생성 기술, 3D결과 후처리 기술
【모바일환경에서의 캐드, 메쉬(Mesh) 기반 저작】
․기술원리: ▲ (캐드) OpenGLES 그래픽 엔진을 지원하는 BREP 기반 3D CAD 엔진의 핵심 기능 구현 ▲ (저작)3D 프린터 모델 파일에서 모델 위치 정보를 읽어 WEBGL 컴포넌트를 이용한 뷰잉, 모델의 표면과 사용자 조작의 지점 감지, 설정된 사용자 조작의 범위 강도로 저작 효과를 모델에 반영 ▲ (검색/변형/병합) 3D 프린팅 객체의 형태 변형 속성을 이용한 변형, 다시점 멀티 특징 기반의 유사 객체 검색, 3D 메쉬 객체들을 볼륨 데이터로 변환하여 병합하고 다시 메쉬로 변환하는 3D 프린팅 보장 병합
․연구내용: ▲ 모바일에 적합한 매개변수 편집이 가능한 CAD 개발, 메쉬 기반의 스컬프팅, 변형과 병합 기능 개발 ▲ 모바일 3D 프린터 모델의 뷰어/저작 SW(CAD, 클라우드 연동), 응용 확장을 위한 3D모델의 PDF 문서내 데이터 삽입, 전자칠판(타켓 응용시스템의 하나)으로 전송, 저작 도구
․결과: ▲ SolidACE3D(안드로이드) 3D CAD S/W ▲ 3D 프린팅 모델 저작/뷰어, 3D 프린터 모델 파일과 PDF 문서 추가 가능한 파일 포맷 상호컨버터 ▲ 3D 프린팅 모델을 쉽게 변형, 검색, 병합 편집 SW
【3D프린팅 데이터의 검증보정】
․기술원리: 모바일 3D 프린터 출력 데이터 검증 보정 자동화
․연구내용: 원격/무선 출력 환경 구축, 출력 데이터 검증 보정 자동화
․결과: 모바일 3D 출력 데이터 구조적 오류 검증 보정, 모바일 3D프린터 애드온 네트워크 출력
【3D프린팅 파일포맷 및 다이렉트 프린팅 참조 구현에 대한 표준화】
․모바일 기기에서 웹 기반 인터페이스를 통해 3D 프린팅을 수행하는 표준 프로토콜 개발 및 관련 IPR 확보
․표준화 주요 내용: 재질 및 칼라를 지원하는 3D 프린팅 파일 설계 및 신규 국제표준 아이템 생성, 3D 프린팅 파일 포맷 개발 및 참조 구현 완성, 모바일 3D 프린팅 파일과 클라우드 기반 하드웨어 연동 프레임워크 완성
․결과: 국제표준화 단체에서 2건 표준 승인
- OMA의 CD그룹에서 DWAPI-3DP 표준 1건 (Candidate문서)
- OneM2M MAS 그룹의 HAIM에 3D 프린팅 기술표준 반영 (1건)
※OMA: Open Mobile Alliance: 모바일 관련 통신 프로토콜 표준을 제정하는 국제표준 단체
※DWAPI-3DP: Device Web API for 3D Print, 모바일에서 다양한 디바이스와 통신/제어하는 프로토콜 표준으로 3D 프린팅을 제어 함.
※Candidate문서: OMA에서 사실상 표준이 완료된 단계의 문서로, 해당 표준을 기반으로 산업계에서 Inter-operability 테스트를 통과하면 Approve문서로 변함, Inter-operability 테스트가 없을 경우 1.5년 이내에 Approve문서로 변함, 두 문서간의 차이는 없음
※OneM2M: One Machine to Machine, 사물통신, IoT 기술을 위한 요구사항, 아키텍처, API 사양, 보안 솔루션, 상호 운용성을 제공하는 글로벌 단체표준
※HAIM: Home Appliances Information Model and Mapping, 가전 기기 등을 OneM2M표준에 사용할 수 있도록 정보화하고, 관련 기능을 매핑하는 표준
【3D프린팅에 필요한 앱 개발 환경과 서비스 환경】
․기술원리: 3D프린터를 위한 App을 개발 할 수 있는 PaaS기반 서비스, 3D 프린팅 데이터를 관리, 서비스를 위한 Virtual Warehouse
․연구내용: ▲ 3DPaaS 기반으로 저작 가능, 3D 특화 기본 모듈 제공(3D 특성을 고려한 Curation, Pricing), LEGO 조립형으로 App을 쉽게 개발 가능 ▲ 3D 모델 및 오픈 소스 공유를 위한 3D 프린터 Virtual Warehouse 클라우드 서비스 구축, 3D 프린터 콘텐츠 상호 거래 지원 클라우드 서비스 플랫폼
․결과: ▲ 통합 마켓 플레이스(3DP@HOME), A-SaaS플랫폼 ▲ 다중, 대용량 파일 API시스템을 지원하는 Virtual Warehouse 시스템, Virtual Warehouse를 이용을 위한 API가이드 사이트 구축, 모바일 3D프린팅 출력서비스 플랫폼 “M3”와 연계를 위한 APP to APP 시스템 개발, ▲ 프리미엄 콘텐츠, 3D커뮤니티, 금형/양산 서비스, 3D프린팅 교육서비스가 포함된 모바일 3D프린팅 출력서비스 플랫폼 “M3”구축 ▲ “M3”관리 및 상거래시스템 제어를 위한 Back-End시스템 개발 ▲ 3D프린팅 특성을 반영한 Pricing 및 Curation
【사용자 교육】
․원리: ▲ 3D프린터를 이용하는 학습 활동에 3D 모델링 및 메카닉 구조/원리 등의 교육 활동과 함께, 실제 체험할 수 있는 교재, 프로그램으로 구성 ▲ 기존 ISD의 이론적 기반에 A.D.D.I.E. 모형을 적용하여 교육 프로그램 개발
․연구내용: ▲정규 교과 과정 내용에 3D 프린터를 활용하는 실습, 체험을 연계한 프로그램/교재 개발과, 이를 일선 교사/학생 대상으로 교육 실시하여 실증 ▲ 일반인들도 쉽게 3D프린터를 이용할 수 있도록, 스마트 디바이스를 활용한 3D프린팅 콘텐츠 생성-저작-출력의 全과정을 실습/체득하는 교육프로그램 개발
․결과: ▲ (학생) 교육 프로그램4종/교재 4종 개발 ▲ (일반인) 교육프로그램 3종/교재 5종 개발
기술개발 배경
․모바일 환경에서 유용하게 3D 생성할 수 있는 기술의 필요성 대두
- PC에 연결시키는 전용 하드웨어로 구성된 스캐너는 2만$~5만$로 일반 사용자에 고가. 비교적 저렴한 모바일 기기를 이용한 3D 스캔은 유용한 결과를 확보하는데 장시간 소요됨.
- 모바일 기기에 장착하는 스캐닝 디바이스는 기구부 및 보정 과정 등은 사용성이 현저히 저하, 일반 사용자에게 공급하기엔 장애 요인으로 작용
- 스마트폰에서 보정 단계를 줄여 주면서도 유용한 수준의 정밀도와 처리 시간을 가지는 모바일 기반 3D 스캐너의 개발의 필요성 체감
․모바일 기기에서도 캐드와 그래픽 데이터를 저작, 검증보정이 필요
- 국내에 경우 Mobile 3D CAD 프로그램 기술이 전무하며 관련 기초 기술 또한 세계적으로 대형 CAD 솔루션을 개발한 소수 기업만이 도입단계로 개발하고 있는 실정
- 3D 모델을 획득할 있는 경로의 증가로 모바일 환경에서도 간편하게 뷰잉,저작 할 수 있는 필요성이 증대. 기존 저작 도구는 대부분 전문가 중심 SW, PC 기반 SW로 쉽고 간편하게 이용하기에는 학습 시간이 소요됨
- 기존 3D프린팅 SW는 3D프린터 제조사가 비공개 독점으로 제공해 왔으며, 공개 출력 SW도 비공개 정책으로 전환되고 있는 추세임. 또한, 3D 프린팅 SW는 주로 PC 환경에서 사용자 편의성을 위한 일부 기능만 제공
․3D프린팅 서비스 개발에 필요한 응용서비스의 앱 개발과 표준화
- 다양한 영역에서 3D프린팅 서비스에 필요한 앱을 프로그램 과정이 없이 3D 프린팅 서비스 앱을 제작할 수 있는 방법이 필요
- 3D프린터의 고도화 및 재료의 다양화로 다양한 영역에서 3D프린터 활용도는 높아질 것이므로 다양한 출력 요구에도 표준화된 공정방식으로 대응할 수 있는 출력 서비스가 필요할 것으로 예상됨
- 3D프린터가 없어도 저작한 3D콘텐츠를 간편하게 업/다운로드 하여 출력에서 배송 까지 해주는 one-stop의 서비스는 성장 가능성이 높음
- 다양한 3D프린터 환경에서도 사용자는 본인의 모바일 단말에서 직접 3D 프린팅을 구동할 수 있는 표준화된 모바일 다이렉트 프린팅 기법이 필요
핵심개발 기술의 의의
․모바일에서도 3D 생성을 위한 원천 기술 확보 및 상용화 수준 달성
- 저가이며 보정 단계를 줄이는 구조로 레이저 장치를 고안, 특허도 확보
- 레이저를 피사체에 투사, 스마트폰으로 촬영하여 3D 데이터를 생성하는 상용수준의 정밀도를 가지는 스캐너를 개발
- 3D프린터와 3D스캐너를 이용한 디지털 교보재 개발을 통해 국내외 시장 진출 시도의 계기 마련
․3D프린팅 모델 데이터의 그래픽 수준의 저작 없이 바로 변형/병합
- 기존의 그래픽 도구에서 널리 사용되는 메쉬 단위 편집이 아닌 형태 속성을 통한 3D 객체 편집을 할 수 있어, 사용자 편의성을 높여 줌
- 사용자가 병합 기능을 이용하면 쉽게 3D 객체에 또 다른 3D객체(예를 들어, 액세서리 등)을 병합할 수 있어, 매우 직관적 편집이 가능
․모바일 환경에서도 캐드 정보의 뷰잉, 출력 문제를 해결
- 모바일의 작은 화면에서 유용하게 작동할 수 있도록 손가락 가림 없는 FULL SCREEN WORK SPACE NUI/NUX 개발 및 Multi Solid Model to MESH 변환 시 발생되는 출력 문제 해결
- 3D Printing Mesh inspector 모듈 개발로 터짐, 겹침 현상이 없는 Clean Solid Mesh 생성으로 3D 프린팅에 적합한 경쟁력 확보
- 비정형 Surface위에 사용자가 편하게 Sketch할 수 있는 기능을 제공하여 높은 자유도를 갖도록 개발 및 특허 출원
․3D프린터 전용 제어 PC, 유선 없이도 3D프린터를 활용 가능
- 일반 사용자가 스마트폰이나 태블릿에서도 원격(Remote) 무선(Wireless) 3D 프린팅이 가능하여 기존 이용환경을 대폭 개선(제어PC, 랜선 제거)
․레고 조립 하듯이 3D프린팅 서비스 앱을 제작, 향후 보급 확산에 유리
- 조립형 앱 개발로, 전문 개발자가 아닌 누구나 앱을 개발할 수 있는 플랫폼 개발하였고, 또한 개인이 생성한 앱을 SaaS기반으로 제공하는 통합 마켓 플레이스
․상용제품에 개발 기술을 활용, 제품의 경쟁력 우위 확보에 활용
- 모바일 환경에서 상용수준의 저작(스컬프팅), 뷰어를 개발하여, 상용제품(전자칠판)과 데이터를 상호 활용할 수 있는 컨버터를 개발, 통합하여 기본의 3D데이터를 전자칠판에 import, 풍부한 교육 데이터 확보
- 3D 프린터 모델을 PDF 문서에 추가기능이 간단함으로 기존 2D 중심의 제품카다록, 설명서, 메뉴얼 등의 3D 모델로 전환가능
․모바일 기반 3D프린팅 콘텐츠 서비스 구현으로 본격적인 사업화 단계 진입
- 모바일 기기에서 앱(M3)를 설치, VW의 3D프린팅 콘텐츠를 이용 가능
- 결재, 배송과 같은 backend 기술도 통합되어 있어 상용서비스 가능
- APP to APP 연동방식으로 지속적 서비스 추가/확장이 용이한 구조
- 3D프린터 보유 기관 혹은 전문 스튜디오 기업과 연계 사업화 전개(테마파크용 3D프린터 스튜디오(㈜SC 전시문화) 다양한 3D프린터를 보유한 첨단정보통신융합 산업기술원(IACT)와 업무 협력체계 구축
․학생/일반인 대상 교재/프로그램의 유용성 확보로, 기술 확산 기대
- 안양, 광명 대상 학교에 적용 교사로 부터의 호평 등으로 향후 교육청에서의 적극적인 활용 의사를 밝혀 기술 확산의 계기가 마련됨
- 산업용 인력양성, p-tech 등 인력양성(고용노동부)에도 적용되는 등 교재와 프로그램의 효용성을 인정받음
- 일반인 대상 교육프로그램은 3년간의 운영으로 실증이 완료되어 민간교육기업, 공공기관, 지역 혁신기관으로 라이센싱 되어 기술 확산이 교두보 확보
적용 분야
․3D스캐너를 이용한 맞춤형 개인화 서비스 영역
- 자신의 얼굴, 신체 등 특징을 이용한 맞춤형 피규어 서비스 및 판매
- 맞춤형 구두, 의복 제작을 위한 신체 전체 혹은 일부의 측정
- 고가의 교육용 교보재도 스캐너 이용하여 직접 생성, 출력하여 활용 가능
․제조, 유지보수 및 재활 분야
- PLM/PDM 시스템과 연계한 모바일 CAD VIEWER 서비스
- 모바일 GD&T 도면 VIEWER 서비스
․생활밀착형(장신구, 악세사리 등) 서비스 분야
- 악세사리, 장신구 등 개인 기호품을 앱을 통해 저작 후 3D프린팅 서비스를 제공하는 디지털 공방
․중, 고등학교의 공교육 기관의 기존 교육환경의 디지털화 솔루션
- 기존 전자칠판 환경에 3D스캐너, 3D프린터와 연계한 스마트 교육 환경 구축
- 교육 현장의 3D프린터 환경을 무선화, 3D콘텐츠 활용 환경 조성에 적용
․3D프린터 및 소프트웨어(코딩) 등의 교육 분야
- 초·중·고등학교의 방과 후 학습 및 다양한 교육기관의 교재로 활용
- 특별활동, 자율학기제 등 학교와 연계한 교육 프로그램 개발에 직접 적용
- 고용노동부 산업 인력양성 사업에 교재/프로그램이 실제 활용되고 있음
- 민간교육기업, 공공기관, 지역 혁신기관의 新분야 재교육에도 접목, 활용
☞ 경북대학교에서는 교육 프로그램을 관련 교육 기업으로 라이센싱 한 사례가 있음
․엔터테인먼트(유명 캐릭터, 드라마 및 IOT연계 스마트 토이 등)
- KT에서 제공하는 브랜드 파워가 있는 캐릭터 콘텐츠기반의 서비스에 3DP@HOME 마켓 플레이스를 연동하여 3D 거래 활성화
☞ (예시) KT IPTV플랫폼의 TV쏙 서비스에 뽀로로 캐릭터를 시청중 리모콘 클릭으로 3DP@HOME의 3D콘텐츠 거래가 가능
- KBS 2TV에서 방송예정인 “너도 인간이니” 드라마와 연계한 캐릭터 무드등 사업(적용예정), 이를 위해 OU Ent와 연계 하여 진행
- 자체 IOT제품 개발 기술을 활용하여 IOT제품(마이크, 무드등 워킹목업) 양산에 3D프린터를 접목 시킨 판매 서비스
(출처 : 최종보고서 초록 6p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 최종보고서 초록 ... 3
- 정보통신・방송 연구개발사업 주요 연구성과 ... 24
- 목차 ... 42
- 제 1 장 당초 RFP ... 43
- 제 2 장 서론 ... 45
- 제 1 절 과제의 개요 ... 45
- 제 3 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 48
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 48
- 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 54
- 제 3 절 수행 결과의 보안 등급 ... 57
- 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구 장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 57
- 제 4 장 결과 및 사업화 계획 ... 58
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 58
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 180
- 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 182
- 제 4 절 고용 창출 효과 ... 188
- 제 5 장 성과활용계획 ... 189
- 제 1 절 성과활용방향(총괄) ... 189
- 제 2 절 차수별 성과활용계획(성과활용기간) ... 190
- 제 3 절 자립운영 방안 ... 193
- 부록1. 결과물에 대한 언론홍보방안(실적 또는 계획) ... 194
- 부록2. 공인시험성적서 관련 서류 ... 234
- 부록3. 기타 성과물 ... 266
- 끝페이지 ... 435
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