1. 수행배경

• 본 프로젝트는 기존의 3D 프린터에 홀로그램을 추가한 시스템으로, ‘플로팅 홀로그래피 기술을 활용한 현실 시뮬레이팅 기술’과 ‘영상처리 기술과 홀로그램을 융합한 오류탐지 센싱 기술’이 핵심 기술입니다. 이때, 홀로그램은 스크린 없는 디스플레이 기술로, 레이저 광선을 통하여 2차원 평면에 3차원 입체를 묘사하는 기술입니다. 홀로그램을 표현하는 데에는 다양한 기술들이 존재하는데, 본 팀은 프로젝터로 차원의 대형 투명막에 고해상도 영상을 쏘아 공중에 떠있는 것과 같은 입체형상을 구현하는 방식인 플로팅방식을 구현하고자 합니다. 본 팀은 기존에 다양한 문제점들이 존재하는 3D 프린터의 문제점을 해결하고자 본 프로젝트를 제안 하게 되었습니다. 해당 시스템에서는 기존 3D 프린트의 문제점에 초점을 두어 고안한 솔루션입니다. 기존의 모델에서는 현실적인 시각적 자료를 제공하는 기능이 없습니다. 기존의 LCD는 옵션설정을 할 때 쓰일 뿐 아무런 시각적 자료를 제공해주지 않습니다. 저희는 3D 프린팅을 지속해서 진행해온 입장으로써 추출하기 전에 시각적 제공을 받지 못한다는 점은 치명적인 문제점이라고 생각합니다. 그 이유는 아래와 같습니다.

• 1. 컴퓨터 모니터에서 출력해서 보여준 그래픽 모델과 실제 조형물은 흡사하지만 다른 느낌을 띄고 있습니다. 즉 이용자는 자신이 원하는 느낌을 받을 때까지 출력과 수정을 반복해야 합니다.

  2. 만약 3D 프린터가 시각적 정보를 줄 수 있는 방안이 없다면 사람은 실제로 조형물이 완성되기 전까지 실시간으로 모니터링을 해주어야 한다.

  즉 현실에서는 3D 프린터를 이용하면서 제대로 된 출력물을 얻기 위해서는 출력되는 동안 3D 프린터에서 출력되는 과정을 실시간으로 모니터링 해야 하며, 출력과 수정을 반복하기 때문에 시간을 효율적으로 사용할 수 없게 됩니다. 여기서 낭비되는 시간은 대략 평균적으로 10시간에서 ~ 20시간 사이로 일반인이 작업하기에는 너무 많은 시간이 소모됩니다. 특히 이것은 한 파트를 설계할 때의 경우이고 어셈블리를 하는 것에 앞서 수많은 출력물을 뽑아내고 수정하기를 반복한다면 수십 시간이 걸릴 것을 예상합니다. 본 팀은 위와 같은 문제점들을 해결하고, 근본적으로 작업자의 작업량과 작업시간을 효과적으로 낮춰줌으로써 시간적 자원과 인적자원을 동시에 확보하는 시스템을 제안하고자 합니다..

2. 수행기간

3. 개발작품 설명

• Floating Holography:
  플로팅 홀로그라피 기술은 물체의 영상이 하프미러 또는 투명막에 반사되는 형식으로서, 어두운 배경과 투명막에 비친 물체의 상이 겹쳐지면서 마치 물체가 허공에 떠 있는 것처럼 느껴지게 하는 원리입니다.
• 구현원리:

  하프미러와 투영필름: 프로젝션 홀로그램에 주된 원리는 하프미러이다. 하프미러는 유리 표면에 금속 산화물을 구어 붙여 거울 면 효과가 있게 한 판유리이다. 아래 그림과 같이 빛 일부는 반사하고, 일부는 투과하는 성질을 가지고 있다. 일반적으로 반사율과 투과율의 비율이 50:50이 되는 특성이 있으나, 파장에 따라서 변화하기도 하며, 흡수되는 부분도 존재한다. 또한 저희는 이 플로팅 방식 중 멀티플 앵글을 사용하여 다양한 각도에서의 영상을 투영 시켜 전 방향에서 관찰할 수 있게 구현할 것입니다. 저희는 대표적으로 유명한 4방향 홀로그램(four-sided hologram) 혹은 피라미드 홀로그램이라고 불리는 방식을 채택하여 진행할 것인데, 이 방식의 결과물은 관찰자가 360도 어느 방향에서 봐도 물체가 떠 있는 것처럼 보이게 됩니다. 결국 이 원리는 각각의 네 가지 그림이 끊임없이 정보를 내보내고 있는 것이고, 그 반사된 영상을 관찰자들이 하나의 떠 있는 홀로그램을 인식하게 됩니다.

   

  하프미러도 다양하게 분류되는데 대표적으로 금속을 증착한 하프미러, 유전체 막을 증착한 하프미러, 편광 하프미러가 있습니다. 금속 증착 하프미러는 값이 저렴하여 광범위하게 사용되며, 반사광과 투과광의 강도가 1:1일 때 약 30%의 광 흡수 손실이 있습니다. 유전체 막 하프미러는 광 흡수 손실이 거의 없음으로 높은 효율을 자랑하지만, 반사율은 레이저광과 편광방향과 입사각도에 의존함으로 다루기가 어렵운 부분이 있습니다. 따라서 제품의 특성에 따라 편광특성이 크지 않다면 레이저광이나 직선편광의 광원에 사용할 수 있습니다. 편광 하프미러의 경우 단독으로는 사용할 수 없고, 별도의 가변형 편광 파장판과 함께 사용됩니다. 이 중 저희는 가격적인 측면과 기능적인 측면을 고려하여 3D 프린터에 홀로그램 스튜디오를 구성하기 위한 적합한 투명막을 고르기 위해 금속을 증착한 하프미러와, 편광 하프미러를 비교분석해서 최종적으로 한 가지를 골라서 구현할 것입니다.

• Computer Vision:
  컴퓨터비전은 학계와 산업계 모두에서 가장 빠르게 발전하는 인공 지능 분야로, 3차원 세계를 기록한 사진 및 동영상과 같은 시작정보들을 획득, 처리, 분석, 이해하는 데에 그 목적이 있습니다. 저희 프로젝트에서는 이 기술을 사용하여 조형물이 적층되는 상황을 영상으로 실시간 분석하여, 3D 프린팅 출력실패에 대해 센싱하여 이용자에게 관련 정보를 전송시켜주는 기술을 구현할 것입니다.
  

4. 활용방안

• 본 제품은 3D프린터 에 홀로그램을 결합한 것으로  3D프린팅을 하기전에 3D프링팅을 할 제품의 크기와 형태를 눈으로 미리  확인 할  수 있도록 할 것 입니다.