앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공 사례   SPH는 라그랑지언(Lagrangian) 기법을 활용한 유동해석 방법으로, 자유표면이 있는 다상유동해석에 적합하다. 앤시스 2022 R2 버전의 첫 소개 이후 신규 버전이 나올 때마다 업그레이드되고 있는 앤시스 로키(Ansys Rocky)의 SPH 기능을 통해, 플루언트(Ansys Fluent)가 없어도 DEM-CFD 커플링 해석이 가능해졌다. 이번 호에서는 DEM-CFD 커플링(coupling) 해석에 대한 새로운 접근 방법을 통해 기존과의 차이점, SPH 소개 및 설정 방법, 활용 예를 알아보자.    ■ 박성근 태성에스엔이 유동 1팀 수석매니저로 유동 및 입자해석에 대한 기술 지원을 담당하고 있다. 이메일 | sgpark@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   “플루언트가 없는데… 로키로 DEM-CFD 커플링이 가능하다고요?” 아직 해당 방법을 모르는 분들께 종종 듣는 말이다.  SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)는 앤시스 로키 2022 R2 버전에서 정식으로 출시된 유동해석 방법으로, DEM-CFD 커플링 해석도 가능하다. 먼저 기존 DEM-CFD 커플링 방법은 크게 ▲LBM ▲1-Way Constant ▲1-Way Fluent Steady ▲1-Way Fluent Transient ▲2-Way Fluent ▲Semi-Resolved(2-Way Fluent)로 나누어진다. 여기에 로키에 새롭게 추가된 유동 해석 방법인 SPH로 플루언트 없이 DEM-CFD 커플링 해석이 가능하게 된 것이다.  SPH의 장점은 CPU와 GPU 모두 사용 가능하고 특히 멀티 GPU를 이용할 경우 매우 빠른 해석이 가능하다는 것이다. 또한 다상 해석의 경우 일반 CFD 대비 하나의 상만 해석을 하기 때문에 해석 시간을 크게 감소시킬 수 있다. 이번 호에서는 SPH에 대한 소개와 설정 방법, 그리고 활용 예에 대해 알아보고자 한다.    SPH란? 로키의 SPH는 LBM처럼 내장된 유동해석 방법으로, 비압축성 유동의 weakly compressible에 적합하여 mach number가 0.1보다 작을 때 유리하다. 일반적인 CFD와 달리, SPH는 라그랑지언 기법을 이용해 격자 생성이 필요 없는 해석으로 로키의 DEM 해석방법과 유사하다. 이때 SPH 요소는 유체의 물리적 특성을 갖기 때문에, 압력 및 점성력을 통해 이웃 요소와 상호 작용하는 작은 유체 조각으로 정의할 수 있으며, 불규칙한 간격을 가지는 노드 점의 유한 집합으로 나비에-스토크스(Navier-Stokes) 방정식을 해결하기 위한 보간점(interpolation point)으로 사용된다. 이러한 SPH는 자유표면이 있는 다상 유동 및 SPH-DEM 커플링 해석에 적합하기 때문에 slurry mill, sloshing, wave breaker 해석이 가능하며, 표면 장력을 고려할 경우 spray, washing machine 해석에 적용할 수 있다. <그림 1>은 slurry mill로 SPH-DEM 커플링 해석을 이용한 예이다.   그림 1. SPH-DEM 커플링 해석 예   이러한 커플링 해석의 경우 DEM 입자가 SPH 요소 크기보다 매우 커야 하며, <그림 2>와 같이 DEM 입자 내부에 SPH 요소를 배치하여 솔리드(solid)-플루이드(fluid)간 상호작용을 처리한다. 이때 내부 SPH 요소는 연관된 인공질량, 밀도 및 속도를 가지며, 입자 표면에서 미끄럼 방지조건을 충족할 수 있게 모델링되어 있다.   그림 2. DEM 입자 내 SPH 요소   그렇다면 SPH의 장점은 무엇일까? 앞서 말했듯 SPH는 CPU와 GPU 모두 사용 가능하며, 특히 멀티 GPU를 이용할 경우 매우 빠른 해석이 가능하다. 또한 다상해석의 경우 일반 CFD 대비 하나의 상만 해석을 하기 때문에 해석 시간을 크게 줄일 수 있다.  이 기능은 로키에 내장되어 있어 다양한 모션과 같이 사용할 수 있기 때문에, 플루언트보다 넓은 분야에 대한 유동 해석이 가능하다. 다만, 라그랑지언 기법을 이용하여 SPH 요소의 위치를 각 시간별로 저장하기 때문에 HDD의 용량이 많이 필요하다는 주의점이 있다.   SPH 설정 방법 이제 SPH 해석을 위한 물성치 및 입/출구 조건, 설정방법에 대해 알아보자.   SPH Fluid Materials  SPH는 하나의 유체 물성만 설정하여 사용할 수 있다. 예를 들어 물과 공기 두 개의 상이 존재할 때 SPH는 물의 거동만 해석하고, 나머지 영역은 공기로 가정한다. <그림 3>과 같이 기본값은 water의 물성치로 설정되어 있으며, 열전달 모델을 활성화할 때 열전도도와 비열을 설정할 수 있다. Sound Speed는 일반적인 유체에서의 Sound Speed를 의미하는 것은 아니며, 해석 영역 내 최대 속도보다 10배 이상의 값을 사용하는 것을 권장한다. Sound Speed는 Time Step Size의 결정에 영향을 미친다.   그림 3. Material 내 Default Fluid 설정     ■ 기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

  Infoworld   Focus 17　코리아 그래픽스 2023, 메타버스와 AI가 만드는 산업의 미래를 짚다 24　헥사곤 MI, 넥서스 국내 출시로 데이터의 연결 통한 제조 혁신 지원 26　뿌리기술 역량 강화를 위한 글로벌 3D 프린팅 트렌드 및 활용 사례 소개 28　에픽게임즈, “3D에 경제 모델 결합된 메타버스 생태계 만든다”   Case Study 30　제조 업계의 디지털 트윈 기반 인터랙티브 마케팅　고객 참여 확대부터 시장 출시 단축까지 실시간 3D 기술의 효과를 얻는 방법 33　단편 영화 수상작 ‘더 보이스 인 더 할로우’　리얼타임 애니메이션으로 어둠의 공간을 구현   New Product 38　PDM 라이브러리 분류 정의 시스템　PDM Part Classification 40　빠르고 범용적인 3D CAD 뷰어　3D뷰스테이션 데스크톱 뷰어 42　시뮬레이션 속도 및 제품 개발의 협업 향상 지원　앤시스 2023 R2 44　렌더링부터 버추얼 프로덕션까지 크리에이터 위한 기능 향상　언리얼 엔진 5.3 48　콘텐츠 크리에이터와 전문가를 위한 내장 SSD　WD 블루 SN580 NVMe SSD 52　이달의 신제품   Column 55　디지털 지식전문가 조형식의 지식마당 / 조형식　가상화와 소프트웨어 정의가 모든 것을 변화시키다 58　현장에서 얻은 것 No.14 / 류용효　PLM 구축 유형별 특징   On-Air 63　캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계　PLM과 MBSE, 어떻게 가져갈 것인가? 64　캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계　수소연료전지를 포함한 전기 추진 시스템 개발   People & Company 65　SK C&C 제조Digital플랫폼 담당 김성환 그룹장　대·중소기업 상생 협력을 통한 제조 기업 경쟁력 향상 지원 68　한국디지털트윈연구소 양영진 대표　디지털 트윈 플랫폼으로 산업계의 디지털 전환 가이드 제공   50　New Books   Directory 123　국내 주요 CAD/CAM/CAE/PDM 소프트웨어 공급업체 디렉토리   CADPIA   AEC 70　BIM 칼럼니스트 강태욱의 이슈 & 토크 / 강태욱　파이썬 기반 오토캐드 설계 자동화 도구 개발 74　새로워진 캐디안 2023 살펴보기 (12) / 최영석　3D 객체 그리기 기능 Ⅲ 77　데스크톱/모바일/클라우드를 지원하는 아레스 캐드 2024 (6) / 천벼리　아레스 캐드 2024에서 강화된 평면 스냅샷 기능 80　토목 분야 BIM 기반 자동, 연동, 수동 수량산출 합산 프로세스 (3) / 이재홍　2D와 BIM 기반 수량산출 내역 합산 기능 프로세스   Reverse Engineering 86　이미지 정보의 취득, 분석 및 활용 (10) / 유우식　제어(수동, 자동, 반자동, 학습형) 96　포인트셰이프 디자인을 사용한 역설계 사례 / 드림티엔에스　플라스틱 커버 스캔 데이터의 역설계 작업 과정   Mechanical 101　제품 개발 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 10.0 (5) / 김성철　향상된 제조 기능   Analysis 106　성공적인 유동 해석을 위한 케이던스의 CFD 기술 (2) / 나인플러스IT　유압 터빈의 설계를 위한 와류 로프 해석 109　앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공 사례 / 박성근　입자와 함께 하는 유동해석, 앤시스 로키와 함께하는 SPH 소개부터 활용까지 114　제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (5) / 목종수, 김태현　항공우주 및 방위 산업에서의 MBSE   Cloud Computing 119　산업 현장에서 활용할 수 있는 AWS IoT 서비스 (6) / 조상만　AWS 클라우드가 제공하는 디지털 트윈 솔루션, IoT 트윈메이커 Ⅰ      

유니티가 세계 최대 컴퓨터 그래픽 컨퍼런스인 시그라프 2023(SIGGRAPH 2023)에서 디지털 엔터테인먼트 환경을 재편하기 위한 비전을 제시했다. 유니티는 아티스트가 2D 및 3D 콘텐츠를 제작하는데 가장 널리 사용되고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공하기 위해 새로운 유니티 웨타 툴(Unity Wētā Tools) 부서를 신설했다고 소개했다. 시그라프 2023에서 유니티 웨타 툴 부서는 크리에이터들이 고품질 VFX를 제작하고 프리미엄 콘텐츠 제작에 쉽게 접근할 수 있도록 설계된 최신 기능을 선보였다. 이를 통해 유니티는 매력적인 디지털 세계를 구축하고, 극사실적인 캐릭터에 생명을 부여하고, 영화 제작 기술을 향상시킬 수 있도록 지원한다. 유니티 웨타 툴 부서는 시그라프 2023 기조 연설을 통해 크리에이터가 스타일이나 복잡성에 관계없이 비전을 실현할 수 있도록 다양하고 강력한 툴을 제공해 디지털 제작의 지평을 넓히고 혁신과 창의성을 촉진하고자 하는 유니티의 노력을 강조했다. 또한 유니티 웨타 툴을 통해 창의적인 제작 워크플로를 가속화하는 것은 물론 변화를 보다 쉽게 도입하고, 고품질의 최종 샷을 제작하는 방법 등을 공유하는 세션도 진행했다. 앨런 푸어(Allan Poore) 유니티 웨타 툴 부문 수석 부사장(SVP of Unity Wētā Tools)은 “유니티는 연구 및 개발에 상당한 투자를 통해 지속적으로 혁신을 지원하고 콘텐츠 제작의 미래를 이끌어 나가고 있다”며 “유니티의 고품질 3D 아티스트 툴을 선보이게 되어 기쁘고, 앞으로도 크리에이터의 성공을 돕고 3D 아티스트의 창의성 발현을 돕는 새로운 혁신을 도입하고자 한다”고 말했다. 또한 유니티 웨타 툴은 크리에이터들이 최신 캐릭터 툴을 사용해 어떠한 디자인 언어로든 영화, 애니메이션, 게임을 위한 크리에이티브 브리프를 완성할 수 있는 방법을 시연하고, 최신 디지털 휴먼인 사미르(Samir)와 스타일라이즈드 크리처인 노바(Nova)를 실시간으로 실행해 탁월한 생체 역학 성능을 선보였다. 보다 원활한 협업을 촉진하고 더욱 빠른 반복 작업을 가능하게 하는 싱크스케치(SyncSketch) 등의 협업 툴도 공개했다. 이외에도 유니티 웨타 툴의 딥 컴포지팅(Deep Compositing)과 에디(Eddy)를 통해 포스트 프로덕션 워크플로를 재정의해 크리에이터가 전례 없는 깊이와 디테일을 갖춘 작품을 제작할 수 있도록 지원할 수 있다는 점을 설명했다. 아카데미상을 5회 수상한 웨타 FX(Wētā FX)의 조 레터리(Joe Letteri) 시니어 VFX 수퍼바이저(Senior VFX Supervisor)는 “우리는 늘 영화 제작자에게 도움을 제공하고자 했으며, 그 과정의 일부는 시각 효과의 가능성을 확장하는 것”이라며 “로키(Loki)에 사용된 딥 컴포지팅, 위그, 통합형 솔버 프레임워크는 크고 복잡한 프로젝트에서 쌓은 경험을 바탕으로 얻은 지식을 툴 자체에 포함한 예시다”고 말했다. 나탈리아 타타척(Natalya Tatarchuk) 유니티 웨타 툴 부사장(VP of Unity Wētā Tools)은 “캐릭터 제작, 환경 구축, 렌더링, 컴포지팅 분야에서 혁신적인 작업을 선보이게 되어 기대가 크다”며 “유니티는 강력한 솔루션을 사용해 제작 워크플로를 가속화하고, 창의적인 변화를 완벽히 도입해 블록버스터급 품질의 최종 결과물을 구현할 수 있도록 최선을 다하고 있다”고 밝혔다.

유니티 코리아가 오는 5월 23일 유니티의 최신 기술과 활용법을 선보이는 ‘유니티 데브 윅스(Unity Dev Weeks)’ 웨비나를 진행한다고 밝혔다. 2021년 이후 2년 만에 재개하는 유니티 데브 윅스는 크리에이터들에게 다채롭고 실용적인 정보와 전문적인 지식을 공유하기 위해 마련된 행사다. 다양한 분야의 전문가들이 유니티 엔진을 활용한 사례와 인사이트를 공유하며 크리에이터들에게 실질적인 도움을 제공한다. 올해 유니티 데브 윅스는 5월 23일부터 5월 25일까지, 5월 30일부터 6월 1일까지 총 6일에 걸쳐 유니티 공식 유튜브 채널을 통해 라이브 스트리밍된다. 유니티는 이번 웨비나에서 게임 개발은 물론 건축, 로봇, VR, XR, 앱 비즈니스 등 다양한 분야의 관계자들을 위한 세션을 선보일 예정이다. 1주차에는 게임 개발을 중심으로, 2주차에는 다양한 산업군에서의 활용 사례와 인사이트를 중심으로 프로그램을 구성될 예정이다.  이번 행사는 유니티 스퀘어를 통해 사전 등록을 진행하며, 누구나 무료로 참여 가능하다.     1주차 웨비나에서는 네이버제트 황유라 테크 에반젤리스트의 ‘유니티로 ZEPETO 월드 구현하고 글로벌 진출하기’, 컴투스 폴리포스 스튜디오 김진철 렌더파트장의 ‘서머너즈 워: 크로니클에서 사용한 렌더링 기법과 최적화 기능 개발기, 컴투스 김익지 라이팅 아티스트의 '하늘섬: 우리가 원하는 게임의 룩뎁(Lookdev)' 등의 세션이 진행될 예정이다. 또한 유니티 재팬의 히로키 오마에(Hiroki Omae) 시니어 디렉터는 애니메이션 및 영상 제작 패키지인 ‘유니티 애니메 툴키트(Unity Anime Toolkit)’를 주제로 세션을 진행하고, 케이지로 타카하시(Keijiro Takahashi) 시니어 어드보케이트(Senior Advocate)는 ‘유니티 바라쿠다(Unity Barracuda)를 사용해 ONNX 신경망 모델의 멀티 플랫폼 배포하기’ 주제로 세션을 진행할 예정이다. 유니티 코리아의 김보영 본부장은 “지난 2020년과 2021년 크리에이터들에게 배움과 소통의 장을 마련해줬다는 호평을 받았던 행사인만큼, 이번 행사는 더욱 다양한 분야의 연사를 모시고 보다 풍성한 이야기를 나누고자 한다”며, “크리에이터들은 물론 최신 기술 이슈에 대해 관심이 많다면 누구나 쉽게 참여할 수 있으니 많은 참여를 부탁드린다”고 전했다.

물방울부터 파도까지 사실적으로 시각화하기 위한 시뮬레이션   현재 유니티의 자회사인 웨타 디지털(W.t. Digital)에서는 영화 ‘아바타 : 물의 길’ 속 세상을 생생하게 구현하기 위해 사용된 다수의 툴과 솔루션을 개발했다. 이번 호에서는 영화에서 물을 사실적으로 표현할 수 있었던 CGI 기술에 대해 살펴본다. ■ 자료 제공 : 유니티코리아   ▲ ‘아바타 2’ 세트장에 있는 제임스 카메론 감독(사진가 마크 펠먼. 사진 제공 : 20th Century Studios)   제임스 카메론 감독은 물을 다루는 데 익숙하다. ‘타이타닉’을 작업했던 것 외에도, 2012년에는 잠수정을 조종하여 거의 11km 깊이의 지구에서 가장 깊은 태평양 마리아나 해구 바닥까지 단독 잠수를 해내는 기록을 세우기도 했다. 제임스 카메론은 2014년 다큐멘터리 ‘딥씨 챌린지’에서 “여기 해저에서는 인간의 상상력을 가뿐히 넘어서는 자연의 상상력을 느낄 수 있다”고 말했다. ‘아바타’의 판도라 세계와 그 아름다운 비주얼이 결국 카메론의 상상력에서 비롯되었음을 생각하면 분명 놀라운 광경이었을 것이다.   ▲ ‘아바타 : 물의 길’의 제이크 설리(샘 워딩턴)(사진 제공 : 20th Century Studios)   Unity Weta Tools : 물 표현 전담 팀 물의 부족인 멧카이나족의 새로운 산호초 마을이 등장하는 ‘아바타’ 속편에서 카메론의 비전을 표현하려면 시각 효과를 대규모로 사용해야 했고, 특히 주된 배경이 되는 물에 대한 효과가 많이 필요했다. 다양한 시상식을 휩쓴 물 효과를 포함해 영화의 VFX를 만드는 데 사용된 툴과 솔루션은 웨타 디지털에서 개발했다. 캐릭터와 물 요소 사이의 상호 작용을 가능한 한 사실적으로 표현하기 위해 유니티 및 웨타의 물 시뮬레이션 VFX 전문가인 알렉세이 스토마힌, 스티브 레서, 조엘 레트본, 션 플린을 포함한 전문가들이 모여 ‘물 표현 전담 팀’을 구성했다. 이 팀에서 개발한 물 효과 툴 세트는 최근 VES 어워드(VES Awards)의 첨단 기술 부문에서 수상하기도 했다. 이들은 디테일에 집중하기 위해 뉴질랜드의 NIWA(해양연구소)와 협력하며 광범위한 연구와 실험을 수행하여 CGI 물을 만드는 최상의 접근 방식을 찾았다. 이때 조수, 바람, 해저가 수생 환경에 미치는 영향도 고려했다.   ▲ ‘아바타 : 물의 길’의 로아크(브리튼 달튼)(사진 제공 : 20th Century Studios)   물 효과를 위한 툴 세트 ‘아바타 : 물의 길’에는 2225개의 장면에서 물 효과가 필요했으며, 일부 장면에는 필요한 수준의 고해상도를 구현하기 위해 최대 8일간의 시뮬레이션이 필요했다. 한 장면에서 50개 이상의 크리처가 물과 상호 작용한 신(scene)도 많았다. 이로 인해 커다란 크리처용 대형 도메인부터 피부 표면의 얇은 막을 표현하기 위한 서브밀리미터 해상도에 이르기까지 다양한 규모에 맞는 정확한 시뮬레이션이 필요하다는 문제가 발생했다. 모든 경우에 알맞는 물 표현 시스템을 만들기란 계산상 불가능했기 때문에, 계산 시간을 최소화하기 위해 여러 가지 개별 솔버를 통해 툴 세트가 개발되었다. 이 팀에서 개발한 대부분의 물 효과 툴은 웨타의 독점 시뮬레이션 프레임워크인 로키(Loki)에 포함되어 있다. 이 기술에는 절차적 파도, 대량의 물, 분무, 박무, 중심 기포, 확산 기포, 포말, 표면 장력파, 얇은 막, 잔류 습기 등 여러 물 상태를 위한 솔버가 포함되어 있다. 유니티×웨타 디지털(Unity×W.t. Digital)의 션 플린(Sean Flynn) 시뮬레이션 리드는 “로키의 물 상태 머신은 이 영화에서 대규모의 물 효과가 나타나는 장면 다수를 구현하는 데에 결정적인 역할을 했다. 일반적인 VFX 영화에서 이 정도로 복잡한 물 효과가 나타나는 장면은 흔치 않고, 이를 구현하려면 매우 숙련된 아티스트의 수많은 반복 작업과 패스가 필요하다. 반면, 우리가 택한 상태 머신 접근 방식을 사용하면 업계에 갓 입문한 아티스트도 한 번의 패스만으로 훌륭한 결과물을 만들어 낼 수 있었다”고 설명했다.   상태 머신 이러한 솔버 중 다수는 공중 분무 시스템인 로키 상태 머신에 속해 있다. 물 상태가 주변 공기와 결합되며 상태 간 전환은 질량과 운동량이 보존되는 방식으로 처리된다. 모든 경우를 아우르는 하나의 접근 방식 대신 로키 상태 머신을 사용하면 여러 솔버가 동시에 실행될 수 있다. 각 솔버는 대량의 물, 분무, 박무 같은 각 상태에 필요한 디테일 수준에 최적화되어 있다. 그러므로 분무와 박무에 필요한 미세한 물방울의 상호 작용을 캡처하면서 대규모 물 시뮬레이션을 효율적으로 진행할 수 있다. 주변 공기를 포함한 모든 상태는 단일 시뮬레이션 패스로 완료된다. 모든 솔버는 솔버 사이의 적절한 물리적 상호 작용으로 계산되기 때문에, 영화 전체에서 자연스럽고 사실적인 물 상호 작용을 만드는 데 도움이 되었다.   ▲ 시그라프 2022에서 발표된 ‘Loki : A unified multiphysics simulation framework for production’   얇은 막과 물방울 시뮬레이션 시그라프 2019(SIGGRAPH 2019)에서는 물이 피부 위로 흐르다 떨어질 때의 정확도 높은 표면장력과 접착 효과에 중점을 두고, 캐릭터와 물의 근접 상호 작용을 모델링하기 위한 실용적인 접근방식이 제시되었다. 당시 팀은 카메론이 각본에 참여한 ‘알리타 : 배틀 엔젤’의 한 장면을 통해, 이런 접근방식을 활용하면 1mm도 안 되는 규모에서 전체 캐릭터를 물 한 겹으로 덮을 수 있을 만큼 높은 품질의 이펙트 해상도를 구현할 수 있다는 사실을 보여 주었다. 이 접근방식은 기존의 셀 내 입자(FLIP/APIC) 솔버를 조정하여 물과 고체 간의 소규모 상호 작용 역학을 캡처하는 것이었다. 이후 이 기술은 ‘아바타 : 물의 길’ 제작 과정에서 더욱 발전하여, 물에서 등장하는 캐릭터와 관련된 모든 시퀀스를 처리하는 데 활용되었다. 유니티×웨타 디지털의 알렉세이 스토마힌(Alexey Stomakhin) 수석 리서치 엔지니어는 “서브밀리미터 규모에서 물 역학을 시뮬레이션해야 했기 때문에 결코 간단한 솔루션은 아니었다. 계산하는 데 며칠이 걸리는 경우도 많았다. 아티스트가 최소한의 튜닝만 하면 물리적으로 진짜 같은 비주얼을 즉시 제작할 수 있을 만큼 솔버가 확장성이 좋고 견고하며 안정적이어야 했다”고 전했다.   ▲ 시그라프 2019의 ‘A practical guide to thin film and drips simulation’ 세션에서 선보인 정확도 높은 표면 장력 및 접착 효과의 클로즈업 렌더   수중 기포 및 결합 ‘아바타 : 물의 길’의 캐릭터가 수중에서 호흡할 때처럼, 수중 시나리오에서 사실감 있는 역학을 구현하기 위해 사용된 수중 기포 접근 방식은 관심 영역 주변의 좁은 물 띠와 기포를 함께 시뮬레이션하는 것이었다. 기포 자체는 중심과 확산이라는 두 영역으로 표현된다. 중심 영역은 더 폭발적이고 격동적인 동작의 커다란 기포를 캡처한다. FLIP/APIC 입자로 표현되는 기상(air phase)과 오일러 그리드상의 비압축성 2상 나비에-스토크스 방정식 해를 활용하여 부피 보존과 정확한 인터페이스 추적이 가능하다. 확산 영역은 오일러 그리드 해상도 미만인 작은 기포의 모션을 캡처한다. 제작 팀은 벌크 유체와 확산 기포 입자를 결합하는 새로운 스키마를 개발했으며 이는 모래, 머리카락, 천과 같은 물속에 잠긴 다른 투과성 물체에도 적용될 수 있다.   파도 곡선 및 표면 시뮬레이션 수면 시뮬레이션의 시각적 디테일을 향상하기 위해 웨타 디지털 및 IST Austria 팀은 시뮬레이션을 입력으로 사용하는 포스트 프로세싱 방법을 개발하고, 수면 위에 세밀한 라그랑지언 파도를 시뮬레이션하여 겉보기 해상도를 높였다. 벌크 유체 표면에서 전개되는 스플라인 곡선에 연결된 라그랑지언 파도 패킷을 통해 선형 파도 이론을 확장하여 비평면 도메인에서 활용하기도 했다. 이 방법은 기본 유체 시뮬레이션에 맞춤화되어 흩어지는 파도의 움직임과 함께 고주파 잔물결을 생성한다.   ▲ 시그라프 2020에서 발표된 ‘Wave Curves: Simulating Lagrangian water waves on dynamically deforming surfaces’    사실적인 급류 시뮬레이션을 위한 기포와 촉촉한 거품 물속의 움직임으로 생성된 수중 기포가 수면에 도달하여 거품으로 변하는 움직임을 사실적으로 구현하기 위한 기술이 개발되었다. 이 기술은 ‘아바타 : 물의 길’에서 물이 등장하는 거의 모든 장면에 중요하게 활용되었다. 보통 벌크 유체 같은 대규모 모션을 캡처하는 데 사용되는 그리드 기반 나비에-스토크스 시뮬레이터는 그리드 해상도로 인해 본질적인 한계를 지니고 있으므로, 부서지는 파도에서 생긴 분무나 박무 같은 소규모 현상에는 적용하기 어렵다. 이런 급류 효과는 보통 독립적인 라그랑지언 입자로 시뮬레이션된다. 유니티×웨타 디지털의 조엘 레트본 (Joel Wretborn) 시니어 리서치 엔지니어는 “우리가 급류 효과를 구현할 때 중요했던 것은 기포와 결합된 그리드 기반 유체 솔버와 수면에 제한된 거품용 SPH 솔버 간의 상호 작용이다. 로키의 선언적 솔버 프레임워크는 새로운 솔버를 개발하지 않고도 프로덕션에서 복잡한 시스템을 구축하고 지원할 수 있게 해 준다”고 설명했다. 대부분의 기존 솔버가 놓치고 있는 핵심은 집단 효과이다. 기포가 모이면 부력도 더해져 하나의 기포보다 더 빠르게 상승하고, 다수의 기포 집단은 물의 움직임에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이번에 개발된 신기술은 주변 유체와 양방향으로 결합된 기포를 시뮬레이션하여 이러한 한계를 해결한다. 그 결과 기포 집단 효과를 효과적으로 캡처할 수 있고, 기포와 유체 모션을 더 긴밀히 연결하여 자연스러운 효과가 생성된다. 수면에 도달한 기포는 수면에 제한된 ‘촉촉한’ 거품 입자로 전환되며 SPH(입자완화 유체동력학) 방식으로 이산화된다. 이렇게 클로즈업과 광활한 대양 장면에 모두 사용할 수 있는 사실감 넘치는 급류 역학을 만들어냈다.   ▲ 시그라프 2022에서 발표된 ‘Guided bubbles and wet foam for realistic whitewater simulation’ 개요(영상 제공 : W.t. FX)     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

앤시스가 입자 동역학 시뮬레이션 기업인 ‘로키(Rocky DEM, S.L.)’를 인수했다고 밝혔다. 로키는 모양이나 크기가 다른 다양한 입자의 움직임을 파악하기 위한 DEM(Discrete Element Method, 이산 요소법) 기술을 갖고 있다. 앤시스는 이번 인수를 통해 로키의 DEM 솔루션을 자사의 솔루션에 통합하였으며, 브라질과 스페인, 미국의 전문 개발자 그룹, 애플리케이션 지원 엔지니어 및 고객 대응 팀을 더욱 강화했다고 설명했다. 로키는 오랜 기간 동안 앤시스의 채널 파트너로 협력해 왔으며, 이산 역학 문제를 모델링하는 엔지니어링 소프트웨어 개발자들로 구성되어 있다. 로키의 DEM은 GPU 컴퓨팅을 활용해 해석 속도를 높일 수 있도록 한다. 그리고, 다중 물리(multiphysics) 시뮬레이션에 다양한 입자 형상 및 크기 분포를 갖는 대규모 입자의 거동을 해석하는 입자 기법(particle methods)을 적용하여 다양한 크기와 모양의 이산 고체(discrete solids)의 움직임을 확인해야 하는 산업 장비에 사용할 수 있다. 입자 시뮬레이션은 의료용 정제, 식품, 농업용 씨앗, 분말, 여과 장치에 사용되는 파이버 등 다양한 해석 대상을 입자로 모델링할 수 있기 때문에, 여러 산업과 애플리케이션에서 활용되고 있다. 로키의 DEM은 여러 산업 분야에서 이산 고체(discrete solids) 및 입자를 포함한 자유 표면 유동(particle-laden free-surface flows)의 동적인 유동 거동을 빠르고 정확하게 시뮬레이션하는 소프트웨어다. 앤시스는 "로키의 DEM 솔루션으로 시뮬레이션을 진행하여 개발 시간 및 비용 투자를 최소화하고, 제품 균일성을 높이는 동시에 제품 품질 개선, 정확한 성능 예측, 운영 중 장비의 내구성 제고, 효율적인 자원 관리, 지속 가능성 등을 실현할 수 있다"고 전했다.     이번 인수를 통해 앤시스 고객은 앤시스의 솔루션과 통합된 로키의 DEM 솔루션을 사용할 수 있게 되었으며, 입자 흐름을 분석과 관련된 문제를 해결할 수 있는 고성능 입자 모델링 기술에 제약 없이 액세스할 수 있다. 앤시스는 양사의 제품을 통합함으로써 앤시스의 오픈 소스 파이썬(Python) API 소프트웨어 패키지인 PyAnsys 프레임워크에 로키의 DEM 솔루션을 사용할 수 있게 되는 등 시너지를 얻을 수 있을 것으로 보고 있으며, 장기적인 제품 로드맵을 확장할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 로키의 최고 기술 책임자인 알렉산더 포타포프(Alexander Potapov) 박사는 "앤시스와 로키의 오랜 협력 관계를 통해 로키는 새로운 분야와 산업으로 비즈니스 영역을 넓혔을 뿐만 아니라, 엔지니어들이 정확한 입자 세부 정보를 포함함으로써 실제와 같은 대규모의 시뮬레이션을 신속하게 실행할 수 있는 기술을 제공할 수 있었다"고 말했다. 앤시스의 셰인 엠스윌러(Shane Emswiler) 제품 총괄 수석 부사장은 "로키의 이산 고체 모델링에 대한 접근법은 모든 산업 분야 고객들이 다양한 시뮬레이션 문제를 해결할 수 있도록 지원하고 있다. 이번 인수를 통해 로키의 솔루션을 앤시스의 포트폴리오에 완전히 통합하고, 뛰어난 전문가들이 앤시스와 한팀으로 합류하게 되었다. 이미 입증된 로키의 성공적인 활용 사례를 바탕으로 앤시스 고객들에게 보다 효율적이고 강력한 시뮬레이션 솔루션을 제공할 수 있어 기대가 크다”고 말했다.

  대한기계학회와 일본기계학회가 공동으로 주최하는 생산 및 설계 공학 분야의 국제 학술대회인 ICMDT(International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology) 2023이 내년 3월 8일부터 10일까지 제주도 라마다 플라자 호텔에서 개최된다. 이번 학술대회에서는 수니코리아 양민양 교수, 제이텍트 코퍼레이션(JTEKT Corporation) 히로키 마키 박사, 건국대학교 고성림 교수, 킨다이 대학 다카시 하라다 교수가 기조연설을 진행할 예정이며, 다양한 논문 발표가 진행될 예정이다. 이외에도 모든 참가자들이 제조, 기계 설계 및 마찰학에 대한 역할, 미래 동향 및 과제에 대해 토론할 수 있는 기회의 장이 마련될 예정이다. 한편, 대한기계학회는 2022년 12월 15일까지 생산 및 기계 설계, CAD/CAM 등과 관련한 논문을 ICMDT 홈페이지를 통해 접수받는다고 밝혔다. 자세한 내용은 ICMDT 홈페이지를 참고하면 된다.

한국산업지능화협회가 매월 마지막 주 화요일 저녁 한국무역협회와 공동으로 개최하는 오픈 이노베이션 프로그램인 '오픈 북(Open Book)' 행사가 중견기업과 스타트업의 독서 열풍을 이끌고 있다고 소개했다. 오픈 북 행사는 디지털 혁신기술을 보유한 스타트업들과의 협업을 희망하는 중견기업과 스타트업 그리고 벤처캐피털에 디지털 전환, 탄소중립, 조직혁신 등을 주제로 하는 신간 도서와 저자의 인사이트를 함께 제공하고 이후 시간에 자연스러운 비즈니스 네트워킹을 형성하는 프로그램이다.  첫 번째 행사는 지난 3월 29일 신간 도서인 '초연결 패러독스, 팬데믹 이후의 새로운 질서와 전략'과 함께, 중견기업과 스타트업을 대상으로 저자인 연세대 신동엽 교수의 강연이 진행되었다.   ▲ 3월 29일 지행된 제1회 오픈 북 행사   두 번째 오픈 북 행사는 오는 4월 26일 스타트업 브랜치에서 실시되며, 스타트업 불모지라고 할 수 있는 로키산맥 산기슭에 위치한 인구 10만의 작은 대학 타운인 콜로라도 볼더를 세계적인 스타트업 도시로 탈바꿈하게 만든 사례와 방법론을 담고 있는 책 '스타트업 커뮤니티 웨이'가 소개될 예정이다. 연사로는 이 책의 해제를 맡은 제주창조 경제혁신센터 전정환 센터장이 나설 예정이다.  한국산업지능화협회의 추현호 창업지원단 부단장은 “공룡기업인 넷플릭스 또한 웹툰이라는 외부 자원을 활용하여 새로운 아이디어를 얻는 오픈 이노베이션을 활용하고 지속적인 성장동력을 만들어 내고 있다”면서, “우리 중견기업들도 한국산업지능화협회가 제공하는 오픈 이노베이션 프로그램들을 기업의 신사업 아이디어 창출을 위한 기회로 적극 활용해주기를 바란다”고 전했다.

유니티가 웨타 디지털(Weta Digital)의 툴과 기술, 파이프라인, 엔지니어링 기술을 인수하기로 최종 합의했다고 밝혔다. 이번 인수는 궁극적으로 웨타 디지털 고유의 섬세한 VFX 툴을 유니티 플랫폼에 통합, 전 세계 수많은 크리에이터와 아티스트들이 차세대 실시간 3D 기술을 통해 보다 창의적으로 메타버스의 미래를 구현하는 것을 목표로 한다. 웨타 디지털은 Unity Create Solutions 산하에서 마누카(Manuka), 럼버잭(Lumberjack), 로키(Loki), 스쿼드(Squid), 바버샵(Barbershop), 하이데프(HighDef), 시티빌더(CityBuilder) 등 여러 가지 웨타 디지털 전용 그래픽스와 VFX 툴의 지속적인 발전에 주력할 예정이다. 향후 크리에이터는 이 세계적인 아티스트 툴을 유니티의 실시간 3D 클라우드 기반 워크플로를 통해 이용할 수 있을 것으로 기대된다. 아카데미상 수상 경력을 자랑하는 웨타 디지털의 VFX 팀은 웨타FX(WetaFX)라는 독립적인 법인으로 계속 유지되며, 미디어 엔터테인먼트 분야에서 유니티의 가장 큰 고객이 될 것으로 예상된다. 또한 웨타FX의 주 소유권은 피터 잭슨(Peter Jackson)이 그대로 유지하며, 운영 또한 최고 경영자 프렘 아카라주(Prem Akkaraju)가 이어 나갈 예정이다. >> 웨타 디지털이 함께 한 영화 '제미니 맨(Gemini Man)' 웨타 디지털의 회장이자 공동 설립자 피터 잭슨은 "웨타 디지털의 툴 덕분에 우리는 상상 속에서만 존재하던 세계와 피조물을 만들어내는 대단한 기회를 얻었다. 유니티와 웨타 디지털이 협력함으로써 어느 업계의 아티스트든지 독창적이고도 효율적인 툴을 사용할 수 있는 기회를 얻게 될 것이다. 크리에이터가 되고 싶은 사람들에게 웨타 디지털의 기술을 제공하는 것은 혁신적인 일이며, 유니티가 바로 이러한 비전을 실현시켜줄 회사다"라고 전했다. 유니티의 회장이자 최고 경영자인 존 리키텔로(John Riccitiello) 역시 "업계 최고의 툴을 대중화하고 피터 잭슨의 능력과 웨타의 놀라운 엔지니어링 기술을 세계 곳곳의 아티스트에게 공유하게 되어 기쁘다. 유니티와 웨타 디지털이 함께 ‘아바타’, ‘반지의 제왕’, ‘원더 우먼’ 같이 상징적인 영화에 등장하는 캐릭터와 장면을 만들어낸 툴과 기술을 차세대 크리에이터에게 전수하여 굉장한 실시간 3D 콘텐츠를 제작, 변환, 배포할 수 있는 힘이 되겠다"라고 전했다. 한편 웨타 디지털은 비주얼 이펙트 및 애니메이션 부문의 프리미어 크리에이터이자 혁신 주자로서 예술적인 비전을 추구하고 가능성의 한계를 극복하며 ‘아바타’, ‘블랙 위도우’, ‘왕좌의 게임’, ‘반지의 제왕’, ‘혹성탈출’, ‘더 수어사이드 스쿼드’ 등 수상 경력을 자랑하는 영화나 TV 프로그램에 등장하는 고품질의 현실감 넘치는 캐릭터와 오브젝트, 세계를 제작해 왔다. 웨타 디지털은 20년 이상 셀 수 없이 많은 장면 속 요소들을 제작하며 갈고 닦아 발전시키고 완벽하게 만든 고급 안면 캡쳐 및 조작, 해부학적 모델링, 오브젝트 동작의 고급 시뮬레이션 및 변형, 절차적 모발 및 퍼(fur) 모델링 등 많은 기술을 시행할 수 있는 섬세한 아티스트 파이프라인과 툴을 구축해낸 세계 최고 수준의 VFX 아티스트와 엔지니어 팀으로 우수한 성과를 보여준다. >> 웨타 디지털 전용 그래픽스 및 VFX 툴 바버샵 웨타 디지털의 최고 경영자 프렘 아카라주는 “유니티는 크리에이터에게 세계 최상급의 툴과 기술을 전달하고 있다. 유니티와 함께 우리는 이전보다 훨씬 더 다양한 층의 아티스트가 웨타 디지털의 하이엔드 아티스트 파이프라인과 툴을 사용할 수 있도록 할 것이다. 웨타 디지털은 항상 모든 차세대 크리에이터에게 영감을 주고 동기를 부여하는 것을 목표로 삼았는데 유니티와 그 여정을 함께 하게 되어 기쁘다. ‘아바타’, ‘왕좌의 게임’과 같은 수준의 시각적 정확도가 적용된 콘텐츠가 계속해서 창출되는 미래를 이끌어줄 이상적인 회사가 바로 유니티라고 생각한다”라고 전했다. Unity Create의 시니어 부사장 겸 제너럴 매니저 마크 휘튼(Marc Whitten)은 "웨타 디지털의 정교함은 통합된 동일한 파이프라인에서 구축하는 툴이 입증한다. 각각의 툴 그 자체로 매우 뛰어나지만, 완벽한 플랫폼으로서 아티스트의 상상력을 실현하고 협업할 수 있는 능력에 있어 비약적인 발전을 보여줄 것이다"라며, "웨타FX와 긴밀하게 협력하여 콘텐츠 크리에이터를 위한 파이프라인을 발전시키면서 크리에이터가 이러한 툴을 이용해 아트의 가능성을 넓히고, VFX와 엔터테인먼트, 게임 및 다른 분야의 아티스트에게 전할 수 있게 되어 기쁘다."라고 전했다. 유니티와 웨타 디지털은 지속적으로 증가하는 게임 개발자와 아티스트, 수많은 잠재 크리에이터에게 정교한 콘텐츠 제작 툴과 SaaS 구독 모델과 같은 클라우드 기반 소프트웨어로 지원을 아끼지 않고 있다. 유니티와 웨타 디지털은 이런 정교한 툴과 에셋을 클라우드로 전환하여 크리에이터가 효과적인 아티스트 툴과 절차적 빌딩 블록, 확장 가능한 콘텐츠를 이용할 수 있도록 하며 동시에 크리에이터가 선호하는 기존의 캔버스를 사용할 새로운 기회를 제공할 것이다. 또한 결과물을 예측할 수 있고 완성도가 높기 때문에 크리에이터가 프로세스를 향상하고 제작을 간소화하며, 궁극적으로 자신만의 메타버스를 구축할 수 있다. 한편, 유니티는 계약에 따라 현금과 증권을 합계로 미화 16억 2,500만 달러에 웨타 디지털을 인수할 예정이다. 2020년 초 웨타 디지털의 최고 경영자로 부임했으며 웨타 디지털의 클라우드 상용 서비스 제작자인 프렘 아카라주가 계속해서 웨타FX의 최고 경영자직을 맡게 된다. 웨타 디지털의 최고 기술책임자 조 마크스(Joe Marks)는 웨타 디지털의 최고 기술책임자로 유니티에 합류하게 되었다. 이번 인수는 유니티의 2021년 4분기 동안 체결될 것으로 보이며, 상례 체결 조건에 따라 진행될 예정이다.

앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   앤시스 플루언트(Ansys Fluent)에는 다양한 입자 해석 방법이 있지만 끈적한 입자를 구현하기는 매우 어렵다. 그래서 다양한 모양 및 끈적한 입자를 해석할 수 있는 입자 전문 해석 프로그램 로키(Rocky)와 연성해석이 필요하다. 이번 호에서는 로키와 플루언트의 양방향 커플링(2-way coupling)을 이용해, 유속에 따른 끈적한 가루 세제의 거동을 파악하고자 한다. ■ 박성근 | 태성에스엔이의 수석매니저이며 Ansys Fluent 엔지니어이다. Rocky를 이용한 입자 해석에 대한 지원도 수행하고 있다. 이메일 | sgpark@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   세탁을 할 때 가루 세제를 사용할 경우, 물을 투입해서 세탁기에 넣는 구조로 되어 있다. 이 때 <그림 1>과 같이 가루 세제가 물에 젖어 서로 뭉칠 경우, 서로간의 접착력이 커져 일부만 쓸려 내려갈 수 있다. 이러한 현상을 구현하기 위해 해석으로 접근하고자 한다.   그림 1. 세제 잔류 현상   플루언트에는 다양한 입자 해석 방법이 있으나, 대부분의 입자 해석 방법이 본 해석에 적합하지 않았다. 모든 입자 해석 모델이 구형 입자만 가능하다. 그리고 Discrete phase model은 초기 입자를 쌓을 수 없다. Eulerian Granular와 Dense Discrete Particle Model은 입자 적층은 가능하나 유체처럼 퍼지며, 세제가 물에 젖을 경우 입자와 입자, 입자와 벽이 서로 붙는 조건을 구현할 수 없다. 그리고 Discrete Element Model은 입자의 적층은 가능하나, 입자와 입자가 붙는 현상을 구현할 수 없다. Macroscopic Particle model은 모두 구현이 가능하였지만, 입자가 매우 작기 때문에 유동 해석 격자를 매우 조밀하게 생성해야 하므로 해석 시간이 매우 오래 걸리는 문제가 있다.