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[녹색시선] 2D와 3D설계의 차이점과 도입효과

이두열 논설위원(EM디자인 소장, 배재대학교 조경학과 겸임교수)
라펜트l기사입력2020-04-29
2D와 3D설계의 차이점과 도입효과



_이두열 EM디자인 소장, 배재대 조경학과 겸임교수



본론으로 들어가기 전 기존 기재된 글에 대한 대학과 발주처 관계자들의 질의에 대한 답변을 하고자 한다.

우선 대학에서의 질의에 대한 답변으로, 3D설계 도입 전에는 그 필요성과 가능성에 대한 충분한 고민이 선행되어야 한다. 단순히 시대변화에 따라 명확한 목표설정 없이 장비부터 구입하고 본격적인 연구과정에 진입하여 난관에 봉착하였을 때는 기초지식부족으로 초기계획부터 재수립해야하는 결과가 나타날 수 있기 때문이다.

3D설계 및 IoT 도입의 4차 산업기술도입의 목적 중 하나는 기존 기술로는 해결하지 못한 문제의 해결이다. 장점을 기술과 융합해 업무범위를 확대하고, 이용자의 만족도를 증가시키며, 목표를 위해서는 과거의 굴레는 벗어던질 각오가 필요하다.

3D란 외면적으로는 평면디자인에 종·횡단을 융합하여 입체를 형성하는 과정이며 내면적으로는 디자인과 단지토목기술을 IT를 통해 융합하는 과정이라 하겠다. IoT활용측면으로 본다면 생명력 없는 목각인형에 감각과 사고를 부여한 피노키오와 같이 마치 살아있는 유기체와 같은 공간을 만드는 과정이며, 이를 위해서는 3D모델을 제어해 줄 수 있는 Coding, Sensor, Actuator의 3대 IoT기술을 이해해야 한다. 여기서 ‘이해’란 신기술을 깊이 있게 연구하는 게 아닌 공개된 범용기술을 본인의 전공과 접목하여 재창조시킬 수 있는 스마트한 융합능력을 말한다.

3D설계와 IoT의 기술의 필요성을 이해했다면 그 시작점에서는 전면적 도입을 추진하는 것보다는 기존 수업에 접목할 수 있는 기초기술부터 점진적으로 내실화하는 방법을 추천하고 싶다. 현재 시행하고 있는 캐드와 스케치업, 라이노, 루미온, 동영상 수업에 사실적 입체지형디자인을 추가하는 방법이 첫 걸음일 것이다. 이를 이론적으로 뒷받침하기 위해서는 조경공학, 적산학, 측량학 등 기존 공학관련수업의 현실화가 절실하다. 산림분야의 산림토목 이상의 경쟁력을 확보할 수 있어야 한다. 공식암기나 등고선 조정 수준이 아닌 실제 공간 지각력을 키워 실무에 적용할 수 있을 만큼이어야 한다. 공학적 이해가 부족한 상태에서 3D디자인을 도입한다면 기존의 평면설계 방식과 큰 차이점을 찾기 어려울 것이다.

그동안의 대학의 신기술 도입노력 및 성과정도를 떠나서 변화의 기회는 또 다시 대학에 있다. 그 이유는 젊다는 것, 그리고 글로벌 SW사의 고가의 제품을 무료로 사용할 수 있는 혜택이다. 시간과 비용측면에서 대학이 유리한 이유이다. 이에 더해 대학졸업자를 위한 신기술 대학원 재교육과정도 사전에 준비하지 않는다면 4차 산업관련 교육수요도 다른 길을 찾아 나서게 될 것이다.

신기술을 도입하기 위해서는 해결해야할 몇 가지 항목들이 있다. 첫 번째는 전공과 IT기술을 융합해 강의할 교원의 확보, 두 번째는 공학과 코딩 등의 IT지식을 배우려는 학생들의 자세, 세 번째는 각종 장비와 SW의 마련이다. 그러나 이러한 문제에 앞서 과거방식만을 고수하려는 거대한 관습의 벽을 넘어야 한다는 전제조건이 있다.

인접분야에서는 오랜 기간의 연구 성과를 인터넷과 유튜브를 통해 공개하고 있으며 이런 기회를 선별 학습한다면 새로운 길을 개척하는 것보다는 효과적인 결과를 얻을 수 있을 것이다. 다수의 힘을 합해 학습한 내용을 융합하면 비용과 시간을 단축할 수 있을 것이며 이런 방식은 깊이 있는 전문기술과 열린 융합기술 간의 차이가 된다.

발주처에 대한 답변으로, 4차 산업의 도입을 위해서는 그간 2D설계 심의와 시공과정 중 발생되었던 문제점, 주민설명회, 설문조사 등에서 공통적으로 요구되었던 사항을 해결할 수 있도록 설계 발주방식을 조정한다면 신기술도입과 문제해결이라는 일석이조의 효과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.


2D와 3D설계의 차이점과 문제점

설계자와 심의위원으로서 일정기간 설계에서 시공까지의 설계과정을 지켜보면, 입체적 현황을 평면적으로 이해하려는 모순적 접근방식과 측량, 계획, 도면 및 수량, 내역, 각종 외주 등을 분리해 진행하는 운영방식으로 인해 유사한 문제를 반복적으로 발생시켜 왔음을 알 수 있다. 또한 중복되는 작업으로 인한 초과근무, 경영난과 인력난의 고통을 동시에 겪는 문제가 발생되기도 한다. 공간조성을 위한 발전적 변화가 필요하다면 다양한 시뮬레이션을 통해 문제를 개선해야하고, 축적된 기술과 자동화로 기술자들의 이익과 여유시간을 확보해야한다. 더 나아가 이용자가 바라는 콘텐츠 보급으로 수요증가에 따른 양적, 질적 발전을 이루기 위해서는 당장의 손해를 감수하고 도전하지 않는다면 장기적 이익을 보장할 수 없을 것이다.


3D설계, 30년간의 변화

건설분야 3차원 설계의 시작은 1990년 ACAD Ver10 발표와 함께 이루어졌다. 기존 X, Y에 Z축이 추가되며 본격적인 3D의 시대가 시작된 것이다. 사용자 좌표계인 UCS와 각종 면 처리 SURFACE 명령어 등으로 단순한 폴리곤 형태의 시설을 표현하기에 큰 어려움은 없었다. 당시에도 CAD는 개방형 구조를 택했고, 자체언어인 C, LISP을 통해 업무에 필요한 프로그램을 직접 만들어 사용할 수 있게 했으며, 제작된 프로그램들은 CAD에 추가되어 오늘날의 발전된 모습을 갖추는 토대가 되었다.

1990년대에는 조경분야도 수목심볼, Hatch, Linetype 등을 제작하고 공종별 수량 집계 프로그램개발 등 활발한 움직임이 있었지만 IMF를 거치며 경비절감을 위해 기술투자보다는 손쉬운 감원과 외주를 선택하였다. IT를 겸비한 기술자를 타 분야로 떠나보낸 지금, 그 당시 제작된 프로그램들을 큰 변화 없이 사용되고 있다. 기술정체시대에 살고 있는 느낌이다.


1990년초 경관영향평가
(MakeXYZ으로 제작한 Mesh지형)

1990년대 여의도 광장 현상설계 3D모델

(설계보조 프로그램 제작본)

지금 CAD화면 앞에 앉아있는가? 사용하는 2D도면의 모델뷰에서 ORBIT이란 명령어를 실행하고 마우스를 움직여 본다면 Z축의 신세계를 경험할 수 있을 것이다. 여기에 유튜브 강좌를 통해 십여 가지 3D명령어를 습득한다면 공간지각능력에 따라 일반적인 시설물까지는 작성이 가능할 것이다. 신제품 소프트웨어를 무료로 설치할 수 있고 유튜브를 통한 무료학습이 가능한 지금을 사는 우리의 진정한 스승은 자신을 끊임없이 변화의 길로 이끌어줄 스스로의 의지일 것이다.


3D모델의 구분

IT기술을 활용한 공간 시뮬레이션과 물량산출을 위해 가장 기초가 되며 선행되어야하는 것은 3D모델 제작이다. 그 중에도 처음은 기초를 형성하는 ‘지형’이며, 이후 구조물, 시설물, 식재, 캐릭터 등의 객체를 추가하게 된다.

이중 가장 다루기 힘든 객체는 사실적인 지형모델이다. 모델규모가 크고, 부정형이며, 다른 모델과는 다르게 관련기술 자료조차 찾기 어렵고, 측량, 지질, 구조, 수리, 디자인, IT등 다양한 전공지식과 고가의 소프트웨어들을 융합해 사용해야하기 때문이다. 

1. 지형디자인 모델

3D지형모델은 최근에 출시된 신기술이라기보다는 80년대 후반부터 약 30년 이상 축적된 전통 적 기술이다. 저용량 지형을 다루던 LandCADD와 대규모 지형도 가능한 Micro Station, 각종 GIS툴을 거쳐 90년대 후반에는 PC의 성능향상으로 Moss, CADMAP 등을 사용했다. 국내기술로 만든 단지설계 3rd Party 프로그램인 Quick-Site는 LH공사가 DAS 및 CDS로 업그레이드 후 배포하였으며, 골프코스설계에는 AirGolf, 수자원분야의 HEC시리즈, 도로분야에는 RoadProjector, 흙막이 가시설 분야에는 EX-CAD가 사용되었다. 해외에서는 LanddeskTOP과 CADMap을 묶어 2000년대 초 Civil3D가 발표되었다. 이후 2010년대 초 Revit, ArchiCAD, All Plan, Bentley 등 BIM프로그램이 본격적으로 보급되면서 3DObject와 객체정보가 연동되며 3D디자인과 동시에 도면, 물량산출 및 공사비까지 산출하는 단계에 이르게 되었다. 추가적으로 위의 프로그램과 Fortran, V-Basic, Ruby, LISP, C, C#, C++등의 언어가 연동되어 각자 분야별 업무에 적합하게 프로그램을 제작해 자동화하는 단계에 이르렀다.
 
3D지형을 형성할 수 있는 방법에는 수치지도나 측량도에서 제공하는 등고선법이 있다. 등고선이 표기되지 않은 지역은 xyz좌표 형식의 Cloud Points를 연결한 Break Line활용 삼각면법으로 처리하는 방법이 있으며 개략적인 지형을 형성할 수 있는 사각메쉬법이 있다. 3차원 지형을 다룰 수 있는 프로그램 역시 BIM, 측량, 토질, 하천, 단지토목, 골프, 그래픽 툴 등으로 현장여건 및 전공분야, 공간의 성격에 따라 프로그램 조합을 선택해 운영할 수 있다.

개인적으로는 도시공원에 적합한 드론 및 GPS측량, GIS Tool, 골프 및 토목 3D프로그램, 게임엔진 등을 BIM기준으로 융합해 사용하는 방식을 선호하며 대용량 데이터를 다루기 위해서는 코딩, 토목, 측량 등의 능력을 기본으로 갖춰야 한다.


등고선과 BreakLine융합 계획모델상세

등고선과 BreakLine융합 골프장 계획모델


Cloud Points를 활용한 Tri 현황모델

Mapping Tri 현황모델


3D지형 모델의 종류로는 ① 수지지도와 드론측량 등을 활용한 현황모델 ② BIM프로그램을 통한 제작한 계획모델 ③ 현황모델과 계획모델의 융합을 통해 토공분석, 절·성토분석, 지하수분석 등의 융합모델로 구분할 수 있다.

현재의 조달청발주 BIM설계 지형설계 기준 역시 1m등고선법을 규정하고 있으므로 이를 보다 상세하게 계획하며 저용량으로 처리할 수 있는 분야가 절대적으로 유리하다. 이들이 옥외 공간 조성의 주역이 될 것이다.

결국 BIM의 다양한 응용기술은 디자인분야와 자연과학의 융합이자 동시에 대결인 셈이다.


90년대말 현황모델

90년대말 계획모델


2000년대 27홀 골프장 토공 계획모델

2000년대 주택단지 토공 계획모델

2000년대 스키장 현황 및 계획모델

2000년대 도로선형DRAPE 모델

2010년대 도시재생 현황모델

2010년대 스케치DRAPE 계획모델

2010년대 드론정사사진 DRAPE 모델

2010년대 공원 자동화 계획모델

2010년대 수계분석 현황모델

2010년대 절·성토 및 음영분석 융합모델


개인적으로 90년 초, 우드락 지형모형을 만들던 작업방식의 한계를 느껴 조경 외에 토목공학, 산업디자인을 전공하였다. 조경설계, 단지토목설계, 도시개발부, 측량, 가시설, 골프장과 스키장 설계 등 각종지형을 다루는 분야에 25년간 근무하며 GPS와 토탈, 드론을 활용한 현황측량과 3D디자인, 각종 Drape기술, IT기술 등을 활용해 대규모 지형 디자인은 물론 각종분석까지 실시설계를 통해 검증해왔다.

앞으로는 의무화된 공원 BF, UD인증을 고려해 1/18경사, H=0.75m마다 내측 CL=1.5m이상의 경사 참 기준을 만족해야 하며 토공균형, 수림대보존, 지반투수성고려, 암반노출 및 비탈경사를 최소화 등 경관과 생태까지도 시뮬레이션을 통해 검증하는 시대로 변화될 것이다.


강화된 BF, UD적용기준

곡선경사참 내측반경 곡선장(1.5m)계산

경사참 기준을 적용한 25㎝ 등고선 지형모델

지형모델을 활용한 이미지


복잡해진 기준들은 기존의 수작업 방식으로 접근하기는 어렵다. 3D모델에 자동화코드가 부가되어 하나의 유기체처럼 움직이며 객체지향형구조로 향하는 정보화 시대에 부합하도록, 발전된 인접분야의 기술까지도 활용하는 융합의 시대로 변화될 것이다.


2. 식재, 시설물, 조형물, 건축물 모델

1990년대에는 지형과 함께 수목표현이 가장 어려운 걸림돌이었다. 수목을 사실적으로 3D화 하려면 최소 5,000여개 Face로 구성되어야하므로 당시에는 컴퓨터 성능을 고려해 외곽을 투명하게 처리한 후 십자가 형태로 교차해 배식을 하던 시기도 있었다.

현재는 사실성 높은 SpeedTree를 통해 이와 연동되는 Rumion, Unity, Unreal Engine등에 삽입해 활용되고 있다.


스케치를 활용한 2D식재모델

십자형 스케치 3D식재모델

Revit 3D 십자형 수목모델

Revit 3D 수목모델 렌더링

BIM Revit 식재

BIM Revit 식재 렌더링

Rumion 식재

식재 Simulation


시설물 제작을 위한 그래픽툴은 90년대의 3dStudio와 AutoShade, Autoflix를 통합해  3DMAX를 완성했으며 그 이후로 Rhino, Fusion3D, CATIA 등 비정형 객체를 다룰 수 있는 그래픽 툴이 다양하게 등장하였다.

그래픽의 성장과 더불어 산업디자인 분야에서는 이를 활용한 스트리트 퍼니처, 조형물 등 3D모델을 활용해 과거 익숙한 일거리 중 하나였던 테마거리 및 휴게공간조성, 도심재개발 등에서 프로젝트를 수행하고 있으며, CG와 디자인심의, 대중의 눈높이에 맞춘 디자인을 앞세워 빠른 속도로 영역을 잠식해 나가고 있다. 최근에는 미디어 파사드 및 반응형 조명, IoT시설 등 4차 산업 기술을 적극적으로 도입하는 것은 물론 응용단계로 접어들고 있으며 시각적 표현의 강점과 개방적 사고로 자신들만의 영역을 구축하고 있다.

다행인 것은 시설물분야는 설계분야에 비해 아직 기술습득의 가능성이 남아있다는 점이다. 대부분의 범용기술들이 인터넷상에 공개되어 있고 다양한 분야의 기술진으로 구성된 회사의 특성을 고려하면 발전가능성이 있다. 그러나 제어 코드 등 핵심 분야를 외주에 의존하고 소스코드조차 받지 못하거나 코드를 이해하지 못한다면 값비싼 순간의 경험에 그치게 될 것이다. 디지털문맹 현상을 벗어나기 위해 수년전부터 문과와 미술계열도 코딩교육을 정규 교과과정에 편입하고 있다.


트리하우스 시설물

트리하우스 시공 이미지

Big Tree 디자인

복층연결 폭포디자인

조명시설 디자인

나뭇잎 모빌 조형물

둥지형 파고라

QR Code INFO 파고라

빌딩형 스마트팜 디자인

봉분형태의 납골당 디자인



3. 이용자 캐릭터 모델

지형, 시설물, 식재 등 옥외공간은 비정형적 형태로 인해 많은 기술과 노력을 필요로 하지만 조형물이나 건축물에 비해 상대적으로 상징성이 떨어져 보이며 이용자에게 강렬한 인상을 남기는 힘들다.

이런 갈증을 해결해줄 방법 중 하나는 스마트기술을 활용한 이용자 콘텐츠이다. 스마트폰을 대체하게 될 스마트 안경에 적용할 캐릭터 모델의 활용성은 공간 안내앱과 AR기능은 물론 운동량에 따른 칼로리 계산 및 환경측정용 더미 등 다양한 활용이 가능할 것이다.

이를 위해서는 3DMAX와 ARNOLD를 활용해 우선 캐릭터의 골격을 형성하고 각각의 골조에 캐릭터의 외피를 연결한 후 애니메이터를 통해 캐릭터의 다양한 움직임을 부여하고 게임엔진에 삽입 후 코딩을 통해 상황에 맞게 움직이는 제어 기능을 부여하게 된다.



2D캐릭터 공간안내 모델

디자인초안 검토용 모델

3D공룡 AR모델

증강현실 캐릭터



2D와 3D설계의 도입효과 및 결언

2D설계가 다양한 분야로 분할된 순차적 아날로그 설계법이라면 3D설계는 이성과 감성이 일체화된 스마트한 융합 설계법이며, 이는 편의성과 창조적 디자인에 그치지 않고 반응시설과 지능공간으로 확장되어 이용자에게 다양한 편익과 즐거움, 상상력을 제공해 줄 것이다.

융합기술의 발전으로 인해 그간 우리를 보호해주며 동시에 가두고 있던 영역의 울타리가 붕괴되고, 공학과 IT기술의 기초적 보호막도 없이 무방비로 노출되어 버린 현실이다.

구한말과 비슷한 사회적 변화의 상황을 맞아 빗장을 걸고 쇄국을 통해 익숙한 길에 머물러 있을 것인지, 미래공간을 위해 낯선 길에 도전할지는 연령과 상황에 따라 다를 것이다. 분명한 건 포기하지 않는 도전이 있기에 불가능을 넘어설 수 있으며, 그 원동력에는 보다 사실적 공간을 조성하려는 진실성, 감동의 공간을 조성하려는 창의성, 개발후의 모습을 상상하는 호기심과 끊임없는 노력이 있기 때문이다. 창조를 위한 기술이란 차갑고 냉정한 이성적 사고의 결과가 아닌 사그라지지 않는 열정적 감정의 산물이라 말 할 수 있을 것이다.
글·사진 _ 이두열 소장  ·  EM디자인
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