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활용사례

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3D스캐너, Artec Space Spider를 사용하여 멸종된 틸라신(thylacine)의 진정한 진화 경로 발견

3D스캐너, Artec Space Spider를 사용하여 멸종된 틸라신(thylacine)의 진정한 진화 경로 발견new

과제: 두 명의 연구원은 지금은 멸종된 틸라신에 초점을 맞춘 야심 찬 프로젝트에 착수하면서 정확한 분석을 수행하기 위해 수십 종의 동물 수백 마리의 두개골 부분을 서브밀리미터 3D로 디지털 방식으로 캡처할 수 있는 쉽고 비파괴적인 방법이 필요했습니다.


솔루션: Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Studio


결과: 이 연구원들은 전 세계 박물관의 소장품들을 찾았고, 가벼운 Artec Space Spider를 사용하여 접촉을 거의 하지 않고 손상의 위험 없이 표본당 단지 몇 분 만에 57종의 동물로부터 총 223개의 두개골을 스캔했습니다. 이를 통해 연구원들은 틸라신의 독특한 진화 역사를 명확하게 보여주는 혁신적인 연구를 수행할 수 있었습니다.


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워싱턴 D.C. 국립 동물원의 수컷과 암컷 틸라신, E.J.K. Baker 제작, 1904년경. 공유 저작물 이미지. D.S. Rovinsky 채색.


태즈메이니아 "늑대"라고 불리지만, 틸라신은 눈에 띄는 신체적 유사성 때문에 전혀 하나가 아니었습니다. 하지만 그 유사성이 너무 강해서 과학자들과 일반 대중을 막론하고 거의 모든 사람은 그것이 늑대와 매우 가까운 궤적을 따라 진화했다고 자연스럽게 추측했습니다.


그러나 진화 생물학자들로 구성된 한 팀은 다르게 생각했으며, 이 신비한 동물에 대한 진화론적 진실을 밝히기 위해 지구를 한 바퀴 돌았습니다.


Monash 대학교 연구원들인 Douglass Rovinsky 박사와 Justin W. Adams 박사는 Artec 3D 스캐너를 손에 들고 전 세계의 박물관과 대학교 소장품을 찾아가 틸라신이 실제로 진화론적으로 늑대와 수렴하는지 여부를 엄격하게 시험할 가장 포괄적인 연구에 필요한 다양한 종의 수백 가지 표본을 디지털 방식으로 캡처했습니다.


수렴 진화


생물학에서 수렴 진화는 단순히 최근의 공통 조상이 없는 혈연관계가 없는 유기체들이 유사한 환경이나 생태적 조건에 적응해야 한 후 유사한 형질을 독립적으로 진화시키는 과정을 말합니다.


다시 말해서 두 개의 서로 다른 종이 수렴하면 그것들이 유전적으로 연관이 있는 것처럼 보일 수 있지만 실제로는 그렇지 않습니다.

 

수렴 종의 예


거북이와 달팽이: 둘 다 포식자로부터 자신을 보호하기 위해 단단한 껍데기를 진화시켰지만, 거북이는 파충류(도마뱀, 뱀 등)인 반면 달팽이는 연체동물(좀조개, 조개, 문어 등)입니다.


오징어와 앵무새: 하나는 헤엄치고 다른 하나는 날지만, 오징어가 심해 게를 잡아먹든 앵무새가 땅콩이나 천천히 움직이는 곤충을 씹어 먹든 둘 다 먹이를 찢기 위해 따로 단단한 부리를 진화시켰습니다.


틸라신의 경우, 한 세기 넘게 대부분의 연구자들은 전체적인 "개처럼 생긴" 몸의 모양이 생태학적으로 늑대와 유사하다는 것을 의미한다고 쉽게 가정했습니다. 이는 특히 그것이 발견되고 묘사되고 있는 다른 유대류의 그룹과 닮지 않았기 때문입니다.


그리고 수많은 연구가 바로 이 가정을 염두에 두고 시작되었으며, 틸라신이 본질적으로 주머니를 가진 늑대였다는 해석에 의문을 제기하는 학자는 거의 없습니다.


체질량에서 수렴까지


거의 한 세기 전에 멸종된 이 놀라운 동물에 대한 광범위한 가정에 직면한 Rovinsky와 Adams는 틸라신과 그것의 지금은 잃어버린 삶의 방식에 대한 정확하고 훨씬 더 완전한 이해를 체계적으로 설명하기 시작했습니다.


Adams는 "틸라신이 우리와 함께 있었을 때 불행하게도 아무도 그 동물에 대한 체질량, 식이 선호도, 포식 전략, 운동 습관 및 서식지 선호도에 대한 정보가 포함되는 기본적인 자연사 데이터를 기록하지 않았습니다. 이러한 세부 정보 없이는 틸라신이 실제로 어떤 종류의 동물이었는지 이해하기 시작하는 것조차 불가능합니다."라고 설명했습니다.


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Space Spider와 Artec Studio 소프트웨어를 사용하여 틸라신 두개골을 스캔 중인 연구원 Douglass S. Rovinsky.


연구 전반에 걸쳐 가정되거나 사용된 것과 상당히 다른 틸라신의 평균 체질량을 확립한 선행 연구를 기반으로 Rovinsky와 Adams는 최신 연구에서 틸라신과 다른 종 사이의 유사성 패턴을 두개골 모양, 식습관, 상대적 먹이 크기의 세 가지 뚜렷한 영역에서 깊이 조사하고 분석했습니다.


모든 것을 고려해 볼 때, 이번 연구는 틸라신 두개골의 모양이 늑대와 수렴하는 것으로 해석할 근거가 없으며, 따라서 틸라신은 유사한 섭식 습관이나 식이 생태를 나타내지 않았을 것이라는 점을 분명히 하고 있습니다.


대신에 Rovinsky와 Adams는 틸라신이 아프리카자칼(Lupulella adusta, Lupullella mesomelas)과 팜파스여우(Lycalopex gymnocercus)와 갈기늑대(Chrysocyon brachyurus)를 포함한 특정 남미 여우를 포함한 다양한 범위의 갯과 동물과 수렴한다고 판단했습니다.


두개골 데이터 캡처를 위한 3D 스캐닝


두개골 오버레이: Artec Studio 소프트웨어에서 회색늑대(파란색), 틸라신(분홍색) 및 상당히 수렴된 갯과 동물군(녹색)의 평균 두개골 모양을 겹쳐서 모양의 차이를 확인할 수 있습니다. 수렴군 모양은 갯과 동물, 갈기늑대, 검은등자칼 및 옆줄무늬자칼, 팜파스여우의 평균 두개골 모양입니다.


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대부분의 표본이 제한적이고 통제된 접근을 통해 보관되고 있는 이 희귀하고 최근에 멸종된 종의 두개골 모양을 정확하게 측정하고 연구하기 위해 서브밀리미터 범위로 데이터를 캡처하는 비파괴적인 방법이 필요했습니다.

 

Rovinsky는 "박물관에서 특정 표본에 접근할 수 있게 되었을 때 큐레이터가 가장 원치 않는 것은 위치 변경을 하려고 표본을 과도하게 취급하는 것은 말할 것도 없고 캘리퍼나 수동 측정 장치를 사용함으로 생길 수 있는 긁힘이나 기타 손상에 대해 걱정하는 것입니다. 그리고 표본에 표식자나 표적을 두는 것은 상상할 수 없는 일입니다.”라고 말했습니다.


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Artec Space Spider


이것이 그들이 프로젝트를 위해 3D 스캐너를 선택한 중요한 이유입니다. Rovinsky와 Adams는 0.05mm(사람 머리카락의 직경)의 정확도로 초당 최대 100만 데이터 포인트를 캡처하는 가벼운 휴대용 컬러 3D 스캐너인 Artec Space Spider를 사용하여 표본의 두개골을 단 몇 분 만에 캡처했습니다.


Space Spider를 사용하는 것이 고생물학에서 캘리퍼와 자를 사용하는 전통적인 방법과 어떻게 비교되는지 언급하면서, Adams는 "다른 멸종된 종뿐만 아니라 틸라신과 다른 모든 동물도 2차원(2D)의 실체가 아닙니다."라고 말했습니다.


그는 이어서, “따라서 2D 측정치를 사용하여 유기체의 모양을 설명하려고 하면 생물학적 형태가 변화하고 특정 기능에 적응하는 미묘한 방식을 결코 캡처할 수 없을 것입니다. 그래서 Space Spider 스캐너가 이 연구에서 가장 중요했던 것입니다."라고 말했습니다.


전체적으로 틸라신, 하이에나, 사향고양이, 몽구스, 주머니고양이, 포사, 개, 너구리 등 57종 223마리 동물의 두개골을 스캔했습니다.


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계통수: 계통발생학(진화적 연관성)에 의해 배열하고 과별로 채색(예: 고양잇과 동물은 녹색, 갯과 동물은 하늘색 등)한 연구에 사용된 57종의 대표적 두개골.


데이터 세트와 완전한 분석이 적절하게 균형을 이룰 수 있도록 다양한 종을 작업 흐름에 도입했습니다.


진화론적 관점에서 볼 때, 틸라신 외에 주머니고양이와 같은 다른 육식성 유대류도 다른 작은 육식성 동물들, 특히 족제비, 사향고양이, 몽구스와 함께 포함해야 했습니다.


그런 다음 스캔은 Artec Studio 소프트웨어에서 3D 모델로 변환하여 선택한 종의 두개골에서 3D 모양을 정량적으로 분석하기 위해 Geomagic Studio를 포함한 다른 소프트웨어로 내보냈습니다.


스캐닝에서 데이터 세트 분석까지


스캐닝 후 후속 3D 형태학적 계측(모양) 분석에서는 각 3D 두개골 표면에 걸쳐 381개의 해부학적 랜드마크를 디지털 방식으로 배치해야 했습니다.


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3D 형태학적 계측 프로그램에 사용하기 전 메시 방향 변경 및 정렬을 보여주는 Geomagic Studio 소프트웨어의 스크린숏.


이러한 랜드마크는 두개골의 독특한 모양 특성을 정확하게 식별하고 캡처하는 데 사용되었으며, 이를 통해 연구자는 정량적 분석과 함께 두개골의 모양과 형태와 관련된 많은 문제를 해결할 수 있었습니다.



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▲ 측면(a), 상단(b) 및 하단(c)에 표시된 돌(승냥이)의 대략적인 평균 모양의 두개골에 생성된 랜드마크 템플릿. 곡선 및 표면 반랜드마크를 통해 두개골의 "특징 없는" 영역에 대한 데이터를 수집할 수 있습니다.


결론 및 새로운 발견


분석 및 수렴 테스트의 결과는 이전에 종의 물기 강도를 연구했던 연구자들이 제기한 틸라신의 식이 생태에 대한 이전의 궁금했던 점들을 보완합니다.


틸라신은 큰 동물을 쓰러뜨리도록 만들어지지 않았습니다. 그렇게 하려면 동물은 튼튼한 턱이 있어야 하는데 틸라신은 그렇지 않았습니다.


늑대가 하는 것처럼 큰 포유동물을 물어뜯는 데 필요한 적당한 물기 강도는 그야말로 틸라신의 섬세한 두개골 구조로는 불가능했을 것입니다.

반면에, 데이터를 통해 코요테와 붉은 여우와의 수렴에 대한 근거는 적지만 남미 여우뿐만 아니라 틸라신과 아프리카 자칼 사이의 그러한 수렴에 대해서는 상당한 근거가 있음을 알 수 있습니다.


그러나 Rovinsky와 Adams가 연구에서 주장을 강화하는 것처럼 틸라신은 작은 먹이를 먹도록 적응된 이 갯과 동물과의 수렴을 보일 수 있지만 그것들과 동일하지도 않습니다.


종의 해부학에 대한 이전 연구 결과와 결합된 이러한 연구 결과는 틸라신이 고유한 범주에서 진정으로 독특한 동물이었다는 것을 계속 강조하고 있습니다.


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Damir Martin의 틸라신의 예술적 표현


틸라신은 2,300만 년 전 올리고세 시대로 거슬러 올라가는 뚜렷한 역사를 가진 동물이었으며, '유대류 늑대'도 '유대류 호랑이'도 아니었고, 그런 점에서 '유대류 자칼'도 아니었습니다.


Rovinsky는 "이 동물을 지구에서 의도적으로 없앤 후 우리가 할 수 있는 최소한의 일은 그것이 마침내 받아야 마땅한 존중을 해주는 것입니다."라고 말했습니다.


앞으로 전진, 과거 탐구


섭식 행동에 대한 더욱 밀접한 관계를 보여주기 위해 앞으로 틸라신의 아래턱(하악골)을 살펴보는 데 초점을 맞춘 동반 연구를 진행할 계획입니다.

 

추가로 진행하는 연구에는 틸라신의 팔꿈치와 발을 살펴보는 프로젝트가 포함되어 있어 이 동물의 움직임 패턴과 먹이를 잡는 방법을 얼마나 명확하게 이해하기 시작할 수 있는지 알아보게 됩니다.

 

Rovinsky는 “우리는 아직 틸라신의 그림에 추가할 것이 많습니다. 저는 미래의 연구자들이 틸라신의 신체적 특성과 관련하여 수렴의 다른 측면을 계속 연구하기를 희망합니다. 이것이 이 잃어버린 동물에 대한 우리의 이해를 더욱 가다듬는 데 도움이 될 것이기 때문입니다.”라고 덧붙였습니다.

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3D스캐너, 승마자가 우아하게 말을 탈 수 있도록 Artec Leo로 말 'Buddy' 디지털화

3D스캐너, 승마자가 우아하게 말을 탈 수 있도록 Artec Leo로 말 'Buddy' 디지털화

과제: 측정값을 사용하여 승마 장비를 완벽하게 맞춤화할 수 있을 만큼 정확하게 살아 숨 쉬는 말인 '버디(Buddy)'를 디지털화합니다.

솔루션: Artec Leo, Artec Studio


결과: 안장, 굴레 및 신발 맞춤 제작에 필요한 모든 특징을 캡처하는 목장 말의 등, 머리, 발굽을 매우 세밀한 스캔을 얻었습니다. 3D 스캐닝은 수의학 분야에도 적용될 수 있을 것으로 예상되며, 3DMakerWorld는 이미 문의를 받고 있습니다.


고급 색상 및 형상 추적 기능을 갖춘 Artec Leo는 표적 없이도 작은 움직임을 보이는 생명체를 디지털화할 수 있습니다. 또한 Artec Studio는 HD 모드를 사용하여 검고 반짝이는 머리카락과 같이 스캔하기 어려운 표면을 쉽게 캡처하면서 스캔 융합을 간소화하여 실제와 같은 3D 모델을 원활하게 생성할 수 있습니다.


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말 'Buddy'를 타고 있는 3DMakerWorld의 Kevin Stucky의 사위 'Cowboy Coop'. 이미지 제공: 3DMakerWorld.


경주에서 시골 농사에 이르기까지, 말은 인류의 역사, 문화, 농업 활동에 있어 계속해서 특별한 위상을 차지하고 있습니다.


자동차 기술의 발달로 운송 수단으로 말에 대한 의존도가 낮아지긴 했지만, 여전히 말의 역할은 다른 방식으로도 중요하게 여겨지고 있습니다. 이는 말이 중요한 마력 공급원으로 남아 있는 농장뿐만 아니라 단순히 반려동물로 사육되는 마구간에서도 마찬가지입니다.


유지 비용이 많이 들긴 하지만, 사람들은 일상적으로 그리고 장애물 뛰어넘기나 마장마술과 같은 대회를 위해 계속해서 말을 타고, 훈련하고, 말 친구들과 친밀한 유대감을 형성하고 있습니다.


실제로 승마 종목은 여전히 인기가 높아 승마 관련 산업이 번창하여 기수와 말을 위한 의상과 액세서리가 판매되고 있습니다. 하지만 이러한 것들을 크기에 맞게 만드는 것은 까다로운 일입니다. 사람을 가만히 앉혀놓고 측정하는 것도 매우 어렵지만, 말을 측정하는 것은 또 다른 차원의 문제입니다!


저가형 3D 스캐너와 같은 디지털 측정 도구를 사용해 볼 수도 있습니다. 그러나 이들 중 상당수는 표적을 사용하며(말에게 표적을 부착해 보십시오), 이러한 장치는 살아 숨 쉬는 생물체를 추적하는 데 어려움을 겪는 경우가 많습니다. 그렇다면 현대 사회에 맞는 승마 장비는 어떻게 제작할 수 있을까요?


광범위한 데이터 캡처 전문 지식과 미국의 외딴 목장과 긴밀한 인적 관계를 맺고 있는 골드 인증 Artec 3D 파트너인 3DMakerWorld는 Artec Leo가 그 해답이라고 말합니다.



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머리, 등, 발굽을 세밀하게 캡처한 3DMakerWorld의 Buddy 스캔. 이미지 제공: 3DMakerWorld.


Artec Leo와 함께 높이 올라타기


3DMakerWorld의 말 디지털화 심층 분석은 고급 승마 장비를 말에 더 가깝게 맞춤화할 방법을 찾고 있는 잠재 고객의 문의에서 시작되었습니다.


3DMakerWorld의 스캐닝 컨설턴트인 Kevin Stucky는 이 장비 제조업체에 제공할 수 있는 서비스를 보여주기 위해 '개념 증명'이 필요했다고 말합니다. 제 시간에 고객에게 주를 가로질러 도착할 가능성도 없었고, 데이터 캡처 중 깜박거림에 놀라지 않는 말은 고사하고 매일 말을 접할 수 있는 사람이 있을까요?


다행히도 Stucky에게는 해결책이 있었습니다. 알고 보니 그의 사위가 캔자스 사무실에서 차로 이동할 수 있는 거리에 3D 스캔하는 동안 가만히 있을 정도로 친숙한 Buddy라는 말을 키우고 있었습니다.


3DMakerWorld는 많은 3D 스캐너를 판매하지만, 이 경우에는 Artec Leo가 확실한 선택이었습니다. 이 스캐너의 고유한 무선 특성과 내장형 배터리, 디스플레이 및 강력한 프로세서 덕분에 그곳으로 차를 몰고 가서 스캐너를 작동시키기만 하면 되는 간단한 일이었습니다.


캡처할 때에는 Leo의 넓은 작업 거리와 시야 덕분에 크고 숨이 가쁜 말을 디지털화하기가 훨씬 쉬웠습니다. 또한 HD 모드를 활성화하면서 Stucky는 형상 및 색상 추적 기능만 사용하면서 털에 가려진 미세한 디테일까지 포착할 수 있었습니다.


Stucky는 “Buddy를 디지털화하는 것은 표적이나 다른 어떤 것이 있었어도 사실상 불가능했을 것입니다. 이것이 바로 Leo, 그리고 실제로 Artec 기술 전반이 정말 빛을 발하는 부분입니다. 마커가 필요 없이 형상과 색상을 사용하여 추적할 수 있습니다."라고 설명했습니다.



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맞춤 제작을 위한 충분한 디테일을 제공하는 말 Buddy의 머리 3D 메시. 이미지 제공: 3DMakerWorld.


Artec Studio에서 '약간의 마법 부리기'


Buddy가 3D 스캐닝을 하는 동안 얌전히 있었을 뿐만 아니라, Stucky는 동료인 Chad Mees가 겹치는스캔을 하나로 합치기 위해 Artec Studio 소프트웨어에서 "약간의 마법을 부려야" 했다고 말합니다. 이는 특히 발굽과 같은 부분을 들어 올려 스캔하고 각 다리에 맞춰 정렬하여 디테일 캡처를 극대화하는 데 중요했습니다.


Artec Studio는 광범위한 편집 도구 키트를 사용하여 데이터를 텍스처 메시로 정렬하고 정리하는 작업을 신속하게 수행했으며, 그 결과는 확실하게 나타났습니다. Mees는 처음에는 잠재 고객이 "짧은 털도 문제가 될 것 같아서" 너무 걱정했다고 말합니다.


하지만 최종 모델에는 색소 변화부터 말의 갈기까지 많은 세밀한 부분까지 실제로 구현되어 있으며, 가장 중요한 것은 형상이 훌륭하게 캡처되었다는 점입니다. 따라서 두 사람은 Buddy에 맞춤형 장비를 장착하는 데 필요한 모든 데이터를 확보하고 있다고 말합니다.


그들은 향후 스캔을 통해 프로세스를 더욱 개선할 수 있는 여지가 여전히 있다고 생각합니다. Leo의 플래시를 끄면 미세한 움직임을 줄이는 데 도움이 되고, Artec Studio에 정합하지 않고 스캔하면 더 나은 추적과 완전한 3D 모델 캡처가 가능할 것으로 생각됩니다.


그러나 데이터 처리 단계에서 프로젝트에 참여한 Mees의 경우 Artec Studio의 기본 추적, 텍스처 캡처 및 정렬 알고리즘은 여전히 뛰어난 결과를 가져왔습니다.


Mees는 "저는 파일을 받기 전까지는 무엇을 캡처했는지 전혀 알 수 없었습니다. 그래서 HD 모드는 콧구멍 주변 등 캡처하기 어려운 부분을 유연하게 채울 수 있어서 정말 도움이 되었습니다. 특정 영역만 사용하고 나머지는 삭제했습니다. 하지만 Artec Studio는 이 모든 구성 요소를 매우 빠르고 쉽게 조합할 수 있게 해 주었습니다."라고 덧붙였습니다.



작은 구멍과 틈새가 모두 완벽한 Buddy의 올라간 발굽. 이미지 제공: 3DMakerWorld.



법석 떨 시간이 없음


언뜻 보기에 3DMakerWorld의 말 디지털화 프로젝트는 실험 삼아 해보는 장난처럼 들릴 수 있지만, Stucky는 3D 스캐닝이 실세계의 요구를 어떻게 해결할 수 있는지를 보여준다고 단호하게 말합니다.



안장과 같은 일상적인 장비는 말에게 불편함을 주는 원치 않는 미끄러짐을 방지하기 위해 정확하게 장착해야 합니다. 그는 Artec Leo를 사용하면 "말의 구조에 정확히 맞도록" 맞춤 제작할 수 있고, 필요한 곳을 받쳐줄 수 있도록 윤곽을 만들 수 있다고 말합니다.



3DMakerWorld가 Buddy를 스캔한 이후 수의사도 관심을 보였고, 그들은 이제 승마 보조기 맞춤 제작에도 비슷한 접근 방식을 사용할 수 있을 것으로 생각합니다.



Stucky는 "이 프로젝트는 개념 증명으로 시작했지만 수의사가 관심을 보였고, 이를 계기로 우리는 많은 생각을 하게 되었습니다. 말을 위한 맞춤형 보조기를 만들 수 있다면 어떨까요? 발굽 안에 약을 보관할 수 있는 패드를 넣을 수도 있습니다. 그것이 다음 단계가 될 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.



"이것은 일종의 특이한 사례 연구이지만, 살아 움직이는 생물체를 디지털화해야 할 때 Artec 3D 스캐닝의 강점을 잘 보여줍니다."

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Artec 3D 스캐너를 사용한 Kazu Hiro의 숨 막히는 특수 효과 분장

Artec 3D 스캐너를 사용한 Kazu Hiro의 숨 막히는 특수 효과 분장

과제: 아카데미 수상 경력이 있는 특수 분장 아티스트는 기존의 실리콘 기반 프로세스보다 배우의 생동감을 살릴 수 있는 더 나은 방법을 찾아야 했습니다.


솔루션: Artec Leo, Artec Space Spider, Artec Studio, ZBrush


결과: 배우들이 더는 실리콘으로 얼굴을 덮은 채 20~30분 동안 꼼짝 않고 앉아 있을 필요가 없습니다. 단 1~2분 만에 얼굴이나 기타 신체 부위를 Leo 및 Space Spider로 3D 스캔하여 아주 미세한 주름과 아주 작은 모공까지 모두 캡처할 수 있습니다.


Artec 3D를 선택한 이유: 휴대가 간편한 소형 Artec 3D 스캐너를 사용하면 기존 방식으로는 어려운 짧은 시간에 3D 프린트하고 완벽하게 조각할 수 있는 놀랍도록 실물과 같은 라이프캐스트를 만들 수 있습니다.

 

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스튜디오에서 Artec Leo로 모델 Jack Currier를 스캔하는 Kazu Hiro. 이미지 제공: Kazu Hiro


뛰어난 분장 기술로 유명한 Kazu Hiro는 할리우드 엘리트들의 얼굴을 조각하여 은막에서 잊을 수 없는 캐릭터로 훌륭하게 변모시켜 왔습니다.


최근 오스카상 후보에 오른 영화에서 Hiro는 2023년 히트작인 Maestro에서 Bradley Cooper, Robert Downey Jr와 같은 A급 배우들과 함께 작업했습니다. 그의 이전에 작업한 작품에는 Bombshell, Darkest Hour, Salt, The Curious Case of Benjamin Button, Men in Black II, How the Grinch Stole Christmas 등의 블록버스터 히트작과 기타 최고의 영화가 포함되어 있습니다.

 

Hiro가 세심하게 키워온 재능은 여러 차례 Academy 최우수 분장상, BAFTA 상 및 기타 다양한 상을 수상하는 등 여러 차례 인정을 받았습니다.


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3D 프린트된 Leo HD 모드 및 Space Spider 스캔. 이미지 제공: Kazu Hiro


완벽을 향한 지칠 줄 모르는 목표를 가진 Hiro는 특수 효과 분장 기술을 새로운 차원으로 끌어올리기 위해 끊임없이 노력하며, 이를 위해 디자인과 제작 작업 흐름을 개선할 수 있는 새로운 방법을 항상 모색하고 있습니다.

 

Kazu Hiro의 특수효과 분장 및 미술


수년간 Hiro의 분장 예술의 초석이 된 라이프캐스팅은 살아있는 인체를 입체적으로 구현하는 세밀한 프로세스로, 영화 산업에서는 캐릭터 분장에서 높은 수준의 사실감을 구현하기 위해 자주 요구되는 작업입니다.


이 세심한 방법은 대상을 준비하고 실리콘 고무를 포함한 필요한 재료를 모으는 것으로 시작됩니다.


기존 라이프캐스팅에는 상대적으로 저렴하고, 피부의 세밀한 디테일을 캡처하며, 내구성이 뛰어나고 재사용 가능한 캐스트를 제작할 수 있는 등의 장점이 있음에도 불구하고 몇 가지 단점이 있습니다. 우선, 이 프로세스는 시간이 많이 걸리고 지저분하며 기껏해야 불편하고 때로는 배우에게 폐소공포증을 유발하기도 합니다.


게다가 마스크의 무게가 얼굴을 압박하거나 배우가 오랫동안 가만히 있어야 하기 때문에 배우의 무의식적인 움직임으로 인해 최종 주물에 왜곡이 발생할 수 있으며, 이는 최종 결과물에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.


3D 스캐닝으로 전환


전통적인 라이프캐스팅에 대한 더 나은 솔루션을 향한 Hiro의 여정은 그를 3D 스캐닝의 세계로 이끌었고 궁극적으로는 현지 Artec 홍보대사인 Rapid Scan 3D에 문의하게 되었습니다. 이곳에서 그는 영화 산업과 그 밖의 분야에서 인정받는 3D 스캐닝 전문가인 Chris Strong을 만났고, 그는 Hiro에게 Artec Space Spider를 추천했습니다.

 

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Artec Space Spider로 스캔할 준비가 된 언더컷 처리된 실리콘 코 주형. 이미지 제공: Kazu Hiro


창작자와 엔지니어 모두에게 오랫동안 사랑받아 온 Space Spider는 초고해상도 기능과 배우 얼굴의 미세한 디테일까지 컬러 3D로 놀라울 정도로 정밀하게 캡처할 수 있어 CGI 작업에 이상적인 도구입니다.


Space Spider는 Hiro의 작업 흐름에 엄청난 변화를 가져왔습니다. 그는 지저분하고 불편한 기존 라이프캐스팅 프로세스를 벗어나 현실감을 그대로 유지하면서 비접촉식 3D 스캐닝으로 전환할 수 있었습니다.


눈가의 아주 작은 주름, 모공, 미세한 얼굴 윤곽 등 세밀한 디테일을 캡처하기 위해 Hiro는 이제 Space Spider를 사용합니다.


머리, 목, 몸 전체와 같은 배우의 큰 부위를 캡처하기 위해 Hiro는 Artec Leo를 사용합니다. 높은 FPS 캡처 속도, 넓은 시야, 사용 편의성, 무선 기능 덕분에 Leo의 HD 모드를 통해 풍부한 디테일과 함께 더 넓은 범위의 스캔에 이상적입니다.

 

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디테일 캡처 비교: 사진 측량으로 만든 Robert Downey Jr.의 모델(왼쪽)과 Artec Space Spider 및 Leo(오른쪽). 이미지 제공: Kazu Hiro


3D 스캐닝 프로세스는 단 1~2분밖에 걸리지 않아 기존 라이프캐스팅에 필요한 20~30분보다 훨씬 빠릅니다. 또한 많은 3D 스캐너와 달리 Leo와 Space Spider는 완전히 비접촉식으로 표적이나 표시자가 필요하지 않으므로 불편함을 느낄 가능성이 없습니다.


결정적으로, 이 두 스캐너는 Artec Studio에서 원활하게 통합됩니다. Leo와 Space Spider의 여러 3D 스캔을 한 번의 클릭으로 같은 작업 공간으로 가져오면 Hiro는 배우의 얼굴, 머리, 목, 몸에 대한 가장 세밀하고 포괄적인 3D 모델을 만들 수 있습니다.

 

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Sean Penn의 Leo HD 모드 및 Space Spider 스캔 결합. 이미지 제공: Kazu Hiro


CGI 및 영화 업계에서는 Leo의 휴대성과 사용 편의성, 그리고 모든 디테일에 대한 Space Spider의 놀라운 기능 덕분에 현장에서 즉시 스캔하는 것이 현실이 되었습니다. 그리고 모든 프로젝트의 최종 결과는 Hiro의 특별한 분장 변신 작업을 위한 완벽한 청사진 역할을 하는 생생하게 실물과 같은 디지털 복제본입니다.


Rapid Scan 3D의 3D 스캐닝 전문가인 Chris Strong은 "Kazu의 작업은 누구에게도 뒤지지 않으며 완벽하게 표현하고자 하는 그의 탐구에는 그에 못지않게 뛰어난 도구가 필요했습니다. 정확성, 사용 편의성 및 휴대성을 모두 갖춘 Artec Leo가 가장 적합한 도구였습니다. 저는 Leo가 Kazu의 기술을 혁신하고 작업의 질을 높일 수 있을 것이라 알고 있었기에 자신 있게 이 스캐너를 그에게 추천했습니다."라고 말했습니다.


3D 스캔을 실제와 같은 특수 효과 분장으로 전환


3D 스캔을 실제로 분장 보철물로 변환하는 것은 매우 까다로운 프로세스입니다. 스캐닝 후 Hiro는 풍부한 도구 세트를 갖춘 3D 스캔 데이터 처리를 위한 혁신적인 소프트웨어 솔루션인 Artec Studio를 사용하여 배우의 3D 스캔을 최적화하고 개선하여 가장 정확한 표현을 위해 모든 디테일을 향상했습니다.

 

Hiro는 Artec Studio에서 3D 스캔을 ZBrush로 내보낸 다음 배우의 얼굴, 머리 또는 기타 신체 부위의 3D 모델에 마무리 손질을 한 다음 라이프캐스트를 3D 프린트하고 점토를 사용하여 물리적으로 조각합니다.

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ZBrush에서 결합된 Leo HD 모드 및 Space Spider 스캔. 이미지 제공: Kazu Hiro


보철물을 적용하는 것은 그 자체로 예술입니다. Leo와 Space Spider로 캡처한 배우의 얼굴이나 기타 신체 부위의 세밀한 사실감을 바탕으로 제작된 각 작품은 배우의 피부에 세심하게 적용되고 고정되어 현실과 환상 간의 경계가 모호해지는 매끄러운 전환을 만들어냅니다.

 

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Artec Leo HD 모드 및 Space Spider로 만든 목 주형 스캔으로 한 3D 프린트. 이미지 제공: Kazu Hiro


촬영 프로세스 내내 Hiro는 보철물을 모니터링하며 언제든 조정하거나 교체할 수 있도록 준비합니다. Hiro는 Artec 3D 스캐너를 자신의 작업 흐름에 통합함으로써 특수 효과 분장 제작 기술을 재창조하여 기술과 공들인 장인 정신의 시너지 효과를 전례 없는 수준으로 끌어올렸습니다.


3D 스캐닝이 Hiro의 작업에 미치는 영향


Hiro는 “Artec Leo와 Space Spider는 내 작업 방식을 크게 변화시켰습니다. 이 기술은 기존 라이브캐스팅에서 발생할 수 있는 왜곡이나 배우의 불편함 없이 뛰어난 수준의 디테일을 구현합니다."라고 말했습니다.


이어서 그는 "이 스캐너들은 저에게 단순한 도구 그 이상이었습니다. 특수 효과 분장 분야에서 정말 획기적인 제품입니다."라고 말했습니다.

 

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Leo HD 모드 및 Space Spider 스캔으로 3D 프린트한 Richard Krueger의 흉상. 이미지 제공: Kazu Hiro


업계의 전위적 예술가인 Hiro는 자신의 기술의 미래를 간절히 기대하고 있습니다. 그는 "Artec이 3D 스캐닝 기술에 가져올 새로운 발전이 기대됩니다. 이러한 혁신은 계속해서 경계를 넓혀 할리우드 분장 작업과 미술 조각을 더욱 향상할 수 있게 해 줄 것입니다."라고 말했습니다.

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3D스캐닝, BD Engineering, Toyota Supra 전체를 Artec Leo로 디지털화하여 맞춤형 드리프팅 개조

3D스캐닝, BD Engineering, Toyota Supra 전체를 Artec Leo로 디지털화하여 맞춤형 드리프팅 개조

과제: Toyota Supra 스포츠카 전체를 분해하고 구성 부품을 디지털화하여 맞춤 제작한 후 애프터마켓 개조로 변환할 수 있는 3D 모델을 만듭니다.


솔루션: Artec Leo, Artec Eva, Artec Studio


결과: 새로운 서스펜션 형상과 드리프팅 응용 분야를 위해 재설계된 차동 및 유압식 핸드브레이크 테스트를 위한 동적 시뮬레이션 환경으로 사용될 정도로 세밀한 Supra 모델로 개조되었습니다.


Artec 3D를 선택한 이유: 각 부품을 수작업으로 측정했다면 Supra의 리버스 엔지니어링은 비현실적으로 많은 시간이 소요되는 작업이었을 것입니다. BD Engineering은 놀랍도록 빠른 무선 Artec Leo를 사용하여 단 몇 시간 만에 자동차를 쉽게 디지털화하고 생성된 데이터를 사용하여 Artec Studio에서 전에 없던 드리프트 부품 설계의 기초를 개발할 수 있었습니다.


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BD Engineering의 리버스 엔지니어링된 Toyota Supra와 계획된 개조. 이미지 제공: BD Engineering


완벽한 자동차를 조립하는 꿈을 꿔본 적이 있습니까? 급성장하는 160억 달러 규모의 미국 자동차 애프터마켓 부품 산업이 말해주듯이 많은 사람들이 그런 꿈을 꾼 적이 있지만 현실에서 이를 실현하는 것이 과연 얼마나 쉬울까요?


맞춤 제작의 주요 과제 중 하나는 자동차의 기존 새시 또는 차체와 개조 부품이 완벽하게 들어맞게 하는 것입니다. 대부분의 OEM은 애프터마켓 부품 개발자와 귀중한 설계 데이터를 적극적으로 공유하지 않기 때문에 차량 개조 시 후드 아래에 무엇이 숨겨져 있는지 알 수 없어 큰 문제가 생깁니다.


다행히 엔지니어(및 자동차 애호가) 측면에서 리버스 엔지니어링 기술은 빠른 속도로 발전하고 있으며, 이제 부품을 단 몇 초 만에 디지털화할 수 있게 되었습니다. 일부 애프터마켓 업체는 맞춤 제작을 위해 조각이나 몰딩을 사용하여 휠건을 고수했지만 BD Engineering은 그렇지 않았습니다. 이 회사는 Artec 3D 스캐닝의 도움으로 자동차및 그 외 분야에서 계속해서 경계를 넓혀가고 있습니다.


BD Engineering에서 완전한 마무리


8년 전, 엔지니어 Adam Bao는 지역 대학에서 자동차 개조 작업을 시작했습니다. 하지만 이러한 열정적인 프로젝트로 시작한 Illumaesthetic는 빠르게 성장하여 현재 SEMA, Tokyo Auto Salon과 같은주요 자동차 박람회에 맞춤형 자동차를 전시하는 번창하는 기업으로 성장했습니다.


이러한 성공 사례는 산업, 의료, 국방 분야 고객의 수요로 이어졌고, Bao와 공동 설립자 Nikita Rushmanov는 또 다른 회사인 BD Engineering을 설립하였습니다.  3D 스캐닝과 첨단 제조 기계를 갖춘 이 회사는 신속한 프로토타입 제작과 검사부터 주문형 생산에 이르기까지 모든 것을 지원합니다.

 

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Artec Leo의 내장 디스플레이를 통한 서스펜션 부품의 디지털화. 이미지 제공: BD Engineering


그렇다면 BD Engineering은 어떻게 처음에 3D 스캐닝을 사용하게 되었을까요? 초기에 Bao는 스마트폰 사진 측량으로 물체를 디지털화하여 이를 모드 지원 설계 파일로 변환하는 작업을 해봤습니다. 이 기술이 충분히 빠르지도 정확하지도 않다는 것을 깨달은 그는 0.1mm 정확도의 빠른 3D 스캐너인 Artec Eva를 기반으로 한 새로운 접근 방식을 모색했습니다.


애프터마켓 수요가 증가함에 따라 BD Engineering은 나중에 Indicate Technologies에 문의했습니다. 이 Artec 골드 인증 파트너는 이 회사에두 개의 기존 현장을 동시에 번창시킬 수 있는 무선 AI 기반 장치인 Artec Leo로 업그레이드할것을 조언했습니다. 각 사업장이 서로 수백 킬로미터 떨어져 뉴어크와 로스앤젤레스에 있었음에도 불구하고 말입니다.


Rushmanov는 나중에 북부로 이사했지만, 두 사람은 처음에는 디스플레이가 내장된 올인원 특성을 통해 캘리포니아 전역을 오가며 Leo를 공유할 수 있어 그 어느 때보다 쉽게 이동 중에도 작업을 수행할 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 그 이후로 이 진취적인 두 사람은 3D 스캐닝을 더 폭넓은 작업 흐름에 도입했을 뿐만 아니라 상당히 독특한 방식을 고안해 냈습니다.


Bao는 “자동차 분야에서는 자동차의 절반만 스캔하는 사람들을 많이 봅니다. 그건 좋은 생각이 아닙니다. 시계 방향으로 스캔하면 시작과 끝이 6~12인치 정도 떨어져 있음을 알 수 있습니다. 완전한 순환 루프가 없는 한 오차 전파가 많이 발생합니다. 우리는 이럴 때 '젠장, 차 전체를 스캔하자'라고 말합니다. 저는 이를 마무리 짓기라고 부릅니다."라고 설명했습니다.


"Artec Leo를 사용하면 전면부와 전체 자동차를 스캔하는 데 걸리는 시간 차이가 너무 미미해서 '전체를 스캔하면 어떨까'라고 생각했습니다."

 

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해체된 Supra를 Artec Leo로 디지털화하는 BD Engineering의 공동 창립자 Nikita Rushmanov. 이미지 제공: BD Engineering


새로운 영역으로 진출


한때는 상징적인 Subaru의 범퍼를 개선하기도 했던 두 사람은 Illumaesthetic에서 General Motors와 BMW 등의 차량 계기판과 후미등을 맞춤 제작하는 데 만족하지 않고 이제 차량 리버스 엔지니어링이라는더 높은 목표를 세웠습니다.


초기 차량 전체 외관 스캔에서 Bao는 Artec Eva를 사용하여 Honda S2000 전체를 디지털화할 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 그는 이 프로젝트에 2시간밖에 걸리지 않았지만 차량에 최소한의 테이프를 붙이는 것만으로도 작업 속도가 느려졌다고 말하며, 초당 3,500만 포인트의 Leo를 사용했다면 훨씬 더 빠르게 작업할 수 있었을 것이라고 말합니다.


Bao는 "당연히 S2000에 가능한 한 적게 마커를 사용하고 싶었습니다. 그래서 저는 필요하다고 생각한 것부터 시작했다가 필요한 것이 더 있다는 것을 깨닫고 계속 왔다 갔다 했습니다. Leo는 매우 빠르기 때문에 헤드라이트, 거울, 창문, 검은색 플라스틱 트림을 준비하는 데 15분, 스캔하는 데 15분 정도면 충분했습니다."라고 말했습니다.


BD Engineering의 최신 디지털화 프로젝트의 일환으로 Rushmanov는 현재 자신의 업무용 차량인 2023 GR Toyota Supra를 완전히 리버스 엔지니어링했습니다. 그는 자동차를 분해하고 서스펜션과 서브프레임을 하나하나 스캔하여 드리프팅용으로 설계된 유압식 핸드브레이크를 장착하는 등 광범위한 개조 작업을 수행했습니다.

 

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Artec Leo를 사용하여 Toyota Supra의 핸드 브레이크를 3D 스캔하는 Rushmanov. 이미지 제공: BD Engineering


빠르고 기동성이 뛰어난 Leo 덕분에 빠르고 쉽게 작업할 수 있었지만, Rushmanov는 Artec Studio의 편집 도구 세트가 메시 정렬을 간소화하고, 설계 제약 조건을 해결하고, 폴리곤을 제거하여 내보내기 파일 크기를 줄이는 데 똑같이 유용했다고 말합니다.


Rushmanov는 "Artec Studio는 정말 큰 도움이 됩니다. 저는 실제로 그것을 즐겨 사용합니다. 모든 설계 제약 조건을 한 번에 해결한 다음 다시 맞춰 넣을 수 있기 때문에 리버스 엔지니어링에 대한 Artec Studio의 접근 방식은 매우 혁신적입니다. 시간이 정말 많이 절약됩니다."시간이 정말 많이 절약됩니다."라고 덧붙였습니다.


"우리는 새로운 서스펜션 부품의 비용을 수치적으로 최적화하는 동적 시뮬레이션 환경을 구축하기 위해 자동차 전체를 리버스 엔지니어링했습니다."


"Scan-to-Factory" 설정 구축


디지털화된 3D 프린팅 부품에 대한 수요가 증가하는 가운데 BD Engineering은 Illumaesthetic의 기존 자동차 분야 외의 고객과도 점점 더 많이 협력하기 시작했습니다. Bao에 따르면, 3D 프린팅을 "중개 서비스"로 제공하는 것을 넘어 이를 달성했다고 합니다.


그는 전통적으로 OEM에서 출시 전 홍보를 위해 "렌더링이 아닌 실제 부품 사진을 통해 차량을 마케팅"하기 위해 3D 프린팅 목업을 주문했다고 말합니다. Illumaesthetic는 여전히 이러한 고객을 확보하고 있지만, BD Engineering은 이 기술을 다른 곳에 사용하기 시작했는데, 한 예로 동체를 제작하여 군용 표적 연습용 드론을 만들기 위한 금형을 만드는 데 사용했습니다.

 

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클래식 BMW를 타고 드리프팅 실력을 선보이는 Rushmanov. 이미지 제공: BD Engineering


Rushmanov는 궁극적으로 Supra 개조 차량을 제작하여 전 세계 드리프터들에게 판매할 계획입니다. 한편, 그는 고객이 디지털화를 위해 물건을 맡기면 한 달 안에 시각적 또는 성능 부품을 생산할 수 있는 "Scan-to-Factory 설정"을 구축할 계획이라고 말합니다.


"우리는 3D 스캐닝을 위해 물건을 맡는 일이 끊이지 않는데, 고객들이 우리가 하는 일은 다른 업체들이 따라잡을 수 없을 정도로 뛰어나다고 보기 때문입니다. 우리는 필요한 것을 스캔하는 데 그치지 않고 그것을 한 단계 더 발전시킵니다."


한국기술은 1983년 세계 최초로 3D프린터를 발명한 미국 3D Systems 사와 1990년 국내 최초로 산업용 SLA 3D프린터를 대우자동차(현 GM자동차)에 공급하였습니다. 1997년 국내 독점 공급 계약을 체결하여 국내 굴지의 대기업인 현대 자동차, 기아자동차를 비롯한 약 600여 개 기업 및 기관에 3D 프린터를 공급하여 한국의 3D 프린터 대표회사로 성장하였습니다.


해를 거듭한 기술의 발전으로 이제 3D프린터는 단순 시제품 제작용에 직접 생산이 가능한 DMP, SLS, SLA 등의 다양한 방식의 3D 프린터가 우주/항공, 자동차, 전자, 의료, 쥬얼리, 소비재 등의 분야에 사용될 뿐 아니라, 사무실 환경에서 편리하게 사용이 가능한 MJP, CJP 방식까지 모든 산업군에서 3D프린터를 기반으로 한 비용 절감 및 일정 단축으로 기업의 경쟁력 강화에 기여하고 있습니다.


한국기술은 시제작 출력서비스, 3D 스캐너를 이용한 역설계 서비스, 3D프린팅 교육을 통하여 3D프린팅 토탈 솔루션 업체로 업계를 선도하고 있습니다.


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3D스캐너로 문화재 유산을 보존한다.

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